鎳:金屬元素-中文百科頻道

概述

鎳是一種銀白色金屬，首先是1751年由瑞典礦物學家克朗斯塔特(A.F.Cronstedt)分離出來的。由于它具有良好的機械強度和延展性，難熔耐高溫，并具有很高的化學穩定性，在空氣中不氧化等特征，因此是一種十分重要的有色金屬原料，被用來制造不鏽鋼、高鎳合金鋼和合金結構鋼，廣泛用于飛機、雷達、導彈、坦克、艦艇、宇宙飛船、原子反應堆等各種軍工制造業。在民用工業中，鎳常制成結構鋼、耐酸鋼、耐熱鋼等大量用于各種機械制造業。鎳還可作陶瓷顔料和防腐鍍層，鎳钴合金是一種永磁材料，廣泛用于電子遙控、原子能工業和超聲工藝等領域，在化學工業中，鎳常用作氫化催化劑。

綜合性質

元素名稱：鎳

元素原子量：58.69

元素類型：金屬

原子體積:(立方厘米/摩爾)：6.59

元素在太陽中的含量:(ppm)：80

元素在海水中的含量:(ppm)：太平洋表面0.0001

地殼中含量：（ppm）：80

原子序數：28

元素符号：Ni

元素中文名稱：鎳

元素英文名稱：Nickel

相對原子質量：58.69

核内質子數：28

核外電子數：28

核電核數：28

質子質量：4.6844E-26

質子相對質量：28.196

所屬周期：4

所屬族數：VIII

摩爾質量：59

氫化物：NiH3

氧化物：NiO

最高價氧化物化學式：Ni2O3

氧化态：Main Ni+2

Other Ni-1,Ni0,Ni+1,Ni+3,Ni+4,Ni+6

密度：8.902

熔點：1453.0

沸點：2732.0

聲音在其中的傳播速率：（m/S）：4900

電離能(kJ/mol)

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

外圍電子排布：3d8 4s2

核外電子排布：2,8,16,2

晶體結構：晶胞為面心立方晶胞，每個晶胞含有4個金屬原子。

晶胞參數：

aa=352.4pm

b=352.4pm

c=352.4pm

α=90°

β=90°

γ=90°

莫氏硬度：4

顔色和狀态：銀白色金屬

原子半徑：1.62

常見化合價：+2,+3

發現

發現人：克朗斯塔特

發現時間和地點：1751年瑞典

元素來源：鎳黃鐵礦[(Ni,Fe)9S8]

發現過程：1751年，瑞典的克郎斯塔特，用紅砷鎳礦表面風化後的晶粒與木炭共熱，而制得鎳。

鎳在地殼中含量不小，大于常見金屬鉛、錫等，但明顯比鐵少得多，而且鎳和鐵的熔點不相上下，因此注定它比鐵發現得晚。17世紀末，歐洲人開始注意鎳砒（砷）礦。當時德國用它來制造青色玻璃，采礦工人稱它為kupfernickel。“kupfer”在德文中是“銅”；“nickel”是罵人的話，大意是“騙人的小鬼”。因此這一詞可以義譯為“假銅”。當時人們認為它是銅和砷的混合物。

瑞典化學家克隆斯特研究了這個礦物，他得到了少量與銅不同的金屬。他在1751年發表研究報告，認為這是一種新金屬，就稱它為nickel，這也就是鎳的拉丁名稱niccolum和符号Ni的來源。鎳在歐洲被發現後，德國人首先把它摻入銅中，制成所謂日耳曼銀，或稱德國銀，也就是中國的白銅。

礦産分布

世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30度以内的熱帶國家，集中分布在環太平洋的熱帶―亞熱帶地區，主要有：美洲的古巴、巴西；東南亞的印度尼西亞、菲律賓；大洋洲的澳大利亞、新喀裡多尼亞、巴布亞新幾内亞等。中國鎳礦分布就大區來看，主要分布在西北、西南和東北，其保有儲量占全國總儲量的比例分别為76.8%、12.1%、4.9%。就各省(區)來看，甘肅儲量最多，占全國鎳礦總儲量的62%，其次是新疆（11.6%）、雲南（8.9%）、吉林（4.4%）、湖北（3.4%）和四川（3.3%）。其中甘肅金昌的銅鎳共生礦床，鎳資源儲量巨大，僅次于加拿大薩德伯裡鎳礦，居世界第二，亞洲第一。

