Где используется никель в промышленности?

 Антропогенные источники поступления никеля в окружающую среду.

Работники находящихся на Крайнем Севере предприятий, подверженные в процессе деятельности интенсивному воздействию выбросов медно-никелевого производства, особенно пирометаллургических переделов, имеют повышенный процент заболеваемости и меньшую продолжительность жизни. В проведенном исследовании представлен химический анализ металлургической пыли АО «Кольская ГМК». Установлено, что наиболее тонкие пыли состоят из микрои наночастиц и, помимо никеля, могут быть обогащены мышьяком, свинцом, кадмием, селеном и таллием, избыточное поступление которых в организм приводит не только к различным заболеваниям, но и вызывает дефицит ряда эссенциальных микроэлементов. Обсужден вопрос повышенного токсического воздействия пылевых выбросов в разных регионах, и предложено введение для Крайнего Севера более жестких предельно допустимых концентраций для атмосферы рабочей зоны.

Основная сфера применения

Сам металл обладает повышенной устойчивостью к ржавчине потому, что его защищает та самая оксидная пленка. Несмотря на то, что пленка очень тонкая, она достаточно действенна, настолько, что не только сам никель становится малоактивным, но и прочие изделия и предметы, которые им покрыты. Именно благодаря этому уникальному свойству материала, его можно применять в различных сферах.

Когда-то руда этого металла была необходима для окраски стекла в зеленый цвет. Но сегодня данный химический элемент в основном актуален для защиты металлических поверхностей от воздействия влаги. Человек практически каждый день имеет дело с такой продукцией. Данное покрытие присутствует на современных столовых приборах, кухонной посуде, водопроводных трубах, элементах мебели, декора и т.д. Дополнительным преимуществом является то, что товары не только защищены, но и имеют чистый серебристый цвет и блеск нового прибора, который не тускнеет с течением времени.

Помимо этого, сегодня актуален прием неочищенного кабеля на металлолом, так как никель применяется даже с металлами, устойчивыми к разрушительному действию коррозии (магний, медь, железо, чугун, цинк и т.д.). Также данный элемент активно используется в химической промышленности. Он нужен при производстве специальных резервуаров для транспортировки и хранения различных агрессивных веществ.

Другие сферы

Безусловно, никель – это крайне востребованный материал. Помимо всего вышеописанного, он активно применяется и в других отраслях. Например, с его помощью получают различные реактивы. Помимо этого, металл актуален для:

  • изготовления аккумуляторных батарей. Никель совмещается с цинком, кадмием, железом и водородом. Его электроды отличаются устойчивостью в электролите, а потому обладает особой долговечностью и невысокой стоимостью;
  • Медицины. Из данного металла изготавливают протезы, брекеты, ведь он абсолютно безопасен для человека;
  • Пищевой промышленности;
  • Изготовления проводов. Особо актуальны те, которые применяются для музыкальной отрасли. То есть, это провода от наушников, колонок, инструментов (электрическая гитара) и т.д. Но, конечно, производится такая продукция и для схожих целей (USB шнуры для электронных книг, смартфонов, планшетов, ноутбуков). Поэтому не удивительно, что сегодня несложно сдать кабель на лом, ведь в доме каждого современного человека найдется масса нефункционирующих проводов;
  • Получения всевозможных сплавов. Согласно статистике, 67% добытого ресурса уходит на сплавы железа. Объясняется это тем, что сам никель при обработке придает полученному сырью такие же антикоррозийные свойства, которыми он обладает сам. Именно по этой причине данный металл особо актуален для изготовления нержавеющей стали. Но, конечно, его сочетают также с алюминием, медью, оловом, титаном, хромом и прочими элементами.
  • Использование элемента в строительной сфере

В 19-ом столетии данный металл был актуален при производстве монет. Но затем люди открыли его главные свойства, а потому данный элемент получил широкую сферу применения. Например, он активно используется в строительстве. С помощью никеля стали украшать различные изделия, и лишь спустя около полувека люди стали применять хромирование для того, чтобы придать изысканный блеск. Но и сегодня во время строительства используются никелированные детали.

