Никелевые руды это цветной металл или нет

Главная › Металлы

25.06.2020

Никель — металл невезучий.

История несчастливой руды

В описании горняками и шахтерами для металла не нашлось ни одного доброго слова:

1. Nicolaus («хитрый бездельник»). Так звали злого духа гор в немецкой мифологии.
2. Nickel — озорник.
3. Никкел — в языке горняков ругательство. Добытчики часто ошибались, принимая красный никелевый колчедан за медную руду. Разозленные шахтеры назвали руду-обманщицу купферникель (Kupfernickel).

Свойства «хитрого бездельника»

• жаропрочность;
• устойчивость против коррозии (в том числе в агрессивных средах);
• никель красив — он имеет серебристо-белый цвет с легким золотистым оттенком, к тому же блестит;
• существенный недостаток — металл дорогой.

Наш сегодняшний герой — химический элемент с атомным номером 28. В таблице Менделеева он устроился в 10 группе четвертого периода (по устаревшей классификации это побочная подгруппа VIII группы). Кто знает химию, сразу его назовет Niccolum, или узнает по обозначению Ni. Никель — это переходный металл, ковкий, пластичный.

Это один из четырех элементов, кроме железа, кобальта и гадолиния (редкоземельный металл), которые проявляют магнитные свойства при нормальных условиях.

Некоторые характеристики металла:

Химическая активность у металла средняя. В порошкообразном состоянии способен воспламениться на открытом воздухе.

Ищем никель по всему свету

Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.

Рекомендуем:  РЕНИЙ — последний из стабильных изотопов

• Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.
• Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.
• Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:

• Канада (провинция Онтарио);
• Австралия (штат Западная Австралия);
• Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
• Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).

Потребляют металл в основном пять стран:

• Китай;
• Япония;
• США;
• Германия;
• Тайвань.

Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.

Никелевые руды

Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.

В состав медно-никелевых месторождений входят:

• халькопирит;
• пирротин;
• гарниерит;
• пирит;
• ревдинскит;
• магнетит;
• никелин;
• миллерит и другие минералы.

Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.

Получение никеля из руды

Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом и особенностями химического состава.

Этапы производства никеля из сульфидных медно-никелевых руд:

1. Подготовка руды.
2. Плавка на штейн.
3. Конвертирование штейна для получения медно-никелевого файнштейна.
4. Разделение никеля и меди файнштейна.
5. Обжиг чернового концентрата никеля для получения бинарного оксида никеля.
6. Восстановительная плавка.

От кастрюли до АЭС

Применение никеля в современном мире разнообразно. Львиная доля добытого в мире металла уходит на  производство сплавов, легированной стали.

В чистом виде наш герой наносится на поверхности в качестве средства от ржавчины. Еще из него делают тигли, приборы, котлы с высокими антикоррозионными свойствами.

Никелевые сплавы используют для изготовления красивой, блестящей посуды. Секрет фирмы «Цептер» (Zepter) в металле, из которого делают такие удобные и симпатичные кастрюльки. Формула цептеровской нержавейки —  18 частей хрома, 10 частей никеля. Посуда хороша, плюсов много, минус один — цена…

Рекомендуем:  ЦЕЗИЙ — металл со взрывным характером

1. Никельсодержащие сплавы применяют в производстве емкостей для хранения пищевых продуктов, химических веществ, эфирных масел.
2. Аккумуляторные электроды в щелочных батареях — тоже никель.
3. Оборудование для АЭС, ракетная техника, реактивная авиация не смогут обойтись без «озорника» и его сплавов.

Про Франца-Иосифа, аллергию и зубные протезы

Многие новооткрытые металлы поначалу стоили очень дорого. Позволить себе изделия из таких металлов могли только очень богатые люди.

Франц-Иосиф, император Австро-Венгрии, ел из никелевой посуды, на зависть прочим царям-королям. Бум на редкий металл прошел, а император вдруг заболел.

Лейб-медики причины болезни найти не смогли, и вину за болезнь свалили на никель. Бедный металл законодательно изгнали из кухонь.

Прошло время, металл реабилитировали. А Франц-Иосиф благополучно выздоровел, пережил всех горе-лекарей, и просидел на троне аж 68 лет.

Он вредный или нет?

Много писали о вредности никелевых сплавов. Аллергенные они, не носите украшения с никелем. Мало кто знает, что никель в организме человека занимается регулированием гормональной системы, активно участвует в работе клеточных элементов — РНК, ДНК, белка. Металл участвует в синтезе гемоглобина, в кроветворении.

