28  Ni
Nikkel 


Voorkomen
Wingebieden
Naam
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

 

 

 

VOORKOMEN       

0,0084 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit nikkel; het is het 23e element in rangorde van voorkomen.

Nikkel komt voor in een groot aantal mineralen, bijvoorbeeld:

breithauptiet NiAsS
gersdorffiet NiSb
milleriet NiS
niccoliet of nikkelien NiAs
pentlandiet  (FeNi­)9S8
polydymiet of nikkelkies  Ni.Ni2S4
rammels­bergiet  NiAs2
viola­riet  Fe+2Ni+32S4  
ullmanniet  NiSbS 

                               

           

                        

                                   

                                                             

 

 

Mangaanknollen op de bodem van de oceaan bevatten tot ca. 2 % nikkel.

Nikkel wordt in gedegen toestand (dit is als metaal) aangetroffen in meteorieten. Onder meer op grond hiervan neemt men aan dat het binnenste van de aarde voor een belang­rijk deel uit een ijzer-nikkel-legering bestaat.

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden liggen in Canada (Ontario, Sudbu­ry), Nieuw- Caledon­iŽ, Indone­siŽ, Zuid-Afrika, AustraliŽ (Kambal­da), Cuba, de Filippijnen, Guatemala, BraziliŽ, Colombia en de Domini­caanse Repu­bliek.

NAAM

De naam is afgeleid van het Germaanse nickel, wat duivel of berg­geest betekent (vergelijk ook het Engelse 'Old Nick' en het Duitse ‘kupfernickel’). Mijnwerkers die het nikkelerts ontdek­ten, dachten met kopererts te doen te hebben (nikkelien en koper(I)oxide lijken erg veel op elkaar). Zij konden echter geen koper winnen uit het erts en noemden het minach­tend nikkelien. Ze beschouwden het als een door de berggeest behekst kopermine­raal.

 

Nikkellegeringen waren al meer dan 2000 jaar geleden bekend in China. De Grieken gebruikten een nikkellegering voor het maken van munten.

ONTDEKKING

In 1751 ontdekte  A.F. Cronstedt nikkel als een nieuwe stof in niccoliet. In 1775 werd nikkel in zuivere toestand verkre­gen door T. O. Bergman

BEREIDING VROEGER

Nikkel werd verkregen door niccoliet te oxideren en het ontstane nikkel­oxide vervolgens te reduceren met houts­kool: 

 

          4 NiAs + 5 O2 →4 NiO + 2 As2O3

          NiO + C → Ni + CO of 2 NiO + C → 2 Ni + CO2

BEREIDING NU

Nikkel wordt tegenwoordig op verscheidene manieren bereid. In beginsel door nikkelhoudende mineralen (meestal Ni-sulfiden) eerst te oxideren en ver­vol­gens de ontstane oxiden te reduce­ren, bijvoorbeeld met koolstof of met wa­tergas (H2 + CO), waarbij onzuiver metaal ontstaat. Dit onzuiver metaal kan eventueel direct worden toegepast. 

Nikkel kan in zuivere toestand verkregen worden via omzet­ting in carbo­naat, gevolgd door reductie met water­gas. Ook kan uit ruw materiaal nikkel­carbonyl (Ni(CO)4) worden gevormd (Mond-­pro­ces), waaruit door verhitten zuiver nikkel wordt verkregen. Zuiver nikkel kan tevens worden gevormd door elektrolyse van gesmol­ten nikkelzouten (o.a. Ni3S2) of van oplossin­gen van nikkelchloride of -sulfaat met behulp van een anode van onzuiver nikkel, waaruit nikkel oplost en in zuivere toestand neerslaat op de kathode.

Het anodeslib wordt gebruikt voor de winning van palladium, platina, ruthenium, renium en iridium.

 

De wereldproductie bedraagt ongeveer 900.000 ton per jaar. 

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Munten

Voor het maken van munten is metaal nodig dat hard en corrosiebestendig is. Voor diverse munten worden nikkellegeringen gebruikt, zoals CuNi25 (magni­mat), een muntmetaal met 25 % nikkel. 

De Nederlandse dubbeltjes en rijks­daalders bevatten 99 % nikkel (en wat tin en zink); de mun­ten van vijf gulden zijn van nikkel (de kern) met daarom heen een laagje brons (88 % koper en 12 % tin). 

In BelgiŽ is het muntstuk van 50 BF van nikkel, dat van 20 en 5 BF koper (92 %) met 2 % aluminium en 6 % nikkel respectievelijk met 6 % aluminium en 2 % nikkel. 

 

In de Euro’s wordt - naar EEG richtlijnen -  het nikkelgehalte teruggedrongen. In de muntstukken van 2 en 1 Euro komt nog nikkel voor. Het muntstuk van 2 Euro heeft een buitenkant van koper met 25 % nikkel en een binnenkant met 3 lagen: koper met 20 % zink en 5 % nikkel/ nikkel/ koper met 20 % zink en 5 % nikkel. Het muntstuk van 1 Euro heeft een buitenkant van koper met 20 % zink en 5 % nikkel en een binnenkant met 3 lagen: koper met 25 % nikkel/ nikkel/ koper met 25 % nikkel. 

