镍是一种银白色金属,首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特(A.F.Cronstedt)分离出来的。由于它具有良好的机械强度和延展性,难熔耐高温,并具有很高的化学稳定性,在空气中不氧化等特征,因此是一种十分重要的有色金属原料,被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢,广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。在民用工业中,镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层,镍钴合金是一种永磁材料,广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域,在化学工业中,镍常用作氢化催化剂。
元素名称:镍
元素原子量:58.69
元素类型:金属
原子体积:(立方厘米/摩尔):6.59
元素在太阳中的含量:(ppm) :80
元素在海水中的含量:(ppm):太平洋表面 0.0001
地壳中含量:(ppm):80
原子序数:28
元素符号:Ni
元素中文名称:镍
元素英文名称:Nickel
氧化态:Main Ni+2
Other Ni-1, Ni0, Ni+1, Ni+3, Ni+4, Ni+6
密度:8.902
熔点:1453.0
沸点:2732.0
声音在其中的传播速率:(m/S):4900
电离能 (kJ/ mol)
外围电子排布:3d8 4s2
核外电子排布:2,8,16,2
晶体结构:晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
晶胞参数:
aa = 352.4 pm
b = 352.4 pm
c = 352.4 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
莫氏硬度:4
颜色和状态:银白色金属
原子半径:1.62
常见化合价:+2,+3
发现人:克朗斯塔特
发现时间和地点:1751 瑞典
元素来源:镍黄铁矿[(Ni,Fe)9S8]
瑞典化学家克隆斯特研究了这个矿物,他得到了少量与铜不同的金属。他在1751年发表研究报告,认为这是一种新金属,就称它为nickel,这也就是镍的拉丁名称niccolum和符号Ni的来源。镍在欧洲被发现后,德国人首先把它掺入铜中,制成所谓日耳曼银,或称德国银,也就是中国的白铜。
世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家,集中分布在环太平洋的热带―亚热带地区,主要有:美洲的古巴、巴西;东南亚的印度尼西亚、菲律宾;大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。中国镍矿分布就大区来看,主要分布在西北、西南和东北,其保有储量占全国总储量的比例分别为76.8%、12.1%、4.9%。就各省(区)来看,甘肃储量最多,占全国镍矿总储量的62%,其次是新疆(11.6%)、云南(8.9%)、吉林(4.4%)、湖北(3.4%)和四川(3.3%)。其中甘肃金昌的铜镍共生矿床,镍资源储量巨大,仅次于加拿大萨德伯里镍矿,居世界第二,亚洲第一。
有良好延展性,具有中等硬度。
镍是银白色金属,具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蚀性,镍近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。溶于硝酸后,呈绿色。主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如兰尼镍,尤指用作氢化的催化剂)
密度8.902克/立方厘米
熔点1453℃
沸点2732℃
外围电子排布3d84s2,位于第四周期第Ⅷ族。化学性质较活泼,但比铁稳定。室温时在空气中难氧化,不易与浓硝酸反应。细镍丝可燃,加热时与卤素反应,在稀酸中缓慢溶解。能吸收相当数量氢气。