Да, есть индивидуальная непереносимость, аллергия. Но ведь аллергенов вокруг тысячи. Проявилась такая беда — не носите украшения, в состав сплавов которых входит никель. Некорректно говорить, что этот металл опасен, если он входит в состав нашего организма.

В стоматологии для имплантов используют никелид титана. Западные фирмы внедряют новые материалы, при этом обругивая старые — надо же набирать новых потребителей продукции. В США никелевые сплавы для зубопротезирования применялись и в армии, и в детской стоматологии, а это для американцев — святое. Вредных компонентов никогда не стали бы использовать.

Рекомендуем:  МАГНИЙ — огненный металл

Никелевые сплавы

Сплавы металлов с никелем — это суперсплавы. Добавка «вредного духа» в металлы существенно улучшает их качества.

В состав сплавов может входить марганец, медь, алюминий, титан, молибден, вольфрам.

Всех сплавов с никелем не перечесть, назовем некоторые:

1. Латунь, давно известная людям. Римляне называли ее «орихалк».
2. Нихром. Главное достоинство — жаропрочность, применяют в оборудовании и деталях, где необходимо это свойство.
3. Пермаллой. Используют для экранирования при МРТ-исследованиях, в электронных микроскопах, микросхемах.
4. Мельхиор. Спектр использования — от ложек и вилок на обеденном столе, недорогой ювелирки до морских лодок и терморегуляторов.
5. Инконель «узурпировало» ракетостроение. Жаропрочность у сплава превосходная.
6. Платинит. Несмотря на название, платиной там и не пахнет. А лакомое свойство — коэффициент линейного расширения, очень близок к платиновому. Потому там, где возможно, дорогущая платина заменяется дешевым платинитом.
7. Монель-металл. Авиа- и судостроение, химическая и нефтяная промышленности, и просто оправы очков.

Сколько стоит «озорной дух»

Цена за тонну металла на Лондонской бирже металлов составила 12 762 долларов США.

Никель — «пасынок» в семье серебристых металлов Ссылка на основную публикацию

Никель

Никель — простое вещество, пластичный, ковкий, переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Относится к тяжелым цветным металлам, в чистом виде на земле не встречается – обычно входит в состав различных руд, высокой твердостью, хорошо полируется, является ферромагнетиком – притягивается магнитом, в периодической системе Менделеева обозначается символом Ni и имеет 28 порядковый номер.

СТРУКТУРА

Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 å нм, пространственная группа Fm3m. Эта кристаллическая структура устойчива к давлению, по меньшей мере 70 ГПа. При обычных условиях никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку ( a = 3,5236 å). Но никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере h 2 , образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки ( а = 2,65 å, с = 4,32 å), которая при нагревании выше 200 °С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см3 (20 °С), атомный радиус 1,24 å

СВОЙСТВА

Никель — ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400—500 Мн/м2, предел упругости 80 Мн/м2 , предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600—800 Мн/м2. В температурном интервале от 0 до 631К (верхняя граница соответствует Кюри точке ). Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек его атомов. Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и др.).

Запасы и добыча

Никель довольно распространён в природе — его содержание в земной коре составляет около 0,01%(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8%). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41% Ni.
В растениях в среднем 5·10−5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1,6·10−4, в наземных — 1·10−6, в человеческом организме — 1…2·10−6.

Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5—8% Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.

Карбонильный способ (метод Монда): Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.

Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3

Понятие и особенности никеля как строительного материала

Никель – элемент 10 группы таблицы Д.И. Менделеева. Известный сравнительно недавно, также недавно используемый в промышленности. Свое наименование никель получил от имени зловредного гнома, который вместо самородной меди и медной руды подбрасывал горнякам минерал никелин, включающий никель и мышьяк. Использовать в те давние времена никель не умели, так что металл-«обманку» стали называть «озорником» от немецкого Nickel.

И сегодня мы рассмотрим физико-химические свойства и применение никеля, дадим ему общую характеристику, изучим никелевые сплавы и марки.

Это переходный металл, то есть, проявляющий свойства и кислотные, и щелочные. Имеет серебристо-белый блеск, пластичный, ковкий, но твердый. Молекулярная масса невелика – 28, так что он относится к веществам легким.

Об особенностях никеля как металла расскажет этот видеоролик:

С точки зрения химии никель – металл очень интересный и необычный.

С одной стороны, он в состоянии вступать в реакцию и с кислотами, и с щелочами, но с другой, отличается химической инертностью и даже с концентрированными щелочами и кислотами отказывается реагировать.

Причем свойство это настолько ярко выражено, что никель применяют при изготовлении разнообразной кислотоупорной аппаратуры и резервуаров для щелочей.