Сегодня ведется активный прием обрезков кабеля, ведь он перерабатывается, а из металла, из-за его эстетичного свойства, изготавливают детали мебели, а также фурнитуру для окон и дверей. Ну, и конечно, особо роскошно смотрится сантехника, а именно краны, лейки, смесители и прочие аксессуары, которые применяются во влажной среде и должны сохранять свой первоначальный внешний вид.

Читайте также:  20 способов быть здоровым

Марганец.

Марганец – относится к тяжелым металлам.

 Нахождение и миграция в природных средах.

При попадании в почву марганец, благодаря деятельности микроорганизмов подвергается биологическому окислению или восстановлению в формы Мn3+ и Mn2+ соответственно. Реакции зависят от значения рН, аэрации почвы, температуры. Растения поглощают марганец в форме Mn2+.

 Антропогенные источники загрязнения.

Марганец поступает в атмосферу от выбросов предприятий черной металлургии (60% всех выбросов марганца), машиностроения и металлообработки (23%), цветной металлургии (9%), многочисленных мелких источников, например, сварочных работ. Марганец является составляющей промышленной пыли и мигрирует в окружающей среде с частичками пыли.

 Биологическая роль марганца

Марганец поступает в организм, в основном, через желудочно-кишечный тракт и частично респираторным путем. Поступление через кожу – незначительно.

Марганец относится к важнейшим из жизненно необходимых микроэлементов и участвует в регуляции главных биохимических процессов. Марганец участвует в основных нейрохимических процессах в центральной нервной системе, в образовании костной и соединительной тканей, регуляции жирового и углеводного обмена, обмене витаминов С, Е, холина и витаминов группы В. Суточная потребность взрослого организма составляет 3–5 мг Mn. Марганец оказывает влияние на процессы кроветворения и иммунную защиту организма.

 Влияние на здоровье человека

Избыточное накопление марганца в организме сказывается, в первую очередь, на функционировании центральной нервной системы. Это проявляется в утомляемости, сонливости, ухудшении функций памяти. Марганец является политропным ядом, поражающим также легкие, сердечно-сосудистую и гепатобиллиарную системы, вызывает аллергический и мутагенный эффект.

Класс опасности вещества – 2.

Какие бывают никелевые месторождения

Производство никеля осуществляется из природных материалов, которые содержат в составе достаточное количество данного металла. Такие породы называют никелевыми рудами. Они образуются естественным путем в результате остывания магмы, которая содержит в составе данный металл.

Существует несколько типов никелевых руд, которые добываются для изготовления этого материала. Разделение месторождений породы на классы выполняется с учетом геологических условий ее залегания, минерального состава, морфологии и других особенностей. На этом основании месторождения никеля могут быть:

  • медно-никелевые, сульфидные. Такие месторождения встречаются на территории стран СНГ, в Канаде, Австралии;
  • силикатные никелевые, кобальт-никелевые, ферроникелевые. Подобные месторождения присутствуют на Урале, Кубе, Индонезии;
  • медно-колчеданные;
  • сульфидно-арсенидные.

Последние два типа никелевых отложений считаются второстепенными. Железомарганцевые конкреции, находящиеся на океаническом дне, можно относить к потенциальным источникам данного металла.

Свойства никеля

Плотность и масса

Никель относится к ряду тяжелых металлов. Его плотность в два раза больше, чем у металла титан, но равна по числовому значению плотности меди.

Численное значение удельной плотности никеля составляет 8902 кг/м3. Атомная масса никеля: 58,6934 а. е. м. (г/моль).

Механические характеристики

Никель обладает хорошей ковкостью и тягучестью. Благодаря этим характеристикам он легко подвергается прокату. Из него довольно просто получить тонкие листы и небольшие трубы.

При температуре от 0 до 631 К никель становится ферромагнитным. Происходит этот процесс благодаря особенному строению внешних оболочек атома никеля.

Известны следующие механические характеристики никеля:

  • Повышенная прочность.
  • Предел прочности равный 450 МПа.
  • Высокопластичность материала.
  • Коррозионная стойкость.
  • Высокая температура плавления.
  • Высокая каталитическая способность.

