鎳(Nickel),,是一種硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬,它能夠高度磨光和抗腐蝕,。鎳屬于親鐵元素,。地核主要由鐵、鎳元素組成。在地殼中鐵鎂質(zhì)巖石含鎳高于硅鋁質(zhì)巖石,,例如橄欖巖含鎳為花崗巖的1000倍,,輝長巖含鎳為花崗巖的80倍。
2017年10月27日,,世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,,鎳金屬和鎳合金在2B類致癌物清單中。
1.電解法,。將富集的硫化物礦焙燒成氧化物,,用炭還原成粗鎳,再經(jīng)電解得純金屬鎳,。
2.羰基化法,。將鎳的硫化物礦與一氧化碳作用生成四羰基鎳,加熱后分解,,又得純度很高的金屬鎳,。
3.氫氣還原法。用氫氣還原氧化鎳,,可得金屬鎳,。
4.在鼓風爐中混入氧置換硫,加熱鎳礦可得到鎳的氧化物,。而此種氧化物再和與鐵反應過的酸液進行作用就能得到鎳金屬,。
5.礦石經(jīng)煅燒成氧化物后,再用水煤氣或炭還原得到鎳,。
因為鎳的抗腐蝕性佳,,常被用在電鍍上。鎳鎘電池含有鎳,。
主要用于合金(配方)(如鎳鋼和鎳銀)及用作催化劑(如拉內(nèi)鎳,,尤指用作氫化的催化劑),可用來制造貨幣等,,鍍在其他金屬上可以防止生銹,。主要用來制造不銹鋼和其他抗腐蝕合金,如鎳鋼,、鎳鉻鋼及各種有色金屬合金,,含鎳成分較高的銅鎳合金,就不易腐蝕,。也作加氫催化劑和用于陶瓷制品、特種化學器皿,、電子線路,、玻璃著綠色以及鎳化合物制備等等。
電解鎳:電解鎳是使用電解法制成的鎳,,用它制造的不銹鋼和各種合金鋼被廣泛地用于飛機,、坦克,、艦艇、雷達,、導彈,、宇宙飛船和民用工業(yè)中的機器制造、陶瓷顏料,、永磁材料,、電子遙控等領域。
隕石包含著鐵和鎳,,早期它們被作為上好的鐵使用,。因為這種金屬不生銹,它被秘魯?shù)耐林醋魇倾y,。一種含有鋅鎳的合金被叫做白銅,,在公元前200年的中國被使用。有些甚至延伸到了歐洲,。
在1751年,,工作于斯德哥爾摩(瑞典首都)的Alex Fredrik Cronstedt研究一種新的金屬——叫做紅砷鎳礦(NiAs)——其來自瑞典的海爾辛蘭的Los。他以為其包含銅,,但他提取出的是一種新的金屬,,他宣布并命名為Nickel(鎳)于1754年。許多化學家認為它是鈷,,砷,,鐵和銅的合金——這些元素以微量的污染物出現(xiàn)。直到1775年純凈的鎳才被Torbern Bergman制取,,這才確認了它是一種元素,。
世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30度以內(nèi)的熱帶國家,集中分布在環(huán)太平洋的熱帶―亞熱帶地區(qū),,主要有:美洲的古巴,、巴西;東南亞的印度尼西亞,、菲律賓,;大洋洲的澳大利亞、新喀里多尼亞,、巴布亞新幾內(nèi)亞等,。中國鎳礦分布就大區(qū)來看,主要分布在西北,、西南和東北,,其保有儲量占全國總儲量的比例分別為76.8%、12.1%、4.9%,。就各?。▍^(qū))來看,甘肅儲量最多,,占全國鎳礦總儲量的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%)。其中甘肅金昌的銅鎳共生礦床,,鎳資源儲量巨大,,僅次于加拿大薩德伯里鎳礦,居世界第二,,亞洲第一,。
鎳近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素,,它能夠高度磨光和抗腐蝕,。溶于硝酸后,呈綠色,。主要用于合金(如鎳鋼和鎳銀)及用作催化劑(如蘭尼鎳,,尤指用作氫化的催化劑)
密度 8.902g/cm3
熔點 1453℃
沸點 2732℃
延展性 有良好延展性
硬度 中等
外觀 銀白色金屬
磁性 具有磁性
可塑性 良好
耐腐蝕性 好
