Никель: производство, марки, виды продукции, промышленное применение

Никель Ni

Никель — это металл серебристого цвета, довольно тяжелый в чистом виде (около 8.9 грамм/см3), имеющий комплекс уникальных физико-химических свойств. Сплавы на основе никеля обладают высокой жаропрочностью, стойкостью к длительным и весьма интенсивным механическим нагрузкам, воздействию химически-агрессивных веществ. Благодаря этому металл никель и никелевые сплавы широко используются в различных областях человеческой деятельности.

Основные способы промышленного производства никеля

1. Восстановление силикатной никелевой руды угольной пылью с промежуточным получением никелево-железных окатышей. В дальнейшем из полуфабрикатов прокаливанием и аммиачной обработкой удаляют примеси, а электролизом получают чистый металл.
2. Карбонильный способ — вместо железно-никелевых окатышей промежуточной стадией является медно-никелевый полуфабрикат, исходная руда имеет высокое содержание сульфидных соединений. Продувкой углекислым газом высокого давления из медно-никелевого штейна получают соединение Ni(CO)4. За счет высокой летучести данного соединения при его нагреве выделяется чистый металл никель.
3. Из оксидной руды Ni получают алюминотермическим способом, по базовой формуле 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3. Метод выгоден одновременным производством никеля и алюминия.

Марки никеля и методика их обозначения

• Н0, Н1 — Никель первичный в чистом виде (не менее 99.99%), выпускаемый в виде пластин, полос и катодных листов и предназначенный только для никелирования других металлических деталей и изделий. Метод изготовления — электролиз.
• Н2, Н3, Н4 — Никель первичный с меньшей степенью чистоты, выпускаемый в виде пластин, полос катодных листов, гранул, обрезов и слитков. С ростом порядкового номера после буквы «Н» степень чистоты снижается до 99 % (у никеля марки Н4). Метод изготовления — переплавка и огневое рафинирование.
• НП1, НП2, НП3, НП4 — Никель полуфабрикатный, чистотой от 99.9 до 99.0 % соответсвенно маркам, производится в виде никелевых проволок, прутков, листов, лент и полос. Является промежуточным изделиям во многих технологических циклах цветной металлургии.
• НПА1 и НПА2 — Никель полуфабрикатный анодный, чистотой 99.7 и 99.0 % соответственно маркам. Марки характеризуются меньшим количеством примесей по сравнению с марками Н и НП. Выпускаются в виде полос и стержней овального сечения.
• НПАН — никель полуфабрикатный анодный непассивирующийся (на поверхности листа из никеля данной марки не образуется тонкая пленка с высоким сопротивлением). Допускает небольшое содержание меди, кислорода и серы (в марках Н, НП, и НПА этих элементов быть не должно), содержание чистого никеля — не менее 99.4 %, выпускается в виде овальных стержней и полос прямоугольного сечения.
• НК — никель кремниевый, с допустимым содержанием Si до 0.4 %, что обозначается как НК 0.2, НК 0.07 и т.д.
• НМц — готовый к промышленному применению никелевый сплав, легированный марганцем (массовая доля Mn до 5 %).
• ПНК — Порошок никелевый карбонильный (изготовлен карбонильным способом). Обширная линейка никелевых порошков с содержанием основного металла не менее 99.7 %.
• ПНЭ — Порошок никелевый электролитический. Представляет собой мелкодисперсную никелево-кобальтовую смесь с нормированными значениями размеров частиц и содержанием основного металла не менее 99.5 % (ПНЭ-1) и 99.3 % (ПНЭ-2).

Металл никель высокой чистоты марок Н0, Н1 и НП1 предназначен для специальных промышленных задач. Марки Н2, Н3, Н4, НП2, НП3 и НП4 используются в машиностроении и точном приборостроении. Никель НПА и НПАН предназначен для создания электролитических покрытий. Марки НМц широко применяются в производстве автомобильных свечей и других деталей для двигателей внутреннего сгорания. Порошковый никель ПНЭ и ПНК используется в технологических цепочках производства магнитов, различных фильтров, аккумуляторов, электродов, композитных клеев и в порошковой металлургии.

Основная номенклатура никелевых изделий

1. Никелевые листы имеют толщину от 5 до 20 мм, ширину 50-800 мм и длину от 0.5 до 2 метров. Производятся обычно из марок серии НП, используются в приборостроении. Подвергаются электрорафинированию для очистки от примесей серы. При использовании никеля НПАН получают непассивирующиеся листы — на их поверхности не образуется окисная пленка, что обеспечивает высокую электропроводность. Толщина листов НПАН должна быть не менее 10 мм.
2. Никелевая проволока производится из никеля марок НП2, НП3 и НП4 марок, бывает твердой (диаметром меньше 0.09 мм) и мягкой (отожженной). Должна иметь чистую поверхность, высокое соответствие номинальному диаметру и малую шероховатость. Возможно производство никелевой проволоки по ГОСТам либо в соответствии со специальными требованиями заказчика — обычно это касается продукции микронных диаметров для высокотехнологичного оборудования.
3. Никелевые ленты и полосы. Никелевая лента выпускается толщиной в пределах 0.05-2 мм, с отклонением не более 0.1 мм (а в специальных случаях отклонение по толщине не допускается больше, чем 0.01 мм). Ширина никелевой ленты варьируется от 10 до 30 м, с отклонением в строго плюсовую сторону — от 0.2 до 1 мм. Длина ленты может составлять сотни метров (плотность сварных швов согласуется между заводом и заказчиком особо), не допускается выпуск никелевой ленты менее 2.5 метров в длину, вес квадратного метра данной продукции колеблется от 0.4 до 17.7 кг. Никелевая полоса является заданным отрезком ленты, ее конкретная длина согласуется в техническом задании на поставку. Поверхность никелевых полос и лент обязана быть гладкой и чистой, допускаются незначительные вмятины, риски и колебания цвета.
4. Никелевый пруток. Его производят из марок Н1, НП2, НП3 и НК 0.2. Тянутые никелевые прутки имеют длину от 1.5 до 4 метров, катанные диаметром менее 60 мм от метра до трех, катанные диаметром свыше 60 мм – от 70 до 140 см. Никелевые прутки обязаны быть прямыми и гладкими, не содержать трещин, пустот и пор.
5. Никелевые порошки. Электролитические и карбонильные порошки на основе никеля выпускаются самой широкой номенклатуры по химическому составу примесей, формой поставки являются банки, мешки и бочки весом до 250 кг.

Промышленное применение никеля

Даже краткий перечень использования тугоплавкого металла никеля и сплавов на его основе весьма обширен:

• Жаропрочные «суперсплавы» для космического и авиационного производства.
• Никелирование других металлов как способ активного и длительного противодействия коррозии.
• Производство автономных источников питания — никель-цинковых, никель-кадмиевых, железоникелевых и никель-водородных аккумуляторов, свечей для двигателей внутреннего сгорания.
• Протезирование в хирургии, изготовление брекетов для стоматологических целей.
• Приборостроение. Инвар с пренебрежимо малым термическим удлинением, пермаллой с высокой магнитной восприимчивостью, нихром и константан для сплавов сопротивления, алюмель в качестве компенсационных проводов — все эти и многие другие соединения никеля широко используются в точных механизмах и измерительных приборах, гальванопластике и производстве электролизных сеток.
• Монетное и ювелирное производство. Кроме известных сплавов для производства разменных и юбилейных монет, никель входит в состав стандартных золотых соединений. Например, золото 585 или 785 пробы содержит лигатуру из никеля и серебра.
• Восстановление изношенных узлов и агрегатов в машиностроении, производство красителей и специальных покрытий.