镍

镍位于第10（VIII）组中，并且是第一系列过渡元素的特殊三元组（Fe，Co，Ni）中的第三种元素。镍是一种坚硬的，银白色，可延展的金属块或灰色粉末。镍粉是发火的，可以自燃。它可能与钛，硝酸铵，高氯酸钾和氢偶酸剧烈反应。它与酸，氧化剂和硫磺不相容。镍的化学和物理性质，特别是其磁性，与铁和钴相似。有些酸会侵蚀镍，但它也能提供很好的保护作用，防止空气和海水腐蚀。这使其非常适合电镀其他金属以形成保护涂层。镍还是一种极好的合金金属，尤其是铁，可用于制造不锈钢以及军事车辆的防护装甲。它是可延展的，可以拉制成线。大约一磅的镍金属可被拉至约200英里的细线。

在1751年，工作于斯德哥尔摩（瑞典首都）的Alex Fredrik Cronstedt研究一种新的金属——叫做红砷镍矿（NiAs）——其来自瑞典的海尔辛兰的Los。他以为其包含铜，但他提取出的是一种新的金属，他宣布并命名为nickel（镍）于1754年。许多化学家认为它是钴，砷，铁和铜的合金——这些元素以微量的污染物出现。直到1775年纯净的镍才被Torbern Bergman制取，这才确认了它是一种元素。镍首先被隔离，并于被克朗斯特（Cronstedt）认证为一种元素。这种金属是里希特（Richter）在1804年以纯净形式衍生的。这种金属的名称来自两个德语单词“nickel”和“ kupfernickel”，意思是“老尼克”（或“撒旦” ）和老尼克的铜。

镍是地壳中含量最高的第23种元素。它有些丰富，但分散，占火成岩1％的百分之一。镍金属存在于陨石中（与其他一些元素一样）。据信，熔融的镍与铁一起构成了构成地球核心的中心球。在大多数陨石中，特别是在与铁合金化的铁陨石或菱铁矿中，都可以找到它。它在海水中的平均浓度为0.56μg/ mL。镍是地球核心的主要成分之一，约占7％。镍矿有多种类型，一种是镍的主要矿石，称其为膨润土（NiS？2FeS），即铁/硫化镍。另一种是称为烟碱矿（NiAs）的矿物，该矿物于1751年发现，最早发现于瑞典的矿区。到目前为止，最大的镍矿开采区位于加拿大安大略省，从那里被认为是坠入地球的巨大陨石中回收。由于地球和陨石都是在太阳系的早期阶段形成的，因此大量的镍沉积是地球核心理论是熔融的镍和铁的理论的一个原因。在古巴，多米尼加共和国和斯堪的那维亚也发现了一些镍矿。镍的痕迹存在于土壤，煤炭，植物和动物中。

镀镍用于各种合金，例如新银，中国银，德国银；用于硬币，电子版，蓄电池；磁铁，避雷针尖，电触点和电极，火花塞，机械零件；用于油和其他有机物质加氢的催化剂。另请参阅阮内镍。制造蒙乃尔金属，不锈钢，耐热钢，耐热和耐腐蚀合金，镍铬电阻丝；用于电子和太空应用的合金中。 用途镍用于各种合金中，例如德国银，蒙乃尔合金和镍铬合金；用于硬币；硬币，金属等。在蓄电池中；在火花塞中；以及作为氢化催化剂。

镍是通过使用火法冶金和湿法冶金工艺加工硫化物和红土矿石精矿而获得的。 将通过焙烧和熔炼得到的镍哑粉通过电法，蒸气法和湿法冶金精炼方法进一步清洗。 烘烤一部分毛面以获得市售的氧化镍附聚物。 通过电解精炼工艺可以得到99.9％的纯镍。 最纯净的镍（99.97％）是通过气相冶金法获得的。 在此过程中，也称为蒙德（Mond）方法，将镍和硫化铜的混合物转变为氧化物，然后通过在350–400°C下与水气加热来还原。 所得的镍活性形式用一氧化碳处理，得到挥发性的羰基镍[Ni（CO）4]。 后者的反应是可逆的。 加热产生纯镍和一氧化碳。

镍是略带黄色的银白色金属，质坚硬，易抛光，具有磁性 (不如铁和钴) 和良好的可塑性。密度8.902g/cm3，熔点1453℃，沸点2732℃。化学性质较活泼。有较好的耐腐蚀性，室温时在空气中难氧化，不易与浓硝酸反应，能耐碱腐蚀。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。主要用来制造与铁、铜、锌及其他金属组成的各种合金，广泛地应用于尖端技术、高温陶瓷制品、抗腐蚀合金、化工设备、电子电器设备，特种器皿、玻璃等工业。在钢中添加镍可提高钢的韧性和耐腐蚀性，如镍钢、铬镍钢等。