 

Katalysator vetharding 

Bij de vetharding worden onverzadigde oliŽn en vetten omge­zet in verzadigde oliŽn en vetten door additie van waterstof aan de dubbele bindingen, met nikkel als kataly­sator, bijvoorbeeld:

 

CH– OOC-(CH2)-CH=CH-(CH2)7-CH3                 CH2-OOC-(CH2)16-CH3

|                                                                                      |

CH-OOC -C17H35                      + H2  →(Ni)→           CH-OOC-­C17H35

|                                                                    |

CH2-OOC-C15H31                                               CH2-OOC-C15H31

 

Om een zo groot mogelijk oppervlak voor de katalyse te verkrijgen wordt een legering van aluminium en nikkel behandeld met natronloog (NaOH-oplossing). Het aluminium lost op en er ontstaat een schuimachting geheel van nikkel met een bijzonder groot oppervlak, dat verzadigd wordt met waterstof. 

 

Melktank

Het materiaal van melktanks moet aan hoge eisen voldoen. Het moet zeer corrosie­bestendig zijn, zeer bestand tegen krassen en gemakkelijk te reinigen. Voor melk­tanks wordt meestal roestvrij staal gebruikt, bijvoorbeeld RVS INOX 18/10, een roestvrij staalsoort met 18 % chroom en 10 % nikkel of een staal­soort met 18 - 20 % chroom, 8 - 10,5 % nikkel, 2,0 % mangaan, 1 % silicium en 0,08 % koolstof. 

 

Tafelbestek

Nikkel wordt toegepast in een aantal legeringen die ge­schikt zijn voor tafelbestek. Een bekende legering is alpa­ca, wat nieuw zilver betekent. Deze legering bestaat uit 18 % nikkel, 60 % koper en 22 % zink. Soms wordt deze legering verzil­verd. Andere namen die gebruikt worden voor deze nikkel­legering zijn: hotelzil­ver, nikkelzilver. 

Het gebruik van een legering van nikkel, koper en zink is al oud. Vroeger werd deze al in China gebruikt, als vervanger van zilver (Paishung). Omstreeks 1700 wordt deze legering, ook wel Duits zilver genoemd, door de Engelsen ontdekt en nagemaakt. Dit ‘namaakzilver’ wordt ook gebruikt in relais. Het bevat, naast koper, ongeveer 8 – 30 % nikkel en 15 – 30 % zink. 

‘Elektro Plated Nickel Silver’ tafelbestek is gemaakt van een legering die bestaat uit 10 - 30 % nikkel, 55 - 65 % koper en voor de rest zink en is bedekt met een laagje zilver. Veel bestek wordt gemaakt van roestvrij staal INOX 18/10, een legering met 18 % chroom en 10 % nikkel.

 

Witgoud

Witgoud is een goudlegering met 13,7 - 16 % nikkel. Het heeft een staalgrij­ze tot witte kleur en wordt vooral ge­bruikt in sieraden. Voor de zetting van edelstenen in bepaalde sieraden wordt witgoud gebruikt dat 12 % palla­dium bevat en daardoor dan ook veel duurder is. Vroeger bevatte witgoud 25 % platina.

 

Smeltkroes

Aan het materiaal van smeltkroezen voor laboratoriumge­bruik worden hoge eisen gesteld. Het moet, bij de zeer hoge tempe­raturen die worden bereikt, inert blijven voor de stoffen waarmee wordt gewerkt. Een bijzonder geschik­te legering is Monelģ (tot 67 % Ni, tot 33 % Cu met Fe, Al en/of Mn). Smelt­kroezen van Monelģ zijn bestand tegen zeer sterke oxidatoren, zoals fluor. 

 

Oplaadbare batterij

Veel oplaadbare batterijen bevatten nikkel, bijvoorbeeld:

a      de Edison accu (Ni-Fe).

        De stroomlevering vindt plaats via de volgende reac­tie:

        Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O →  Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2 (in 20 % KOH)

        Bij opladen verloopt de reactie in omgekeerde volgorde. De ontladingsspanning bedraagt circa 1,3 V.

b      de nikkel-cadmium accu (Ni-Cd).

        De stroomlevering vindt plaats via de volgende reac­tie:

        Cd + 2 NiO(OH) + 2 H2O   → Cd(OH)2 + 2 Ni­(OH)2 (in 20 % KO­H)

        Bij opladen verloopt de reactie in omgekeerde volgorde. De ontladingsspanning bedraagt ca. 1,2 V.

