镍——从“小妖精”到合金“好队友”

《百科知识》杂志社与中国大百科全书出版社同期创建于1979年,是由中国大百科全书出版社主办的国内惟一文理合编的国家级科普刊物;是国内公认的具有权威性的老牌科普杂志之一。《百科知识》杂志的特色是门类广泛、文理合编、权威准确、通俗易懂。

镍的化学符号为Ni,原子序数为28。镍既是亲铁元素,也是亲铜元素,在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁,居第五位。地球上绝大多数镍都分布在地核中,地核是天然的镍铁合金。在地壳中,镁铁质岩石的含镍量高于硅铝质岩石,例如橄榄岩的含镍量为花岗岩的1000倍,辉长岩的含镍量为花岗岩的80倍。

上述内容正好可以作为镍的发现史的结论。

“魔鬼的铜”

跟钴一样,镍的名字“Nickel”带有迷信色彩,解作“小妖精”。镍矿看似铜矿,却无法冶炼出铜来,从前被看作是魔鬼搞的恶作剧。

当时,在德国有一种质重而表面呈红棕色的矿石,其表面带有绿颜色的斑点,被用来制作青色玻璃。早期的矿工曾经试图用这种矿石冶炼出铜来,但它们只发散出有毒的烟气,而不能还原成铜。矿工们把这归因于魔鬼的影响,并给这种“被毒化了的矿石”起了个绰号,叫“尼客尔铜”。“尼客尔”一词意为“骗人的小鬼”。所谓“尼客尔铜”,可以理解为“假铜”或者“魔鬼的铜”。

尼客尔铜溶解在酸中呈绿色,与一般铜盐溶液的颜色无异,然而,瑞典矿物学家克朗斯塔特的多次实验证明,尼客尔铜之中并没有铜的成分。一次,他将铁块投进该酸溶液中,依照他的设想,铁将很快把铜从溶液中置换出来。然而,令他意想不到的是,过了很久仍然没有想象中的情况发生。难道矿石表面的绿色物质不是铜?它会是一种新物质吗?克朗斯塔特将绿色的物质置于木炭上燃烧,发现该物质变成了黑色的块渣。再加入3份黑溶剂,即成一种粗金属,其表面呈淡黄色,切面则呈现出莹白的光彩;其形态由小薄片组成,质硬而脆,微微受到磁石的吸引。将其溶于硝酸、王水和盐酸中,可以得到绿色的溶液。这些性质显示,这种物质与当时已经发现的所有金属都不相同,是一种新的金属。克朗斯塔特将这种金属命名为“镍”,并将他的研究成果发表出来。

克朗斯塔特的论文发表后,得到了很多学者的承认,但法国的萨季和蒙耐持不同意见,认为所谓的镍不过是砷、钴、铁和铜的混合物。之后,另一位科学家经各种复杂的试验得到了纯度较高的镍,并于1775年宣布研究成果,认为以上4种物质的混合物与镍的性质迥异,从而证实了镍作为新金属存在的科学性。

1865年,法国的加尼尔首次在新喀里多尼亚发现了硅酸镍矿,并于1875年正式对该矿进行开采,世界上才开始真正的冶炼镍矿石。

从打首饰到造军火

镍被发现后,德国人首先把它掺入铜中,制成所谓的“日耳曼银”,或称“德国银”,也就是我国古代的“白铜”。

最初,由于产量非常有限,镍被当成是贵重金属,常常用于打造首饰。20世纪以来,人们陆续发现了镍的多种用途,镍工业才得以迅速发展起来。

镍这种银白色金属,具有良好的可塑性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高温和磁性等特殊性能,是一种非常重要的有色金属原料,也是国民经济发展中一种重要的战略物资。镍被广泛地用于制造飞机、坦克、舰艇、雷达、导弹、宇宙飞船、原子反应堆等多个领域的国防工业中;在民用工业中的机器制造、陶瓷颜料、防腐镀层、永磁材料、电子遥控等领域,镍也是不可或缺的。镍的最主要用途是生产不锈钢,其次是生产合金。全世界不锈钢生产所用的镍占到镍产量的60%以上。随着全球不锈钢需求的稳定增长,镍的需求量仍在不断提高。