Механические характеристики описываемого металла зависят от наличия примесей. Самыми опасными и вредными считается сера, свинец, висмут, цинк и сурьма. Если никель насытить газами, то его механические свойства станут хуже.

Тепло- и электропроводность

  • Металл никель имеет следующую теплопроводность: 90,1 Вт/(м·К) (при температуре 25°C).
  • Электропроводность никеля равна 11 500 000 Сим/м.

Коррозионная стойкость

Под коррозионной стойкостью понимается способность металла при воздействии на него агрессивной среды противостоять разрушению. Никель относиться к материалам с высокой стойкостью к коррозии.

Никель не покрывается ржавчиной в нижеперечисленных средах:

  • Окружающая атмосфера. Никель обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам. Если никель находится в условиях промышленной атмосферы, то он всегда покрывается тонкой пленкой, которая приводит к потускнению никеля.
  • Щелочи в горячем и холодном виде, а так же их расплавленные состояния.
  • Органические кислоты.
  • Неорганические кислоты.

Кроме этого, ржавчиной никель не покрывается в горячих спиртах и жирных кислотах. Благодаря этому этот металл широко используют в пищевой промышленности.

Химическая промышленность то же широко использует никель. Это происходит благодаря коррозионной стойкости никеля к воздействию высокой температуры и большой концентрации растворов.

Повышенной коррозионной стойкостью обладают сплавы из никеля. Особенно соединения этого металла с железом, молибденом, хромом и медью.

Никель подвержен коррозии при следующих окружающих его условиях:

  • Морская вода.
  • Щелочные растворы гипохлоритов.
  • Сера или любая среда, содержащая серу.
  • Растворы окислительных солей.
  • Гидрат аммиака и аммиачная вода.
Читайте также:  Cуп из сельдерея для похудения, рецепт. Суповая диета - отзывы

Токсичность никеля рассмотрена ниже.

Температуры

Известны следующие термодинамические свойства никеля:

  • Температура плавления никеля: 1726 K или 2647 °F или 1453 °C.
  • Температура кипения никеля: 3005 K или 4949 °F или 2732 °C.
  • Температура литья: 1500-1575 °C.
  • Температура отжига: 750 — 900 °C.

Токсичность и экологичность

В больших количествах никель оказывает токсичное действие на организм. Если речь идет о приеме его с пищей, то повышенное содержание этого элемента обязательно вызовет угрозу для здоровья.

Часто встречающие негативное последствие от переизбытка никеля – это аллергия. Так же при воздействии этого металла (в больших количествах) на организм возникают расстройства желудка и кишечника, обязательно повышается содержание эритроцитов. Никель может вызвать хронический бронхит, почечный стресс и нарушение работы легких. Переизбыток никеля провоцирует рак легкого.

Если вода для питья содержит 250 частиц никеля на миллион частиц воды, то такое содержание может вызвать болезнь крови и проблемы с почками. Однако это довольно редко явление.

Никель содержится в табачном дыме. Вдыхание этого дыма или пыли с содержанием никеля приводит к бронхиту и нарушению функционирования легких. Получить это вещество возможно в условиях вредного производства или в неблагоприятных экологически районах.

Токсичность никеля представляет собой опасность только в случае попадания в организм человека в больших количествах. Если никель используется в промышленности и в строительных делах, то он не опасен.

Другие характеристики

Еще никель имеет следующие характеристики:

  • Удельное электрическое сопротивление никеля равное 68,8 ном·м.
  • В химическом плане никель схож с железом, кобальтом, купрумом и некоторыми благородными металлами.
  • Никель взаимодействует с кислородом при температуре в 500 С.
  • Если никель переходит в мелкодисперсное состояние, то он может самовоспламениться.
  • Никель не реагирует с азотом даже при условии очень высокой температуры.
  • Никель медленнее чем железо растворяется в кислотах.

Свойства и применение никеля

Со свойствами и применением никеля мы сталкиваемся ежедневно, даже если не подозреваем об этом, ведь этот минерал прочно вошёл в различные сферы жизни современного человека.

