镍

概述

镍是一种银白色金属，首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特(A.F.Cronstedt)分离出来的。由于它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。

综合性质

元素名称：镍

元素原子量：58.69

元素类型：金属

原子体积:(立方厘米/摩尔)：6.59

元素在太阳中的含量:(ppm)：80

元素在海水中的含量:(ppm)：太平洋表面0.0001

地壳中含量：（ppm）：80

原子序数：28

元素符号：Ni

元素中文名称：镍

元素英文名称：Nickel

相对原子质量：58.69

核内质子数：28

核外电子数：28

核电核数：28

质子质量：4.6844E-26

质子相对质量：28.196

所属周期：4

所属族数：VIII

摩尔质量：59

氢化物：NiH3

氧化物：NiO

最高价氧化物化学式：Ni2O3

氧化态：Main  Ni+2

Other  Ni-1,Ni0,Ni+1,Ni+3,Ni+4,Ni+6

密度：8.902

熔点：1453.0

沸点：2732.0

声音在其中的传播速率：（m/S）：4900

电离能(kJ/mol)

M - M+ 736.7

M+ - M2+ 1735.0

M2+ - M3+ 3393

M3+ - M4+ 5300

M4+ - M5+ 7280

M5+ - M6+ 10400

M6+ - M7+ 12800

M7+ - M8+ 15600

M8+ - M9+ 18600

M9+ - M10+ 21660

外围电子排布：3d8 4s2

核外电子排布：2,8,16,2

晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有4个金属原子。

晶胞参数：

aa=352.4pm

b=352.4pm

c=352.4pm

α=90°

β=90°

γ=90°

莫氏硬度：4

颜色和状态：银白色金属

原子半径：1.62

常见化合价：+2,+3

发现

发现人：克朗斯塔特

发现时间和地点：1751年瑞典

元素来源：镍黄铁矿[(Ni,Fe)9S8]

发现过程：1751年，瑞典的克郎斯塔特，用红砷镍矿表面风化后的晶粒与木炭共热，而制得镍。

镍在地壳中含量不小，大于常见金属铅、锡等，但明显比铁少得多，而且镍和铁的熔点不相上下，因此注定它比铁发现得晚。17世纪末，欧洲人开始注意镍砒（砷）矿。当时德国用它来制造青色玻璃，采矿工人称它为kupfernickel。“kupfer”在德文中是“铜”；“nickel”是骂人的话，大意是“骗人的小鬼”。因此这一词可以义译为“假铜”。当时人们认为它是铜和砷的混合物。

瑞典化学家克隆斯特研究了这个矿物，他得到了少量与铜不同的金属。他在1751年发表研究报告，认为这是一种新金属，就称它为nickel，这也就是镍的拉丁名称niccolum和符号Ni的来源。镍在欧洲被发现后，德国人首先把它掺入铜中，制成所谓日耳曼银，或称德国银，也就是中国的白铜。

矿产分布

世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家，集中分布在环太平洋的热带―亚热带地区，主要有：美洲的古巴、巴西；东南亚的印度尼西亚、菲律宾；大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。中国镍矿分布就大区来看，主要分布在西北、西南和东北，其保有储量占全国总储量的比例分别为76.8%、12.1%、4.9%。就各省(区)来看，甘肃储量最多，占全国镍矿总储量的62%，其次是新疆（11.6%）、云南（8.9%）、吉林（4.4%）、湖北（3.4%）和四川（3.3%）。其中甘肃金昌的铜镍共生矿床，镍资源储量巨大，仅次于加拿大萨德伯里镍矿，居世界第二，亚洲第一。

物理性质

有良好延展性，具有中等硬度。

镍是银白色金属，具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蚀性，镍近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光和抗腐蚀。溶于硝酸后，呈绿色。主要用于合金（如镍钢和镍银）及用作催化剂（如兰尼镍，尤指用作氢化的催化剂）