Металл выплавляется, а затем используется в виде прутков, листов и так далее. И в таком состоянии проявляет обычные металлические свойства малоактивного вещества. А вот превращенный в очень тонкий порошок никель становится пирофорным и способен самовоспламеняться на воздухе.

Секрет в том, что обычное вещество на воздухе, наподобие алюминия, например, покрывается оксидной пленкой, и эта пленка выступает в качестве прочнейшего защитного слоя.

Это качество обуславливает одно из самых старых применений металла – никелирование, то есть, нанесение на поверхность предметов тончайшего слоя никеля. Такой слой полностью защищает от коррозии сталь, чугун, магний, алюминий и так далее.

Изделия из чистого никеля встречаются редко и применяются только на особо ответственных участках.

Его использование в промышленности обусловлено другим уникальным качеством: в сплаве никель сообщает материалу ту же превосходную стойкость к коррозии, которой обладает сам.

Большинство нержавеющих и конструкционных сталей включает никель в качестве легирующего компонента. Именно он и обеспечивает стойкость стали и ее долговечность.

Сплавы на основе никеля очень разнообразны и отличаются замечательными свойствами: прочностью, жаростойкостью, способностью выдерживать высокие силовые нагрузки при высокой температуре, износостойкостью, нечувствительностью к химически агрессивным веществам и так далее. Из всего объема добываемого вещества в чистом виде используется около 9%. Еще 7% тратится на никелирование, а весь остальной объем расходуется на получение сплавов.

Никель составляет с железом и кобальтом триаду железа. В состав группы также входят и платиновые – осмий, платина, родий. Однако, несмотря на относительную близость, свойства металлов заметно отличаются.

По прочности никель мало уступает железу, обладает даже более высокой плотностью, но в отличие от последнего очень стоек к коррозии, в то время как железо на воздухе, а тем более при контакте с водой быстро корродирует.

По сравнению с платиновыми металлами никель куда легче, значительно дешевле и гораздо активнее: платина, осмий и другие относятся к благородным металлам, которые имеют положительный электродный потенциал и являются крайне инертными.

Далее представлено описание преимуществ и недостатков никеля.

Плюсы и минусы

• Никель обладает неплохой прочностью и твердостью, при этом сохраняя способность к ковке и высокую вязкость: из него можно получать тончайшие листы и прутки.
• Металл обладает замечательной стойкостью к коррозии. Более того, это качество он передает сплавам, в состав которых входит в виде легирующего элемента.
• Сплавы на никелевой основе очень разнообразны и отличаются исключительными качествами. Так, жаропрочные железо-никелевые сплавы применяются при изготовлении частей атомных реакторов и реактивных двигателей. На сегодня описаны и используются около 3000 различных никелевых сплавов.
• Покрытие из никеля и сейчас активно применяется не только в приборо- и станкостроении, но и в быту, в строительстве. Никелированная посуда, столовые приборы, фурнитура и прочее не только эстетически привлекательны, но и абсолютно гигиеничны, безвредны и крайне долговечны. Инертность и гигиеничность металла обуславливает его использование в пищевой промышленности.
• Никель является ферромагнетиком, то есть, веществом склонным к самопроизвольному намагничиванию. Это свойство позволяет использовать металл для производства постоянных магнитов.
• Металл относительно дешев в получении и обладает хорошими характеристиками по электропроводности. Никель заменяет дорогое серебро или опасный свинец в производстве аккумуляторов.

Структура и химический состав никеля рассмотрены ниже.

Структура и состав

Никель, как и другие чистые металлы, обладает однородной, хорошо упорядоченной структурой, что и обеспечивает этим веществам способность проводить ток. Однако фазовый состав материала может быть разным, что влияет на его свойства.

• При нормальных условиях дело имеют с β-модификацией никеля. Она характеризуется гранецентрированной кубической решеткой и обуславливает привычные свойства металла – ковкость, пластичность, способность к механической обработке, ферромагнетизм и так далее.
• Существует и материал другого вида. Никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, в реакцию не вступает, но и меняет структуру, переходя в α-модификацию. Последняя имеет плотнейшую гексагональную решетку. При нагревании до 200 С α-фаза переходит в β-фазу. В промышленности имеют дело с β-модификацией никеля.