图1为镍镍原子的外电子层构型为〔Ar〕3d84s2，在形成化合物时可失去最外层4s轨道上的2个电子，也可失去次外层3d轨道上的电子，所以镍具有+2、+3和+4等价态，+2价是镍的稳定化合价。
金属镍有两种晶态：α镍晶体为紧密的六方晶系，β镍晶体为面心立方晶系。镍具有良好的机械强度、延展性和磁性，具有能吸收氢和二氧化碳的特性。镍的主要物理性质列于图2。

图2为镍的主要物理性质
镍还具有良好的化学稳定性，是重有色金属材料中耐蚀性最好的金属之一。镍在一般条件下的空气、淡水和海水中稳定，在室内大气中的耐蚀性优于银、铜和黄铜，在含有二氧化硫和硫化氢的空气中腐蚀速度很慢。镍在无机酸、有机酸和其他介质中具有良好的耐蚀性，在各种浓度的熔融碱、熔融碱金属盐及其溶液中耐蚀。纯镍无腐蚀破裂倾向，但含有硫时，会发生晶间腐蚀。镍之所以有如此良好的耐蚀性，是因为在它的表面形成一层牢固的保护膜，阻止腐蚀继续进行。镍在500℃左右的空气中轻微氧化，在750℃以上则迅速氧化。镍与氧反应后的主要生成物是氧化亚镍(NiO)和氧化镍(Ni2O3)。氧化亚镍在230℃以上极易为氢所还原，在700℃以上还原迅速完全。镍与氧、硫、氯等元素反应生成多种化合物，具有工业价值的镍的化合物有氧化镍、硫化镍、氯化镍、氢氧化镍、硫酸镍等。

