Nickel: Elementeigenschaften und Verwendungen

Nickel ist ein vielseitiges, korrosionsbeständiges Metall, das aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner Fähigkeit, dauerhafte Legierungen zu bilden, in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Energiewirtschaft und der verarbeitenden Industrie eingesetzt wird.

Einführung in ein Element

Nickel (Ni) mit der Ordnungszahl 28 ist ein Übergangsmetall, das durch seine silberweiße Farbe und seine hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit gekennzeichnet ist. Nickel kommt in der Natur in bestimmten Mineralien vor, darunter Pentlandit, Garnierit und Laterit. Obwohl es in der Erdkruste nicht häufig vorkommt, wird es wegen seiner Fähigkeit, eine starke und korrosionsbeständige Metalllegierung herzustellen, sehr geschätzt, insbesondere bei der Herstellung von rostfreiem Stahl. Nickel wurde 1751 von Axel Fredrik Cronstedt, einem schwedischen Chemiker, entdeckt.

Chemische Eigenschaften Beschreibung

Nickel ist recht stabil. Dies ist auf die Bildung einer schützenden Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls zurückzuführen. Dies macht es sehr nützlich in Gegenwart von korrosiven Materialien. Die wichtigsten chemischen Eigenschaften des Metalls sind:

• Katalytische Eigenschaft: Die Beständigkeit von Nickel gegenüber Säuren und Basen macht es für den Einsatz unter schwierigen Umweltbedingungen geeignet.
• Azidität und Alkalität: Wenn es mit Säuren und Basen reagiert, bildet es lösliche Salze, was es in verschiedenen industriellen Anwendungen nützlich macht.
• Legierung: Nickel wird als wichtiger Bestandteil in vielen Legierungen wie Edelstahl, Nickel-Chrom und Monel verwendet und verleiht diesen hervorragende mechanische Eigenschaften, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Tabelle der physikalischen Eigenschaften

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die physikalischen Eigenschaften von Nickel:

Nickel ist ein hartes und dehnbares Metall, das Elektrizität gut leitet. Sein hoher Schmelzpunkt und seine Korrosionsbeständigkeit machen es für Hochtemperaturanwendungen geeignet. Weitere Informationen finden Sie bei Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufige Verwendungen

Seine wünschenswerten Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit machen es zu einem unverzichtbaren Material in vielen Branchen. Nachstehend finden Sie eine Erläuterung seiner Anwendungen.

Herstellung von rostfreiem Stahl

Nickel ist ein sehr wichtiges Element bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, in dem es im Allgemeinen 8-12 % des gesamten Materials ausmacht. Das Vorhandensein dieses Elements erhöht die Korrosionsbeständigkeit, die Festigkeit und die Haltbarkeit des Stahls beträchtlich und bietet somit eine wertvolle Anwendung unter hohen Korrosionsbedingungen, z. B. in Küchenutensilien, chemischen Fabriken und Gebäuden. Die rost- und schmutzabweisenden Eigenschaften von rostfreiem Stahl sind in erster Linie auf das Vorhandensein von Nickel in Küchengeräten, Spülbecken und medizinischen Geräten zurückzuführen.

Batterien

Nickel findet Anwendung bei der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien, insbesondere bei der Herstellung von Ni-Cd- und NiMH-Akkus. Die Ni-Cd-Batterie enthält beispielsweise Nickel und Cadmium als Hauptbestandteile, während die NiMH-Batterie aus Nickel, Metallhydrid und einigen anderen Materialien besteht. Zu den Anwendungen von Nickel-Metallhydrid-Batterien gehören Elektrowerkzeuge, HEV-Autos und tragbare Elektronikgeräte. Außerdem wird Nickel bei der Herstellung von rostfreiem Stahl und einigen Legierungen verwendet.

Münzprägung

Nickel wurde viele Jahrhunderte lang in der Münzprägung verwendet, insbesondere in Legierungen aus Kupfer und Nickel. Nickelmünzen (5-Cent-Münzen oder der US-Nickel) werden aus Nickel hergestellt, vor allem wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihres metallischen Aussehens. Nickelmünzen sind langlebig, da sie sich nicht abnutzen oder korrodieren, wenn sie mehrere Jahrzehnte lang verwendet werden.

