NİKEL

Nikel gümüş-beyaz bir metaldir. Oldukça sert olup, periyodik cetvelde geçiş metalleri arasında yer alır. Genelde pentlandit içinde demir ve kükürt ile, milerit içinde kükürt ile, nikelinin içinde arsenik ile birlikte bulunur.

Nikelin havaya karşı gösterdiği oksitlenme direnci sayesinde; bozuk para üretiminde, kimyasal araç ve gereçlerin üretiminde ve Alman gümüşü gibi birçok alaşımın üretiminde kullanılır.

Nikel doğada genelde kobalt ile birlikte bulunur. Alaşımlar (özellikle süper alaşımlar) ve paslanmaz çelik üretiminde önemlidir. Ayrıca nikel doğal bir özelliği sayesinde manyetik bir alan içinde bir miktar boyut değiştirme kabiliyetine sahiptir. Nikelde bu değişim negatif yönde olmaktadır.

Nikelin oksitlenmiş hali genelde +2 değerliklidir ancak 0, +1, +3, +4 değerlikleri de gözlemlenmiştir. Bununla birlikte +6 değerlikli nikelin varlığı da mümkün olabilir.

Tarihçe

Nikelin tarihi MÖ 20 yılına kadar dayanmaktadır. Hatta bazı eski Çin dökümanlarında, beyaz nikelin Doğu’da MÖ 1400-1600 yıllarında kullanıldığı anlatılmaktadır. Ancak nikelin genelde gümüş ile karıştırılması sebebiyle bu bilgi kesin değildir.

Nikel içeren mineraller cama yeşil renk vermek için de kullanılmıştır. 1751’de, Baron Axel Fredrik Cronstedt bakırınikolitten ayırmaya çalışırken, nikeli elde etti. Saf nikelden yapılmış olan bozuk paralar ise ilk defa 1881’de İsviçre’de üretildi.

Oluşum

Nikel temel olarak iki tür maden yataklağından elde edilir. Birincisi, temel minerallerin limonit (Fe, Ni)O(OH) vegarnierit (Ni, Mg)₃Si₂O₅(OH) olan lateritik yataklardır. İkincisi ise, ana minerali pentlandit (Ni, Fe)₉S₈ olan magmatik sülfit yataklarıdır.

Kanada’nın Sudbury bölgesi bugün Dünya nikel üretiminin %30’unu yapmaktadır. Sadbury cevher yatağının, ilk jeolojik zamanlarda Dünya’ya vurmuş olan büyük bir meteorun sonucu olduğu tahmin edilmektedir. Günümüzde toplam nikel rezervinin %40’ı ise Rusya’nın Norilsk bölgesinde yer almaktadır. Bu bölgedeki yataklar, Rus madencilik firması MMC Norilsk Nickel tarafından işletilerek Dünya pazarına sunulmaktadır. Diğer büyük nikel yatakları ise Fransa (New Caledonia), Avustralya, Küba ve Endonezya’dadır. Tropikal bölgelerdeki yatakların çoğu, ultramafik kayaçların yoğun yağışlarla yıkanmasıyla ortaya çıkan ikinci bir konsantre olan lateritik yataklardır. Son zamanlarda yapılan çalışmalar sonucu, Türkiye’nin batısında bulunan nikel yatağının Avrupa’daki tesisler için uygun özellikte olduğu tespit edilmiştir.

Jeofiziksel kanıtlar göz önünde tutulduğunda, nikelin çoğunluğunun, Dünya’nın çekirdeğinde yoğunlaştığı tahmin edilmektedir.

Üretimi

Nikel metalurjik yöntemlerle üretilmektedir. Birçok sülfit cevheri, daha ileri rafinasyonda kullanılacak olan mat üretimi için pirometalurjik yöntemlerle zenginleştirilirler. Hidrometalurjide yapılan ilerlemeler sayesinde, nikel üretiminde bu teknolojilerden de faydalanılmaya başlanmıştır. Klasik sülfit cevherlerinin üretiminde, flotasyon ile elde edilen konsantre pirometalurjikişlemler ile safsızlaştırılmaktadır.

