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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。镍属于亲铁元素。在地核中含镍最高,是天然的镍铁合金。在地壳中铁镁质岩石含镍高于硅铝质岩石,例如橄榄岩含镍为花岗岩的1000倍,辉长岩含镍为花岗岩的80倍。

2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,镍化合物在一类致癌物清单中,

金属钴, 金属镍和含有66-67-镍、13-16-铬和7-铁的合金粉末的体内植入异物、镍金属和镍合金在2B类致癌物清单中。

陨石包含着铁和镍,早期它们被作为上好的铁使用。因为这种金属不生锈,它被秘鲁的土著看作是银。一种含有锌镍的合金被叫做白铜,在公元前200年的中国被使用。有些甚至延伸到了欧洲。

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。

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。

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℃

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Ni(NO3)26H2O,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28

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

主要氧化数+2、+3、+4

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

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

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

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5mol/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。


  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 2.136 56Co
  58Ni 68.077 - 稳定
  59Ni 人造 76,000年 电子捕获 1.072 59Co
  60Ni 26.233 - 稳定
  61Ni 1.14 - 稳定
  62Ni 3.634 - 稳定
  63Ni 人造 100.1年 β衰变 2.137 63Cu
  64Ni 0.926 - 稳定

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。

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。

致敏性:镍是最常见的致敏性金属,约有20-左右的人对镍离子过敏,女性患者的人数要高于男性患者,在与人体接触时,镍离子可以通过毛孔和皮脂腺渗透到皮肤里面去,从而引起皮肤过敏发炎,其临床表现为皮炎和湿疹。一旦出现致敏,镍过敏能常无限期持续。患者所受的压力、汗液、大气与皮肤的湿度和磨擦会加重镍过敏的症状。镍过敏性皮炎临床表现为瘙痒、丘疹性或丘疹水疱性的皮炎,伴有苔藓化。

临床观察:在较高等动物与人的体内,镍的生化功能尚未了解。但体外实验,动物实验和临床观察提供了有价值的结果。

1.体外实验显示了镍硫胺素焦磷酸(辅羧酶)、磷酸吡哆醛、卟啉、蛋白质和肽的亲和力,并证明镍也与RNA和DNA结合。

2.镍缺乏时肝内6种脱氢酶减少,包括葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶。这些酶参与生成NADH、无氧糖酵解、三羧循环和由氨基酸释放氮。而且镍缺乏时显示肝细胞和线粒体结构有变化,特别是内网质不规整,线粒体氧化功能降低。

3.贫血病人血镍含量减少,而且铁吸收减少,镍有刺激造血功能的作用,人和动物补充镍后红细胞、血红素及白细胞增加。

生理需要:由于膳食中每日摄入镍70~260μg/d,人的需要量是根据动物实验结果推算的,可能需要量为25~35μg/d。

过量表现:每天摄入可溶性镍250mg会引起中毒。有些人比较敏感,摄入600μg即可引起中毒。依据动物实验,慢性超量摄取或超量暴露,可导致心肌、脑、肺、肝和肾退行性变。

有资料显示:每天喝含镍高的水会增加癌症发病率,特别是己患癌症在放化疗期间应必须杜绝与镍产品接触。市场上经销的部份陶瓷制食用具应慎重选择使用,平时生活中拿一个含镍高的陶瓷具做饮水具,会提高发病机会。

另外,也有一些非正规厂家生产的性药品也有镍的高成份。所以对镍与人身健康应高度重视.

缺乏症:动物实验显示缺乏镍可出现生长缓慢,生殖力减弱。

因为镍的抗腐蚀性佳,常被用在电镀上。镍镉电池含有镍。

主要用于合金(配方)(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。主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金,如镍钢、镍铬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。

电解镍:电解镍是使用电解法支撑的镍,用它制造的不锈钢和各种合金钢被广泛地用于飞机、坦克、舰艇、雷达、导弹、宇宙飞船和民用工业中的机器制造、陶瓷颜料、永磁材料、电子遥控等领域。

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。

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