|  | ||||||
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.
De belangrijkste wingebieden liggen in Canada (Ontario, Sudbury), Nieuw- Caledonië, Indonesië, Zuid-Afrika, Australië (Kambalda), Cuba, de Filippijnen, Guatemala, Brazilië, Colombia en de Dominicaanse Republiek.
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.
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.
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
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.
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 België 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 oliën en vetten omgezet in verzadigde oliën en vetten door additie van waterstof aan de dubbele bindingen, met nikkel als katalysator, bijvoorbeeld:
CH2 – OOC-(CH2)7 -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 Monel® (tot 67 % Ni, tot 33 % Cu met Fe, Al en/of Mn). Smeltkroezen van Monel® 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 à 30 mm.
Om de vorming van niet geleidende aluminiumverbindingen te voorkomen, worden elektrische kabels van aluminium met een zeer dun laagje nikkel bedekt.
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 uitzettingscoëfficiënt van vrijwel nul heeft. Het wordt gebruikt voor de tanks van moderne methaanschepen die vloeibaar gas (temperatuur: - 160 °C) 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 (Monel®: 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 ß-bron o.a. in nucleaire geneeskunde 63Ni-verbindingen