فلز نیکل برای اولین بار در سال 1751 توسط بارون اکسل فردریک کرونشتت، متخصص معدنی و شیمی شناس سوئدی به‌عنوان یک عنصر منحصربه‌فرد شناخته شد. در ابتدا این عنصر kupfernickel نامیده می شد. زیرا در سنگی یافت میشود که شبیه سنگ معدن مس (kupfer) است. به همین دلیل معدن کاران فکر می‌کردند که “روح خبیث” موجود در سنگ یا همان نیکل، استخراج مس را برای آن‌ها دشوار می‌کند. در ادامه بیشتر با نیکل و ویژگی‌ها و آلیاژهای نیکل آشنا خواهید شد.
فلز نیکل (Nickel)
نیکل با حرف اختصاری Ni در جدول تناوبی، یک فلز سفید نقره‌ای است. این فلز عمدتاً برای استحکام بیشتر فولاد ضدزنگ و سایر آلیاژها و مقاومت در برابر دمای شدید و محیط‌های خورنده استفاده میشود. نیکل دارای نقطه ذوب 1453 درجه سانتیگراد است. رسانایی گرمایی و الکتریکی نسبتاً کم، مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون، مقاومت بسیار عالی در دمای بالا و قابلیت مغناطیسی شدن نیز از دیگر ویژگی های آن است.
این فلز به رنگ سفید نقره ای است و عمدتاً در سنگ معدن آرسنیک و سولفید وجود دارد. با حرارت دادن به NiO و سپس احیاء آن با کربن استخراج می شود. از فرآیند Mond برای تولید نیکل خالص استفاده میشود، که در آن نیکل ناخالص با مونوکسید کربن (CO) واکنش می‌دهد و Ni (CO) 4 را تشکیل می دهد. سپس در دمای 200 درجه سانتیگراد تجزیه میشود تا 99.99 درصد نیکل تولید شود. نیکل دارای مقدار فراوانی به میزان 80 پی‌پی‌ام در پوسته زمین است.
نکاتی عمومی در باره فلز نیکل
فلز نیکل سخت، چکش خوار، انعطاف پذیر و تا حدی فرومغناطیسی (تا 360 درجه سانتی گراد) است. رسانایی الکتریکی (25 درصد مس) و هدایت حرارتی مناسبی دارد. از گروه فلزات آهن- کبالت است. نیکل در برابر خوردگی جوی بسیار مقاوم است. و در برابر اکثر اسیدها مقاومت می کند. اما توسط اسیدهای اکسید کننده مانند اسید نیتریک مورد حمله قرار می گیرد.
نیکل طبیعی مخلوطی از پنج ایزوتوپ پایدار است. در حالی که 9 ایزوتوپ ناپایدار دیگر شناخته شده است.
نیکل کربونیل بسیار سمی است و قرار گرفتن در معرض آن باید بسیار محدود باشد. دود و گرد و غبار سولفید نیکل به عنوان عاملی برای سرطان زایی شناخته شده است.
نیکل خالص به دلیل مقاومت بالای آن در برابر خوردگی در آب یا هوا، به عنوان یک پوشش محافظ استفاده می شود. در حالی که توسط قلیاها تحت تأثیر قرار نمی گیرد، به راحتی در اسیدهای رقیق محلول است. وقتی صحبت از کاربردها می شود. می توان گفت نیکل به عنوان ترکیبی از انواع مختلف آلیاژها استفاده می شود. به عنوان مثال، مونل (مواد مقاوم در برابر خوردگی)، نیکروم (آلیاژی که برای عناصر گرمایش مقاومتی استفاده می شود)، پرمالوی (آلیاژی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا در قدرت میدان کم و افت پسماند کم)، مس نیکل، فولاد ضد زنگ، نقره نیکل و غیره… .
علاوه بر این، نیکل به عنوان یک پوشش محافظ، در ضرب سکه، و در کارخانه های مواد غذایی و مواد شیمیایی استفاده می شود.
نیکل به عنوان یک ماده سرطان زا طبقه بندی شده و همچنین برای بعضی از افراد خاصیتی آلرژیک ایجاد می کند. با این حال، در بسیاری از ترکیبات غذایی یافت می شود، و از این رو نمی توان به راحتی از آن اجتناب کرد.
