ДӘріс кешені «Ауыр түсті металдар металлургиясы» пәні бойынша 5В070900 «Металлургия» мамандығының студенттеріне арналған Құрастырған: металлургия кафедрасының аға оқытушысы Бакирова А. Г. Кафедра отырысында ұсынылған 20 ж

Никель  ол терең жерлердің элементі (ультра негіздік жыныстарда массасы бойынша 0,2 %). Жер ядросы никельді темірден тұрады деген тұжырым бар; осыған сәйкес жалпы баға бойынша никельдің орташа құрамы 3 %-ға жуық. Құрамында 5,8Ч10-3 % никель бар жер қыртысында ол өте тереңге, былайша айтқанда базальттық қабықшаға кетуге тырысады. Жер қыртысында Ni - Fe мен Mg-ға серіктес, ол олардың валенттілігімен (ІІ) және иондық радиустарының ұқсастығымен түсіндіріледі; екі валентті темір мен магнийдің минералдарына изоморфтық қосыпа түрінде енеді. Никельдің жеке минералдарынан 53-і белгілі; олардың көбі жоғары температура мен қысымдарда, магманың қатқан кезінде немесе ыстық су ерітінділерінен пайда болған. Никельдің кен орындары магмадағы және үгілу қабығындағы процесімен байланысты. Никельдің өнеркәсіптік кен орындары (сульфидтік кендер) никель мен мыстың минералдарынан жиналған. Никель жер бетінде, биосферада – салыстырғанда өте әлсіз мигрант. Ол басқаларға қарағанда су алқаптарында, тірі табиғатта өте аз. Ультранегіздік жыныстар көп аудандарда топырақ пен өсімдіктер никельмен байытылған.

1751 жылы швед химигі А.Констенд алғашқы рет таза емес түрде никель элементінің атын ұсынған. Одан да тазарақ металды 1804 неміс химигі И. Рихтер алған. Никель купферникель (Ni As) минералынан шығады, ол 17 ғасырда да белгілі болған және кеншілерді мыс кендерімен (нем.Kupfer – мыс, Nickel – тау рухы, кеншілерге кеннің орнына бос жынысты беру сияқты) сыртқы ұқсастығымен жиі жаңылыстыратын. 18 ғасырдың ортасынан Никельді сыртынан күміске ұқсастығы бойынша қорытпалардың құрамдас бөлігі ретінде ғана пайдаланды. 19 ғасырдың аяғынан никель өнеркәсібінің кеңінен дамуы Жаңа Каледонинде және Канадада никель кенінің ірі кен орындарын табумен және құрыштың қасиеттерінің оған “асылданып” әсер етуінің ашылуына байланысты. Никельдің шығу тарихы және оның табиғатта болуы үлкен танымдылық маңызы бар. Никель және оған ұқсастар – темір мен кобальт – Жер қойнауында ғана кездесіп қана қоймай, біздің ғаламшарымызға жеке сынық – метеорит немесе аэролиттер түрінде түсетін ғарыш денелерінің негізгі құрамдастары да болып табылады. Осы денелер метеориттік темірлер ретінде бұрыннан белгілі, никель мен кобальттің түрлу құрамдарымен темірдің негізгі қорытпалары болып табылады. Сондықтан да никельдің тарихын пайда болу тарихи ретінде де және де Жер геосфераларында оның тарауы, ғарыштың тарихы мен метеориттің шығу тарихы ретінде де қарастыруға болады. Оны Жер қойнауынан бастап, геосфераның әртүрлі тереңдіктерінен метеориттермен аяқтап қадағалауға болады. Метеориттерді зерделеу нәтижесі метеориттік темір қорытпаларының негізіне кіретін темір-никельдік қорытпалардың табиғи химиялық құрамын қандай да бір дәрежеде қайталайтын синтетикалық никель қорытпаларының жаңа зерттеулерімен салыстырылуы мүмкін. Осылайша, никель темірмен өзтекті жағдайда, әртүрлі минералдық құрама түрінде бірлесіп табылған байырғы металдардың бірі болып табылады. В.И. Вернадский “Сипаттамалы минералогия тәжірибесі” атты өзінің атақты еңбегінде өзтекті элементтерді сипаттау өте көп көңіл бөлді. Ол бірінші рет өзтекті темір және темір мен никельдің өзтекті қорытпалары туралы мәселені егжей-тегжейлі сипаттады.

Оны бөліп алу экономикалық тиімді болатын жеткілікті санда никелі бар пайдалы қазбалардың кеніші. Өнеркәсіптік өндірісте пайдаланылатын Н.Р. сульфиттік мыс-никельді мен силикаттыққа бөлінеді. Сульфиттік мыс-никельді кендерде бас минераль пенталандит, миллерит. Халькопирит, кубант, пирротин, магнетит, кейде сперрилит болып табылады. Осы кендердің кен орындары кристалл қалқандар мен байырғы платформаларға ұқсаған магматикалық құрамаларға жатады. Олар нориттер интрузийдің, перидоттардың, габбродиабаздардың және негізгі магманың басқа кенінің төменгі мен шеткі бөлігінде орналасады. Пентландит мыс сульфиттеріне мен пирротиннің әртүрлі арасалмағын сипаттайтын жайылған бай және сол сияқты бай ұнтақталған кендерін, линзаларын және тармақтарын жасайды. Кеңінен ұнтақталған, түйіршіктелген және массивтік кендерінің таралуымен пайдаланылады.