图3为镍的主要化合物
有关镍的概述、性质、化合物、提取冶金等是由Chemicalbook的侍艳编辑整理。（2015-11-23）镍的地壳丰度为99×10-4%，海水含镍5×10-8%。世界上已开采的镍矿有硫化镍矿、氧化镍矿和砷化镍矿。在海底锰结核中也赋存有镍。硫化镍矿中最主要的矿物为镍黄铁矿 〔(Ni，Fe)9S8〕、含镍磁硫铁矿〔(Ni，Co)3S4〕和锑硫铁矿(NiSbS)。硫化镍矿通常与黄铜矿(CuFeS)伴生，并含有不同数量的钴、金、银及铂族元素。硫化镍矿含镍量波动较大，开采品位一般在0.3%～2.0%。加拿大、前苏联、中国、澳大利亚和博茨瓦纳等国有大型硫化镍矿，其中加拿大林湖(Lym)矿是世界上最大的铜镍矿藏。氧化镍矿中最主要的矿物为含水镍镁硅酸盐矿〔(Ni，Mg) SiO3·nH2O〕，常见的有暗镍蛇纹石、滑面暗镍纹石和镍绿泥石。氧化镍矿中几乎不含铜、硫和铂族元素，但常含钴及大量铁，其脉石中通常含有大量的粘土、石英和滑石。氧化镍矿通常含镍0.5%～1.5%，少数富矿含镍可达5%～10%。新喀里多尼亚有世界最大的氧化镍矿，古巴、印度尼西亚、菲律宾、巴西、多米尼加和中国有大型氧化镍矿。镍的砷化矿物有红砷镍矿(NiAs)、砷镍矿(NiAs2)和辉砷镍矿(NiAsS)。在世界上还未发现大型镍的砷化矿床。目前提镍原料主要是硫化镍矿，但氧化镍矿的比重在逐年增加。世界镍储量估计为5700万t，其中80%以上分布在古巴、加拿大、前苏联、南非、希腊、澳大利亚、新喀多尼亚、菲律宾、南斯拉夫、巴西、中国和多米尼加。按所处理矿物的种类可分为氧化镍矿处理、硫化镍矿处理和含镍磁黄铁矿处理等。各种矿物的处理方法均有火法及湿法两类流程，矿物处理所得中间产品一般为镍锍、镍铁、氧化镍或硫化镍。镍锍吹炼得高镍锍。高镍锍处理分离出硫化镍或粗镍或用湿法处理为含镍溶液。冶炼产品可为金属镍 (电镍或镍粉)，也可为镍铁或氧化镍等镍化合物。制取金属镍时按所用含镍中间产品原料的不同，分别采用镍电解、氢还原或羰基镍法。硫化镍矿含镍0.3%～2%，直接进行冶炼不经济，通常采用选矿方法选出含镍4%～7%以上的铜镍混合精矿，或者进一步分选出镍精矿、铜精矿和磁硫铁精矿，再将此种混合精矿或镍精矿进行冶炼提取金属镍。提取镍可采用火法或湿法流程。
(1)火法流程。包括炉料准备、造锍熔炼、低镍锍吹炼、高镍锍处理、金属镍生产等主要环节。备料首先是选矿，以富集镍;其次是焙烧，使精矿中的部分硫化铁氧化为氧化铁，并脱除部分硫。熔炼是将精矿或焙烧矿与熔剂加热熔化，使炉料中的铜、镍、钴和贵金属富集到低镍锍中，而脉石和大部分铁造渣，与低镍锍分离。低镍锍转炉吹炼是把空气鼓入熔炼的低镍锍，同时加入石灰石等熔剂，除去铁和部分硫，产出的高铜镍锍含镍和铜70%～75%，硫20%～25%。高镍锍处理是采用分层熔炼法(见高镍锍分层熔炼法)、磨浮分离法(见高镍锍磨浮分离法)或选择性浸出法(见高镍锍选择性浸出法)得到硫化镍精矿;或者将硫化镍精矿焙烧成氧化镍，再还原成粗镍。金属镍生产是将硫化镍电解精炼或粗镍电解精炼成电镍; 还可采用羰基镍法生产镍粉、镍丸;也可采用高镍锍选择性浸出法-镍电解沉积生产电解镍，或采用盐酸和氯气浸出法生产镍粉。
(2)湿法流程。直接处理硫化镍矿石或精矿，可简化镍的冶炼过程，提高镍的回收率，改善劳动条件。由于硫化物在常压下的溶解速度很慢，通常采用加压浸出。浸出可用硫酸溶液，也可用碱(氨)液。先将硫化镍矿石或精矿磨细。制成矿浆，用泵输往矿浆加热器加热，然后进压煮器进行浸出。浸出后矿浆经液固分离，净化除杂质后，可用氢还原法生产镍粉。美国镍港精炼厂(Port Nickel Refinery)采用加压酸浸法处理硫化镍钴精矿，加拿大舍利特高尔顿矿业公司(Sherritt Gor-don Mines Ltd.) 采用加压氨浸法处理硫化镍精矿和高镍锍，最终都采用氢还原法生产镍粉。氧化镍矿一般含镍低 (0.5%～1.5%)，而且难于用选矿方法进行富集，多直接进行冶炼。冶炼方法依矿石性质不同分火法和湿法。火法又分为氧化镍矿鼓风炉熔炼和氧化镍矿生产镍铁。湿法有氧化镍矿浸出，又分氨浸法和酸浸法。硫化熔炼一般采用鼓风炉熔炼，熔炼时加入黄铁矿或石膏作硫化剂，使矿石中的氧化镍转变为硫化镍形成低镍锍，然后吹炼成高镍锍，精炼产出金属镍。镍铁法是将矿石在回转窑预热或部分预还原后，加入焦粉在电炉进行还原熔炼产出粗镍铁，经吹炼产出含镍和钴约29%的精制镍铁。也可用氧气吹炼产出含镍和钴90%的镍铁，铸成阳极进行电解产出电镍。氧化镍矿氨浸法，是将矿石经选择性还原焙烧，使镍成为金属状态，然后用碳酸铵溶液浸出镍，最终以碱式碳酸镍沉淀产出。碱式碳酸镍可煅烧成氧化镍出售或用甲羰基镍法制取镍粉，也可再溶解，经净化后用加压氢还原法生产镍粉。氧化镍矿加压酸浸法，是在高温高压下于硫酸溶液中，使矿石中的镍转变成硫酸镍进入溶液，再用硫化氢使镍以硫化物沉淀产出，然后从硫化镍沉淀物提取金属镍。镍的用途很广，大量用来制造各种不锈钢、软磁合金和合金结构钢、多种镍基合金;镍粉用作化学反应的加氢催化剂。加工纯镍产品广泛应用于无线电、机械制造、化工和其他工业部门，并可用来制作电真空器件的多种结构件，无线电设备零件、耐蚀结构件、精密仪器结构件、化工耐蚀设备和医疗设备的重要零件等。
