Nickel - Nickel (English spelling)

Japanese: ニッケル - にっける（英語表記）nickel

It belongs to group 10 of the periodic table and is one of the iron group elements.

history

Nickel alloys were known in China more than 2000 years ago, but it was only about 200 years ago that nickel was isolated as a metal. Around the end of the 17th century, nickelite (NiAs) was used in Germany as a green colorant for glass. At the time, it was believed to be copper ore, but it was impossible to isolate copper, so it came to be called "Kupfernickel" (Old Nick's copper, i.e., Devil's copper). In 1751, Axel Fredric Cronstedt (1722-1765) of Sweden, while studying a new ore collected from a cobalt mine in Hälsingland, isolated a white, hard, brittle metal different from copper from the green crystals covering the weathered surface. He found that this new metal was also the main component of Kupfernickel, and proposed to give it the name nickel. Pure nickel samples were first produced in 1775 by T. O. Berriman of the United States, and their physical properties were later reported by J. B. Richter and others in Germany.

[Torii Yasuo]

Existence

Nickel is found in the Earth's crust in similar quantities to copper, but is estimated to exist in considerable quantities in the Earth's core along with iron. Nickel minerals are compounds of sulfur, arsenic, and antimony, including goethite (NiS), pyroxene, stenonium, nickelite (NiSb), nickelite (NiAs _{2 )} , nickel sulfide (NiAsS), and nickel sulfate (NiSbS). However, nickel silicide (Ni,Mg) ₆ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₈ and nickel pyroxene (Ni,Fe) ₉ S ₈ , which are formed secondarily by weathering, are more important industrial resources. The former is a hydrous silicate mineral of magnesium and nickel, and occurs in New Caledonia, North Carolina, and Oregon in the United States. The latter is a mixed sulfide with iron, and occurs mixed with pyrrhotite, chalcopyrite, or platinum-group ores. The world's largest deposit of this type is located in Ontario, Canada. The world's reserves are about 100 million tons of pure nickel, but there are almost no deposits worth mining in Japan. Nickel is sometimes found in meteorites as an alloy with iron and cobalt.

[Torii Yasuo]

Manufacturing method

Nickel smelting methods vary depending on the type and grade of the ore, but generally, when the raw material is sulfide ore, the concentrate is left as is, while when it is high in sulfur, the sulfur is reduced by incomplete roasting, after which a flux (limestone, silica, etc.) is added and the material is melted in a blast furnace, reverberatory furnace, flash furnace, etc. When the raw material is silicate ore, a sulfiding agent (gypsum, mirabilite, etc.) is added and the same process is carried out. Nickel becomes sulfide (also called matte) and iron and other impurities become silicate (slag), and they are separated based on the difference in specific gravity. The nickel sulfide obtained in this way is burned to make nickel oxide, which is reduced with carbon in a reverberatory furnace or with water gas to make crude nickel. Nickel with a purity of 99.0 to 99.5% is obtained by electrolysis using crude nickel as the anode and stainless steel as the cathode. In addition, if crude nickel is converted into volatile (boiling point 42.3°C) tetracarbonylnickel Ni(CO) ₄ through the addition of carbon monoxide at 40-90°C and then thermally decomposed at around 200°C, a product with a purity of 99.90-99.99% can be obtained (Mond process).

[Torii Yasuo]

nature

Nickel is a shiny silvery-white metal that is malleable and ductile, and can be forged like iron. Its normal crystal structure (β type) is cubic close-packed and ferromagnetic below 357°C, although it is weaker than iron. At room temperature, it has 14-15% of the electrical and thermal conductivity of silver. A hexagonal close-packed crystal structure (α type) is also known, but it is not ferromagnetic. In its dense metallic state, nickel is highly resistant to air and water at room temperature, so it is used as a protective film in electroplating. In powder form, it is highly reactive to air and can sometimes ignite spontaneously. It is less soluble in dilute acid than iron. It dissolves easily in dilute nitric acid, but in concentrated nitric acid it is insoluble because it is passive like iron. When forming compounds, it usually has an oxidation number of +2, but lower oxidation states and states such as +3 and +4 are rarely seen.

[Torii Yasuo]

Applications

The world's nickel consumption in 2007 was 1.32 million tons, of which Japan accounted for 13%. As a pure metal, nickel is used in materials for laboratory equipment and furniture, and for plating to protect metal surfaces. Fine powder form absorbs hydrogen and is used as a hydrogenation catalyst. However, there is a greater demand for nickel as a component of various alloys, for example, nickel is used in a wide range of alloys such as nickel silver, nichrome, constantan, manganin, and nickeline, and is added to steel to manufacture special steels such as nickel steel, nickel chrome steel, stainless steel, heat-resistant steel, and magnetic steel.