化學性質(zhì)較活潑,但比鐵穩(wěn)定,。室溫時在空氣中難氧化,,不易與濃硝酸反應。細鎳絲可燃,,加熱時與鹵素反應,,在稀酸中緩慢溶解。能吸收相當數(shù)量氫氣,。
鎳不溶于水,,常溫下在潮濕空氣中表面形成致密的氧化膜,能阻止本體金屬繼續(xù)氧化,。在稀酸中可緩慢溶解,,釋放出氫氣而產(chǎn)生綠色的正二價鎳離子Ni2 ;耐強堿,。鎳可以在純氧中燃燒,,發(fā)出耀眼白光。同樣的,,鎳也可以在氯氣和氟氣中燃燒,。對氧化劑溶液包括硝酸在內(nèi),,均不發(fā)生反應。鎳是一個中等強度的還原劑,。鎳鹽酸、硫酸,、有機酸和堿性溶液對鎳的浸蝕極慢,。鎳在稀硝酸緩慢溶解。發(fā)煙硝酸能使鎳表面鈍化而具有抗腐蝕性,。鎳同鉑,、鈀一樣,鈍化時能吸大量的氫,,粒度越小,,吸收量越大。鎳的重要鹽類為硫酸鎳和氯化鎳,。實驗室中也常用到硝酸鎳,,帶有結晶水,化學式為Ni(NO3)2·6H2O,,綠色透明的顆粒,,易吸收空氣中的水蒸汽。與鐵,,鈷相似,,在常溫下對水和空氣都較穩(wěn)定,能抗堿性腐蝕,,故實驗室中可以用鎳坩堝熔融堿,。硫酸鎳(NiSO4)能與堿金屬硫酸鹽形成礬Ni(SO4)?·6H2O(MI為堿金屬離子)。 2價鎳離子能形成配位化合物,。常壓下,,鎳即可與一氧化碳反應,形成劇毒的四羰基鎳(Ni(CO)4),,加熱后它又會分解成金屬鎳和一氧化碳,。
外圍電子排布 3d84s2
元素周期表位置 第四周期第Ⅷ族
金屬半徑 124.6皮米
第一電離能 741.1kJ/mol
電負性 1.8
主要氧化數(shù) 2、 3,、 4
鎳(Ⅱ)化合物
氧化鎳 NiC2O4=NiO CO CO2
氫氧化鎳 Ni2 2OH-=Ni(OH)2
硫酸鎳 2Ni 2H2SO4 2HNO3=2NiSO4 NO2 NO 3H2O
NiO H2SO4=NiSO4 H2O
NiCO3 H2SO4=NiSO4 CO2 H2O
鹵化鎳 NiF2,、NiCl2、NiBr2,、NiI2
鎳(Ⅲ)化合物
氧化高鎳 4NiO O2=2Ni2O3
2Ni(OH)2 Br2 2OH-=Ni2O3 2Br- 3H2O
2Ni2O3 4H2SO4=4NiSO4 O2 4H2O
Ni2O3 6HCl=2NiCl2 Cl2 3H2O
氫氧化高鎳 4NiCO3 O2=2Ni2O3 4CO2
2Ni(OH)2 NaClO H2O=2Ni(OH)3 NaCl
2Ni(OH)3 6HCl=2NiCl2 Cl2 6H2O
氨配位化合物 [Ni(NH3)6]2
氰配位化合物 [Ni(CN)4]2-
螯合物 [Ni(en)3]2
羰基配位化合物 Ni(CO)4
(C2H5)2Ni
金屬鎳幾乎沒有急性毒性,,一般的鎳鹽毒性也較低,但羰基鎳卻能產(chǎn)生很強的毒性,。羰基鎳以蒸氣形式迅速由呼吸道吸收,,也能由皮膚少量吸收,,前者是作業(yè)環(huán)境中毒物侵入人體的主要途徑。羰基鎳在濃度為3.5μg/m3時就會使人感到有如燈煙的臭味,,低濃度時人有不適感覺,。吸收羰基鎳后可引起急性中毒,10分鐘左右就會出現(xiàn)初期癥狀,,如:頭暈,、頭疼、步態(tài)不穩(wěn),,有時惡心,、嘔吐、胸悶,;后期癥狀是在接觸12至36小時后再次出現(xiàn)惡心,、嘔吐、高燒,、呼吸困難,、胸部疼痛等。接觸高濃度時發(fā)生急性化學肺炎,,最終出現(xiàn)肺水腫和呼吸道循環(huán)衰竭而致死亡接觸致死量時,,事故發(fā)生后4至11日死亡。人的鎳中毒特有癥狀是皮膚炎,、呼吸器官障礙及呼吸道癌,。
致突變性:腫瘤性轉(zhuǎn)化:倉鼠胚胎5μmol/L。
生殖毒性:大鼠經(jīng)口最低中毒劑量(TDL0):158mg/kg(多代用),,胚胎中毒,,胎鼠死亡。
致癌性:IARC致癌性評論:動物為陽性反應,。