Этот красивый светло-серебрист ый металл , немного похожий на серебро или платину, отличается пластичностью и ковкостью, невысокой химической активностью – теми качествами, которые делают его привлекательным в различных производствах. Литой никель почти так же прочен, как мягкая сталь. Низкая реакционная способность не даёт ему разрушаться под воздействием воздуха, воды, паров, многих кислот, словом, делает его стойким к коррозии. А пластичность, вязкость этого металла в чистом виде позволяет изготавливать из него тончайшие листы и проволоку. Важна в промышленности и способность его смешиваться с разными металлами в многочисленные сплавы.

В нашем быту мы часто имеем дело с никелированными вещами – посудой, перилами, трубами, кранами, деталями мебели. Также постоянно присутствуют в нашем обиходе предметы, сделанные из сплавов, содержащих никель, и самого никеля: деньги, швейные иголки и фурнитура, очки, украшения, гитарные струны… В медтехнике сплавы никеля применяются для изготовления протезов и брекет-систем. Когда мы видим нержавеющую сталь, мы снова сталкиваемся с никелем, непременно в ней присутствующим. Не обходятся без никеля электротехника и кораблестроение, химическая промышленность и оборонная индустрия, машиностроение, атомная и нефтегазовая промышленность.

Медно-никелевые сплавы

Это сплавы на медной основе, при этом никель является в них основным легирующим элементом. Смешение никеля и меди гарантирует высокую прочность, электросопротивление и устойчивость к коррозии.

В качестве элементов медно-никелевых сплавов могут также выступать алюминий, железо, марганец, цинк, титан, свинец, кремний. Согласно ГОСТ 492-73, допускается не более 2 % примесей, для некоторых сплавов — не более 0,15 %. Наиболее распространенные медно-никелевые сплавы — это копель, константан, мельхиор, нейзильбер, куниаль, манганин, монель.

Копель

Копель (МНМц43-0,5) содержит 0,1−1 % марганца, 42,5−44 % никеля, до 0,6 % примесей, остальная масса приходится на медь. Сплав имеет большую термоэлектродвижущую силу, выпускается в виде проволоки, которая применяется для компенсационных проводов, а также для изготовления термопар.

Константан

Константан (МНМц40-1,5) — термостабильный сплав с высоким удельным электросопротивлением. Он состоит из 1-2 % марганца, 39-41 % никеля, примерно 59 % меди и не более 0,9 % примесей. Константан выпускается в виде проволоки, полос и лент. Используется для изготовления приборов высокого класса точности, реостатов и электронагревательных элементов, компенсационных проводов и термопар.

Мельхиор

Мельхиор (МНЖМц30-1-1) — конструкционный медно-никелевый сплав с содержанием 18-22 % никеля, примерно 80 % меди и не боле 0,6 % примесей. Некоторые разновидности мельхиора содержат железо и марганец. Он обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Хорошо поддается обработке давлением в холодном и горячем виде — штампуется, режется, чеканится. Его легко паять и полировать. Мельхиор имеет серебристый оттенок, выпускается в виде труб, полос и ленты. Применяется для изготовления монет, недорогих ювелирных украшений и посуды. Из него делают трубные доски кондиционеров, конденсаторные трубы. Сплав также используется в приборостроении.

Читайте также:  Кумкват помогает от похмелья – правда или очередная народная выдумка?

Нейзильбер

Название нейзильбер (МНЦ15-20) переводится с немецкого как «новое серебро». Такое название он получил из-за того, что напоминает драгоценный металл, но при этом он стоит намного дешевле. Из него делают столовые приборы, которые серебрятся после отливки. В промышленности нейзильбер применяется для производства паровой и водяной арматуры, медицинских инструментов и деталей точных приборов. Из него производят ордены и медали, ювелирные изделия, гитарные лады. Нейзильбер также используется для изготовления финифти и филиграни. Сплав содержит 18-22 % цинка, 13,5-16,5 % никеля, около 38 % меди и не более 0,9 % примесей. Выпускается в виде ленты, труб, полос, проволоки и прутков.