• Далее рассмотрены основные свойства и характеристики никеля как химического элемента и как металла.
• Данное видео расскажет о том, как самому переделать никель-кадмиевый аккумулятор на литий-ионный:
• Характеристики β-фазы, как основной, представляют больший интерес, поскольку само существование α-фазы ограничено. Свойства металла таковы:

• плотность при нормальной температуре – 8,9 г/куб. см;
• температура плавления – 1453 С;
• температура кипения – 3000 С;
• очень низкий коэффициент теплового расширения – 13,5∙10−6 K−1
• модуль упругости – 196–210 ГПа;
• предел упругости составляет 80 Мн/кв. м;
• предел текучести – 120 Мн/кв. м:
• предел растяжения 40–50 кгс/ кв. мм;
• удельная теплоемкость вещества – 0,440 кдж/(кг·К);
• теплопроводность – 90,1 вт/(м·К);
• удельное электрическое сопротивление – 0,0684 мкОм∙м.

Никель является ферромагнетиком, его точка Кюри – 358 С.

Об изготовлении и производителя никелевых сплавов поговорим ниже.

Производство

Самородный никель на Земле не встречается. В связанном виде он наличествует в медно-никелевых рудах – мышьяксодержащих и сульфидных. Это никелин – красный никелевый колчедан, тот самый, который горняки принимали за медную руду, хлоантит – белый никелевый колчедан, гарниерит, медный колчедан и так далее.

Исходным сырьем чаще всего служит сульфидная руда, включающая и медь, и никель, поэтому в схему производства включены дополнительные этапы по разделению металлов.

• Сульфидные руды обычно содержат много влаги и глинистых веществ. Чтобы избавиться от них, руду измельчают, сушат и брикетируют. При слишком высоком содержании серы в руде ее обжигают.
• Плавка на штейн – осуществляются в шахтных или отражательных печах. Получают сплав сульфида никеля и железа, включая небольшое количество меди.
• Разделение никеля и меди.
• Обжиг никелевого концентрата, восстановительная плавка и рафинирование электролизом.

Способ получения никеля из окисленной руды выглядит несколько иначе.

• Руду подвергают сульфидизирующей плавке с частичным восстановлением.
• Получают файнштейн – расплавленный штейн продувают воздухом в конверторах.
• Файнштейн обжигают и очищают от меди;
• Затем восстанавливают никель либо плавят обожженную крицу на ферроникель.

А сколько стоит 1 кг никеля? Цены на такой металл во многом определяются успехом эксплуатации месторождений. Так, в 2013 году Китай увеличил производство никельсодержащего чугуна, что привело к заметному падению цен на металл. В 2016 году осенью стоимость тонны металла составляла 10045$.

Никель сам по себе используется достаточно редко. Гораздо шире область применения его сплавов.

• В быту чаще всего сталкиваются с никелированными изделиями – краны, смесители, мебельная фурнитура. Металлические части мебели довольно часто покрыты слоем серебристого не тускнеющего металла. То же самое касается столовых приборов и посуды.
• Еще один известный способ использования – белое золото. В его состав входит золото определенной пробы и сплав никеля.
• В электротехнике широчайшее распространение нашли никелевые катоды. Многочисленные аккумуляторы – никель-кадмиевые. Никель-цинковые, железо-никелевые и так далее составляют конкуренцию свинцовым аккумулятором и при этом намного безопаснее.

Однако основным потребителем никеля является цветная и черная металлургия: 67% всего добытого металла используется для получения нержавеющих сталей. А 17% – на изготовление других, не железных сплавов.

• Конструкционная и нержавеющая сталь применяется буквально везде: строительство и машиностроение, электротехника и изготовление трубопроводов, приборостроение и сооружение несущих каркасов. Именно никель придает сталям их стойкость к коррозии.
• Никель-медные сплавы чаще всего применяются при изготовлении кислотоупорной аппаратуры и разнообразных деталей, которые должны работать в условиях агрессивной химической среды.
• Сплавы никеля и хрома знамениты своей жаропрочностью и стойкость к щелочам и кислотам. Их используют в печах, атомных реакторах, двигателях и так далее.
• Сплавы никеля, хрома и железа, кроме того, сохраняют стойкость к высокой нагрузке при очень высоких температурах – до 900 С. Это незаменимый материал для газовых турбин.

Никель – металл с удивительными свойствами. Прочный, ковкий, стойкий к кислотам и щелочам и способный передать эти свойства практически любому сплаву. Неудивительно, что никель так широко применяется.

Простой и надежный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов рассмотрен в видео ниже:

Никель — что это за металл?

Никель — металл с атомным номером 28. Обозначается символом Ni. Он имеет серебристо-белый оттенок, в нормальных условиях покрывается оксидной пленкой. Благодаря своей пластичности, никель легко поддается ковке.

Физические свойства

Никель — ферромагнетик, то есть при температуре ниже точки Кюри он обладает намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля. Для никеля точка Кюри составляет 358 ⁰С. Металл не тускнеет на открытом воздухе.