Сульфидтік кендерде никельде болуы 0,3-тен 4 %-ға дейін және одан да асатын шекте ауытқиды; Сu: Ni арақатынасы аз мыста 0,5-тен 0,8-ге дейін варьирланады және 2-ден 4-ке дейін кеннің жоғары сорттарында варьирланады. Ni мен Сu –ден басқа кеннен Со айтарлық саны, сондай-ақ Au Ht, Pd, Rh, Se, Te, S шығарылады.

Мыс-никельді кен орындары СССР-де Норильск ауданында және Мурманск облысында (Печенги ауданында) белгілі, шетелде - Канада мен Оңтүстік Африкада. Силикатты Н. Р. Құрамында Никель (әдетте 1 %-дан кем емес) бар ультрабазит ұнтақталған қабығының борпаң және сазға ұқсас жыныс болып табылады. Алаңдық түрдегі серпентиниттердің ұнтақтау қабықшаларымен кендер, оның никельден тұратын минералдарымен: нотронит, керолит, серпентин, гётит, асболаны болып табылады. Осы Н. Р. әдетте жоғары емес құрмаммен никельді Ni, алайда едәуір қорлармен сипатталады. Жарық, контактілі-карстілік пен сызықтық-жазықтық түріндегі ұнтақтау қабығымен күрделі геологотектоникалық пен гидрогеологиялық жағдайда қалыптасады, олармен одан да бай кендер байланысты. Бас минералдарға гарниерит, непуит, никельдік керолит, ферригаллуазит жатады. Силикаттық кеннің арасынан темірлі, магнезиялық, кремнистік топырақтық айырымы айырымдары бөлінеді, әдетте белгілі арасалмақта металлургиялық қайта өңдеуде аралыстырылатын. Механикалық байытуға Н.р. жатпайды. Силикаттық Н.р. Сu: Ni арасалмағында 1:20 – 1 : 30 тәртібінде кобальт кіреді. Кейбір кенорындарында силикаттық Н. р. бірге құрамында жоғары Fe (50-60%) және Ni (1-1,5%). Никельддің ұнтақталған кен орындары СКСР-де Орта мен Оңтүстік Уралда, Украинада, Капиталистік әлемнің елдерінде никельдік ұсақтау кен орындарында белгілі, Н.р. өндіру мөлшері бойынша Канада мен Жаңа Каледония ерекше бөлінеді (1972 жылы тиісінше 232,6 мың т және 115,3 мың т Ni).

Оның жалпы өндірісінен (СКСРО қоспағанда) сульфидтік мыс-никельдік кеннен Никельдің 80 %-ға жуығын алады. Флотация әдісімен селективтік байытқаннан кейін кеннен мысты, никельдік пен пирротиндік концентраттарды бөледі.

Бос жыныстарды бөлу мен 10-15 % Ni бар сульфидтік балқымадағы (штейн) Никельді шығару мақсатында флюспен қоспадағы никельдік кен концентраты электр шахтасында немесе сәулеленетін пеште балқытылады.

Әдетте, электр балқымада (КСРО балқытудың негізгі әдісі) ішінара тотықтыра жандыруды және концентратты кесектеуді қолданады. Ni-мен қатар штейнге Fe, Со және іс жүзінде Сu толық және асыл металдарда кетеді. Fe тотықтырумен бөлгеннен кейін (сұйық штейнді конверттерде үрлегеннен кейін) Сu пен Ni-дің қорытпасы – файнштейнді алады, оны бәсең суытады, жіңішке қылып ұсақтап және Сu мен Fe-ді бөліп алу үшін жібереді. Никельдік концентратты қайнап тұрған NiО жікке дейін күйдіреді. Металды электр доға пештерінде NiО қалпына келтірумен алады. Қара никельден анодты құюып алады және оны электролиттік түрде рафиндейді. Электролитті никелдегі қоспалардың (110 маркасы) болуы 0,01 % Cu мен Ni-ді реакцияның қайтып оралуына негізделген карбонилдік процесті пайдаланады:

Ni+4СО = Ni (СО) 4

Карбонилді 100-200 атм. Мен 200-250 ºС, ал оның атмосфера қысымында ауасыз және 200ºС-да ыдырауға әкеліп соғады.

Ni (СО)4 ыдырауы никельдік жабынын алу және әртүрлі бұйымдарды дайындау (қыздырылған матрицада бөліну) үшін пайдаланылады. Қазіргі заманғы “автогендік” процестерде қорыту кислородпен байытылған сульфидтердің ауада тотығуы кезінде бөлінетін жылу арқылы жүзеге асырылады. Ол көміртекті отыннан бас тартып, күкірт қышқылын немесе элементарлық күкіртті өндіруге жарамды SO2 -ге бай газ алуға мүмкіндік береді, сондай-ақ процестің үнемділігін күрт арттырады. Жоғары температура мен қысым болған кезде (автоклавтық процесс) ксилород барда қышқыл немесе аммиак ерітінділерінің никельдік концентраттарын өңдеуге негізделген процесстің одан әрі таралады. әдетте Никель ерітіндіге ауыстырып, оны одан бай сульфиттік концентрат немесе металл ұнтақ (қысыммен сутегіге қалпына келтірумен) ретінде бөліп алады. Никельді селикаттық (тотыққан) кеннен штейнге шихтаға флюс қорытпалары – гипс немесе пиритты енгізген кезде шоғырландыруға болады. Қалпына келтіру-сульфидтік қорытпаны әдетте шахта пештерінде жасайды; штейн жасаушы 16-20 % Ni, 16-18 % S құрайды, қалған Fe құрайды. Штейннен никельді алып шығу технологиясы Сu бөліп алуды қоспағанда жоғарыда сипатталғанға ұқсас. Тотыққан кендерде Со-ның аз болған кезде құрышты өндіруге бағытталған ферроникель алумен қалпына келтіру қорытпасына ұшарату тиімді. Тотыққан кеннен Никель бөліп алу үшін гидрометаллургиялық әдіс – алдын ала қалпына келтірілген кенді аммиактық сілтісіздендіру, күкірт қышқылды автоклавтық сілтісіздендіру және басқаларды қолданады.

