Открытие загадочного металла никеля

Первые образцы нового металла человечество получило отнюдь не путём научных изысканий. Металл буквально упал с неба. Куски метеоритного железа переплавлялись не только на оружие, но и на талисманы.Задолго до научного открытия элемента никеля на старинных рудниках Саксонско-Богемского кряжа слово «Nickel» служило, якобы, презрительной кличкой для минерала, известного у местных горняков под именем купферникель, что означало «ложная медь» или «не содержащий меди».

Распространена легенда, что название «никель» произошло от имени гнома «Старый Ник», который посмеялся над горняками Саксонии и превратил хорошую медную руду в негодную, оказавшуюся впоследствии никелевой рудой.

Загадочный купферникель являлся даже для опытных плавильщиков руды «технологической мистерией», так как из этого минерального вида невозможно было извлечь меди или другого полезного металла. В литературном наследии, оставленном алхимиками, купферникель трактуется как таинственная руда, имеющая по своему красноватому цвету некоторое сходство с медью и состоящая из природного сплава меди и железа.

Немногие знают о том, что в увлекательных, приукрашенных поэтическим вымыслом исторических хрониках китайских ученых часто упоминается о чудесном сплаве, так называемом пакфонге (т. е. «белой меди»), из которого в глубокой древности, уже в 235 г. до н. э., китайские ремесленники изготавливали разнообразные предметы роскоши. Позднейшими исследованиями было установлено, что сплав пакфонг имеющий цвет более или менее близкий к серебристо-белому, также состоит из трех компонентов: меди, никеля и цинка. Этот сплав был завезен в Европу через Бактрию (Среднюю Азию), где он употреблялся для чеканки монет.

Внедрение никеля в промышленность и в торговлю началось в середине XVIII в., когда на европейском рынке появилась зульская белая медь — сплав, подобный китайскому пакфонгу. В сохранившихся записях современников рассказывается, что в городе Зуле, в Тюрингервальде, из этого сплава выделывали шпоры, различные украшения, применяли его для отделки оружия, а также для ювелирных изделий.

Прошли столетия, прежде чем шведский ученый Кронштедт в 1751 г. открыл в купферникеле «существование особенного металла».

Первоначально Кронштеду пришлось достаточно долго доказывать, что никель это новый метал, а совсем не сплав уже известных металлов с мышьяком и серой. Среди его противников значились даже астрологи, которые полагали, что количество существующих металлов должно соответствовать числу планет в солнечной системе.

Кронштедт умер в 1765 году так и не получив лавры первооткрывателя. Лишь через 10 лет после его смерти другой швед Т.Бергман  в своих опубликованных исследованиях окончательно доказал открытие нового элемента. Работая с купферникелем, он доказал, что заключенный в последнем «особенный металл» является никелем. С этого момента в Европе на кустарных предприятиях начали искусно выделывать и вводить в обиход сплавы никеля с медью и цинком (они получили широкую известность под названием нейзильбер, аргентан, белая жесть, немецкое серебро и т. д.).

Под стараниями химиков подвёл черту другой известный учёный И. Рихтер. В его статье о свойствах никеля пророчески перечислены все его основные качества сопротивление коррозии, магнитные свойства и пластичность.

Небольшое современное замечание в тему. Вот если бы сейчас существовала лаборатория неразрушающего контроля! Такая как, например, по адресу: 664074 г. Иркутск ул.4-я Железнодорожная, Дом 100/2 оф.19. Тогда бы мы точно узнали бы все о методах контроля металла. Возьмём, к примеру, лишь один из немногих методов. Магнитно-микроскопический анализ металлов — это метод исследования металлических материалов с использованием магнитных свойств образца. Этот метод может быть использован для обнаружения различных дефектов материала, таких как трещины, включения, границы зерен, а также для оценки механических и магнитных свойств образца. Магнитное поле проникает в материал и взаимодействует с микроструктурами в нем. Затем, изменяя направление и магнитную интенсивность поля, получается образец с различными магнитными свойствами.

Добыча никеля

Много десятилетий мировая добыча никеля не превышала нескольких сот тонн и только к 1887 г. она достигла рекордной по тому времени цифры — 600 т. Старейшими производителями никеля являются Саксония (Германия) и Норвегия, дававшие небольшую продукцию этого металла.

Во второй половине XIX в. в некоторых странах Старого и Нового Света уже широко была распространена никелевая монета. Она выделывалась из сплава, состоящего из меди (75%) и никеля (25%).

Быстрое развитие мировой никелевой промышленности началось с конца 80-х годов 19 века, после открытия к востоку от Австралии, на Новокаледонских островах, богатейших месторождений силикатных никелевых руд (они были открыты в 1865 г. французским инж. Жюлем Гарние) и открытия в 90-х годах в Канаде, в районе Седбери, огромных залежей сульфидных (сернистых) медно-никелевых руд. О последовавшем вслед за этим росте мировой добычи никелевых руд наглядно свидетельствуют следующие цифры: в 1898 г. было добыто 165 620 т, в 1899 г. — 288 175 т, а спустя 15 лет, в разгар первой мировой войны, добыча возросла до 1 500 000 т руды.

Свойства и применение

Никель по своему цвету ближе всего подходит к серебру, но имеет слабый сероватый оттенок. Он более блестящ, чем платина. По твердости литой никель приближается к мягкой стали.

Чистый никель очень вязок и легко поддается прокатке в тончайшие листы и вытягиванию в проволоку (до 0.01 мм диаметром). Для техники очень ценны сплавы никеля с различными металлами особенно с железом.

В химическом отношении никель является малоактивным элементом. При обыкновенной температуре он не подвергается действию воздуха, морской воды, а также противостоит совместному действию воздуха и воды.