[Torii Yasuo]

Periodic Table
©Shogakukan ">

Periodic Table

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

周期表第10族に属し、鉄族元素の一つ。

歴史

ニッケルの合金は、2000年以上も前に中国で知られていたが、金属として単離されたのは200年ほど前のことにすぎない。17世紀末ごろ、ドイツでは紅砒(こうひ)ニッケル鉱NiAsをガラスの緑色着色材として用いていた。当時これは銅の鉱石と信じられていたが、どうしても銅を単離することができなかったので、「Kupfernickel」（Old Nick's copperすなわち悪魔の銅）とよばれるようになった。1751年、スウェーデンのクローンステッドAxel Fredric Cronstedt（1722―1765）は、ヘルシングランドのコバルト鉱山から採集した新鉱石を研究中、その風化した表面を覆っていた緑色の結晶から、銅とは異なる、白色の硬くてもろい金属を単離した。彼はこの新金属がKupfernickelの主要成分でもあることを明らかにし、ニッケルの名を与えることを提案した。純粋なニッケル試料は、同国のT・O・ベリマンによって1775年に初めてつくられ、その後ドイツのJ・B・リヒターらによって物理的性質が報告された。

［鳥居泰男］

存在

地殻中の存在量は銅と同程度であるが、地球の中心部では鉄とともにかなりの量が存在するものと推定される。ニッケル固有の鉱物は硫黄(いおう)、ヒ素、アンチモンの化合物で、おもなものに針ニッケル鉱NiS、紅砒ニッケル鉱、安ニッケル鉱NiSb、砒ニッケル鉱NiAs₂、硫砒ニッケル鉱NiAsS、硫安ニッケル鉱NiSbSなどがある。しかし工業的資源としては、風化によって二次的に生成した珪(けい)ニッケル鉱(Ni,Mg)₆Si₄O₁₀(OH)₈や硫鉄ニッケル鉱(Ni,Fe)₉S₈などのほうが重要である。前者はマグネシウムとニッケルの含水ケイ酸塩鉱物で、ニュー・カレドニア島、アメリカのノース・カロライナ州やオレゴン州に産出する。後者は鉄との混合硫化物で、磁硫鉄鉱、黄銅鉱あるいは白金属の鉱石などと混在して産出する。カナダのオンタリオ州にはこの型の、世界最大級の鉱床がある。世界の埋蔵量はNi純分で1億トン程度であるが、日本には採取に値する鉱床はほとんど存在しない。なお、ニッケルは隕石(いんせき)中に鉄およびコバルトとの合金として含まれていることがある。

［鳥居泰男］

製法

ニッケルの製錬法は鉱石の種類や品位によってさまざまであるが、一般に、原料が硫化鉱の場合には、精鉱はそのまま、硫黄含有量の多いものは不完全焙焼(ばいしょう)によって硫黄を減らしたのち、融剤（石灰石、珪石など）を加え、溶鉱炉、反射炉、自溶炉などで融解する。原料が珪酸塩鉱の場合には硫化剤（石膏(せっこう)、芒硝(ぼうしょう)など）を加えて同様の処理をする。ニッケルは硫化物（鈹(かわ)、マットともいう）に、また鉄その他の不純物はケイ酸塩（スラグ）となり、比重の差によって分離される。このようにして得た硫化ニッケルを焼いて酸化ニッケルとし、これを反射炉で炭素で還元するか、または水性ガスで還元して粗ニッケルとする。粗ニッケルを陽極とし、ステンレス鋼を陰極として電解すると、純度99.0～99.5％のニッケルが得られる。また、粗ニッケルに40～90℃で一酸化炭素を通じて揮発性（沸点42.3℃）のテトラカルボニルニッケルNi(CO)₄に変え、これを200℃近辺で熱分解すると、純度99.90～99.99％のものが得られる（モンド法）。

［鳥居泰男］

性質

ニッケルは光沢のある銀白色の金属で展性、延性に富み、鉄と同様に鍛造ができる。通常の結晶（β(ベータ)型）は立方最密充填(じゅうてん)型の構造をとり、357℃以下で強磁性を示す。ただしその程度は鉄よりは弱い。常温において、銀に比べ14～15％程度の電気伝導率と熱伝導率をもっている。六方最密充填型の結晶（α(アルファ)型）も知られているが、これは強磁性ではない。ニッケルは緻密(ちみつ)な金属状態では、常温で空気あるいは水にきわめて侵されにくいため、保護膜として電気めっきに用いられる。粉末状では、空気に対して反応性が著しく、ときには自然発火することもある。希薄な酸には鉄よりも溶けにくい。希硝酸には容易に溶けるが、濃硝酸には鉄と同様に不動態となるため溶けない。化合物をつくる場合、通常は＋2の酸化数をとるが、より低い状態や、＋3、＋4などの状態もまれにはみられる。

［鳥居泰男］

用途

2007年における世界のニッケル消費量は132万トンであり、そのうち日本は13％を占める。純金属として実験器具や家具などの材料に、まためっき用として金属表面の保護に用いられる。微粉末状のものは水素を吸蔵するので、水素添加用触媒として用いられる。しかしそれ以上に各種の合金の成分としての需要のほうが多く、たとえば、洋銀、ニクロム、コンスタンタン、マンガニン、ニッケリンなどの合金として多方面に用いられるほか、鋼に添加してニッケル鋼、ニッケルクロム鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、磁石鋼などの特殊鋼が製造される。

［鳥居泰男］

周期表

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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