镍不溶于水,常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜,能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解,释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+;耐强碱。镍可以在纯氧中燃烧,发出耀眼白光。同样的,镍也可以在氯气和氟气中燃烧。对氧化剂溶液包括硝酸在内,均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。镍盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。镍在稀硝酸缓慢溶解。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。镍同铂、钯一样,钝化时能吸大量的氢,粒度越小,吸收量越大。镍的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。实验室中也常用到硝酸镍,带有结晶水,化学式为NiFe2O4·6H2O,绿色透明的颗粒,易吸收空气中的水蒸汽。与铁,钴相似,在常温下对水和空气都较稳定,能抗碱性腐蚀,故实验室中可以用镍坩埚熔融碱。硫酸镍(NiSO4)能与碱金属硫酸盐形成矾 Ni(SO4)2o6H2O(MI为碱金属离子)。+2价镍离子能形成配位化合物。常压下,镍即可与一氧化碳反应,形成剧毒的四羰基镍(Ni(CO)4),加热后它又会分解成金属镍和一氧化碳。
原子序数28
1.氧化镍:NiC2O4= NiO + CO + CO2
2.氢氧化镍:Ni2++2OH-= Ni(OH)2
3.硫酸镍 2Ni+2H2SO4+2HNO3= 2NiSO4+NO2+NO+3H2O
NiO+H2SO4= NiSO4+H2O
NiCO3+H2SO4= NiSO4+CO2+H2O
4.卤化镍:NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2
1.氧化高镍
4NiO+O2==2Ni2O3
2Ni(OH)2+Br2+2OH-==Ni2O3+2Br-+3H2O
2Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2+4H2O
Ni2O3+6HCl==2NiCl2+Cl2+3H2O
2.氢氧化高镍
4NiCO3+O2==2Ni2O3+4CO2
2Ni(OH)2+NaClO+H2O==2Ni(OH)3+NaCl
2Ni(OH)3+6HCl==2NiCl2+Cl2+6H2O
1.氨配位化合物:[Ni(NH3)6]2+
2.氰配位化合物:[Ni(CN)4]2-
3.螯合物:[Ni(en)3]2+
4.羰基配位化合物
(a) Ni(CO)4
(b)(C2H5)2Ni
金属镍几乎没有急性毒性,一般的镍盐毒性也较低,但羰基镍却能产生很强的毒性。羰基镍以蒸气形式迅速由呼吸道吸收,也能由皮肤少量吸收,前者是作业环境中毒物侵入人体的主要途径。羰基镍在浓度为3.5μg/m3时就会使人感到有如灯烟的臭味,低浓度时人有不适感觉。吸收羰基镍后可引起急性中毒,10分钟左右就会出现初期症状,如:头晕、头疼、步态不稳,有时恶心、呕吐、胸闷;后期症状是在接触12至36小时后再次出现恶心、呕吐、高烧、呼吸困难、胸部疼痛等。接触高浓度时发生急性化学肺炎,最终出现肺水肿和呼吸道循环衰竭而致死亡接触致死量时,事故发生后4至11日死亡。人的镍中毒特有症状是皮肤炎、呼吸器官障碍及呼吸道癌。
致突变性:肿瘤性转化:仓鼠胚胎5μmol/L。
生殖毒性:大鼠经口最低中毒剂量(TDL0):158mg/kg(多代用),胚胎中毒,胎鼠死亡。
致癌性:IARC致癌性评论:动物为阳性反应。
迁移转化:天然水中的镍常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及某些无机和有机络合物的形式溶解于水。水中的可溶性离子能与水结合形成水合离子(Ni(H2O)6)2+,与氨基酸、胱氨酸、富里酸等形成可溶性有机络离子,它们可以随水流迁移。镍在水中的迁移,主要是形成沉淀和共沉淀以及在晶形沉积物中向底质迁移,这种迁移的镍共占总迁移量的80%;溶解形态和固体吸附形态的迁移仅占5%。为此,水体中的镍大部分都富集在底质沉积物中,沉积物含镍量可达18~47ppm,为水中含镍量的38000~92000倍。土壤中的镍主要来源于岩石风化、大气降尘、灌溉用水(包括含镍废水)、农田施肥、植物和动物遗体的腐烂等。植物生长和农田排水又可以从土壤中带走镍。通常,随污灌进入土壤的镍离子被土训无机和有机复合体所吸附,主要累积在表层。
元素来源:矿石经煅烧成氧化物后,用水煤气或碳还原而制得。
元素用途:主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金,如镍钢、铬镍钢及各种有色金属合金,含镍成分较高的铜镍合金,就不易腐蚀。也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿、电子线路、玻璃着绿色以及镍化合物制备等等。具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,尤指用作氢化的催化剂) ,可用来制造货币等,镀在其他金属上可以防止生锈。