Первыми кто обратил внимание на этот метал, были ювелиры. Они стали использовать его в украшениях и монетах. Однако те свойства, по которым мы знаем никель, он получил не сразу. Первые исследователи имели дело с хрупким, и практически непригодным для чего бы то ни было веществом.

Случайное открытие позволило взглянуть на металл по-новому. Дело в том, что даже незначительные примеси серы до 0,03% делают никель непригодным для обработки. И вот случайно выяснилось, что добавление магния к расплавленному никелю позволяет связать все ненужные примеси и получить абсолютно чистый элемент №28.

Всё это привело к бешеному спросу на новый металл. Оказалось, что никель не только можно использовать для защиты поверхностей от коррозии, он практически не заменим для химиков при использовании в агрессивных средах и сохраняет свои свойства даже при сильном нагреве.

Никель очень медленно растворяется в соляной и серной кислотах, заметно растворим в азотной кислоте и царской водке. Органические кислоты оказывают на него заметное влияние только после очень продолжительного действия. Никель хорошо противостоит действию расплавленных щелочей и щелочных водных растворов. Отсюда понятно употребление никелевых тиглей в лабораторной практике для сплавления веществ с едкими щелочами.

Огромный спрос на никелевую сталь возник у военной индустрии. Еще в 1890 г. канадец Джемс Рилей опубликовал свой знаменитый доклад о применении никеля при изготовлении стальной брони для военных целей, с тех пор никель считается «военным» металлом. Добавка никеля к стали увеличивает твердость и временное прочное сопротивление последней, не вызывая соответственного уменьшения вязкости. Эти свойства никеля делают его чрезвычайно желательным компонентом в сталях, идущих на изготовление орудий, броневых плит для военных судов, снарядов, головных шлемов, переносных щитов и разного рода брони. Проволока из никелевой стали применяется для подводных кабелей и для защиты военных судов от мин.

Никелевая сталь получила широкое применение в машиностроении, особенно в тех случаях, когда требуется малый удельный вес механизма и высокое качество материала: для пустотелых пароходных валов, для судовых машин для автомобилей и в авиации. Из нее же делаются маховики и диски турбин с большим числом оборотов в тех случаях, когда вследствие большой центробежной силы сопротивление обыкновенной стали является уже недостаточным.

Сульфат никеля

Сульфат никеля это кристаллы изумрудно-зеленого цвета получаются растворением в серной кислоте. Сульфат никеля применяется в производстве аккумуляторов, в фунгицидных смесях, для изготовления катализаторов, а также в жировой и парфюмерной промышленности.

Перечислить все сферы применения нового металла в современной жизни невозможно. Это и аккумуляторы (изобретённые Т.Эдисоном в 1900г.) и источник ультразвука (никель известен как «поющий» металл) и многое другое. Это ещё более увеличивает ценность этого открытия шведских химиков.

Никель в России

В России неоднократно делались попытки создать собственную никелевую промышленность. В старейшем горнозаводском центре страны — на Урале силикатные никелевые руды были открыты в 20-х годах 19 века на Петровском руднике близ Ревдинского завода и были приняты за медные руды. Начатая плавка этих руд оказалась неудачной, — плавильщики не смогли выделить меди. Уральские плавильщики повторили те же ошибки, которые в свое время допустили металлурги за рубежом.

Ревдинские никелевые руды были заброшены, а начатые геологические разведки были прекращены. Несколько десятилетий проблема русского никеля находилась в забвении. Только в 1854 г. ревдинская руда вновь привлекла к себе внимание. На этот раз рудой заинтересовался горный инженер М. Данилов и определил ее как никелевую. Снова были начаты разведки на открытую руду. Данилову удалось даже выплавить металлический никель.

Нашему соотечественнику Данилову принадлежит честь разработки оригинального метода плавки силикатных никелевых руд; в тот период европейская никелевая промышленность не знала еще силикатных руд, развивая и совершенствуя производство никеля на базе мышьяковисто-сернистых месторождений.

Можно сказать, что отечественная никелевая промышленность России  зародилась в  1874 г. На Петровском руднике было добыто и переработано более 550 т никелевой руды.

В том же 1874 г. на Новокаледонских островах были открыты и быстро изучены огромные месторождения никелевых руд. На мировом рынке наступила «никелевая лихорадка», предприниматели, вложившие свои капиталы в европейскую никелевую промышленность, терпели финансовый крах. Произошло стремительное падение цен на никель, европейский рынок быстро наводнялся большим количеством дешевого никеля из Каледонии, Работы по выплавке никеля не Урале прекратились сразу же с началом мирового никелевого кризиса.

Вновь возник интерес к уральскому никелю в начале 20 века, с открытием никеленосного Уфалейского района на Урале. Сильно увеличившаяся в годы первой мировой войны потребность военной промышленности России в никеле выдвинула вопрос о необходимости строительства уральского никелевого завода. В 1916 г. был разработан проект строительства никелевого завода в Сергинско — Уфалейском горном округе, с годовой производительностью около 330 т. металлического никеля. Проект остался, однако, неосуществленным из-за опасения, что изученная сырьевая база ненадежна и не обеспечит завод богатой рудой.

Гражданская война и разруха на несколько лет сняли с повестки дня проблему никеля. Но уже в 1920 г. на Урале были начаты разведки на никелевые руды. В период сталинских строек на Кольском полуострове, в так называемой Монче-тундре, был создан один из первых в СССР крупный горнозаводский центр никелевой промышленности — Мончегорск. Здесь вступили в строй и первые очереди никелевого завода «Североникель», одного из крупнейших в мире. На Южном и Среднем Урале до сих пор успешно работают никелевые заводы.