Основные физические свойства никеля:

• Структура решетки — кубическая гранецентрированая.
• Плотность при нормальных условиях — 8,902 г/см3.
• Температура плавления — 1453 ⁰С.
• Удельная теплота плавления — 17,61 кДж/моль.
• Температура кипения – 3000 ⁰С.
• Удельная теплота испарения — 378,6 кДж/моль.
• Молярная теплоемкость — 26,1 Дж/(K*моль)
• Удельная теплоемкость — 0,440 кдж/(кг*К).
• Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
• Удельное электрическое сопротивление — 0,0684 мкОм*м.

История

Никель был официально открыт в 1751 году химиком Акселем Кронстедтом, который нашел его в кобальтовой земле. Однако еще раньше его раскапывали в горах Саксонии. Горняки использовали руду, содержащую никель, для изготовления стекла.

По внешним признакам саксонцы сначала принимали эту руду за серебряную и пытались переплавить ее в драгоценный металл, но этого не получалось. Кроме того, при плавлении из руды выделялся ядовитый газ, который наносил вред горнякам.

Неудачу потерпели и попытки добыть из этой руды медь.

В итоге в конце XVII в. саксонцы назвали руду «купферникель», что в переводе означает «медный дьявол». Это связано с тем, что горняки считали выделение ядовитого газа происками злых духов, обитавших в горах.

Именно купферникель исследовал Аксель Кронстедт в 1751 году. Он получил из него окисел зеленого цвета и восстановил его до металла, который до этого не был известен науке. Химик назвал этот металл никелем.

В 1775 году Торберн Улаф Бергман получил никель в более чистом виде и подробнее описал его свойства. Он выяснил, что по своему составу этот металл больше похож на железо, чем на медь.

В конце XVIII – начале XIX вв. многие химики, начиная с Жозефа Луи Пруста, детально изучали никель.

В 1804 году немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер получил наконец чистый металл, и никель окончательно утвердился как химический элемент.

Биологическая роль

Никель — микроэлемент, который необходим всем живым организмам. Его среднее содержание в растениях — 0,00005 %, в наземных животных — 0,000001 %, в морских — 0,00016 % массы тела.

Роль никеля в организме изучена не до конца. Известно, что он участвует в ферментативных реакциях и влияет на окислительные процессы. Он содержится в легких, печени, мышцах, поджелудочной и щитовидной железах, некоторых отделах головного мозга. Микроэлемент также накапливается в ороговевших тканях человека, животных и птиц, в том числе в волосах и перьях.

Избыточное содержание никеля в растениях приводит к уродливым формам, в организме животных — к различным глазным заболеваниям (кератоконъюнктивитам, кератитам).

Пары и пыль никеля токсичны и могут вызывать поражения кожи, легких и носоглотки, а частое вдыхание паров металла опасно появлением злокачественных новообразований.

Нахождение в природе и производство

Больше всего никеля содержится в глубоких слоях. В земной коре — его 0,0058%, в ультраосновных породах — 0,2 %. Если верить гипотезе, что земное ядро состоит из никелистого железа, общее содержание никеля в земле составляет примерно 3%. Никель также обнаружен в некоторых метеоритах.

В земной коре этот металл соседствует с железом и магнием, с которыми он имеет сходную валентность. В минералах магния и железа никель содержится в виде изоморфной примеси. Также существует 53 известных науке минерала никеля.

Большая часть из них была образована под воздействием давления и высоких температур, например, при застывании магмы. Сульфидные руды, содержащие данный металл, имеют в своем составе медь.

Некоторые руды никеля включают железо, серу, мышьяк, кобальт, магний.

Больше всего этого металла добывается на территории России. Крупные никелевые рудники также находятся в Канаде, Австралии, Новой Каледонии, Индонезии и на Кубе.

Больше всего никеля (около 80%) получают из сульфидных медно-никелевых руд, значительно меньше — из силикатных (окисленных) руд.

Химические свойства

Никель химически малоактивен. Он образует поверхностную оксидную пленку, из-за чего устойчив в атмосфере, щелочи, многих кислотах и воде. Металл не подвергается коррозии. Образует два оксида (NiO и Ni2O3) и два гидроксида (Ni(OH)2 и Ni(OH)3).

Хлорид, нитрат, сульфат и нитрат никеля — четыре растворимые соли. Они имеют желтый или желто-коричневый оттенок и окрашивают растворы в зеленый цвет. Фосфат, оксалат и сульфиды никеля (черный, зеленый и бронзовый) — нерастворимые соли.

Металл поглощает газы (углерод, водород и многие другие), которые ухудшают его механические свойства. С кислородом взаимодействует при температуре выше 500 ⁰С.