Физикалық және химиялық қасиеттері

Никель қалыпты жағдайда қырлыорталықтандырылған кубиктік тор (а=3,5236 [pic]) бар b-модификациясы түрінде болады. Бірақ-та, атмосферада катодтық шашыратуға ұшыраған Никель Н2 тығыз орамдағы гексональдық торы бар (а=2,65 [pic], с=4,32 [pic]), ол 200 °С жоғары қыздырған кезде кубикалық түрге ауысатын а-модификацияны жасайды.

Компактілік кубикалық Никель 8,9 г/см3 тығыздығы (20 °С), атомдық радиусы 1,24 [pic], иондық радиусы: Ni2+ 0,79 [pic], Ni3+ 0,72 [pic]; tпл 1453°С; tkип 3000 °С жуық; 20 °С 0,440 кдж/(кг-К) [0,105 кал/(г °С)]-дағы жалпы жылу сыйымдылығы; сызықтық ұлғаюдың температуралық коэффициенті 13,310-6 (0-100 °С); жылуөткізгіштігі 25 °С 90,1 вм1 (м-К) [0,215 кал/(см-сек-оС)]; 500 °С кезінде 60,01 вм/(м-К) [0,148 кал/см (сек-оС)]. 20 °С жалпы электр кедергі 68,4 ном-м, яғни 6,84 мкОм-См; электр кедергінің температуралық коэффициенті 68Ч10-3 (0-100 °С). Никель – қақталатын және созылмалы металл, одан жұқа жайма беттер мен трубалар дайындауға болады. Созылған кездегі төзімділік шегі 400-500 Мн/м2 (яғни 40-50 кгс/мм2), серпінділік шегі 80 Мн/м2, ағымдылық шегі 120 Мн/м2; ұзару қатыстылығы 40 %; қалыпты серпінділіктің модулі 205 Гн/м2; Бринелли бойынша қаттылығы 600-800 Мн/м2. 0-ден 631-ге дейін К температуралық интервалда (жоғарғы шекарасы Кюри нүктесіне сәйкес келеді) Никель ферромагниттелген.

Никельдің ферромагнитизмі оның атомының сыртқы электрондық қабығы құрылымының ерекшелігіне (3d84s2) негізделеді. Никельдің ферромагнитизмі оның атомының сыртқы электрондық қабығы құрылымының ерекшелігіне (3d84s2) негізделеді.Никель Fe (3d64s2) және Со-мен (3d74s2), сонымен бірге ферромагнетикалармен бірге 3d-аяғына дейін құрылмаған электрондық қабыққа (3 d-металына ауысқанға) жатады.аяғына дейін құрылмаған қабықтың электроны компенсацияланбаған арқалық магниттік сәтті құрады, ол атом никеліне тиімді маңызы 6 mБ құрайды, онда mБ – Бора магнетон. Никель кристалдарында алмасу өзара әрекетінің оң мағынасы атомның магниттік сәттерінің параллелдік бағдарына әкеледі, яғни ферромагнетизмға. Осы себеппен қорытпалар және никельдің бірқатар қосылыстары (тотықтар, галогенидтер және басқалар) магнитке төзімді (ферро-, аздап ферромагниттік құрылымға ие, Магниттік құрылымды қара). Никель маңызды магниттік материалдың және жылумен кеңейу коэффициентінің барынша төмен шамасымен қорытпаның (пермалла, монель-металл, инвар және басқалар) құрамына кіреді. Күшті сілтілер Н.-ға әсер етпейді, бірақ ол (NН4) 2СО3 қатысуымен аммияктық ерітіндідеқарқынды-көк түске боялған ерітілетін аммиакаттардың құрылуымен ерітіледі; олардың көбі үшін {Ni (NH3)6}2+ және {Ni (OH)2(NH3)4} кешендерінің бар болуы тән. Аммиакаттардың сайлаушылық құрылуына NаОСІ кенінен Н. шығара отырып, гидрометаллургиялық әдістер негізделеді және NаОВr Nі (ІІ) тұздарының ерітіндісінен отырғызады, гидрокись Nі (ОН)3 қара түсті. N» кешенді қосындысында Со қарағанда әсіресе 2-валентті.

Химия жағынан Ni Fe мен Со-ға ұқсас, сондай-ақ Cu-мен және бағалы металдармен. Қосылыстарда құбылмалы валенттілікті көрсетеді (көбінесе 2-валенттілікті). Никель – орташа белсенді метал, көп газ (Н2, СО және басқалар) мөлшерін жұтады (әсіресе ұсақ үгітілген жағдайда). Оттегімен өзара әрекет 500 ˚С басталады; таяздиспенсірлік жағдайда Никель пирофорен – ауада өз бетінен жанады. Тотықтардың ішінен Ni өте маңызды – жасылдау кристалл, суда (минерал бундезит) еримейді.