遷移轉(zhuǎn)化:天然水中的鎳常以鹵化物,、硝酸鹽、硫酸鹽以及某些無機和有機絡合物的形式溶解于水,。水中的可溶性離子能與水結合形成水合離子(Ni(H2O)6)2 ,,與氨基酸、胱氨酸,、富里酸等形成可溶性有機絡離子,,它們可以隨水流遷移。鎳在水中的遷移,,主要是形成沉淀和共沉淀以及在晶形沉積物中向底質(zhì)遷移,,這種遷移的鎳共占總遷移量的80%;溶解形態(tài)和固體吸附形態(tài)的遷移僅占5%,。為此,,水體中的鎳大部分都富集在底質(zhì)沉積物中,,沉積物含鎳量可達18~47ppm,為水中含鎳量的38000~92000倍,。土壤中的鎳主要來源于巖石風化,、大氣降塵、灌溉用水(包括含鎳廢水),、農(nóng)田施肥,、植物和動物遺體的腐爛等。植物生長和農(nóng)田排水又可以從土壤中帶走鎳,。通常,隨污灌進入土壤的鎳離子被土訓無機和有機復合體所吸附,,主要累積在表層,。
同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量(MeV) 衰變產(chǎn)物
56Ni 人造 6.077天 電子捕獲 2.136 56Co
58Ni 68.08% >7×1020年 β衰變 - 58Fe
59Ni 人造 76,000年 電子捕獲 1.072 59Co
60Ni 26.23% 穩(wěn)定
61Ni 1.14% 穩(wěn)定
62Ni 3.63% 穩(wěn)定
63Ni 人造 100.1年 β衰變 2.137 63Cu
64Ni 0.93% 穩(wěn)定
儲存于陰涼、通風的庫房,。遠離火種,、熱源。包裝要求密封,不可與空氣接觸,。應與氧化劑,、酸類等分開存放,切忌混儲,。采用防爆型照明,、通風設施。
致敏性:鎳是最常見的致敏性金屬,,約有20%左右的人對鎳離子過敏,,女性患者的人數(shù)要高于男性患者,在與人體接觸時,,鎳離子可以通過毛孔和皮脂腺滲透到皮膚里面去,,從而引起皮膚過敏發(fā)炎,其臨床表現(xiàn)為皮炎和濕疹,。一旦出現(xiàn)致敏,,鎳過敏能常無限期持續(xù)?;颊咚艿膲毫?、汗液、大氣與皮膚的濕度和磨擦會加重鎳過敏的癥狀,。鎳過敏性皮炎臨床表現(xiàn)為瘙癢,、丘疹性或丘疹水皰性的皮炎,伴有苔蘚化,。
臨床觀察:在較高等動物與人的體內(nèi),,鎳的生化功能尚未了解,。但體外實驗,動物實驗和臨床觀察提供了有價值的結果,。
1.體外實驗顯示了鎳硫胺素焦磷酸(輔羧酶),、磷酸吡哆醛、卟啉,、蛋白質(zhì)和肽的親和力,,并證明鎳也與RNA和DNA結合。
2.鎳缺乏時肝內(nèi)6種脫氫酶減少,,包括葡萄糖-6-磷酸脫氫酶,、乳酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶,、蘋果酸脫氫酶和谷氨酸脫氫酶,。這些酶參與生成NADH、無氧糖酵解,、三羧循環(huán)和由氨基酸釋放氮,。而且鎳缺乏時顯示肝細胞和線粒體結構有變化,,特別是內(nèi)網(wǎng)質(zhì)不規(guī)整,,線粒體氧化功能降低。
3.貧血病人血鎳含量減少,,而且鐵吸收減少,,鎳有刺激造血功能的作用,人和動物補充鎳后紅細胞,、血紅素及白細胞增加,。
生理需要:由于膳食中每日攝入鎳70~260μg/d,人的需要量是根據(jù)動物實驗結果推算的,,可能需要量為25~35μg/d,。
過量表現(xiàn):每天攝入可溶性鎳250mg會引起中毒。有些人比較敏感,,攝入600μg即可引起中毒,。依據(jù)動物實驗,慢性超量攝取或超量暴露,,可導致心肌,、腦、肺,、肝和腎退行性變,。
有資料顯示:每天喝含鎳高的水會增加癌癥發(fā)病率,特別是己患癌癥在放化療期間應必須杜絕與鎳產(chǎn)品接觸,。市場上經(jīng)銷的部份陶瓷制食用具應慎重選擇使用,,平時生活中拿一個含鎳高的陶瓷具做飲水具,,會提高發(fā)病機會。
另外,,也有一些非正規(guī)廠家生產(chǎn)的性藥品也有鎳的高成份,。所以對鎳與人身健康應高度重視.
