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核内质子数:
核外电子数:
核电核数:
质子质量:
4.6844E-26
质子相对质量:
28.196
所属周期:
4
所属族数:
VIII
摩尔质量:
59
氢化物:
NiH3
氧化物:
NiO
最高价氧化物化学式:
Ni2O3
氧化态:
MainNi+2
OtherNi-1,Ni0,Ni+1,Ni+3,Ni+4,Ni+6
密度:
8.902
熔点:
1453.0
沸点:
2732.0
声音在其中的传播速率:
(m/S):
4900电离能(kJ/mol)镍
M-M+736.7
M+-M2+1735.0
M2+-M3+3393
M3+-M4+5300
M4+-M5+7280
M5+-M6+10400
M6+-M7+12800
M7+-M8+15600
M8+-M9+18600
M9+-M10+21660外围电子排布:
3d84s2
核外电子排布:
2,8,16,2
晶体结构:
晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
晶胞参数:
aa=352.4pm
b=352.4pm
c=352.4pm
α=90°
β=90°
γ=90°
莫氏硬度:
4
颜色和状态:
银白色金属
原子半径:
1.62
常见化合价:
+2,+3
发现
发现人:
克朗斯塔特
发现时间和地点:
1751瑞典
发现过程:
1751年,瑞典的克郎斯塔特,用红砷镍矿表面风化后的晶粒与木炭共热,而制得镍。
镍在地壳中含量不小,大于常见金属铅、锡等,但明显比铁少得多,而且镍和铁的熔点不相上下,因此注定它比铁发现得晚。
17世纪末,欧洲人开始注意镍砒(砷)矿。
当时德国用它来制造青色玻璃,采矿工人称它为kupfernickel。
“kupfer”在德文中是“铜”;
“nickel”是骂人的话,大意是“骗人的小鬼”。
因此这一词可以义译为“假铜”。
当时人们认为它是铜和砷的混合物。
瑞典化学家克隆斯特研究了这个矿物,他得到了少量与铜不同的金属。
他在1751年发表研究报告,认为这是一种新金属,就称它为nickel,这也就是镍的拉丁名称niccolum和符号Ni的来源。
镍在欧洲被发现后,德国人首先把它掺入铜中,制成所谓日耳曼银,或称德国银,也就是中国的白铜。
矿产分布
世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家,集中分布在环太平洋的热带―亚热带地区,主要有:
美洲的古巴、巴西;
东南亚的印度尼西亚、菲律宾;
大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。
中国镍矿分布就大区来看,主要分布在西北、西南和东北,其保有储量占全国总储量的比例分别为76.8%、12.1%、4.9%。
就各省(区)来看,甘肃储量最多,占全国镍矿总储量的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%)。
其中甘肃金昌的铜镍共生矿床,镍资源储量巨大,仅次于加拿大萨德伯里镍矿,居世界第二,亚洲第一。
物理性质
有良好延展性,具有中等硬度。
镍是银白色金属,具有磁性和良好的可塑性。
有好的耐腐蚀性,镍近似银白色、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。
溶于硝酸后,呈绿色。
主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如兰尼镍,尤指用作氢化的催化剂)
密度8.902克/立方厘米
熔点1453℃
沸点2732℃
化学性质
化学特性
外围电子排布3d84s2,位于第四周期第Ⅷ族。
化学性质较活泼,但比铁稳定。
室温时在空气中难氧化,不易与浓硝酸反应。
细镍丝可燃,加热时与卤素反应,在稀酸中缓慢溶解。
能吸收相当数量氢气。
镍不溶于水,常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜,能阻止本体金属继续氧化。
在稀酸中可缓慢溶解,释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+;
耐强碱。
镍可以在纯氧中燃烧,发出耀眼白光。
同样的,镍也可以在氯气和氟气中燃烧。
对氧化剂溶液包括硝酸在内,均不发生反应。
镍是一个中等强度的还原剂。
镍盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。
镍在稀硝酸缓慢溶解。
发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。
镍同铂、钯一样,钝化时能吸大量的氢,粒度越小,吸收量越大。
镍的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。
实验室中也常用到硝酸镍,带有结晶水,化学式为NiFe2O4·
6H2O,绿色透明的颗粒,易吸收空气中的水蒸汽。
与铁,钴相似,在常温下对水和空气都较稳定,能抗碱性腐蚀,故实验室中可以用镍坩埚熔融碱。
硫酸镍(NiSO4)能与碱金属硫酸盐形成矾Ni(SO4)2o6H2O(MI为碱金属离子)。
+2价镍离子能形成配位化合物。
常压下,镍即可与一氧化碳反应,形成剧毒的四羰基镍(Ni(CO)4),加热后它又会分解成金属镍和一氧化碳。