1889年,詹姆斯·莱利向大不列颠钢铁协会提交了一篇具有历史意义的论文,对生产镍钢的可能性进行了全面评述。在这之前,先是法国,之后是意大利和英国,用镍钢生产出了装甲板。测试表明,含镍3%的钢具有极佳的抗炮弹炸毁性能,再加上极强的韧性,这种钢最适合做装甲板。莱利宣称,这类钢经过硬化和回火,强度几乎可以达到每平方毫米1500牛顿这样令人难以置信的程度。他进一步证实,富镍钢实际上是不可腐蚀的。

莱利的报告震惊了全球军械界和工程界。从那以后,镍钢即开始被应用于制造车辆和飞机的部件以及大量高强度齿轮和轴系部件。

不可或缺的添加剂

在不锈钢中加入镍,可以提高其强度和韧性,并改善不锈钢的机械加工性能;但不锈钢性能的差异并非只由镍元素含量决定,而是与其他几种主要元素如铬、碳、锰、氮等共同作用的结果。

合金中添加镍,可增强合金的抗腐蚀性。不同种类的镍合金具有不同的性能。如镍铬合金具有较高的耐热性和大的电阻,可用来做热电体电阻丝;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;镍铜锰铁合金强度高,塑性好,耐腐蚀,是制造电器、海轮和医疗器械的重要材料;镍铁合金因其在弱磁场中具有良好的磁性能,被广泛应用于电信、计算机、控制系统等领域;镍钛合金以其良好的生物相容性,广泛应用于骨科、口腔科和其他临床科室;镍铜锌合金用于制造家具等。

最新的研究成果表明,在不同种类的钢中加入镍或别的元素都会改变钢的性能,提高其力学性能和塑性;将微量的稀土元素铈加入到204Cu不锈钢中,会显著提高该不锈钢的耐腐蚀性。

稍有科学常识的人都会知道,铁路钢轨间会发生热胀冷缩现象。如果从伦敦的地标——海德公园大理石门到英国东南端的多佛尔这两地相隔约120千米的地方之间铺设一条钢带。温度每上升1℃,钢带就会伸长1.5米左右;如果这条金属带是铝制的,温度每上升1℃,金属带则会伸长3米;但使用36%的镍铁合金铺设,金属带只会伸长8厘米。这种镍铁合金最初叫“因瓦”合金,自1896年问世之日起,就用来做精确测量带和用在精密记时计上。它的使用可以把由于温度变化而引起的不精确性减小到最低限度。当然,这种合金在低温下也会产生很小的收缩。人们通常会用它来制造储存液化气的罐子。

有一种含镍78.5%的镍铁合金特别易受低强度磁力的影响,用在穿梭于大西洋的电缆上,使传输速度提高了4倍。在20世纪70年代发展起来的强磁合金,如阿尔科麦克斯镍铁合金或阿尔尼科铝镍钴铁铜合金中,镍也起着重要作用。

硫化镍矿与红土镍矿

地球上总的镍元素含量虽然有很多,但目前可供人类开发利用的镍资源只限于陆地上的硫化镍矿和红土镍矿。

硫化镍矿属于岩浆成因矿床,由于普遍含铜,常被称为含铜硫化镍矿;红土镍矿则属于风化成因矿床。根据美国地质调查局2015年1月公布的数据,全球镍矿储量约8100万金属吨,其中硫化镍矿约占全球镍矿储量的40%,主要分布在俄罗斯、加拿大、澳大利亚、中国、南非以及北欧等地;红土镍矿约占全球镍矿储量的60%,主要分布在赤道地区国家,如新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾、古巴、巴西等国。

目前已知的含镍矿物约有50余种,其中最常见的有十多种。硫化镍矿中常见的含镍矿物为镍黄铁矿和镍磁黄铁矿(其中镍以类质同象形式存在),红土镍矿中的镍主要以镍褐铁矿(多为很少结晶到不结晶的氧化铁)形式存在。

传统上从硫化镍矿中提取镍金属已有近百年的历史;但经过百年的开采,世界上硫化镍矿资源正日渐枯竭。因此,近年来用红土镍矿提取镍金属正逐步成为世界上提取镍的主流。

镍消费大国的烦恼

我国的镍矿储量位列全球第九,仅有300万金属吨,占世界总储量的4%,且多为硫化镍矿(约90%)。我国镍矿资源的分布较为集中,主要分布在西北、西南和东北地区,重点分布在甘肃、新疆、云南、吉林、湖北和四川等省区。