密度8.902克/立方厘米

熔点1453℃

沸点2732℃

化学性质

化学特性

外围电子排布3d84s2，位于第四周期第Ⅷ族。化学性质较活泼，但比铁稳定。室温时在空气中难氧化，不易与浓硝酸反应。细镍丝可燃，加热时与卤素反应，在稀酸中缓慢溶解。能吸收相当数量氢气。

镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+；耐强碱。镍可以在纯氧中燃烧，发出耀眼白光。同样的，镍也可以在氯气和氟气中燃烧。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。

镍盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。镍在稀硝酸缓慢溶解。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。镍同铂、钯一样，钝化时能吸大量的氢，粒度越小，吸收量越大。镍的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。实验室中也常用到硝酸镍，带有结晶水，化学式为NiFe2O4·6H2O，绿色透明的颗粒，易吸收空气中的水蒸汽。与铁，钴相似，在常温下对水和空气都较稳定，能抗碱性腐蚀，故实验室中可以用镍坩埚熔融碱。硫酸镍（NiSO4）能与碱金属硫酸盐形成矾Ni(SO4)2o6H2O(MI为碱金属离子)。+2价镍离子能形成配位化合物。常压下，镍即可与一氧化碳反应，形成剧毒的四羰基镍（Ni(CO)4），加热后它又会分解成金属镍和一氧化碳。

原子序数28

原子量58.71

金属半径124.6皮米

第一电离能741.1kJ/mol

电负性1.8[1]

主要氧化数+2、+3、+4

镍(Ⅱ)化合物

1．氧化镍：NiC2O4=NiO+CO+CO2

2．氢氧化镍：Ni2++2OH-=Ni(OH)2

3．硫酸镍2Ni+2H2SO4+2HNO3=2NiSO4+NO2+NO+3H2O

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

NiCO3+H2SO4=NiSO4+CO2+H2O

4．卤化镍：NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2

镍(Ⅲ)化合物

1．氧化高镍

4NiO+O2==2Ni2O3

2Ni(OH)2+Br2+2OH-==Ni2O3+2Br-+3H2O

2Ni2O3+4H2SO4==4NiSO4+O2+4H2O

Ni2O3+6HCl==2NiCl2+Cl2+3H2O

2．氢氧化高镍

4NiCO3+O2==2Ni2O3+4CO2

2Ni(OH)2+NaClO+H2O==2Ni(OH)3+NaCl

2Ni(OH)3+6HCl==2NiCl2+Cl2+6H2O

配合物

1．氨配位化合物：[Ni(NH3)6]2+

2．氰配位化合物：[Ni(CN)4]2-

3．螯合物：[Ni(en)3]2+

4．羰基配位化合物

（a）Ni(CO)4

（b）(C2H5)2Ni

毒理学简介

羰基镍

金属镍几乎没有急性毒性，一般的镍盐毒性也较低，但羰基镍却能产生很强的毒性。羰基镍以蒸气形式迅速由呼吸道吸收，也能由皮肤少量吸收，前者是作业环境中毒物侵入人体的主要途径。羰基镍在浓度为3.5μg/m3时就会使人感到有如灯烟的臭味，低浓度时人有不适感觉。吸收羰基镍后可引起急性中毒，10分钟左右就会出现初期症状，如：头晕、头疼、步态不稳，有时恶心、呕吐、胸闷；后期症状是在接触12至36小时后再次出现恶心、呕吐、高烧、呼吸困难、胸部疼痛等。接触高浓度时发生急性化学肺炎，最终出现肺水肿和呼吸道循环衰竭而致死亡接触致死量时，事故发生后4至11日死亡。人的镍中毒特有症状是皮肤炎、呼吸器官障碍及呼吸道癌。