Куниаль

Куниаль — дисперсионно-твердеющий сплав меди, никеля и алюминия. Куниаль А (МНА13-3) содержит 2,3-3 % алюминия, 12-15 % никеля, около 80 % меди и не более 1,9% примесей. Куниаль Б (МНА6-1,5) — 1,2-1,8 % алюминия, 5,5-6,5 % никеля, около 90 % меди и не более 1,1 % примесей.

Куниаль А выпускается в виде прутков, применяется в машиностроении для изделий повышенной прочности. Из куниаля Б изготавливают полосы, которые используются в электротехнике для пружин и других изделий.

Манганин

Манганин (МНМц3-12) — термостабильный сплав, содержащий 11,5-13,5 % марганца, 2,5-3,5 % никеля, около 85 % меди и не более 0,9 % примесей. Он выпускается в виде листов и проволоки, находит применение в измерительной технике: из манганина делают шунты, катушки, добавочные сопротивления, магазины сопротивлений и др.

Монель

Монель (НМЖМц28-2,5-1,5) — сплав на основе никеля, который содержит 2-3 % железа, 1,2-1,8 % марганца, 27-29 % меди и не более 0,6 % примесей. Выпускается в виде лент, полос, листов и проволоки. Применяется в различных сферах промышленности: медицинской, химической, нефтяной, судо- и авиастроительной. Из него делают дрели, музыкальные инструменты, оправы для очков, различные антикоррозионные детали.

Влияние добычи никеля на экологическую ситуацию в мире

Разработка месторождений связана с ущербом для природы. В процессе добычи уничтожается окружающая растительность, ареалы обитания животных. Из-за негативного воздействия пыли и отходов производства предприятия обязывают ограничивать их распространение. За соблюдение требований к предприятиям по добыче никеля отвечают специальные комиссии. Они формируются государством и контролируют:

  • технологичность процессов получения металла;
  • захоронение отходов;
  • безопасность добычи.

Экологический вред удалось значительно уменьшить в последние годы. Этому способствуют совершенствование промышленности, применение новых способов обработки и фильтрации и использование нового оборудования.

Избыток никеля в организме

При избыточном поступлении в организм человека никеля, он токсичен. Токсичность никеля, зависит от пути поступления в организм и растворимости его соединений. Более растворимые в воде (сульфат и хлорид никеля) в 30 раз токсичнее, плохо растворимых (оксида и сульфита).

Избыточное поступление в организм никеля может вызвать изменения в кроветворении, дистрофические изменения в печени и почках, нарушения со стороны сердечно-сосудистой, нервной и пищеварительной систем, углеводном и азотистом обменах, нарушения функции щитовидной железы и детородной функции, изъязвления роговицы кератиты, витилиго, онко- и мутагенез. При длительном воздействии хлоридом никеля наблюдаются атаксия (расстройство координации движений), нарушение дыхания, баланса кальция, магния, фосфора и йода.

Высокий уровень никель в крови может быть также связан с артритом и контактными дерматозами.

На предприятиях металлургической промышленности, где используется никель и его соединения, среди рабочих, распространены заболевания верхних дыхательных путей и бронхолегочной системы. Как хронические, так и острые отравления никелем и его соединениями могут приводить к летальному исходу. Известен случай гибели рабочего, выполнявшего сварочные работы в течение 90 мин без респиратора.

Используемые в промышленности карбонильные соединения никель являются канцерогенными веществами 1 группы опасности.

Сплавы на базе элемента Ni

Данный вид вторичного цветного металла хоть и уступает в цене за кг лому никеля, остается довольно прибыльным товаром на рынке сдачи металлолома. Достаточно эффективно принимаются сплавы никеля с металлами:

  • хром;
  • медь;
  • железо.

Шел 1751 год. В маленькой Швеции благодаря ученому Акселю Фредерику Крондстедту появился элемент под номером 17. На тот момент было всего 12 известных металлов, плюс сера, фосфор, углерод и мышьяк. Они и приняли к себе в компанию новенького, название ему — никель.