随着国内硫化镍矿开采量越来越多,镍矿储量不断减少,同时还伴随着镍矿品位下降、开采深度增加、开采难度加大和成本升高等一系列问题。从2006年开始,我国从菲律宾进口红土镍矿。

我国的镍资源消费量巨大,如果能将含镍废料回收再利用,那么前景会相当可观;但现实情况是,我国的废镍回收再利用率与发达国家相比还存在很大差距,镍资源浪费严重。

向海底和南极要资源

加大国内外镍矿勘查开发力度,尤其是红土镍矿的勘查开发力度,对于我国乃至全球都适用。那么,除了已知的镍矿资源外,我们还可以去哪里寻找镍资源呢?

世界镍矿资源分布除了硫化镍矿和红土镍矿外,海底锰结核矿石中,镍的储量也相当可观。据估计,海底锰结核矿石的储量约有3万亿吨以上,是多种金属同时也是镍的重要远景资源。而且,锰结核与两种常规镍矿相比,增长很快,每年以1000万~1500万吨的速度在不断增加。因此,锰结核可能会成为一种人类取之不尽的自生矿物资源。但由于开采技术、开采成本及对海洋环境污染等因素的影响,目前开采利用这种镍矿资源的国家还不多,只有美国、法国、日本、德国、澳大利亚等国处于试验阶段。我国对锰结核的勘探和开发虽然起步较晚,但在面临资源日益枯竭的现实情况下,也需要积极研发海底锰结核的开采和冶炼技术,为大规模开采做好前期准备工作。

此外,南极地区的多种有色金属储量相当丰富,其中包括镍(主要分布在南极半岛及沿海岛屿地区)。虽然《关于环境保护的南极条约议定书》禁止各国在50年之内(即到2048年)开采南极的矿产资源,但有些国家在“科学考察与环境保护”的名义下,一直在南极从事矿产资源的考察与勘探活动。我国以往开展南极科考活动注重科学问题较多,今后在对南极矿产资源的调查和开发利用研究方面,也应该有所加强。就目前的南极资源来说,除了勘探和开发的技术难度外,还存在环境污染和领土主权等诸多问题;一旦地球上其他地方的资源耗尽时,对南极资源的开发利用恐怕就会势在必行。

尊敬的用户,您未能注册“中国数字科技馆”账号,请重新注册!