缺乏癥:動物實驗顯示缺乏鎳可出現(xiàn)生長緩慢,生殖力減弱,。
2006年1-12月,,中國鎳累計產(chǎn)量為111280.01噸,與2005年同期相比增長了22.07%,;2007年1-12月,,中國鎳累計產(chǎn)量為115772.10噸,與2006年同期相比增長了8.51%,;2008年1-10月,,中國鎳累計產(chǎn)量為112209.99噸,與2007年同期相比增長了8.99%,。
中國鎳行業(yè)在不斷發(fā)展的同時,也存在一些問題,,如鎳礦中多為低品味,,露采比例很小,可采儲量僅占總儲量的10%,,開采和冶煉的技術相對較為落后,;選礦一般采用弱酸或弱堿介質(zhì)浮選工藝,選礦能力為430萬噸/年,;中國鎳冶煉除幾家大型企業(yè)以外普遍采用火法的選锍熔煉技術,,精煉鎳主要采用硫化鎳陽極隔膜電解和硫酸選擇性浸出——電積工藝,與世界先進技術還有一定差距,,因此中國開采和冶煉的成本居高不下,。
2010年預計中國鎳消費量將達到40萬噸/年以后,中國將成為世界最大的鎳消費國,。2010年中國鎳金屬基礎儲量只有230萬噸左右,,2010-2013年來中國鎳礦勘探?jīng)]有重大進展,如果就按照這樣消費下去的話,,10年后中國的鎳礦資源將逐漸消耗殆盡,。
2012年10月5日,中國新疆維吾爾自治區(qū)地礦部門和礦產(chǎn)企業(yè)經(jīng)4年勘查,,在新疆若羌縣發(fā)現(xiàn)百萬噸級特大型鎳礦,,已探得鎳金屬資源量128萬噸。
《2013-2017年中國金屬鎳行業(yè)全景調(diào)研及投資前景預測報告》資料顯示,,中國和美國為最大消費國,。Higo稱,,2013年中國鎳生鐵產(chǎn)量將增至35萬噸。鎳生鐵為低級鐵礦石的替代品,。中國不銹鋼生產(chǎn)商鎳生鐵使用量增加將抑制其對鎳的風險偏好,,拖累鎳價。他表示,,中國需求將增加8.5%至83萬噸,,而包括生鐵在內(nèi)的產(chǎn)量將增長10%至54萬噸。中國需求占全球總量的47%,。
截至2013年5月23日,,中國庫存180,024噸,。2013年全球不銹鋼產(chǎn)量或自1月預估增長1.7%至3,,650萬噸。中國產(chǎn)量將增加3.7%至1,,680萬噸,。根據(jù)國際不銹鋼論壇,亞洲不銹鋼產(chǎn)量占全球總量的70%,。
中國鎳供給有兩個部分組成,,一部分是新產(chǎn)鎳精礦供應,這部分占鎳總供給量的72.9%,,另一部分來自再生鎳占27.1%,,隨著經(jīng)濟建設和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,鎳的需求量不斷增加,。
南非:Nkomati鎳礦,,位于南非共和國東部Mpumalanga地區(qū),距離約翰內(nèi)斯堡300公里處,,1997年投產(chǎn),,為南非的第一座鎳礦。分為兩個礦床:高含量礦,、低含量礦,。高含量礦送至Rustenburg冶煉廠進行冶煉,低含量礦送至博斯瓦納和津巴布韋進行冶煉,。2007年進行擴產(chǎn)可行性研究,,預計2010年擴產(chǎn)項目投產(chǎn)。2010年產(chǎn)能與產(chǎn)能4000噸左右(金屬量),。擴產(chǎn)后,,開采壽命將從2023年延長至2030年,并將逐步改為露天開采。