 

Vernikkelen

Metalen die beschermd moeten worden tegen corrosie worden veelal voorzien van een dunne laag van een edeler metaal.  Deze laag wordt aangebracht via elektrolyse. Door het te vernikkelen materiaal te verbinden met de negatieve pool en te elektrolyseren in een oplossing van een nikkelzout (meestal nikkelsulfaat) wordt een goed hechtend en zeer gelijkmatig laagje nikkel aangebracht van ca. 20 ŗ 30 mm.

Om de vorming van niet geleidende aluminiumverbindingen te voorkomen, worden elektrische kabels van aluminium met een zeer dun laagje nikkel bedekt.

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassing als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:

Er zijn meer dan 3000 verschillende nikkellegeringen. 

Twee bijzondere zijn:

Invar (63,8 % Fe, 36 % Ni en 0,2 % C) dat een uitzettingscoŽfficiŽnt van vrijwel nul heeft. Het wordt gebruikt voor de tanks van moderne methaanschepen die vloeibaar gas (temperatuur: - 160 įC) vervoeren, in thermo-elementen, in bimetaal voor schakelaars, precisie-uurwerken en hoogwaardige meetapparatuur.

Eluvar (52 % Fe, 36 % Ni en 12 % Cr) dat een elasticiteit heeft die niet afhankelijk is van de temperatuur. Het wordt gebruikt in precisie-instrumenten en -uurwerken. 

Twee veelgebruikte:

Inconel (76 % Ni, 16 % Co en 7 % Fe)

Hastalloy (65 % Ni, 28 % Mo, 6 % Fe, 1 % Si)

 

auto- en vliegtuigmotoren (met W, Mo, Ti, Mn)

autobougie

buizen in fabrieken voor het ontzilten van zeewater (Ni,Cu-lege­rin­gen)

chirurgische instrumenten

cunial (legering van Cu, Ni, Al; wordt o.m. gebruikt voor scheepsschroeven)

elektroden

geheugenmetaal (Ti/Ni) Antennes van kunstmanen worden van draad gemaakt en vervolgens opgevouwen tot een bolletje. In de ruimte neemt dit - na verwarmen - weer de oorspronkelijke vorm aan. Een andere toepassing is het gebruik van geheugenmetaal in (de duurdere) BH’s. Vooral in merklingerie in het Verre Oosten wordt dit toegepast. Het metaal is zo bewerkt dat het aanvoelt als rubber.  

gereedschappen (roestvrij staal, tot 8 % Ni)

katalysator bij de bereiding van synthesegas uit aardgas (CH4 + H2O → 3H2 + CO)

kook- en laboratoriumgerei

leidingen, pompen (Monelģ: tot 67 % Ni, tot 33 % Cu met Fe, Al en/of Mn)

luidspreker, dynamo (Fe-Ni legering met  Al, Co, Ti)

machine-onderdelen voor de automobielindustrie, warmte­wis­selaars, de chemische en de petrochemische industrie (staal met 9-13 % Ni en 18 % Cr)

onderlaag bij het verchromen

opslag van waterstof (NiLa5)

pantserstaal

patroonhuls (20 % Ni, 80 % Cu)

permanente magneet (alnicostaal, een legering van 12 % Al, 17 - 28 % Ni, 5 % Co, 3 - 6 % Cu en voor de rest Fe)

precisie-uurwerk (Fe met 3 - 4 % Ni, 4 - 5 % Cr en 1 - 3 % W)

prothese (diverse legeringen, afhankelijk van de toepassing)

straal- of raketmotor (met W, Mo, Ti, Mn)

toevoerdraad door glas (kovar: 28 % Ni, 54 % Fe en 18 % Co)

turbineschoepen van straalmotoren (nimonic: met 58 % Ni, 20 % Cr, 18 % Cu, 2,5 % Ti, 1,5 % Al)

verhittingsdraad voor kachels, ovens en kookplaten (bijv. chromel: 80 % Ni, 20 % Cr)

wasmachines (trommel)

weerstandsdraad (nichroom, 60 % Ni, 40 % Cr)

weerstandsdraad voor hoge temperaturen (60 % Ni, 16 % Cr en 24 % Fe)

weerstandsdraad voor een thermokoppel (con­stan­taan: 40 of 45 % Ni en  60 of 55 % Cu)

 

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):

adsorptiemiddel voor NH3 in gasmaskers NiCl2
beitsmiddel bij textielopdruk Ni(CH3COO)2
fris houden van bloemen NiSO4
imitatie-edelsteen NiSO4
pigment voor glas NiSO4
  NiCO3
  NiO
pigment in glazuur          groen NiCO3
                                  grijs NiO
pigment in keramiek        groen NiSO4
                                  bruin  Ni(NO3)2
pigment in kunststoffen, vnl. PVC en muurverf (zeer lichtbestendig)  Ni-Ti-geel
         een mengsel van Ti-, Sb- en Ni-oxide 17:2:1 
verven van tapijten, nikkelgeel, Ni3(PO4)2 (ge­gloeid)
zwakke Ŗ-bron o.a. in nucleaire geneeskunde 63Ni-verbin­din­gen