Ni (СО) бөлшектенуі никельдік жабынын алу және әртүрлі бұйымдарды дайындау (қыздырылған матрицада бөліну) үшін пайдаланылады. Қазіргі заманғы “автогендік” процестерде қорыту кислородпен байытылған сульфидтердің ауада тотығуы кезінде бөлінетін жылу арқылы жүзеге асырылады. Ол көміртекті отыннан бас тартып, серная қышқылын немесе элементарлық сераны өндіруге жарамды SO2-ге бай газ алуға мүмкіндік береді, сондай-ақ процестің үнемділігін күрт арттырады.

Органикалық қышқылдар Н. тек олармен ұзақ уақыт жанасқаннан кейін ғана әрекет етеді. Күкірт және тұзды қышқылдар Н. баяу ерітеді; ерітілген азоттық - өте жеңіл; концентрацияланған НNO3 Н. пассивтейді, бірақ та темірге қарағанда кішкентай дәрежеде. Қышқылдармен өзара іс-әрекет жасаған кезде 2 валентті Ni тұзы түзіледі. Тұздардың барлығы дерлік Ni (ІІ) және күшті қышқылдар суда жақсы ериді, гидролиз салдарынан олардың ерітінділерінде қышқыл реакция болады. Қиын еритін тұздар әлсіз қышқылдармен салыстырғанда көмір сияқты да форфор сияқты да болады.Тұздардың көбін Н. тескен кезде (600-800 С) жайылады. Неғұрлым көп қолданатын тұздардың бірі - сульфат NiSO4 никельді купоростың – меруетті жасыл кристаллдар NiSO4Ч7Н2О түрінде ерітінділерден кристалданады. Күшті сілтілер Н.-ға әсер етпейді, бірақ ол (NН4) 2СО3 қатысуымен аммияктық ерітіндідеқарқынды-көк түске боялған ерітілетін аммиакаттардың құрылуымен ерітіледі; олардың көбі үшін {Ni (NH3)6}2+ және {Ni (OH)2(NH3)4} кешендерінің бар болуы тән. Аммиакаттардың сайлаушылық құрылуына NаОСІ кенінен Н. шығара отырып, гидрометаллургиялық әдістер негізделеді және NаОВr Nі (ІІ) тұздарының ерітіндісінен отырғызады, гидрокись Nі (ОН)3 қара түсті. N» кешенді қосындысында Со қарағанда әсіресе 2-валентті. Nі диметилглиоксиммен (С4Н7О2N)2Nі кешенді қосылуы Nі аналитикалық анықтау үшін қызмет етеді. Жоғарылатылған температураларда Н. азоттың қышқылымен, SO2 және NH3 өзара әрекет жасайды.

СО әрекеті кезінде оның жұқа ұсатылған Ұнтағы жылытқан кезде карбонил Nі (СО)4 құрайды (Металлдардың карбонилдарын қараңыз). Карбонилдің термиялық диссоциациясымен неғұрлым таза Н. алады.

Никельдің өзінде бағалы металлдардың едәуір санын еріте білу және бұл ретте иілімділігін сақтап қалу қабілеті Н. көп санын құруға әкеліп соқтырды.

Н. пайдалы қасиеті нақты бір дәрежеде никельдің өзінің қасиеттерімен серттескен, олардың арасында көптеген металлдармен қатты ерітінділерді құра алу қабілетімен қатар ферромагнетизм, газ және сұйық орталарды жоғары коррозиондық тұрақтылық, аллотропиялық айналулардың жоқтығы бөлініп шығарылады. 19 ғ. аяғынан бері жоғары коррозиондық тұрақтылықпен үйлесетін жоғары келістілікке, құнды электрлік және басқа да қасиеттерге ие мыс-никельдік қорытпалар кеңінен қолданылады. Практикалық қолдану металл моделі типінің қорытпасын табады, олар куниаляммен қатар суда, қышқылда, берік сілтілерде, ауада жоғары химиялық төзімділігі бар конструкциялық материалдардың арасында бөлініп шығады.Техникада маңызды рөлді магниттік-жұмсақ материалдардың класына жататын Fe-ден ферромагниттік қорытпалар Ni (40-85 %) ойнайды. Осы материалдардың арасында магниттік өткізгіштігімен аса жоғары маңызбен сипатталатын қорытпалар бар. Осындай қорытпалар магниттік өрістің өзгеруіне жұмыс элементтерінің жоғары сезімділігін қажет ететін техниканың көптеген облыстарында қолданады. Cu және көп санында легірленетін 45-55 % Ni қорытпалар желілік термиялық кеңейю коэффициентіне ие, ол тек шыны мен метал арасында герметикалық қатынас болу қажет болған жағдайларда ғана қолданылады. Ni-дің Co-мен қорытпасы (4 немсе 18 %) магнитострициялық материалдар тобына жатады. Өзен және теңіз суында жақсы коррозиондық төзімділіктің арқасында осындай қорытпалар гидроакустикалық аппаратура үшін бағалы материал болып табылады. 20 ғ. басында Ni ауада ыстыққа төзімділігі өзінен өзі жоғары екені әйгілі болды, Al, S3 немесе Cr енгізу жолымен жақсартылуы мүмкін. Осындай типтегі қорытпалардан маңызды практикалық маңызды термоэлектрлік қасиеттер мен ыстыққа төзімділіктің жақсы үйлесуі арқасында Al, Sі және Mn (алюмель) никельдерінің қорытпасы мен Nі-дің Cr (хромель) 10 % қорытпасы сақтап қалады. Хромель – алюмельлық термобулар өнеркәсіп пен зертханалық техникада қолданылатын неғұрлым таралған термобулардың санына жатады.