فرآیند تولید
نیکل عمدتاً از سولفیدهای نیکل پنتلاندیت، پیروتیت و میلریت که حاوی حدود 1٪ محتوای نیکل هستند. و سنگ معدن لاتریتی حاوی آهن لیمونیت و گارنیریت که حاوی حدود 4٪ محتوای نیکل می باشند. استخراج می گردد. سنگ معدن نیکل در 23 کشور استخراج می شود، در حالی که نیکل در 25 کشور مختلف ذوب می شود.
فرآیند جداسازی نیکل به شدت به نوع سنگ معدن بستگی دارد. سولفیدهای نیکل، مانند آنهایی که در کانادا و سیبری یافت می‌شوند، عموماً در اعماق زمین هستند. و استخراج آن‌ها کار فشرده و پرهزینه است. با این حال، فرآیند جداسازی برای این سنگ‌ها بسیار ارزان‌تر از انواع لاتریتی است. مانند آنهایی که در کالدونیای جدید یافت می‌شوند. علاوه بر این، سولفیدهای نیکل اغلب دارای مزایایی هستند. که حاوی ناخالصی‌هایی همراه با سایر عناصر ارزشمند می باشند. و می‌توانند از نظر اقتصادی مفید بوده و جدا شوند.
سنگ معدن سولفید را می توان با استفاده از فلوتاسیون کف و فرآیندهای هیدرومتالورژی یا مغناطیسی برای ایجاد نیکل مات و اکسید نیکل جداسازی کرد. این محصولات میانی که معمولاً حاوی 40 تا 70 درصد نیکل هستند، سپس بیشتر با استفاده از فرآیند شریت-گوردون پردازش می شوند.
فرآیند موند (یا کربونیل)
رایج ترین و کارآمدترین روش برای تصفیه سولفید نیکل است. در این فرآیند، سولفید با هیدروژن تصفیه شده و به یک کوره تبخیر تغذیه می شود. در اینجا در حدود 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتیگراد ) با مونوکسید کربن برخورد می کند تا گاز کربونیل نیکل شکل گیرد. گاز کربونیل نیکل بر روی سطح گلوله های نیکل که از قبل گرم شده تجزیه می شود و از طریق یک محفظه حرارتی جریان یافته، تا به اندازه دلخواه برسند. در دماهای بالاتر می توان از این فرآیند برای تشکیل پودر نیکل نیز استفاده کرد.
در مقابل، سنگ‌های لاتریتی معمولاً با روش‌های پیرومتالیک ذوب می‌شوند زیرا محتوای آهن بالایی دارند. سنگ معدن لاتریتی همچنین دارای رطوبت بالایی (35-40%) است. که نیاز به خشک شدن در کوره دوار دارد. در این فرآیند اکسید نیکل تولید می شود. و سپس با استفاده از کوره های الکتریکی در دمای بین 2480-2930 درجه فارنهایت (1360-1610 درجه سانتیگراد) کاهش می یابد. و برای تولید فلز نیکل کلاس I و سولفات نیکل تبخیر می شود.
با توجه به آهن موجود در سنگ معدن لاتریتی، محصول نهایی اکثر کارخانه های ذوبی که با چنین سنگ معدنی کار می کنند فرونیکل است. که پس از حذف ناخالصی های سیلیکون، کربن و فسفر توسط تولیدکنندگان فولاد قابل استفاده می گردد.
بر این اساس، بزرگترین تولیدکنندگان نیکل در سال 2010 کشور های روسیه، کانادا، استرالیا و اندونزی بودند. بزرگترین شرکت های تولید کننده نیکل تصفیه شده، نوریلسک نیکل، واله SA، و گروه جینچوان هستند. در حال حاضر، تنها درصد کمی از تولیدات نیکل از مواد بازیافتی است.
کاربرد های عمومی و کلی این فلز
فلز نیکل دارای کاربردهای زیر است:
- استفاده اصلی آن به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای فولاد، فلزات غیر آهنی و دیگر آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، نمونه هایی از مونل، اینکونل، نشرم ، پرمالوی و Hastelloy است.
- پوشش های نیکل را می توان به صورت الکترولیتی بوسیله آبکاری الکتریکی، شیمیایی با رسوب الکترولس یا اتوکاتالیستی رسوب داد.
