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创建时间:2008-08-02

镍在新华字典中的解释

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镍 
niè
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。
主要用于合金(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)〖nickel〗——元素符号Ni

镍币
nièbì
〖nickelcoin〗
镍质的货币

镍钢
niègāng
〖nickelsteel〗
含镍的钢

金属镍

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    镍是略带黄色的银白色展性金属,是一种具有磁性的过渡金属,就全球范围内说,采镍大国有俄罗斯、加拿大、澳大利亚、古巴、新喀里多尼亚和印度尼西亚等。镍不仅是制造镍合金的基础材料,更是其它合金(铁、铜、铝基等合金)中的合金元素。目前,镍及其合金用于特殊用途的零部件、仪器制造、机器制造,火箭技术装备中,原子反应堆,用于生产碱性蓄电池,多孔过滤器,催化剂,以及零部件与半制品的防蚀电镀层等,镍被视为重要战略物资,其资源一直为各国所重视。

镍的属性

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镍(Ni)
原子序数 28
外观 固态展性银白色
地壳中含量 0.008%(重量)
同位素:稳定 58,60~62,64
        不稳定 56,57,59,63,65,66
晶格结构 立方面心结构
晶格期间 3,520 ?
杰拜温度 375.00 K
原子属性
原子量 (摩尔量) 58.6934原子质量单位(g/mol)
原子半径 1.24 ?
电离能(第一电子) 736,2 (7,63) kJ/mol(eV)
电子排列 [Ar] 3d8 4s2
化学属性
共价半径 1.15 ?
离子半径 (+2e) 0.69? 
负电性 1.91(鲍林标度)
电极电位 0
氧化态 0, +2, +3, +4
物理属性
密度 8.902 g/cm3
硬度(莫式) 5.0~6.0
比热 0.443 J/(K·mol)
传热性 90.9 W/(m·K) 
熔化温度 1728 K(1455 °C)
熔化热 17.61кJ/mоl 
沸腾温度 3005 K(2900 °C)
汽化热 378.6 kJ/mol
克分子体积 6.6сm3/mоl 
蒸气压 237Pa(1726K)
声速 4970 m/s(293.15K

镍的应用

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    镍的应用是由镍的抗腐蚀性能决定的,合金中添加镍可增强镍的抗腐蚀性能。不锈钢与合金生产领域是镍的最大应用领域。合金中加入镍的用途:蒙乃尔高强度耐蚀镍铜锰铁合金(Ni,Cu,Fe,Mn)在化学设备、造船业领域广泛应用,还用于制造沉淀池和盖等;全球约2/3的镍用于生产不锈钢,因此不锈钢行业对镍消费的影响居第1位。目前全球有色金属中,镍的消费量仅次于铜、铝、铅、锌,居有色金属第5位。

在自然界,最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家,在多米尼加也有大量的镍矿。金属镍主要用于电镀工业,镀镍的物品美观、干净、又不易锈蚀。极细的镍粉,在化学工业上常用作催化剂。

    镍大量用于制造合金。在钢中加入镍,可以提高机械强度。如钢中含镍量从294%增加到了7.04%时,抗拉强度便由522公斤/毫米2增加到728公斤/毫米3。镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件,如涡轮叶片、曲轴、连杆等。含镍36%、含碳0.3-05%的镍钢,它的膨胀系数非常小,几乎不热胀冷缩,用来制造多种精密机械,精确量规等。含镍46%、含碳015%的高镍钢,叫“类铂”,因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似,这种高镍钢可熔焊到玻璃中。在灯泡生产上很重要,可作铂丝的代用品。一些精密的透镜框,也用这种类铂钢做,透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。由675%镍、16%铁、15%铬、15%锰组成的合金,具有很大的电阻,用来制造各种变阻器与电热器。