Практикалық пайдалануын сонымен бірге хромельден және копельден термобулар да табады. Техникада маңызды қолданылуын Cr-нихромалармен Nі ыстыққа төзімді қорытпалары алды. Неғұрлым көп таралуын, хромальдар пайда болғанға дейін ең ыстыққа төзімді өнеркәсіптік материалдар 80 % Nі нихромалар алды. Нихромдарды олардағы Nі азайтумен арзандату талпынысы Nі-дің едәуір бөлігі Fе-мен араласқан т.н. ферронихромдарды құруға әкеліп соқтырады. Неғұрлым кең таралғаны 60% Nі, 15% Cr және 25% Fe-ден композициялар болып шықты. Нихромдардың көбінің пайдаланушылық төзімділігі ферронихромдарға қарағанда жоғары, сондықтан соңғысы аса төмен температурада қолданылады. Нихромдар мен ферронихромдар жоғары ыстыққа төзімділік пен және жоғары электрлік қарсы тұрумен (1,05-1,40) сирек үйлесуін табады. Сондықтан олар хромальдармен бірге жоғары температуралық электрлік жылытқыштарды әзірлеу үшін сым мен лента түрінде қолданылатын қорытпалардың екі неғұрлым маңызды сыныптарын білдіреді. Электр жылытқыштар үшін көп жағдайда жерде сирек кездесетін, сілтіжерлік немесе басқа металдардың микроқосындыларымен үйлесудегі легірленген кремний (1,5 %-ға дейін) нихромдарды өндіреді. Осы типтегі нихромдардың шекті жұмыс температурасы 1200 С құрайды, бірқатар маркаларда нихромдардың температурасы 1250С.Н.с., 15-30% Cr тұратын, легірленген Al (4%-ға дейін) аса ыстыққа төзімді, Si легірленген қорытпаларға қарағанда. Дегенмен де электр жылытқыштардың сенімді жұмысы үшін қажет сым немесе лентаны құрамы бойынша бір түрлі алу қиынырақ. Сондықтан осындай Н.с. негізінен 1250С-қа дейінгі температураларда үлкен механикалық жүктемелерге ұшырамаған ыстыққа төзімді детальдарды әзірлеу үшін қолданылады. 2-ші әлемдік соғыс кезінде 1939-1945 Ұлыбританияда нимониктер деп аталатын Ni – Cr – Ti – Al ыстыққа төзімді қорытпалардың өндірісі басталды. Нихромды (Х20Н80 типтегі) титон (2,5%) және алюмини (1,2%) легірлену нәтижесі ретінде пайда болған қорытпалар нихромдар мен арнайы легірлендірілген құрыштардың алдында ыстыққа төзімділігі бойынша байқалатындай артықшылығы бар. 750-800 С-қа дейін жұмысқа қабілетті бұрын қолданған ыстыққа төзімді құрыштарға қарағанда нимониктер аса жоғары температураларда пайдалануға жарамды болып шықты. Олардың пайда болуы авиациялық газтурбиналық қозғалтқыштарды дамыту үшін қуатты түрткі болып шықты.

Айтарлықтай қысқа мерзім ішінде 850-1000 С жұмыс температурасымен нимоник типінің (Ti, Al, Nb,Ta, Co, Mo, W, B, Zr, Ce, La, Hf) қиын легірленетін қорытпалардың көп саны құрылды. Легірлеуді қиындату қорытпаларды қысыммен ыстық өңдеуге қабілеттілігін нашарлатады. Сондықтан қалыптасатын қорытпалармен қатар аса көп легірлене алатын құйылатын қорытпалар кең таралуын алды, ал демек аса ыстыққа төзімді (1050С-қа дейін). Бірақ та литых қорытпалар үшін бір текті құрылым тән келеді және осыған салдар ретінде қасиеттердің бірнеше үлкен шашындылары да тән. Никельді немесе н.с. тығыз қорытылатын тория қышқылын, алюминиді, цирконияны және басқа да қосындыларды енгізе отырып, ыстыққа төзімді композициялық материалдарды құру тәсілдері байқап көрілді. Неғұрлым көп қолдануын жоғары дисперстік тория қышқылдарымен (ТД-никель) н.с. алды. Техникада маңызды рөлді легірленген қорытпалар Ni-Cr, Ni-Mo және Ni-Mp ойнайды, электрлік қасиеттердің бағалы үйлесуіне ие: жоғары сыбағалы электрлік қарсыласуымен (r = 1,3-2,0 M кoм Чм), электр қарсыласудың температуралық коэффициентінің аз мәнімен (10-5 1С) мыс пен будағы термоэдс аз мәнімен (5 мв 1С кем). Электрлік қарсы тұрудың температуралық коэффициентінің көлемі бойынша осы қорытпалар манганинге бөлме температурасының интервалында жол береді, бірақ 3-4 есе көп сыбағалы электрлік қарсыласы болады.