В мелкодисперсном состоянии никель самовоспламеняется на воздухе. При нагревании соединяется с галогенами. Образует сульфид при горении в сере, а при нагревании оксида NiO с серой получается моносульфид. Металл также вступает в реакцию с азотной кислотой: образуются нитрат никеля и оксид азота.

По химическим свойствам больше всего похож на железо и кобальт, в меньшей степени — на благородные металлы и медь. Он горит только в виде порошка, проявляет переменную валентность в соединениях (чаще всего двухвалентен). Образует комплексные и координационные соединения.

Применение

Наиболее широкая область применения никеля — изготовление сплавов различных металлов. Его сплавляют:

• Со сталью. Это повышает химическую стойкость сплава: все нержавеющие стали содержат в своем составе никель.
• С железом. Этот сплав имеет низкий коэффициент термического расширения, благодаря чему он успешно используется для изготовления различных деталей для электроприборов.
• С кобальтом и магнием. Образуется жаростойкий сплав, который выдерживает высокие температуры до 500 ⁰С и отличается устойчивостью к коррозии.
• С золотом и серебром. Это так называемое «белое золото» — прочный ювелирный сплав.
• С хромом. В результате образуется нихром — жаропрочный, крипоустойчивый, пластичный сплав, который хорошо держит форму.
• С железом, медью и хромом. Этот сплав характеризуется высокой магнитной восприимчивостью.

Сплавы никеля отличаются высокой степенью вязкости, благодаря чему находят применение при изготовлении брони. Многие сплавы используются в газотурбинных установках, конструкциях атомных реакторов. Из них также делают нагревательные элементы и монеты. Сплавы получили широкое применение в производстве аккумуляторов.

Никель используется и в чистом виде: из него изготавливают трубы, листы и др., а в химических лабораториях он служит катализатором многих реакций. Из металла также производят специализированную химическую аппаратуру. Оксид никеля применяется в производстве стекла, керамики и глазурей. Для многих металлов используется никелирование — создание никелевого покрытия с целью защитить от коррозии.

Из никеля делают спирали электронных сигарет, им обматывают струны музыкальных инструментов. В медицине этот элемент используется для протезирования и изготовления брекет-систем.

Черные и цветные металлы и их руды

Человек использует так или иначе все минералы и породы Земли. Черные и цветные металлы, как полезные ископаемые входят в состав земной коры в виде руды. По данным ученого А. Виноградова в залежах земной коры преобладают следующие элементы (содержание их дано в процентах): магний (2,2), калий (2,5), натрий (2,8), кальций (3,7), железо (5,5), алюминий (8,5), кремний (27), кислород (48). Эти элементы входят в состав силикатов и алюмосиликатов, слагающих земную кору.

Железо

Железо – распространенный элемент. Его количество в земной коре исчисляется несколькими процентами, однако добывается железо из богатых руд с содержанием не менее 25 процентов металла.

Железные руды

Типы месторождений железа самые разнообразные. Наибольшее значение имеют так называемые железистые кварциты – тонкополосчатые породы, в которых черные полосы – железные минералы магнетит – магнитный железняк и меньше гематит – красный железняк – переслаиваются лентами светлого кварца.

Такие месторождения заключают много миллиардов тонн железных руд и известны главным образом в древнейших толщах возрастом два и более миллиарда лет! Они развиты в древних кристаллических щитах и платформах. Широко распространены они в Северной и Южной Америке, на западе Австралии, в Африке, в Индии.

Запасы железных руд этого типа практически безграничны – более 30 триллионов тонн, поистине астрономическая цифра! Предполагается, что железистые кварциты образовались при действии железобактерий в древних бассейнах за счет железа, поступавшего в растворах с окрестных возвышенностей, а может быть, и в горячих глубинных растворах. Отложение осадочных железных руд происходит в озерах, морях – современных «природных лабораториях». В последние годы открыты выделения железных конкреций (желваков) на дне океанов. Они заключают огромные запасы не только железа, но и сопутствующих ему марганца, никеля и других элементов.

К типам месторождений железа относятся и, так называемые, контактовые или скарновые месторождения, которые располагаются на границе гранитных пород и известняков и образованы за счет растворов, приносившихся из магматического тела.

Залежи этого типа сложены богатыми рудами. Кажется, немногочисленны железные минералы. Главные из них: магнетит, гематит, а также различные разновидности бурых железняков, сидерита (карбонат железа). Эти минералы дают большое разнообразие типов месторождений.

Марганец

С железом сходен по условиям образования и по техническому применению марганец.