物理性質

有良好延展性，具有中等硬度。

鎳是銀白色金屬，具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蝕性，鎳近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光和抗腐蝕。溶于硝酸後，呈綠色。主要用于合金（如鎳鋼和鎳銀）及用作催化劑（如蘭尼鎳，尤指用作氫化的催化劑）

密度8.902克/立方厘米

熔點1453℃

沸點2732℃

化學性質

化學特性

外圍電子排布3d84s2，位于第四周期第Ⅷ族。化學性質較活潑，但比鐵穩定。室溫時在空氣中難氧化，不易與濃硝酸反應。細鎳絲可燃，加熱時與鹵素反應，在稀酸中緩慢溶解。能吸收相當數量氫氣。

鎳不溶于水，常溫下在潮濕空氣中表面形成緻密的氧化膜，能阻止本體金屬繼續氧化。在稀酸中可緩慢溶解，釋放出氫氣而産生綠色的正二價鎳離子Ni2+；耐強堿。鎳可以在純氧中燃燒，發出耀眼白光。同樣的，鎳也可以在氯氣和氟氣中燃燒。對氧化劑溶液包括硝酸在内，均不發生反應。鎳是一個中等強度的還原劑。

鎳鹽酸、硫酸、有機酸和堿性溶液對鎳的浸蝕極慢。鎳在稀硝酸緩慢溶解。發煙硝酸能使鎳表面鈍化而具有抗腐蝕性。鎳同鉑、钯一樣，鈍化時能吸大量的氫，粒度越小，吸收量越大。鎳的重要鹽類為硫酸鎳和氯化鎳。實驗室中也常用到硝酸鎳，帶有結晶水，化學式為NiFe2O4·6H2O，綠色透明的顆粒，易吸收空氣中的水蒸汽。與鐵，钴相似，在常溫下對水和空氣都較穩定，能抗堿性腐蝕，故實驗室中可以用鎳坩埚熔融堿。硫酸鎳（NiSO4）能與堿金屬硫酸鹽形成礬Ni(SO4)2o6H2O(MI為堿金屬離子)。+2價鎳離子能形成配位化合物。常壓下，鎳即可與一氧化碳反應，形成劇毒的四羰基鎳（Ni(CO)4），加熱後它又會分解成金屬鎳和一氧化碳。

原子序數28

原子量58.71

金屬半徑124.6皮米

第一電離能741.1kJ/mol

電負性1.8[1]

主要氧化數+2、+3、+4

鎳(Ⅱ)化合物

1．氧化鎳：NiC2O4=NiO+CO+CO2

2．氫氧化鎳：Ni2++2OH-=Ni(OH)2

3．硫酸鎳2Ni+2H2SO4+2HNO3=2NiSO4+NO2+NO+3H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

NiCO3+H2SO4=NiSO4+CO2+H2O

4．鹵化鎳：NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2

鎳(Ⅲ)化合物

1．氧化高鎳

4NiO+O2==2Ni2O3

2Ni(OH)2+Br2+2OH-==Ni2O3+2Br-+3H2O

2Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2+4H2O

Ni2O3+6HCl==2NiCl2+Cl2+3H2O

2．氫氧化高鎳

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

毒理學簡介

羰基鎳

金屬鎳幾乎沒有急性毒性，一般的鎳鹽毒性也較低，但羰基鎳卻能産生很強的毒性。羰基鎳以蒸氣形式迅速由呼吸道吸收，也能由皮膚少量吸收，前者是作業環境中毒物侵入人體的主要途徑。羰基鎳在濃度為3.5μg/m3時就會使人感到有如燈煙的臭味，低濃度時人有不适感覺。吸收羰基鎳後可引起急性中毒，10分鐘左右就會出現初期症狀，如：頭暈、頭疼、步态不穩，有時惡心、嘔吐、胸悶；後期症狀是在接觸12至36小時後再次出現惡心、嘔吐、高燒、呼吸困難、胸部疼痛等。接觸高濃度時發生急性化學肺炎，最終出現肺水腫和呼吸道循環衰竭而緻死亡接觸緻死量時，事故發生後4至11日死亡。人的鎳中毒特有症狀是皮膚炎、呼吸器官障礙及呼吸道癌。