    钛镍合金具有“记忆”的本领,而且记忆力很强,经过相当长的时间,重复上千万次都准确无误。它的“记忆”本领就是记住它原来的形状,所以人们称它为“形状记忆合金”。原来这种合金有一个特性转变温度,在转变温度之上,它具有一种组织结构,而在转变温度之下,它又有另一种组织结构。结构不同,性能也就不同。例如:一种钛镍记忆合金,当它在转变温度之上时,很坚硬,强度大,而在这个温度以下,它却很软,容易冷加工。这样,当我们需要它记忆什么形状时,就把它做成那种形状,这就是它的“永久记忆“形状,在转变温度以下,由于它很软,我们便可以在相当大的程度内使其任意变形。而当需要它恢复到原来形状时,只要把它加热到转变温度以上就行了。

    镍具有磁性,能被磁铁吸引。而用铝、钴与镍制成的合金,磁性更强了。这种合金受到电磁铁吸引时,不仅自己会被吸过去,而且在它下面吊了比它重六十倍的东西,也不会掉下来。这样,可以用它来制造电磁起重机。镍的盐类大都是绿色的。氢氧化镍是棕黑色的,氧化镍则是灰黑色的。氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。

镍资源

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    2005年我国产镍9.53 万吨, 比上年增长26.29%;2005年我国镍矿金属含量5.99 万吨, 比上年下降5.39%;2006年镍精矿含镍量1-8月份累计产量为4.65吨,同比增加了14.69%,我国电解镍1-8月份累计产量为6.33万吨,同比下降了3.1%,我国镍金属外贸进出口逆差继续扩大,2005年我国镍产品进口额22.67 亿美元, 同比增长76.5%;同期镍出口额2.64 亿美元,增长19.9%;2005 年镍产品外贸逆差20.0 亿美元;可见2006年我国镍矿供应能力继续下降,镍的冶炼商为了保障生产继续承当高价的镍矿。2005年LME 镍价总体在高价位上徘徊, 全年现货平均价为14738 美元/吨, 三个月期货价为14553 美元/吨, LME 年均镍价创下1980 年以来的新高。全年最高价为16875 美元/吨, 最低价为11450 美元/吨。国内市场镍价, 最高达到15.5 万元/吨, 最低为11.5 万元/吨。

    国际国内市场的镍价走势基本一致,从2006年最近国际镍价行情来看,镍价已经触及每吨31500美元的新高,对比2006年初约每吨11500美元,行情非常吸引眼球。

    金属镍属于全球范围内的紧缺资源,世界上只有少数几个国家有比较丰富的镍资源,我国是个镍、铬资源短缺的国家,不锈废钢也很少。镍资源严重不足已经成为我国不锈钢产业发展的瓶颈。由于需求的剧增,我国对进口镍的依赖度明显增强,2001年进口所占消费的比率为44.61%,2004年增至53.33%,2005年达到60%。未来全球镍需求增长的70%以上将源自我国。由于中国的不锈钢生产增加,在2007-2008年国际镍价将由于供不应求而继续上升,至少未来2年供应将很紧张。

 

镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构,从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性,所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体,呈体心立方(BCC)结构,加入镍,促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构,这种结构被称为奥氏体。然而,镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有:镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。目前,人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性,最著名的是下面的公式:

    奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

    从这个等式可以看出:碳是一种较强的奥氏体形成元素,其形成奥氏体的能力是镍的30倍,但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中,因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍,但是它是气体,想要不造成多孔性的问题,只能在不锈钢中添加数量有限的氮。添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。

    从镍等式中可以看出,添加锰对于形成奥氏体并不非常有效,但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中,而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200系列的不锈钢中,正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构,镍的含量越低,所需要加入的锰和氮数量就越高。例如在201型不锈钢中,只含有4.5%的镍,同时含有0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍,所以同样可以形成100%奥氏体结构。这也是200系列不锈钢的形成原理。在有些不符合标准的200系列不锈钢中,由于不能加入足够数量的锰和氮,为了形成100%的奥氏体结构,人为的减少了铬的加入量,这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。