Nikel’in üretiminde son safsızlığı >%75 olan metal eldesi için geleneksel kavurma ve indirgeme işlemleri uygulanır. Son safsızlaştırmada ise Mold Prosesi uygulanır. Bu şekilde elde edilen konsantre >%99,99 saftır. Bu yöntem L. Mond tarafından patentlenmiş olup 20. yüzyılda Güney Galler’de kullanılmıştır. Bu prosese göre nikel, karbon monoksit ile 50 °C’de reaksiyona sokulur. Reaksiyon sonrası nikel gaz formuna geçerken, diğer safsızlıklarf katı halde kalır. Nikel gazı yüksel sıcaklıklardaki büyük odalara alınır. Bu odalarda ayrıştırılan nikel, peletlenerek üretilir. Alternatif olanarak, nikel gazı daha küçük odalarda 230 °C sıcaklıkta ayrıştırılarak toz olarak elde edilir. Rafinasyonda kullanılan ikinci bir yöntem ise metal matın liç işlemi ise çözeltiye alınması ve daha sonra elektrokazanım ile nikelin katot üzerinde biriktirilmesi ve böylece nikel plakalarının üretilmesidir.

Nikel sülfit cevheri ters flotasyon ile zenginleştirilerek ergitilir. Nikel sülfit flotasyon konsantresini ergitmek için MgO seviyesinin <%6 olması gerekir. Aksi halde, ergitme için gereken ısı artacağından, operayon maliyeti yükselir. Nikel matını elde ettikten sonra, ileri rafinasyon Sherrit-Gowden prosesi ile gerçekleştirilir. İlk önce hidrojen sülfit eklenerek bakır uzaklaştırılır ve ortamda sadece kobalt ve nikel kalır. Solvent ekstraksiyon ile kobalt ve nikel de ayrıldıktan sonra elde edilen konsantre >%99 nikel içerir.

Kullanım alanları

Nikel paslanmaz çelik, mıknatıs, bozuk para ve özel alaşımlar gibi birçok endüstriyel ve son kullanıcı ürünlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca cama yeşil renk vermek amacıyla da kullanılmaktadır. Nikel herşeyden önce bir alaşım metalidir. Bu nedenle alaşım olarak birçok kullanım alanı mevcuttur. Bu alaşımlar bakır, krom, alüminyum, kurşun,kobalt, gümüş ve altın ile yapılan alaşımlardır.

Nikel ayrıca bozuk paraların üretiminde ve dekoratif gümüş yerine kullanılmaktadır. ABD’de kullanılan beş-centlik bozuk para %75 bakır içerir. 1922-81 arasında üretilen Kanada centi ise %99,9 nikel içermekteydi ve manyetik özelliğe sahipti.

Nikel(III) oksit ise birçok nikel-kadmiyum, nikel-demir ve nikel-metal hidrit şarj edilebilir pilde katot olarak kullanılmaktadır.

Nikel cevheri, başlıca paslanmaz ve alaşım çeliği üretiminde, demirsiz alaşımlarda, elektro-kaplamada kullanılır. Nikelin uç ürünleri ise uçak, gemi ve kara taşıtlarının korozyona maruz parçalarının üretiminde, kimya sanayinde, elektrikli aletlerde, petrol sanayinde ve mutfak aletleri yapımında kullanılır.

Temel özellikleri
Atom numarası	28
Element serisi	Zayıf metaller
Grup, periyot, blok	10, 4, d
Görünüş	Parlak, hafif altın rengi ile karışık metalik ve gümüş
Atom ağırlığı	58.6934 g/mol
Elektron dizilimi	[Ar] 3d8 4s2
Enerji seviyesi başına Elektronlar	2, 8, 16, 2
CAS kayıt numarası	{{{CAS_kayıt_numarası}}}
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hali	katı
Yoğunluk	8,908 g/cm³
Sıvı haldeki yoğunluğu	7,81 g/cm³
Ergime noktası	1728 °K 1455 °C
Kaynama noktası	3186 °K 2913 °C
Ergime ısısı	17,48 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	377,5 kJ/mol
Isı kapasitesi	26,07 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı	Yüzey merkezli kübik
Yükseltgenme seviyeleri	??
Elektronegatifliği	1,91 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi	1. 737,1 – 2. 1753,0 – 3. 3395 kJ/mol
Atom yarıçapı	135 pm
Atom yarıçapı (hes.)	149 pm
Kovalent yarıçapı	121 pm
Van der Waals yarıçapı	163 pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci	69,3 nΩ·m (20°C’de)
Isıl iletkenlik	90,9 W/(m·K)
Isıl genleşme	13,4 µm/(m·K) (25°C’de)
Ses hızı	4900 m/s (20 °C’de)
Mohs sertliği	4,0
Vickers sertliği	638 MPa
Brinell sertliği	700 MPa