- در لوله های مورد استفاده کارخانه های آب شیرین کن.
- ضرب سکه.
- مواد افزودنی در صفحات آمور و فلزات طاق ضد سرقت.
- در شیشه برای ایجاد رنگ سبز.
- به عنوان کاتالیزور هیدروژنه کردن روغن های گیاهی.
- تولید سرامیک.
- آهنرباهای Alnico.
- باتری های ذخیره سازی، به عنوان مثال باتری های مبتنی بر نیکل-کادمیم و نیکل-فلز هیدرید. چنین باتری هایی قابل شارژ هستند و برای تلفن های همراه، تجهیزات استریو شخصی و موارد مشابه استفاده می شوند.
برخی کاربردهاب دیگر فلز نیکل
- نیکل با خلوص بالا در کاربردهای الکترونیکی و هوافضا، تجهیزات شیمیایی و فرآوری مواد غذایی، برای آندها و کاتدها، تبخیرکننده های سوزاننده و سپرهای حرارتی استفاده می شود.
- اجزای توربین هواپیما.
- نیکل بریلیوم برای فنرها، کلیدها، دم، دیافراگم ها و شیرهای کوچک استفاده می شود.
- لامپ های دماسنج و دماسنج های مقاومتی.
- آب بندی شیشه به فلز و سرامیک به فلز.
- تجهیزات پردازش دریایی، نفت و مواد شیمیایی. (به عنوان مثال Monels).
- سیستم های سوزاندن.
- سوپرآلیاژهای نیکل انبساط کنترل شده.
- آلیاژهای پارامغناطیس و آلیاژهای حافظه شکل (مثلاً نیتینول) در محرک های آتش پاش، دستگاه های ضدسوختگی آب لوله کشی، لولاهای پنجره های گلخانه، تنظیم کننده های جریان، آزادکننده های پنل خورشیدی فضاپیماها، اسباب بازی ها و اسباب بازی های جدید و سینه بند زیر سیمی استفاده می شوند.
نیکل خالص بسیار بادوام بوده و به‌راحتی با بسیاری از فلزات دیگر آلیاژ میشود.
بیشتر ترکیبات نیکل آبی یا سبز بوده به آهستگی در اسیدهای رقیق حل میشود. نیکل مانند آهن، در صورت استفاده با اسید نیتریک منفعل می‌گردد.
برخی از افراد به نیکل حساس هستند. در صورت تماس نزدیک پوست آن ها با نیکل ممکن است دچار درماتیت تماسی شوند. اگرچه بسیاری از آلیاژهای نیکل، از جمله فولاد ضدزنگ، مشکلی در سلامتی ایجاد نمی‌کنند، اما برای اطمینان از ایمنی افرادی که با برخی دیگر از ترکیبات نیکل و حتی نیکل فلزی کار می‌کنند باید احتیاط های لازم در نظر گرفته شود زیرا مشخص شده است که در تماس بیش از حد منجر به سرطان می‌گردد.
منشأ فلز نیکل از کجاست؟
نیکل پنجمین عنصر فراوان در زمین می باشد. مقدار زیادی از این فلز در هسته واقع شده است یعنی بیش از 1800 مایل زیر سطح زمین.
پوسته زمین، دو نوع عمده از ذخایر سنگ معدن نیکل مورداستفاده را تأمین می‌کنند. ذخایر سولفید ماگمایی (مانند کانسارهای پنتلندیت و…) و ذخایر لاتریت (از جمله مواردی که در کوبا ، کالدونیای جدید و…). ذخایر سولفید ماگمایی حاوی حدود 40 درصد از منابع جهانی نیکل است. در حال حاضر بیش از نیمی از نیاز نیکل در جهان توسط ذخایر ماگمایی تآمین می شود.
کاربردهای مهم فلز نیکل
نیکل به‌طور گسترده‌ای در بیش از 300000 محصول برای مصارف مصرفی، صنعتی، نظامی، حمل‌ونقل / هوافضا، دریایی و معماری مورداستفاده قرار می‌گیرد.
تقریباً 80 درصد از نیکل دست‌اول (بازیافت نشده) که در سال 2011 در ایالات‌متحده مصرف‌شده است، در آلیاژهایی مانند فولاد ضدزنگ مورداستفاده قرار گرفته است.