    在不锈钢中,有两种相反的力量同时作用:铁素体形成元素不断形成铁素体,奥氏体形成元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素,所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素,所以400系列不锈钢是完全铁素体不锈钢,具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中,随着镍成分增加,形成的奥氏体也会逐渐增加,直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构,这样就形成了300系列不锈钢。如果仅添加一半数量的镍,就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体,这种结构被称为双相不锈钢。

    400系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素,因此具有正常的磁特性。400系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力,而且与碳钢相比,其物理特性和机械特性都有进一步的改善。大多数400系列不锈钢都可以进行热处理。

    300系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料,一种无磁性不锈钢材料,比400系列不锈钢具有更好的可锻特性。由于300系列不锈钢的奥氏体结构,因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能,具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能,而且其材料特性不受热处理的影响。

       目前,全球已探明的镍储量约为1.6亿吨,其中硫化矿约占30%,红土镍矿约占70%。硫化镍与红土型镍同产于一个超基性岩带,但并不是在同一矿床内垂向上共生,即并不象铜矿床那样,次生富集带的铜矿下方通常均有原生硫化铜矿。由于硫化镍矿资源品质好,工艺技术成熟,现约60%的镍产量来源于硫化镍矿,因硫化镍矿的长期开采,而近20年来硫化镍矿新资源勘探上没有重大突破,保有储量急剧下降。如以年产镍量120万吨计算,则相当于2年采完一个加拿大伏伊希湾镍矿床(近二十年唯一发现的大型矿床,世界第五大硫化镍矿)、5年采完金川镍矿(世界第三大硫化镍矿)。因此,目前,全球硫化镍矿资源已出现资源危机,且传统的几个硫化镍矿矿山(加拿大的萨德伯里、俄罗斯的诺列尔斯克、澳大利亚的坎博尔达、中国金川、南非里腾斯堡等)的开采深度日益加深,矿山开采难度加大。为此,全球镍行业将资源开发的重点瞄准储量丰富的红土镍矿资源。

    红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床,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。

    我国镍矿资源储量中70%集中在甘肃,其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北7个省,合计保有储量占全国镍资源总储量的27%。我国镍矿类型主要为硫化铜镍矿和红土镍矿。我国的红土镍矿主要从菲律宾进口。由于自1970年起日本与菲律宾开始进行合作,成立合资矿业公司开采含镍2%以上的高品位镍矿,运送回新日铁和住友商社进行冶炼,导致菲律宾的高品位镍矿砂被日本企业垄断,而我国只能进口镍含量在0.9%~1.1%的低品位镍矿砂。

    我国周边国家有镍矿储量1125万吨,只分布在少数国家,包括俄罗斯(660万吨)、印度尼西亚(320万吨)、菲律宾(41万吨)、缅甸(92万吨)和越南(12万吨),但占世界总储量比例较大,约占23%。其中 红土镍矿主要分布在印度尼西亚、菲律宾以及缅甸。印度尼西亚镍资源主要为基性、超基性岩体风化壳中的红土镍矿,分布在群岛的东部,矿带可以从中苏拉威西追踪到哈尔马赫拉、奥比、瓦伊格奥群岛,以及伊利安查亚的鸟头半岛的塔纳梅拉地区,由于印度尼西亚超基性岩带风化壳广泛分布,因此其红土型镍钴矿有良好的找矿前景。菲律宾也以红土镍为主,主要分布在诺诺克岛。缅甸也有红土型硅酸镍矿,受印缅山脉超基性岩带控制,分布在中部盆地西缘。俄罗斯的镍资源分布在西伯利亚地台西北缘诺里尔斯克硫化铜镍矿区。越南镍矿为铜镍硫化物型,分布在西北部,已知有山萝省的班福矿床,赋存在黑水河裂谷塔布蛇绿岩带内,有探明储量12万吨。

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