致突变性：肿瘤性转化：仓鼠胚胎5µmol/L。

生殖毒性：大鼠经口最低中毒剂量（TDL0）：158mg/kg（多代用），胚胎中毒，胎鼠死亡。

致癌性：IARC致癌性评论：动物为阳性反应。

迁移转化：天然水中的镍常以卤化物、硝酸盐、硫酸盐以及某些无机和有机络合物的形式溶解于水。水中的可溶性离子能与水结合形成水合离子(Ni(H2O)6)2+，与氨基酸、胱氨酸、富里酸等形成可溶性有机络离子，它们可以随水流迁移。镍在水中的迁移，主要是形成沉淀和共沉淀以及在晶形沉积物中向底质迁移，这种迁移的镍共占总迁移量的80%；溶解形态和固体吸附形态的迁移仅占5%。为此，水体中的镍大部分都富集在底质沉积物中，沉积物含镍量可达18～47ppm，为水中含镍量的38000～92000倍。土壤中的镍主要来源于岩石风化、大气降尘、灌溉用水（包括含镍废水）、农田施肥、植物和动物遗体的腐烂等。植物生长和农田排水又可以从土壤中带走镍。通常，随污灌进入土壤的镍离子被土训无机和有机复合体所吸附，主要累积在表层。

来源及用途

元素来源：矿石经煅烧成氧化物后，用水煤气或碳还原而制得。

元素用途：主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，如镍钢、铬镍钢及各种有色金属合金，含镍成分较高的铜镍合金，就不易腐蚀。也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿、电子线路、玻璃着绿色以及镍化合物制备等等。具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍,尤指用作氢化的催化剂)，可用来制造货币等，镀在其他金属上可以防止生锈。

储运条件

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂、酸类等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。

制备方法

1.电解法。将富集的硫化物矿焙烧成氧化物，用炭还原成粗镍，再经电解得纯金属镍。

2.羰基化法。将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍，加热后分解，又得纯度很高的金属镍。

3.氢气还原法。用氢气还原氧化镍，可得金属镍。

4.在鼓风炉中混入氧置换硫，加热镍矿可得到镍的氧化物。而此种氧化物再和与铁反应过的酸液进行作用就能得到镍金属。

5.矿石经煅烧成氧化物后，再用水煤气或炭还原得到镍。

基本知识

在自然界，最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家，在多米尼加也有大量的镍矿。

金属镍主要用于电镀工业，镀镍的物品美观、干净、

镍大量用于制造合金。在钢中加入镍，可以提高机械强度。如钢中含镍量从2．94％增加到了7.04％时，抗拉强度便由52．2公斤／毫米2增加到72．8公斤／毫米3。镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。含镍36％、含碳0.3-0．5％的镍钢，它的膨胀系数非常小，几乎不热胀冷缩，用来制造多种精密机械，精确量规等。含镍46％、含碳0．15％的高镍钢，叫“类铂”，因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似，这种高镍钢可熔焊到玻璃中。在灯泡生产上很重要，可作铂丝的代用品。一些精密的透镜框，也用这种类铂钢做，透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。由67．5％镍、16％铁、15％铬、1．5％锰组成的合金，具有很大的电阻，用来制造各种变阻器与电热器。

钛镍合金具有“记忆”的本领，而且记忆力很强，经过相当长的时间，重复上千万次都准确无误。它的“记忆”本领就是记住它原来的形状，所以人们称它为“形状记忆合金”。原来这种合金有一个特性转变温度，在转变温度之上，它具有一种组织结构，而在转变温度之下，它又有另一种组织结构。结构不同，性能也就不同。例如：一种钛镍记忆合金，当它在转变温度之上时，很坚硬，强度大，而在这个温度以下，它却很软，容易冷加工。这样，当我们需要它记忆什么形状时，就把它做成那种形状，这就是它的“永久记忆“形状，在转变温度以下，由于它很软，我们便可以在相当大的程度内使其任意变形。而当需要它恢复到原来形状时，只要把它加热到转变温度以上就行了。