原子序数28Ni(NO3)2·
6H2O
原子量58.71
金属半径124.6皮米
第一电离能741.1kJ/mol
电负性1.8[1]
主要氧化数+2、+3、+4
镍(Ⅱ)化合物
1.氧化镍:
NiC2O4=NiO+CO+CO2
2.氢氧化镍:
Ni2++2OH-=Ni(OH)2
3.硫酸镍2Ni+2H2SO4+2HNO3=2NiSO4+NO2+NO+3H2O
NiO+H2SO4=NiSO4+H2O
NiCO3+H2SO4=NiSO4+CO2+H2O
4.卤化镍:
NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2
镍(Ⅲ)化合物
1.氧化高镍
4NiO+O2==2Ni2O3
2Ni(OH)2+Br2+2OH-==Ni2O3+2Br-+3H2O
2Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2+4H2O
Ni2O3+6HCl==2NiCl2+Cl2+3H2O
2.氢氧化高镍
4NiCO3+O2==2Ni2O3+4CO2
2Ni(OH)2+NaClO+H2O==2Ni(OH)3+NaCl
2Ni(OH)3+6HCl==2NiCl2+Cl2+6H2O
配合物
1.氨配位化合物:
[Ni(NH3)6]2+
2.氰配位化合物:
[Ni(CN)4]2-
3.螯合物:
[Ni(en)3]2+
4.羰基配位化合物
(a)Ni(CO)4
(b)(C2H5)2Ni
毒理学简介
羰基镍
金属镍几乎没有急性毒性,一般的镍盐毒性也较低,但羰基镍却能产生很强的毒性。
羰基镍以蒸气形式迅速由呼吸道吸收,也能由皮肤少量吸收,前者是作业环境中毒物侵入人体的主要途径。
羰基镍在浓度为3.5μg/m3时就会使人感到有如灯烟的臭味,低浓度时人有不适感觉。
吸收羰基镍后可引起急性中毒,10分钟左右就会出现初期症状,如:
头晕、头疼、步态不稳,有时恶心、呕吐、胸闷;
后期症状是在接触12至36小时后再次出现恶心、呕吐、高烧、呼吸困难、胸部疼痛等。
接触高浓度时发生急性化学肺炎,最终出现肺水肿和呼吸道循环衰竭而致死亡接触致死量时,事故发生后4至11日死亡。
人的镍中毒特有症状是皮肤炎、呼吸器官障碍及呼吸道癌。
致突变性:
肿瘤性转化:
仓鼠胚胎5μmol/L。
生殖毒性:
大鼠经口最低中毒剂量(TDL0):
158mg/kg(多代用),胚胎中毒,胎鼠死亡。
致癌性:
IARC致癌性评论:
动物为阳性反应。
迁移转化:
天然水中的镍常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及某些无机和有机络合物的形式溶解于水。
水中的可溶性离子能与水结合形成水合离子(Ni(H2O)6)2+,与氨基酸、胱氨酸、富里酸等形成可溶性有机络离子,它们可以随水流迁移。
镍在水中的迁移,主要是形成沉淀和共沉淀以及在晶形沉积物中向底质迁移,这种迁移的镍共占总迁移量的80%;
溶解形态和固体吸附形态的迁移仅占5%。
为此,水体中的镍大部分都富集在底质沉积物中,沉积物含镍量可达18~47ppm,为水中含镍量的38000~92000倍。
土壤中的镍主要来源于岩石风化、大气降尘、灌溉用水(包括含镍废水)、农田施肥、植物和动物遗体的腐烂等。
植物生长和农田排水又可以从土壤中带走镍。
通常,随污灌进入土壤的镍离子被土训无机和有机复合体所吸附,主要累积在表层。
来源及用途
元素用途:
主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金,如镍钢、铬镍钢及各种有色金属合金,含镍成分较高的铜镍合金,就不易腐蚀。
也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿、电子线路、玻璃着绿色以及镍化合物制备等等。
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,尤指用作氢化的催化剂),可用来制造货币等,镀在其他金属上可以防止生锈。
同位素
最稳定的同位素:
同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量衰变产物
MeV
56Ni人造6.077天电子捕获2.13656Co
58Ni68.077%稳定
59Ni人造76,000年电子捕获1.07259Co
60Ni26.233%稳定
61Ni1.14%稳定
62Ni3.634%稳定
63Ni人造100.1年β衰变2.13763Cu
64Ni0.926%稳定
储运条件
储存于阴凉、通风的库房。
远离火种、热源。
包装要求密封,不可与空气接触。
应与氧化剂、酸类等分开存放,切忌混储。
采用防爆型照明、通风设施。
制备方法
1.电解法。
将富集的硫化物矿焙烧成氧化物,用炭还原成粗镍,再经电解得纯金属镍。
2.羰基化法。
将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍,加热后分解,又得纯度很高的金属镍。
3.氢气还原法。
用氢气还原氧化镍,可得金属镍。
4.在鼓风炉中混入氧置换硫,加热镍矿可得到镍的氧化物。
而此种氧化物再和与铁反应过的酸液进行作用就能得到镍金属。
5.矿石经煅烧成氧化物后,再用水煤气或炭还原得到镍。
基本知识
在自然界,最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。