THE END
1.镍中文名称:镍,英文名称:Nickel,元素符号是Ni, 元素周期表中原子序数28,相对原子质量58.69,是VIII族金属。密度8.9g/cm3,熔点1455℃,沸点2730℃。镍是一种银白色金属,在空气中很容易被空气氧化,表面形成有些发乌的氧化膜,因此人们见到的镍常颜色发乌。镍质坚硬,有很好的延展性,磁性和抗腐蚀性,且能高度磨光。镍http://baike.asianmetal.cn/metal/ni/ni.shtml
2.镍是什么意思镍的拼音镍怎么读镍niè名词金属元素;银白色。有光泽;质坚韧。可用来制特种钢或其他合金;镀在其他金属表面可以防止生锈。也用作催化剂。 「镍」字是什么意思(详细解释): ◎镍鎳 niè 〈名〉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。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http://zidian.gjcha.com/954D.html
3.镍百科②盐酸浸出和通氯气浸出法高冰镍用盐酸浸出,浸出液经溶剂萃取除铁、钴后,结晶析出二氯化镍,再经高温水解成氧化镍,最后用氢还原产出镍粉。也可通氯气于氯化镍(NiCl)溶液浸出高冰镍,浸出液经用高冰镍置换铜,萃取除钴,净化除铁、铅后,用不溶性阳极电积,产出电镍。挪威克里斯蒂安桑(Kristiansand)精炼厂采用此法,https://baike.mysteel.com/doc/view/28873.html
4.长江镍业网长江镍业网原长江有色金属网镍价专区权威提供今日镍价,包括长江镍价,lme镍价,金川镍价,汇集各地镍的价格,镍价格,镍价格走势图,提供最新的镍基合金镍网,镍矿,镍基合金,镍球,废镍回收企业产品供求报价品牌宣传,镍新闻资讯, 多年来受到金川镍业、吉恩镍业、华泽钴镍等镍基合金https://ni.ccmn.cn/
5.镍镍镍是银白色金属,1775年由瑞典矿物学家克朗斯塔特分离出来的。在各类岩石中,超基性岩含镍最高,基性岩次之,属亲铁元素。相对密度8.8-8.9莫氏硬度为5,熔点1452℃,沸点3075℃。具有良好的机械强度和延展性,难熔 镍 镍是银白色金属,1775年由瑞典矿物学家克朗斯塔特分离出来的。在各类岩石中,超基性岩含镍最高,基性岩https://baike.cdgtw.net/10816.html
6.镍价格今日镍多少钱一斤镍价格行情走势图查询沪镍主力 124350.00↓ -1380.00 -1.10% 高:125150.00 低:124060.00 开:124880.00 收:125690.00 点击查看沪镍期货价格 镍报价 韶关运田金属专业回收小金属 (2024年12月02日)今天镍价格行情查询 镍报价 昨天 4 (2024年11月29日)今天镍价格行情查询 镍报价 11-29 5 (2024年11月28日)今天镍价格行情查询https://m.cngold.org/price/lm705/
7.镍价格,镍价格,电解镍价格,今日镍板价格,镍铁价格,镍价富宝资讯有色金属网提供镍价格,镍价格,电解镍价格,今日镍板价格,镍铁价格,镍价格及市场资讯和手机短信服务http://www.f139.com/ni/index.html
8.联合金属网镍频道LME镍库存走势图 镍铁价格走势图 行业动态 不锈钢厂 国际动态 国内动态 更多>> 原料价走势图 SHFE镍 LME镍 电解镍 镍盐 调价 12月2日上海电解镍现货行情 12-02 11月29日上海电解镍现货行情 11-29 11月28日上海电解镍现货行情 11-28 11月27日上海电解镍现货行情 11-27 https://www.umetal.com/nietie.html
9.镍ThermoFisherScientific镍金属谱图的峰形复杂。 主峰与卫星特征峰混杂。 Ni金属的卫星峰不要和氧化镍的峰混淆了。 镍化合物也可能具有复杂、多重劈裂的峰形。 关于本元素 符号:Ni 发现时间:1751 命名起源:德语kupfernickel 外观:白色 发现人:Axel Fredrik Cronstedt 来源于:镍黄铁矿 https://www.thermofisher.com/cn/zh/home/industrial/spectroscopy-elemental-isotope-analysis/surface-analysis/xpssimplified/periodic-table/nickel.html
10.今日镍价格金川镍价行情走势长江现货镍价格上海有色金属网今日镍价行情中心为用户提供最新的红土镍矿、纯镍、镍豆、镍铁、硫酸镍、金川镍等今日镍价铬行情及长江现货镍价行情信息.让用户能够在这里更加快速、精准、深入的了解镍价行情和资讯!https://m.smm.cn/hq/nie
11.镍镍价格快讯[镍]11月29日镍为128300.00 2024-11-29 16:38:09 11月29日,镍参考价为128300.00,与11月1日(124083.33)相比,上涨了3.4%[镍]11月28日镍为128300.00 2024-11-28 16:38:09 11月28日,镍参考价为128300.00,与11月1日(124083.33)相比,上涨了3.4%https://www.100ppi.com/kx/detail-message-66--1.html
12.镍CAS#:744002镍价格 11月26日 镍最新价格11月26日 镍厂家最新报价:129350元/吨。2024/11/27 8:44:24 11月24日 镍最新价格11月24日 镍厂家最新报价:126850元/吨。2024/11/25 8:36:19 镍专题 镍镀层有什么用途?对人体有害吗?镍是一种具有银白色的金属,在有机酸中很稳定,在硫酸与盐酸中溶解很慢,在浓硝酸中处于https://mip.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB4854179.htm
13.金属镍镍锭今日镍行情价格走势图镍生产厂家报价中国白银网提供上海华通铂银镍报价,今日金属镍价格,镍最新报价,镍最新行情走势图,镍矿石,粗镍,镍行情报价,镍锭厂家报价,有色金属镍行业动态等信息.https://www.ebaiyin.com/quote/nie.shtml