镍具有磁性，能被磁铁吸引。而用铝、钴与镍制成的合金，磁性更强了。这种合金受到电磁铁吸引时，不仅自己会被吸过去，而且在它下面吊了比它重六十倍的东西，也不会掉下来。这样，可以用它来制造电磁起重机。镍的盐类大都是绿色的。氢氧化镍是棕黑色的，氧化镍则是灰黑色的。氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。二价镍离子常用丁二酮肟来鉴定,在氨性溶液中，镍离子(Ni2+)与丁二酮肟(Dimethylglyoxime)生成鲜红色沉淀(Ni(dmgH)2)。

市场发展

2006年1-12月，中国镍累计产量为111280.01吨，与2005年同期相比增长了22.07%；2007年1-12月，中国镍累计产量为115772.10吨，与2006年同期相比增长了8.51%；2008年1-10月，中国镍累计产量为112209.99吨，与2007年同期相比增长了8.99%。

中国镍行业在不断发展的同时，也存在一些问题，如镍矿中多为低品味，露采比例很小，可采储量仅占总储量的10%，开采和冶炼的技术相对较为落后；选矿一般采用弱酸或弱碱介质浮选工艺，选矿能力为430万吨/年；中国镍冶炼除几家大型企业以外普遍采用火法的选锍熔炼技术，精炼镍主要采用硫化镍阳极隔膜电解和硫酸选择性浸出——电积工艺，与世界先进技术还有一定差距，因此中国开采和冶炼的成本居高不下。

2010年预计中国镍消费量将达到40万吨/年以后，中国将成为世界最大的镍消费国。2010年中国镍金属基础储量只有230万吨左右，2010-2013年来中国镍矿勘探没有重大进展，如果就按照这样消费下去的话，10年后中国的镍矿资源将逐渐消耗殆尽。

2012年10月5日，中国新疆省地矿部门和矿产企业经4年勘查，在新疆若羌县发现百万吨级特大型镍矿，已探得镍金属资源量128万吨。

《2013-2017年中国金属镍行业全景调研及投资前景预测报告》资料显示，中国和美国为最大消费国。Higo称，2013年中国镍生铁产量将增至35万吨。镍生铁为低级铁矿石的替代品。中国不锈钢生产商镍生铁使用量增加将抑制其对镍的风险偏好，拖累镍价。他表示，中国需求将增加8.5%至83万吨，而包括生铁在内的产量将增长10%至54万吨。中国需求占全球总量的47%。

截至2013年5月23日，中国库存180，024吨。2013年全球不锈钢产量或自1月预估增长1.7%至3，650万吨。中国产量将增加3.7%至1，680万吨。根据国际不锈钢论坛，亚洲不锈钢产量占全球总量的70%。

中国镍供给有两个部分组成，一部分是新产镍精矿供应，这部分占镍总供给量的72.9%，另一部分来自再生镍占27.1%，随着经济建设和钢铁工业的发展，镍的需求量不断增加。

南非：Nkomati镍矿，位于南非共和国东部Mpumalanga地区，距离约翰内斯堡300公里处，1997年投产，为南非的第一座镍矿。分为两个矿床：高含量矿、低含量矿。高含量矿送至Rustenburg冶炼厂进行冶炼，低含量矿送至博斯瓦纳和津巴布韦进行冶炼。2007年进行扩产可行性研究，预计2010年扩产项目投产。2010年产能与产能4000吨左右（金属量）。扩产后，开采寿命将从2023年延长至2030年，并将逐步改为露天开采。

市场发展

库存创纪录

2013年5月23日数据显示，库存达到创纪录的180,024吨。

《2013-2017年中国金属镍行业全景调研及投资前景预测报告产业洞察》资料显示，中国和美国为最大消费国。中国今年镍生铁产量将增至35万吨。镍生铁为低级铁矿石的替代品。

中国不锈钢生产商镍生铁使用量增加将抑制其对镍的风险偏好，拖累镍价。他表示，中国需求将增加8.5%至83万吨，而包括生铁在内的产量将增长10%至54万吨。中国需求占全球总量的47%。

2013年全球不锈钢产量或自1月预估增长1.7%至3,650万吨。中国产量将增加3.7%至1,680万吨。亚洲不锈钢产量占全球总量的70%。