緻突變性：腫瘤性轉化：倉鼠胚胎5µmol/L。

生殖毒性：大鼠經口最低中毒劑量（TDL0）：158mg/kg（多代用），胚胎中毒，胎鼠死亡。

緻癌性：IARC緻癌性評論：動物為陽性反應。

遷移轉化：天然水中的鎳常以鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽以及某些無機和有機絡合物的形式溶解于水。水中的可溶性離子能與水結合形成水合離子(Ni(H2O)6)2+，與氨基酸、胱氨酸、富裡酸等形成可溶性有機絡離子，它們可以随水流遷移。鎳在水中的遷移，主要是形成沉澱和共沉澱以及在晶形沉積物中向底質遷移，這種遷移的鎳共占總遷移量的80%；溶解形态和固體吸附形态的遷移僅占5%。為此，水體中的鎳大部分都富集在底質沉積物中，沉積物含鎳量可達18～47ppm，為水中含鎳量的38000～92000倍。土壤中的鎳主要來源于岩石風化、大氣降塵、灌溉用水（包括含鎳廢水）、農田施肥、植物和動物遺體的腐爛等。植物生長和農田排水又可以從土壤中帶走鎳。通常，随污灌進入土壤的鎳離子被土訓無機和有機複合體所吸附，主要累積在表層。

來源及用途

元素來源：礦石經煅燒成氧化物後，用水煤氣或碳還原而制得。

元素用途：主要用來制造不鏽鋼和其他抗腐蝕合金，如鎳鋼、鉻鎳鋼及各種有色金屬合金，含鎳成分較高的銅鎳合金，就不易腐蝕。也作加氫催化劑和用于陶瓷制品、特種化學器皿、電子線路、玻璃着綠色以及鎳化合物制備等等。具有鐵磁性的金屬元素,它能夠高度磨光和抗腐蝕。主要用于合金(如鎳鋼和鎳銀)及用作催化劑(如拉内鎳,尤指用作氫化的催化劑)，可用來制造貨币等，鍍在其他金屬上可以防止生鏽。

儲運條件

儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。包裝要求密封,不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類等分開存放,切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。

制備方法

1.電解法。将富集的硫化物礦焙燒成氧化物，用炭還原成粗鎳，再經電解得純金屬鎳。

2.羰基化法。将鎳的硫化物礦與一氧化碳作用生成四羰基鎳，加熱後分解，又得純度很高的金屬鎳。

3.氫氣還原法。用氫氣還原氧化鎳，可得金屬鎳。

4.在鼓風爐中混入氧置換硫，加熱鎳礦可得到鎳的氧化物。而此種氧化物再和與鐵反應過的酸液進行作用就能得到鎳金屬。

5.礦石經煅燒成氧化物後，再用水煤氣或炭還原得到鎳。

基本知識

在自然界，最主要的鎳礦是紅鎳礦(砷化鎳)與輝砷鎳礦(硫砷化鎳)。古巴是世界上最著名的蘊藏鎳礦的國家，在多米尼加也有大量的鎳礦。

金屬鎳主要用于電鍍工業，鍍鎳的物品美觀、幹淨、

鎳大量用于制造合金。在鋼中加入鎳，可以提高機械強度。如鋼中含鎳量從2．94％增加到了7.04％時，抗拉強度便由52．2公斤／毫米2增加到72．8公斤／毫米3。鎳鋼用來制造機器承受較大壓力、承受沖擊和往複負荷部分的零件，如渦輪葉片、曲軸、連杆等。含鎳36％、含碳0.3-0．5％的鎳鋼，它的膨脹系數非常小，幾乎不熱脹冷縮，用來制造多種精密機械，精确量規等。含鎳46％、含碳0．15％的高鎳鋼，叫“類鉑”，因為它的膨脹系數與鉑、玻璃相似，這種高鎳鋼可熔焊到玻璃中。在燈泡生産上很重要，可作鉑絲的代用品。一些精密的透鏡框，也用這種類鉑鋼做，透鏡不會因熱脹冷縮而從框中掉下來。由67．5％鎳、16％鐵、15％鉻、1．5％錳組成的合金，具有很大的電阻，用來制造各種變阻器與電熱器。