Осадочные руды

Он обычно сопутствует железу в осадочных рудах и древних метаморфических месторождениях. Он, как и железо, основа черной металлургии, применяется для производства качественных сталей.

Хром

К черным металлам принадлежит и хром. Главный его минерал – хромит – образует черные сплошные массы и вкрапления кристаллов в ультраосновных породах.

Хромитовые месторождения

Хромитовые месторождения, как и заключающие их массивы ультраосновных пород, встречаются в зонах глубинных разломов. Рудоносная магма поступала из подкоровых глубин, из мантии. Месторождения хромитов известны в Юго-Западной Африке, на Филиппинах, на Кубе, на Урале.

Применяется хром в металлургическом производстве для придания стали особенной твердости, в хромировании поверхностей металлов и в производстве красок, он придает соединениям зеленую окраску.

Титан

К этой же технической группе принадлежит титан.

Он добывается из основных магматических пород в виде ильменита и из россыпей, наземных и очень широко распространенных на морских пляжах и шельфах (Бразилия, Австралия, Индия), где источником его служат титаномагнетит, ильменит и рутил.

Титан применяется при производстве особых сортов стали. Это термоустойчивый, легкий металл.

Ванадий

Важен также и ванадий – частый спутник титана в месторождениях и в россыпях, используемый для изготовления особо прочных сортов сталей, применяемых в производстве брони и снарядов, в автомобилестроении, в атомной энергетике. Здесь все большую роль приобретают новые комбинации элементов в сплавах.

Например, сплав ванадия с титаном, ниобием, вольфрамом, цирконием, алюминием применяется в производстве ракет и в атомной технике. А композиционные новые материалы тоже готовят из минерального сырья.

Никель и кобальт

Никель и кобальт, тоже элементы семейства железа, встречаются чаще в основных и ультраосновных породах, особенно никель.

Никелевые руды

Он образует крупные месторождения в Юго-Западной Африке, на Кольском полуострове и в районе Норильска. Это – магматические месторождения. Сульфиды никеля кристаллизовались из магматического расплава, поступавшего из мантии или из горячих водных растворов. Особый тип представляют остаточные месторождения никеля, образующиеся в результате выветривания никеленосных основных пород, например базальтов, габброидов.

При этом возникают окисленные минералы никеля в виде рыхлых зеленоватых масс.

Эти же остаточные никелевые руды обогащены железом, что позволяет их использовать для изготовления железоникелевых сплавов.

Такие месторождения встречаются на Урале, но особенно широко распространены они в тропической зоне – на островах Индонезии, на Филиппинах, где интенсивно происходит окисление пород на поверхности.

Цветные металлы

Важное значение для промышленности имеют цветные металлы. Многие из них геохимически относят к группе халькофильных, родственных меди (халькос – медь): медь, свинец, цинк, молибден, висмут. В природе эти металлы образуют соединения с серой, сульфиды.

Отлагались минералы цветных металлов большей частью из горячих водных растворов; главными из них являются для меди халькопирит – золотистый минерал, борнит – лиловатый минерал, постоянный спутник халькопирита, а также черный сажистый халькозин, который встречается в верхней части многих медных месторождений.

Медные руды

Месторождения меди весьма разнообразны. В последние годы очень большое значение приобрели бедные вкрапленные руды так называемого порфирового типа, которые залегают часто в вулканических жерлах. Они были образованы из горячих растворов, поступавших из глубоких магматических очагов. Запасы таких руд огромны, особенно в Южной и Северной Америке.

Большое значение имеют также пластовые залежи медных руд, образованные при вулканических извержениях на дне морей. Это так называемый колчеданный тип, в котором медный колчедан – халькопирит – встречается совместно с железным колчеданом – пиритом.

Эти месторождения долгое время служили главным источником руд на Урале. Наконец, велика роль так называемых медистых песчаников, содержащих минералы меди. К этому типу относятся месторождения в Читинской области, а за рубежом крупнейшие месторождения Катанги в Африке.

Свинец и цинк

Свои особенности имеют месторождения свинца и цинка, этих неразрывно связанных между собой металлов. Главным минералом свинца является свинцовый блеск, или галенит, минерал серебристо-белого цвета в кристаллах кубической формы.

Свинцовые руды

Из свинцовых концентратов извлекают серебро, висмут, сурьма. Последние образуют в свинцовом блеске лишь незначительную примесь, однако при огромном масштабе выплавки свинцовых руд они составляют очень важную добавку к добыче этих ценных элементов из их собственных минералов.

Главный минерал цинка – сфалерит (цинковая обманка). Обманкой его называют потому, что он имеет скорее алмазный блеск, а не металлический, как у руды. Цвет у него различный: от коричневого до черного и кремового. Эти два минерала, галенит и сфалерит, как было сказано, постоянно встречаются совместно.