Legierungen

Nickel ist in verschiedenen Hochleistungslegierungen weit verbreitet, da es die Festigkeit, Verformbarkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöht. Einige Beispiele für Legierungen, die Nickel enthalten, sind:

• Nichrom: Eine hochfeste Legierung, die in Heizelementen für Toaster, Industrieöfen und Brennöfen verwendet wird.
• Monel: Hierbei handelt es sich um eine Legierung, die hauptsächlich aus Nickel und Kupfer besteht. Monel ist ziemlich resistent gegen die korrosive Wirkung von Meerwasser und wird daher in bestimmten chemischen Prozessen sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.
• Inconel: Eine Gruppe von Hochtemperaturlegierungen, die in Düsentriebwerken, Gasturbinen und Reaktoren verwendet werden.

Die Verwendung von Nickel in Legierungen ist einer der Kernbereiche der Industrie, die ein starkes, langlebiges und korrosionsbeständiges Produkt benötigt.

Aufbereitungsmethoden

Nickel wird durch zwei verschiedene Verfahren aus seinen Erzen gewonnen:

1. Pyrometallurgisches Verfahren: Bei diesem Verfahren werden die Nickelerze in einem Ofen erhitzt, um Nickel aus anderen Elementen zu extrahieren. Durch Schmelzen und Raffinieren wird Nickelmatte gewonnen. Durch weitere Verarbeitung des Produkts erhält man reines Nickel.

2. Hydrometallurgisches Verfahren: Nickelerze werden mit Hilfe von sauren und/oder basischen Lösungen aufbereitet, um das Nickel mit Hilfe des Auslaugungsprozesses zu lösen. Anschließend wird das Nickel durch elektrolytische Raffination gereinigt, um hochreines Nickel zu erhalten.

Diese Verfahren ermöglichen die Gewinnung von Nickel aus seinen Erzen, und das gewonnene Nickel kann für verschiedene Zwecke verwendet werden.

Verwandte Industrieprodukte

Die Vielseitigkeit von Nickel macht es in verschiedenen Bereichen unersetzlich. Einige industrielle Anwendungen von Nickel sind:

• Rostfreier Stahl: wird in der Automobilindustrie, im Baugewerbe und bei der Herstellung von Küchenutensilien verwendet.
• Katalysatoren: Nickel wird als Katalysator für Hydrierungsreaktionen in der chemischen Industrie verwendet, um ungesättigte Fette in gesättigte Fette umzuwandeln.
• Beschichtung: Nickel wird hauptsächlich in der Galvanotechnik verwendet, um andere Metalle zu beschichten. Durch dieses Verfahren erhalten Gegenstände wie Fahrräder, Uhren und elektronische Geräte eine korrosionsbeständige Beschichtung.

Die Anwesenheit von Nickel in diesen Produkten unterstreicht seine Bedeutung für die Verbesserung der Leistung und Langlebigkeit von Materialien und Geräten in vielen Bereichen.

Häufig gestellte Fragen

1. Was sind die wichtigsten Verwendungszwecke von Nickel?
Nickel wird vor allem bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, Batterien, Münzen und verschiedenen Legierungen verwendet. Es wird wegen seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und der Fähigkeit, Energie in wiederaufladbaren Batterien zu speichern, geschätzt.

2. Wie wird Nickel aus seinen Erzen gewonnen?
Nickel wird durch pyrometallurgische Verfahren (Erhitzen und Schmelzen) oder hydrometallurgische Verfahren (Auslaugen mit Säuren oder Laugen) gewonnen, gefolgt von einer elektrolytischen Raffination zur Herstellung von reinem Nickel.

3. Was sind die physikalischen Eigenschaften von Nickel?
Nickel ist ein duktiles, hartes Metall mit einem hohen Schmelzpunkt (1455°C), einer hohen Dichte (8,908 g/cm³) und einer guten elektrischen Leitfähigkeit (1,43 × 10⁶ S/m).

4. Warum wird Nickel in nichtrostendem Stahl verwendet?
Nickel erhöht die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit von rostfreiem Stahl und macht ihn damit ideal für die Verwendung in Branchen wie dem Baugewerbe, der Automobilindustrie und in Küchengeräten.

5. Wie trägt Nickel zur Leistung von Batterien bei?
Nickel ist aufgrund seiner hohen Energiedichte und langen Lebensdauer von entscheidender Bedeutung für wiederaufladbare Batterien und trägt zur Leistung von Hybridfahrzeugen und Elektrowerkzeugen bei.