钛鎳合金具有“記憶”的本領，而且記憶力很強，經過相當長的時間，重複上千萬次都準确無誤。它的“記憶”本領就是記住它原來的形狀，所以人們稱它為“形狀記憶合金”。原來這種合金有一個特性轉變溫度，在轉變溫度之上，它具有一種組織結構，而在轉變溫度之下，它又有另一種組織結構。結構不同，性能也就不同。例如：一種钛鎳記憶合金，當它在轉變溫度之上時，很堅硬，強度大，而在這個溫度以下，它卻很軟，容易冷加工。這樣，當我們需要它記憶什麼形狀時，就把它做成那種形狀，這就是它的“永久記憶“形狀，在轉變溫度以下，由于它很軟，我們便可以在相當大的程度内使其任意變形。而當需要它恢複到原來形狀時，隻要把它加熱到轉變溫度以上就行了。

鎳具有磁性，能被磁鐵吸引。而用鋁、钴與鎳制成的合金，磁性更強了。這種合金受到電磁鐵吸引時，不僅自己會被吸過去，而且在它下面吊了比它重六十倍的東西，也不會掉下來。這樣，可以用它來制造電磁起重機。鎳的鹽類大都是綠色的。氫氧化鎳是棕黑色的，氧化鎳則是灰黑色的。氧化鎳常用來制造鐵鎳堿性蓄電池。二價鎳離子常用丁二酮肟來鑒定,在氨性溶液中，鎳離子(Ni2+)與丁二酮肟(Dimethylglyoxime)生成鮮紅色沉澱(Ni(dmgH)2)。

市場發展

2006年1-12月，中國鎳累計産量為111280.01噸，與2005年同期相比增長了22.07%；2007年1-12月，中國鎳累計産量為115772.10噸，與2006年同期相比增長了8.51%；2008年1-10月，中國鎳累計産量為112209.99噸，與2007年同期相比增長了8.99%。

中國鎳行業在不斷發展的同時，也存在一些問題，如鎳礦中多為低品味，露采比例很小，可采儲量僅占總儲量的10%，開采和冶煉的技術相對較為落後；選礦一般采用弱酸或弱堿介質浮選工藝，選礦能力為430萬噸/年；中國鎳冶煉除幾家大型企業以外普遍采用火法的選锍熔煉技術，精煉鎳主要采用硫化鎳陽極隔膜電解和硫酸選擇性浸出——電積工藝，與世界先進技術還有一定差距，因此中國開采和冶煉的成本居高不下。

2010年預計中國鎳消費量将達到40萬噸/年以後，中國将成為世界最大的鎳消費國。2010年中國鎳金屬基礎儲量隻有230萬噸左右，2010-2013年來中國鎳礦勘探沒有重大進展，如果就按照這樣消費下去的話，10年後中國的鎳礦資源将逐漸消耗殆盡。

2012年10月5日，中國新疆省地礦部門和礦産企業經4年勘查，在新疆若羌縣發現百萬噸級特大型鎳礦，已探得鎳金屬資源量128萬噸。

《2013-2017年中國金屬鎳行業全景調研及投資前景預測報告》資料顯示，中國和美國為最大消費國。Higo稱，2013年中國鎳生鐵産量将增至35萬噸。鎳生鐵為低級鐵礦石的替代品。中國不鏽鋼生産商鎳生鐵使用量增加将抑制其對鎳的風險偏好，拖累鎳價。他表示，中國需求将增加8.5%至83萬噸，而包括生鐵在内的産量将增長10%至54萬噸。中國需求占全球總量的47%。

截至2013年5月23日，中國庫存180，024噸。2013年全球不鏽鋼産量或自1月預估增長1.7%至3，650萬噸。中國産量将增加3.7%至1，680萬噸。根據國際不鏽鋼論壇，亞洲不鏽鋼産量占全球總量的70%。

中國鎳供給有兩個部分組成，一部分是新産鎳精礦供應，這部分占鎳總供給量的72.9%，另一部分來自再生鎳占27.1%，随着經濟建設和鋼鐵工業的發展，鎳的需求量不斷增加。

南非：Nkomati鎳礦，位于南非共和國東部Mpumalanga地區，距離約翰内斯堡300公裡處，1997年投産，為南非的第一座鎳礦。分為兩個礦床：高含量礦、低含量礦。高含量礦送至Rustenburg冶煉廠進行冶煉，低含量礦送至博斯瓦納和津巴布韋進行冶煉。2007年進行擴産可行性研究，預計2010年擴産項目投産。2010年産能與産能4000噸左右（金屬量）。擴産後，開采壽命将從2023年延長至2030年，并将逐步改為露天開采。