最稳定的同位素:
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量 衰变产物
MeV
56Ni 人造 6.077天 电子捕获 2.136 56Co
58Ni 68.077 % 稳定
59Ni 人造 76,000年 电子捕获 1.072 59Co
60Ni 26.233 % 稳定
61Ni 1.14 % 稳定
62Ni 3.634 % 稳定
63Ni 人造 100.1年 β衰变 2.137 63Cu
64Ni 0.926 % 稳定
储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂、酸类等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。
1.电解法。将富集的硫化物矿焙烧成氧化物,用炭还原成粗镍,再经电解得纯金属镍。
2.羰基化法。将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍,加热后分解,又得纯度很高的金属镍。
3.氢气还原法。用氢气还原氧化镍,可得金属镍。
4.在鼓风炉中混入氧置换硫,加热镍矿可得到镍的氧化物。而此种氧化物再和与铁反应过的酸液进行作用就能得到镍金属。
5.矿石经煅烧成氧化物后,再用水煤气或炭还原得到镍。
在自然界,最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家,在多米尼加也有大量的镍矿。
金属镍主要用于电镀工业,镀镍的物品美观、干净、
2006年1-12月,中国镍累计产量为111280.01吨,与2005年同期相比增长了22.07%;2007年1-12月,中国镍累计产量为115772.10吨,与2006年同期相比增长了8.51%;2008年1-10月,中国镍累计产量为112209.99吨,与2007年同期相比增长了8.99%。
中国镍行业在不断发展的同时,也存在一些问题,如镍矿中多为低品味,露采比例很小,可采储量仅占总储量的10%,开采和冶炼的技术相对较为落后;选矿一般采用弱酸或弱碱介质浮选工艺,选矿能力为430万吨/年;中国镍冶炼除几家大型企业以外普遍采用火法的选锍熔炼技术,精炼镍主要采用硫化镍阳极隔膜电解和硫酸选择性浸出——电积工艺,与世界先进技术还有一定差距,因此中国开采和冶炼的成本居高不下。
2010年预计中国镍消费量将达到40万吨/年以后,中国将成为世界最大的镍消费国。2010年中国镍金属基础储量只有230万吨左右,2010-2013年来中国镍矿勘探没有重大进展,如果就按照这样消费下去的话,10年后中国的镍矿资源将逐渐消耗殆尽。
2012年10月5日,中国新疆省地矿部门和矿产企业经4年勘查,在新疆若羌县发现百万吨级特大型镍矿,已探得镍金属资源量128万吨。
《2013-2017年中国金属镍行业全景调研及投资前景预测报告》资料显示,中国和美国为最大消费国。Higo称,2013年中国镍生铁产量将增至35万吨。镍生铁为低级铁矿石的替代品。中国不锈钢生产商镍生铁使用量增加将抑制其对镍的风险偏好,拖累镍价。他表示,中国需求将增加8.5%至83万吨,而包括生铁在内的产量将增长10%至54万吨。中国需求占全球总量的47%。
截至2013年5月23日,中国库存180,024吨。2013年全球不锈钢产量或自1月预估增长1.7%至3,650万吨。中国产量将增加3.7%至1,680万吨。根据国际不锈钢论坛,亚洲不锈钢产量占全球总量的70%。
中国镍供给有两个部分组成,一部分是新产镍精矿供应,这部分占镍总供给量的72.9%,另一部分来自再生镍占27.1%,随着经济建设和钢铁工业的发展,镍的需求量不断增加。
南非:Nkomati镍矿,位于南非共和国东部Mpumalanga地区,距离约翰内斯堡300公里处,1997年投产,为南非的第一座镍矿。分为两个矿床:高含量矿、低含量矿。高含量矿送至Rustenburg冶炼厂进行冶炼,低含量矿送至博斯瓦纳和津巴布韦进行冶炼。2007年进行扩产可行性研究,预计2010年扩产项目投产。2010年产能与产能4000吨左右(金属量)。扩产后,开采寿命将从2023年延长至2030年,并将逐步改为露天开采。
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