Цинковые концентраты

Из цинковых концентратов добывают германий, индий, кадмий и галлий. Они образуют очень незначительную примесь в цинковых обманках, где в кристаллической решетке замещают атомы цинка, становясь на их место. И, несмотря на ничтожное содержание, именно извлечение этих малых примесей из цинковых обманок является главным источником их получения.

Они имеют большую ценность! Например, кадмий применяется при производстве ядерных реакторов, аккумуляторов, низкоплавких сплавов. Галлий благодаря его низкоплавкости (температура плавления всего 30 градусов Цельсия) используется как заменитель ртути в термометрах.

Кадмий с оловом и висмутом дает сплав Вуда с температурой плавления 70 градусов. Индий, добавленный к серебру, придает последнему большой блеск, а в сплаве с медью защищает корпуса судов от коррозии в морской воде. Германий употребляется при производстве полупроводников.

Сульфидная руда

Часто вместе со свинцом и цинком в рудах встречаются серебро, висмут, мышьяк, медь, поэтому свинцово-цинковые месторождения называют полиметаллическими. Эти месторождения образуются из горячих водных растворов и особенно часто встречаются в виде залежей и жил среди известняков, которые замещены сульфидной рудой.

Олово и вольфрам

Олово и вольфрам относятся к более редким металлам и представляют особую группу (в практике их теперь относят к группе «цветных»). Применение цветных металлов очень широко: в машиностроении, других областях техники, в военном деле. Представим на минуту, что истощились ресурсы такого металла, как олово, сразу бы встала вся жизнь: ведь сплавы олова идут на подшипники, необходимые в любом механизме, без сплавов олова нельзя было бы производить автомобили, электровозы, станки, упало бы производство консервов (олово – металл консервных банок).

Казалось бы, такой малозаметный металл, как олово, является крайне необходимым звеном всей техники.

Минералы редких металлов

Эти металлы встречаются в виде кислородных соединений: олово – в окисле, касситерите, или оловянном камне, вольфрам – в солях вольфрамовой кислоты: вольфрамите и шеелите.

Минералы этих элементов часто находят в кварцевых жилах среди гранитов или вблизи них. Блестящие черные или коричневые кристаллы вольфрамита резко выделяются на фоне белого кварца. Иногда они встречаются и в других типах месторождений: шеелит на контактах гранитов с известняками в скарнах, касситерит – в сульфидных жилах.

Кислородные соединения образуют многие так называемые редкие металлы: литий, рубидий, цезий, бериллий, необий, тантал – они часто встречаются в пегматитовых жилах. Особенно богаты ими древние докембрийские пегматиты (Африка, Бразилия, Канада).

Алюминий

Важное значение приобретают в настоящее время легкие металлы – алюминий и его еще более легкие собратья – магний и бериллий. Эти металлы – конкуренты всесильного железа, призванные во многих областях его заменить.

Эти металлы и их сплавы широко используются в технике, особенно в самолетостроении, ракетостроении, в производстве буровых труб – всюду, где нужен легкий металл.

Сырье для алюминия – бокситы

Алюминий, как известно, очень широко распространен в земной коре, и его в будущем можно будет получать из любых алюмосиликатных горных пород, богатых этим элементом. Пока же традиционным сырьем для алюминия являются бокситы.

Они состоят из водных соединений глинозема, образующихся как осадочным путем при отложении в морских бассейнах, так и при выветривании алюмосиликатных горных пород. В последнее время разработан метод получения алюминия из древних кристаллических сланцев, образованных при метаморфизме глинистых отложений, а также из щелочных магматических пород.

Таким образом, проблема источников получения алюминия никогда не встанет перед человеком: этого металла с избытком хватит для всех последующих поколений. Дело только за технологией его извлечения и электроэнергией для создания мощных энергоемких производств.

Бериллий

Иное дело бериллий. Это относительно редкий металл. Он входит в состав берилла и других минералов, которые встречаются в высокотемпературных месторождениях, в пегматитах, а также в жилах, образующихся из горячих водных растворов. Этот ценный металл применяется в специальных сплавах для изготовления рентгеновских трубок.

Германий

Возрастает комплексное использование полезных ископаемых. Например, из угля извлекаются редкие элементы, главным образом крайне ценный германий.

Селен

Такой элемент, как селен, не часто встречается в самостоятельных минералах, но присутствует в пирите и других сульфидах в виде ничтожной примеси, занимая место серы; он используется для создания полупроводников, оптических приборов, в частности биноклей, телеграфной аппаратуры, бесцветного стекла.