Осындай қорытпаларды қолданудың басты облысы – қызмет процесінде электрлік қасиеттердің тұрақтылығын талап ететін аз габаритті резистивтік элементтер. Элементтер қалыңдығы 5-20 мкм микросымдар немесе жұқа ленталардан жасалады. Ni-Mo және Ni-Cr негізіндегі қорытпалар сондай-ақ электрлік қарсыласудың түзу деформация көлемінен өзгеруіне тәуелділікті сипаттайтын аз габаритті тензорезисторларды әзірлеу үшін қолданылады. Жоғары агрессивті орталарда жұмыс істейтін химиялық аппаратура үшін, мысалы қайнау температурасына жақын температурада түрлі концентрациялардың тұзды, күкіртті және фасфорлық қышқылдарда шетелде хастела, ремонит және басқа да әйгілі Ni-Mo немесе Ni-Cr-Mo қорытпалары, ал КСРО-да Н70М28, Н70М28Ф, Х15Н55М16В, Х15Н65М16В маркаларының қорытпалары кеңінен қолданылады. Осы қорытпалар ұқсас орталарда барлық әйгілі коррозионға төзімді құрыштарда коррозиондық төзімділік бойынша шағарады.

Практикада тағы бір қатар н.с. (Cr, Mo, Fe және басқа да элементтер) қолданылады, механикалық және физико-химиялық қасиеттердің қолайлы үйлесіміне ие, мысалы пружиналарға арналған корриозиондық төзімді қорытпалар, штомптарға арналған қатты қорытпалар және т.б. Жеке өзі н.с. басқа никель басқа металдар негізінде көптеген қорытпалардың құрамына компоненттердің бірі ретінде кіреді. (мысалы, қорытпалардың алынғандары)

Никельді қазіргі заманғы техникада қолдану.

Никельдің кеңінен және алуан түрлі қолданылуы осы металлдың тамаша қасиеттерімен байланыстырды. Никель – кезеңдік жүйенің VІІІ тобының элементтерінің бірі және оның аналогы болып кобальт пен темір ғана емес палладия мен платина тобының металдары да табылады.

Кезеңдік жүйеде Никель саты бойынша бірқатар орындарды алады: Nі -Pd – Pt және осы металдардың ұқсастығын белгілейді. Міне сондықтан Никель көптеген қатынастарда платина мен палладияға тән келетін жоғары химиялық төзімділікті сақтап қалады.

Осы элементтердің химиялық төзімділік дәрежесі платинандан никельге азаяды, бірақ соңғысы әлі оны айтарлықтай дәрежеде практикалық қолдану үшін сақтайды. Никель бөлмелік температурадағы атмосфералық жағдайларда қышқылданбайды, ол химиялық белсенді орталарда - сілтілерде тұрақты және 700-8000 дейін жылытқан кезде қышқылданбайды. Никель ферромагниттік металл болып табылады.

Осы қасиеттер кешенінің арқасында Никель таза күйде алуан түрлі қолдануын табады, әсіресе түрлі қорытпалар түрінде кеңінен қолданылады. Никельді қолдану облыстарында әдебиеттегі деректер бойынша дұрыстап тоқталудың керегі жоқ. Олар никельдің металлургиясы бойынша көрсетілген монографияларда келтірілген. Никельді таза күйде және түрлі қорытпаларда қазіргі заманғы қолдану тұрғысынан 1953 және 1955 жж. ішіндегі екі шолушылық мақала қызығушылық білдіреді, арнайы Никель мен оның қорытпаларына арналған. Онда кейінгі жылдары орындалған Никель мен оның қорытпасы (құрамында 40 %-дан жоғары Никель бар) жөніндегі ғылыми жұмыстарды қысқаша суреттеу келтірілген, Никельді қолданудың жаңа облыстары белгіленген және көп әдебиеттер тізімі келтіріледі.

Никельді ерекше физикалық, химиялық және механикалық қасиеттермен құрыштар мен қорытпаларда легірлейтін элемент ретінде қолдануға бірқатар анықтамалықтар және мақалалар арналған; жаңа никельдік ыстыққа төзімді қорытпаларды әзірлеуге және оларды реактивтік, газтурбиналық техникада қолдануға арналған жұмыстар көп.

Бұның бәріметалдық никель мен оның қорытпаларына асқан қызығушылықты куәландырады.

Никельді және оның қорытпаларын қазіргі заманғы қолданудың кейбір мысалдарына тоқталамыз және осы көлемде оның әрі қарай даму перспективаларын көрсетеміз.

Никель таза күйде түрлі химиялық орталарда коррозиядан қорғағыш қабат ретінде негізгі қолдануын табады. Темір мен басқа металдардағы қорғағыш қабаттар екі белгілі тәсілмен: плакировкамен және гальванопластикамен алынады. Бірінші әдіспен плакирленген қабат ыстық күйінде қалың темір листпен жұқа никельдік пластинканы бірлесіп жұқарту жолымен құрылады. Никельдің қалыңдығы мен жабылатын металдың қатынасы бұл ретте шамамен 1:10 тең. Бірлескен жұқарту процесінде өзара диффия есебінен осы листтар пісіріледі және монолитті екі қабатты немесе тіпті үш қабатты металл шығады, никельдік үстінгі беті осы материалды коррозиядан қорғау үшін қорғап тұрады.

Осындай тұрғыдағы ыстық әдіс темір мен легірленбеген құрыштарды коррозиядан қорғау үшін кеңінен қолданылады. Бұл таза никельден емес, бірақ никельмен жұқа қорғағыш қабатпен жабылған арзан темірден немесе болаттан әзірленген апараттар мен көптеген бұйымдардың құнын айтарлықтай арзандатады. Никельдендірілген темір листтар тасымалдау және сақтау үшін үлкен резервуарларды жасайды, мысалы, химиялық өнеркәсіптің түрлі өндірістерінде қолданылатын сілтілерді жасайды.