古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家,在多米尼加也有大量的镍矿。
金属镍主要用于电镀工业,镀镍的物品美观、干净、电解镍
镍大量用于制造合金。
在钢中加入镍,可以提高机械强度。
如钢中含镍量从2.94%增加到了7.04%时,抗拉强度便由52.2公斤/毫米2增加到72.8公斤/毫米3。
镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件,如涡轮叶片、曲轴、连杆等。
含镍36%、含碳0.3-0.5%的镍钢,它的膨胀系数非常小,几乎不热胀冷缩,用来制造多种精密机械,精确量规等。
含镍46%、含碳0.15%的高镍钢,叫“类铂”,因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似,这种高镍钢可熔焊到玻璃中。
在灯泡生产上很重要,可作铂丝的代用品。
一些精密的透镜框,也用这种类铂钢做,透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。
由67.5%镍、16%铁、15%铬、1.5%锰组成的合金,具有很大的电阻,用来制造各种变阻器与电热器。
钛镍合金具有“记忆”的本领,而且记忆力很强,经过相当长的时间,重复上千万次都准确无误。
它的“记忆”本领就是记住它原来的形状,所以人们称它为“形状记忆合金”。
原来这种合金有一个特性转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,而在转变温度之下,它又有另一种组织结构。
结构不同,性能也就不同。
例如:
一种钛镍记忆合金,当它在转变温度之上时,很坚硬,强度大,而在这个温度以下,它却很软,容易冷加工。
这样,当我们需要它记忆什么形状时,就把它做成那种形状,这就是它的“永久记忆“形状,在转变温度以下,由于它很软,我们便可以在相当大的程度内使其任意变形。
而当需要它恢复到原来形状时,只要把它加热到转变温度以上就行了。
镍具有磁性,能被磁铁吸引。
而用铝、钴与镍制成的合金,磁性更强了。
这种合金受到电磁铁吸引时,不仅自己会被吸过去,而且在它下面吊了比它重六十倍的东西,也不会掉下来。
这样,可以用它来制造电磁起重机。
镍的盐类大都是绿色的。
氢氧化镍是棕黑色的,氧化镍则是灰黑色的。
氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。
二价镍离子常用丁二酮肟来鉴定,在氨性溶液中,镍离子(Ni2+)与丁二酮肟(Dimethylglyoxime)生成鲜红色沉淀(Ni(dmgH)2)。
市场发展
2006年1-12月,中国镍累计产量为111280.01吨,与2005年同期相比增长了22.07%;
2007年1-12月,中国镍累计产量为115772.10吨,与2006年同期相比增长了8.51%;
2008年1-10月,中国镍累计产量为112209.99吨,与2007年同期相比增长了8.99%。
中国镍行业在不断发展的同时,也存在一些问题,如镍矿中多为低品味,露采比例很小,可采储量仅占总储量的10%,开采和冶炼的技术相对较为落后;
选矿一般采用弱酸或弱碱介质浮选工艺,选矿能力为430万吨/年;
中国镍冶炼除几家大型企业以外普遍采用火法的选锍熔炼技术,精炼镍主要采用硫化镍阳极隔膜电解和硫酸选择性浸出——电积工艺,与世界先进技术还有一定差距,因此中国开采和冶炼的成本居高不下。
2010年预计中国镍消费量将达到40万吨/年以后,中国将成为世界最大的镍消费国。
2010年中国镍金属基础储量只有230万吨左右,2010-2013年来中国镍矿勘探没有重大进展,如果就按照这样消费下去的话,10年后中国的镍矿资源将逐渐消耗殆尽。
2012年10月5日,中国新疆省地矿部门和矿产企业经4年勘查,在新疆若羌县发现百万吨级特大型镍矿,已探得镍金属资源量128万吨。
《2013-2017年中国金属镍行业全景调研及投资前景预测报告》资料显示,中国和美国为最大消费国。
Higo称,2013年中国镍生铁产量将增至35万吨。
镍生铁为低级铁矿石的替代品。
中国不锈钢生产商镍生铁使用量增加将抑制其对镍的风险偏好,拖累镍价。
他表示,中国需求将增加8.5%至83万吨,而包括生铁在内的产量将增长10%至54万吨。
中国需求占全球总量的47%。
截至2013年5月23日,中国库存180,024吨。
2013年全球不锈钢产量或自1月预估增长1.7%至3,650万吨。
中国产量将增加3.7%至1,680万吨。
根据国际不锈钢论坛,亚洲不锈钢产量占全球总量的70%。
中国镍供给有两个部分组成,一部分是新产镍精矿供应,这部分占镍总供给量的72.9%,另一部分来自再生镍占27.1%,随着经济建设和钢铁工业的发展,镍的需求量不断增加。
南非:
Nkomati镍矿,位于南非共和国东部Mpumalanga地区,距离约翰内斯堡300公里处,1997年投产,为南非的第一座镍矿。
分为两个矿床:
高含量矿、低含量矿。
高含量矿送至Rustenburg冶炼厂进行冶炼,低含量矿送至博斯瓦纳和津巴布韦进行冶炼。
2007年进行扩产可行性研究,预计2010年扩产项目投产。
2010年产能与产能4000吨左右(金属量)。
扩产后,开采寿命将从2023年延长至2030年,并将逐步改为露天开采。
[1]