有关镍的概述、资源、用途 鉴别试验等是由Chemicalbook的东方编辑整理。（2015-11-23）海绵状镍催化剂 取试样约100mg，溶于约2ml盐酸中，用水稀释至20ml。取该液5ml放于一试管中，加溴水数滴，用氢氧化铵调节至微碱性。加1%二甲基乙二肟的乙醇液2～3ml。应呈强红色，有沉淀发生。
载体性镍催化剂 按含量分析所得灰分，取灰分的试样液5ml放入一试管中，然后按上述海绵状镍催化剂中鉴别方法进行。因镍有燃烧危险，操作时应戴护目镜等保护装置。
海绵状镍催化剂 取湿试样约5g放人一20ml烧杯，加乙醇10ml，滗掉上层清液。重复加乙醇和滗掉共五次。取一洁净的30ml圆底烧瓶，称重，记作W_F。将催化剂试样移人该已称重的烧瓶中，在60℃水浴上真空加热干燥5h。充入氮气使回复至正常大气压并冷却至室温。速同烧瓶称重，记作W_c。由W_c减去W_F得干燥样质量W_c。
在一500ml烧杯中放水30ml，加入干燥样。用1：1盐酸50ml洗涤烧瓶，洗液并入烧杯。将烧杯小心加热以溶解试样，然后冷至室温。经5号滤纸滤入一250ml容量瓶中，加水定容，是为试样液。
取上述试样液5ml放人一200ml烧杯。加酒石酸2g和水100ml，加热至约80℃，再加1%丁二酮肟的乙醇液30ml。再加氢氧化铵至溶液呈微碱性，然后在蒸汽浴上加热20min。将沉淀金属滤入一已恒重的多孔玻璃过滤坩埚，用热水洗涤至滤出液无氯为止。将沉淀在120℃下干燥2h以上至恒重后称重。镍的百分含量按下式计算：
10(W_p20.32)/ W_s
式中%——沉淀质量，g；
20.32——沉淀中镍的百分含量；
W_s干燥试样的质量，g。
载体性镍催化剂 用无灰滤纸的纸浆盛人一100ml瓷坩埚中，盛量为一半。准确称取粒状或片状的精制催化剂约2g，盛于纸浆上部。将坩埚移入一室温的马弗炉中，缓慢将温度升至650℃，使硬脂酸酯缓慢地融人纸浆，并使有机物质缓慢燃烧、炭化。在650℃下继续加热2h，至炭烧完。然后冷却，加盐酸20ml，全部移入一400ml烧杯，在蒸汽浴上小心蒸发至干。冷却，加盐酸2ml，温热助溶(催化剂中含有硅时不可能完全溶解)，移入一500ml容量瓶中，用水定容后混匀。如有任何固体物质，则吸取50ml移入一400ml烧杯中，用水稀释至250ml，如容量瓶中有悬浮物，则经一干燥的中速滤纸滤入一干燥受器，然后从受器中吸取，并按上述方法l中以“加酒石酸2g……”开始操作至恒重。最后按下式计算镍的百分含量可按下式计算。
镍含量(%)=10(W_p20.32)/ W_s
式中W_p——沉淀的质量，g；
20.32——沉淀中镍的百分含量；
W_s——试样量，g。GRAS(FDA§184.1537，2000)。不作限制性规定，以G.MP为限(FDA§184.1537，2000)。GB 2760-96：GMP为限。主要用于制造电碳制品、摩擦材料、含油轴承及粉末冶金结构材料用作加氢催化剂，也用于镍盐制造用于生产优质不锈钢、高温高强度合金、精密合金、其他含镍合金、加工纯镍、电真空用镍等镍制品用作催化剂分析试剂.用用于金刚石刀头，锯片，磨轮，空心薄壁钻等产品行业。 用于活性物质的导电添加剂，其独特的链珠状结构可产生良好的导电网络，应用于制作导电涂料、油漆、胶粘剂，导电胶带等行业。 油类和其他有机物质氢化反应的催化剂，制备镍盐，电镀，合金。1.氧化镍用氢气在加热条件下还原,可得粉状金属镍:NiO+H22O加热温度的不同,可影响所得镍粉的性质。若还原反应在270-280oC下进行所得镍粉十分稳定,适用于有机化合物的加氢;若维持在600-700oC,可增加反应速度,还原时间会缩短2-3倍。2.将热分解六水合硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O得到的NiO在300～400℃下通入经P2O5干燥的高纯度、不含氧的H2,反应15h。制得的金属粉末在密封情况下转移至与仪器连接的小玻璃泡内。金属粉末也可储存于瓶中,用乙醇覆盖。