Никельмен қорғағыш жабынын құрудың гальваникалық әдісі электр химиялық процестердің ең ескі әдістерінің бірі болып табылады. Бұл операция техникада кеңінен әйгілі никельдендіру деген атпен қарапайым технологиялық процесті білдіреді. Оған жабылатын металдың үстінгі бетін өте мұқият тазалау бойынша кейбір дайындаушылық жұмысы кіреді. Катодпен электролитикалық жапқан кезде жабылатын материал, ал анодпен –никельдік пластинка қызмет етеді. Гальваникалық шынжыр Никель оны анодпен ерітіндіге эквивалентті көше отырып, катодта отырғызылады. Никельдендіру әдісі техникада кеңінен қолданылады және осы мақсат үшін никельдің көп саны тұтынылады.

Соңғы жылдар ішінде никельмен электролитикалық жабу әдісі алюминийде, магнийде, мырыш пен шойындарда қорғағыш жабындыларды құру үшін қолданылады. Жұмыста алюминий және магнийлік қорытпаларды никельдендіру әдісін қолдану суреттеледі, әсіресе винтті ұшақтардың дюралиминийлік қалақтарды қорғау үшін қолдану.

Басқа жұмыста қағаз өндірісінде кептіру үшін никельдендірілген шойын барабандарды қолдану айтылады; барабандардың коррозиондық төзімділігін едәуір жоғарылату және никельсіз қарапайым шойынмен салыстырғанда никельдендірілген барабандардағы қағаздың сапасын арттыру белгіленеді.

Электролитикалық никельдендірудің теоретикалық және практикалық мәселелеріне электр отырғызу бойынша 4-ші халықаралық конференцияға көптеген баяндамалар арналды.

Католитикалық реакция арқылы никельдендірудің бірегей әдісін суреттеуге жұмыс арналған.

Осы әдіспен электролитикалықтан жақсы,автордың пікірі бойынша никельденетін бөлшектердің нысанына, конфигурациясы мен мөлшеріне қарамастан 40 мәрте қабаттан тең мөлшерде қол жеткізу.

Кеңестік авторлардың жұмысында алтынды “никельді қосқан кезде” Ni (CN)2 түрінде электрмен отырғызу зерделенді. Жұмыс оң нәтижелер берді.

Қорытылған, қақталған Никель таза күйде сондай-ақ бар технологиялық операциялармен никельден жеңіл алынатын сымдар, листтар, құбырлар мен пруткалар түрінде кеңінен қолданылады.

Никельді негізгі тұтынушылар – химиялық, тоқыма, тағам және басқа да өнеркәсіп салалары. Таза никельден түрлі аппараттар, құрал-саймандар, қазандықтар және жоғары коррозиондық төзімділігі бар тиглдер. Никельдік материалдардың резервуарларды және онда химиялықреганеттерді, тамақ азық-түліктерді сақтау үшін цистерналарды әзірлеуге ерекше мәні бар.

Никельдік тиглдар аналитикалық химия практикасында кеңінен таралған. Түрлі мөлшерлегі никельдік құбырлар конденсаторларды жасау үшін, түрлі химиялық белсенді заттарды (сілтілер) тарту үшін қызмет етеді. Никельдік, химиялық төзімді аспаптар медицинада, ғылыми-зерттеу жұмысында кеңінен қолданылады. Бұл таза никельден емес, бірақ никельмен жұқа қорғағыш қабатпен жабылған арзан темірден немесе болаттан әзірленген апараттар мен көптеген бұйымдардың құнын айтарлықтай арзандатады. Никельдендірілген темір листтар тасымалдау және сақтау үшін үлкен резервуарларды жасайды, мысалы, химиялық өнеркәсіптің түрлі өндірістерінде қолданылатын сілтілерді жасайды.

Никельді қолданудың тағы да бір жаңа саласы техниканың жаңа түрлері: радиолокация, теледидар, процестерді ара-қашықтықтан басқаруға (атомдық техникада) арналған құралдар, соңғы кездері таза никельден жасалына бастады. Жұмыс авторларының айтуы бойынша никельдік пластинкалар кейінгі уақытта энергияның үлкен мәні бар нейтрондық инпульстерді алу мақсатында нейтрондық пучоктың механикалық үзгіштерінде кадмиялықтың орнына қолданылады. Никельдік пластинкаларды ультрадыбыстық қондырғыларда, электрлік те, механикалық та, сонымен бірге қазіргі заманғы телефон аппараттарының конструкцияларында қолдану туралы қызықты нұсқаулар бар.

Таза Никель тікелей ұнтақты түрде немесе таза никель ұнтағынан алынатын түрлі бұйымдар түрінде қолданылатын техниканың кейбір облыстары да бар. Ұнтақ тәрізді Никельді қолдану облыстарының бірі гидрогенизациялық көмірсутектердің, циклдық альдегидтердің, спирттердің, ароматикалық процестер болып табылады.

Никельдің католитикалық қасиеті платина мен палладияның сол қасиеттеріне ұқсас. Осылайша, элементтердің химиялық аналогиясы мұнда да өз кескінін табады.

Никель, палладия мен платинаға қарағанда аса арзан металл ретінде гидрогенизациялық процестерде катализатор ретінде кеңінен қолданылады.

Осы мақсаттар үшін Никельді ұсақ ұнтақ түрінде қолданған жөн. Ол никельді 300-350о температуралардың интервалында шала тотықтың сутегімен қайта қалпына келтірудің арнайы режімімен алынады.