نیکل مقاومت آلیاژ را در برابر خوردگی و دمای شدید افزایش می‌دهد. بنابراین، تجهیزات و قطعات ساخته‌شده از آلیاژهای حاوی نیکل اغلب در محیط‌های سخت مانند کارخانه‌های شیمیایی، پالایشگاه‌های نفت، موتورهای جت، تأسیسات تولید برق و تأسیسات دریایی استفاده میشود. برخی از کاربردهای مهم نیکل عبارت است از:
آلیاژ های نیکل
بیش از 80 درصد نیکل برای آلیاژها مصرف میشود. در مصارف روزمره حداکثر 3000 آلیاژ حاوی نیکل در اطرافمان وجود دارد. حدود 90 درصد از کل نیکل‌های فروخته‌شده در هر سال به آلیاژهای نیکل اختصاص می‌یابند که دوسوم آن‌ها برای تولید فولاد ضدزنگ استفاده می‌گردد. زمانی که نیکل با عناصر دیگر آلیاژ میشود ویژگی‌های منحصربه‌فردی پیدا می کند. از جمله این خصوصیت ها عبارتند از: مقاومت در برابر خوردگی و ویژگی‌های مختلف الکتریکی، مغناطیسی و مقاوم در برابر حرارت، مقاومت بالا در برابر خوردگی.
باتری
از فلز نیکل به شکل نیکل-کادمیوم در باتری‌های و هیدرید نیکل در باتری‌های قابل شارژ استفاده میشود. استفاده از آن‌ها در دستگاه‌ها و دوربین‌های دیجیتال تحول بزرگی ایجاد کرده است. در اواسط دهه 1990 اولین استفاده‌ی مهم و کاربردی از باتری‌های قابل شارژ در وسایل نقلیه در تویوتا پریوس بود. تقریباً در همان زمان، اولین کاربردهای تجاری باتری‌های لیتیوم یون، ابتدا در دوربین‌های فیلم‌برداری و سرانجام به تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و بسیاری از دستگاه‌های قابل‌حمل دیگر پیدا شد. مزیت عمده استفاده از نیکل در باتری‌ها کمک به تراکم انرژی بالاتر است. علاوه بر آن، ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر با هزینه کمتر نیز از دیگر ویژگی های آن است.
پیشرفت بیشتر در فناوری باتری‌های حاوی نیکل به این معنی است که این سیستم برای نقش فزاینده‌ای در سیستم‌های ذخیره انرژی در نظر گرفته‌شده است.
این محصول باعث میشود که انرژی تولیدشده از منابع انرژی تجدید پذیر متناوب مانند باد و خورشید جایگزین سوخت‌های فسیلی شود. بنابراین، دوام بیشتری دارند. 
سکه
امروزه از آلیاژهای نیکل و مس به‌طور عامیانه برای ضرب سکه استفاده میشود. نیکل دارای سابقه طولانی و درخشان استفاده در سکه‌های آمریکایی است. قطعه پنج سنت ایالات‌متحده (معروف به “نیکل”) حاوی 25 درصد نیکل و 75 درصد مس است. بااین‌حال، به دلیل ایجاد آلرژی پوستی برای برخی افراد و هم چنین در دسترس بودن فلزات ارزان‌تر، این عنصر دیگر به‌طور گسترده در ضرب سکه استفاده نمی‌شود.
در پایان
به نظر می‌رسد نیکل به‌ندرت در شکل خالص خود استفاده میشود. این فلز معمولاً با سایر فلزات، به‌ویژه آهن، کروم و مس ترکیب‌شده و آلیاژهایی برتر از فلزات (به‌تنهایی) تولید می‌کند که مصارف زیادی دارد.
یکی از روش‌های ساده برای خرید و فروش مواد اولیه فلزاتی از جمله نیکل استفاده از سامانه تخصصی تموک است. همچنین شما با وارد شدن به این سامانه می توانید محصول تولیدی یا وارداتی خود را معرفی و به فروش برسانید و یا اگر نیاز به مواد، محصول یا خدماتی خاص دارید آن ها را در سامانه تموک تقاضا گذاشته و با دیگران مطرح نموده و مرتفع سازید. این اپلیکیشن کاملا متفاوت را از اینجا دانلود کنید.