Кейінгі кездері әр түрлі мақсат үшін, соның ішінде каталитикалық процестер үшін никельдің таза ұнтағын (99,8-99,9 % Nі) алудың бірегей әдісі әзірленді.

Никель сілтілік аккумуляторларда аккумуляторлық электродтар ретінде кеңінен қолданылады. Германияда тіпті соғыс жылдарында осы электродтарды нығыздалған және күйдірілген таза никель ұнтағының нақты жағдайларында жасау әдісімен әзірленген болатын Бұл тәсіл Германия мен басқа елдерде кеңінен қолданыла бастады.

Никельді таза күйінде барлық алуан түрлі қолдану кезінде оның осы мақсатқа шығыны тоннаж бойынша никельді жалпы тұтынудан – шамамен 8% кішкене үлесін құрайтындығын байқап өту керек.

Никельді қолданудың негізгі және басты облысы никель не легірлейтін элемент, не басқа элементтермен легірленген никельдік қорытпаның негізі болып табылатын металл қорытпалар болып табылады.

Жоғарыда никельдің металл қорытпаларға шығын үлесі келтірілген және таза күйінде АҚШ үшін 1935 ж. ішінде: қорытпалар үшін шамамен 82%, таза күйінде 8 % және никельдендіру үшін 10 %. Кейінгі жылдар ішінде никельді оны тұтыну объектілері бойынша үлестіруде маңызды өзгерістер болған жоқ. Мысалы, 1953 ж. АҚШ-та никельді тұтыну түрлі объектілер бойынша құрады.

Химиялық элемент ретінде Никель 20 жылдан аса белгілі, бірақ оны тәжірибеде қолдану терең бұрынғылықта жатыр. Адамзаттық мәдениетті: әсіресе, Кавказ өңірі, Орта Азия, Қытай, Үнді және Мысыр халықтарының мәдениетін дамытуда біздің ғасырға дейінгі 3000 жыл бұрын құрамында никель бар қорытпаларды қолданған мысалдар белгілі. Мысырдан табылған көптеген металл бұйымдары ЗЭОО-да – 4000 жыл біздің дәуірге дейін 50-60% никельге дейін 6-дан тұратын метеориттік темірден жасалған болып шықты. Бірақ, бұл оны металл ретінде білмей, оның қасиеттерін білмей және таза күйінде оны алу әдісін білмей никельді кездейсоқ қолданған болды.

XVІІІ жүз жылдықтың аяғында табиғи ғылымдарды дамыту және химия ерекшелігінде адамның шаруашылық қызметі орбитасында металл көп тартылған үстіне тартыла түсті. XVIII ғасырдың ортасында никель элемент ретінде ашылды.

ХІХ ғасырдың химиялық ғылымда ойдағыдай дамытуда, табиғаттың ұлы заңын дайындау мен ашуда, 1869 ж. Д.И. Менделеевпен қалыптастырылған химиялық элементтердің кезеңдік заң, Никель мен оның ұқсастығы маңызды Рөлді ойнайды.

VІІІ топтың элементтері элементтердің кезеңдік жүйесін негіздеуде – элементтердің қасиеттерін өзгертудің кезеңдік сипатын зерделеуде үлкен мәні болды, өйткені олар негізгі қосалқы топтардың және жанама топтардың (В қосалқы тобы) элементтері арасында байланыстырушы буын болып табылады.

Енді, түсінікті болғандай, дәл осы шекті элементтер арқылы VІІІ топтың – Никель, палладия және платина – және әрі қарай нөлдік топтың элементтері арқылы І топтың (В қосалқы тобы) элементтеріне көшуі болады және элементтердің қасиеттерін өзгерту кезеңділігі айқындалады.

ХІХ ғасырдың ортасында Никель практикалық қолдануын тапты. Легірлейтін элемент ретінде химиялық төзімді металл ерекше табиғи қасиеттерімен көптеген металл қорытпаларының негізі ретінде техникалық маңызды металл болып шығады.

Никельдің әлемдік өндірісінің тез дамуы ХІХ және ХХ ғасырлардың тез дамушы техникаларының жан-жақты қажеттіліктерімен түсіндіріледі. Әсіресе никель өндірісінің үлкен көлемдері осы жүз жылдықтың бірінші жылдарынан бастап байқалды. Құрамында Никель бар шойындар түрлі арналуы үлкен мағына алды.

Техниканың көптеген салаларын дамытумен ерекше физикалық, химиялық және механикалық қасиеттері бар жоғары легірленген құрыштар мен қорытпаларға қажеттілік пайда болды. Осы тұрғыда бірінші кезектегі рөл никельге, никельдік құрыштар мен қорытпаларға жатқан және жатады. Осы уақытқа дейін түрлі құрыштар мен қорытпалардың 3000 астам құрамы есептеледі, онда никель негіз болып табылады және легірленетін элемент ретінде қатысады.

Никельді қазіргі заманғы техникада қолдану тым алуан түрлі. Ол таза күйінде химиялық түрде төзімді болып қолданылады, ферромагниттік материал аппаратқұрылымда едәуір көлемдерде никельдендіру деп аталатын қорғағыш үстінгі қабат үшін катализатор ретінде де аккумуляторларға арналған материал ретінде де қолданылады. Никельдендірудің жоғары химиялық төзімділікпен металлдың үстінгі қабатына түр беру үшін үлкен мәні бар.