Старейший свердловский врач-отоларинголог В. Б. Бродовский приехал в Институт физики металлов Уральского филиала Академии наук с необычной просьбой. Он просил срочно изготовить несколько мощных постоянных магнитов в виде длинной и прочной проволоки. Такой магнит потребовался врачу, чтобы спасти жизнь маленькому пациенту, у которого глубоко в бронхе находился гвоздь. Попытка удаления гвоздя через бронхоскопическую трубку не удалась. Гвоздь глубоко вошел в стенку бронха, и захватить гвоздь за шляпку с помощью специальных щипцов оказалось невозможным. Через несколько часов в лаборатории магнитных сплавов были изготовлены мощные магниты из специального материала, с помощью которых гвоздь был извлечен, и жизнь ребенка спасена.
Специальный сплав, из которого был изготовлен магнит, содержал один из интереснейших металлов - кобальт. Этот металл применяется для изготовления сплавов с разнообразными и поистине чудесными свойствами. Например, сплав для изготовления постоянных магнитов - кобальтовая сталь содержит 15 % кобальта, 5-9 % хрома, по 1 % вольфрама и углерода. В магнитном сплаве "пермендюр" на долю кобальта приходится 49%.
Помимо сплавов для выработки магнитопроводов, сердечников, постоянных магнитов, применяющихся в медицине, с помощью добавок кобальта получают жароупорные, кислотоустойчивые, химически инертные, сверхпрочные и другие замечательные сплавы. Так, например, сплав "стеллит", содержащий 35% кобальта, столько же хрома, 15% вольфрама, 13% железа и 2 % углерода, имеющий большую твердость, применяется для изготовления наконечников резцов, сверл, долот и т. п. Сверхтвердые сплавы ("победит" и др.), содержащие от 78 до 88% вольфрама, 5-6 % углерода и от 6 до 15 % кобальта, представляют собой сцементированные кобальтом карбиды вольфрама, которые сохраняют свою твердость даже при температурах в 1000°С.
При высоких температурах не только инструментальная быстрорежущая сталь, но даже и "стеллит" заметно уменьшают свою твердость. Сверхтвердые сплавы допускают огромные скорости обработки металла, невозможные для сплавов, не содержащих кобальта. Так называемой ковар, имея одинаковый со стеклом коэффициент расширения, обладает высокой устойчивостью к ртутным парам. Эти свойства дают возможность впаивать "ковар" в стекло, что весьма важно для изготовления электрорадиоаппаратуры и новых источников света.
В природе кобальт встречается, главным образом, в виде соединений в целом ряде минералов. Из них наиболее распространенными являются смальтит (соединение кобальта с мышьяком) и кобальтовый блеск (соединение кобальта с мышьяком и серой). На долю кобальта приходится 0,001 % от общего числа атомов земной коры.
В чистом виде кобальт представляет тягучий, ковкий, внешне похожий на железо металл, более устойчивый к действию воды, воздуха и кислот, чем железо.
Кобальт играет важную роль в биологических процессах. Отсутствие кобальта в пище некоторых животных ведет к серьезным расстройствам их жизнедеятельности.
Кобальт входит в состав витамина В12, в котором содержится 4,5 % кобальта. Это единственный витамин, в состав которого входит металл. Биологическая роль этого витамина очень велика. При отсутствии в организме витамина В12 развивается злокачественное малокровие. Витамин В12 потребляется и микробами, в том числе теми, которые живут в кишечнике человека. Однако у здоровых людей желудочный сок содержит особое вещество (белок апоэритеин), которое, соединяясь с витамином В12, образует новое вещество (эритеин), не воспринимаемое микробами. В некоторых случаях нарушения работа желудка апоэритеин исчезает из желудочного сока, и поступающий с пищей витамин В12 поглощаясь микробами кишечника, в организм человека не поступает, что и ведет к заболеванию злокачественным малокровием.
В настоящее время витамин В12 применяют не только для лечения злокачественного малокровия, а также ряда других заболеваний (астмы, невралгии, сухотки спинного мозга и др.).
В последнее время изотоп кобальта (кобальт с атомным весом 60) используется в медицине как заменитель радия. Облучая в ядерном реакторе металлический кобальт нейтронами, получают радиоактивный кобальт с активностью, соответствующей активности сотен и тысяч граммов радия (на всей Земле добыто не более 1000 г радия). Опыт применения радиоактивного кобальта показал, что его свойства более подходящи для лечебных целей, чем свойства радия. Он дает более однородное по своей энергии гамма-излучение, а бета-лучи кобальта легче поглощаются, чем у радия. Поэтому при лечении кобальтом достигаются лучшие результаты, чем при лечении радием. Распадается радиоактивный кобальт сравнительно медленно: только через 5 лет и 109 с половиной суток его активность снижается наполовину.
Интересно использование кобальта-60, проводивщееся в США в борьбе с насекомыми, и в частности с мухами, путем наводнения естественной популяции мух стерильными мухами мужского пола, производящихся с помощью радиоактивного кобальта на специальной... фабрике мух!
Сущность такого оригинального способа борьбы с мухами же заключается в следующем. На фабрике мух, представляющей собой большое двухэтажное здание, три, миллиона обычных мух откладывают личинки, образующиеся из них куколки выдерживаются в соответствующих условиях до их созревания.
Между прочим, в этот период, а он длится до пяти с половиной суток, потребляется значительное количество продуктов. Так, например, ежедневно требуется 6 т мяса, 5 т воды, 2,5 т говяжьей крови, 2,5 л меда, 30 л плазмы.
За два дня до образования взрослых мух личинки подвергаются облучению кобальтом-60, который применяется в виде полосок размером 32,5х5х0,3 см, покрытых нержавеющей сталью в специальных облучателях. Всего таких облучателей 6, облучение куколок длится 12-14 мин. Появившиеся мухи мужского пола становятся стерильными. Ежедневно производится 10 млн. мух, с самолетов они разбрасываются в необходимых районах из расчета 100-800 мух на квадратный километр. После спаривания стерильных самцов с самками естественной популяции мух яйца, отложенные последними, не развиваются и естественная популяция мух, не пополняясь, быстро сходит на нет.
Название "кобальт" употреблялось с конца XV в. Оно произошло от слова "коболт", что значит горный дух. Мифологическое название металла можно объяснить следующим образом. В природе кобальт встречается в мышьяковистых рудах, из которых нельзя получить его в чистом виде путем обжига, так как при обжиге этих соединений металл превращается в окисел. Так как средневековые рудокопы считали руду, не дающую при обжигании металла, изделием горного духа - коболта (англо-саксонская мифология), то это дало основание для одноименного названия и самого металла.
Ко́бальт — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов, атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum). Простое вещество кобальт (CAS-номер: 7440-48-4) — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Co с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Co с кубической гранецентрированной решёткой, температура перехода α↔β 427 °C.
Происхождение названия
Название химического элемента кобальт происходит от нем. Kobold — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа Кобольда. Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа.
В 1735 году шведский минералог Георг Брандт сумел выделить из этого минерала неизвестный ранее металл, который и назвал кобальтом. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне.
Получение
Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Также используется методы пирометаллургии. Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор, хлорат кобальта (Co(ClO3)2) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе.
Применение
1. Легирование кобальтом стали повышает её жаропрочность, улучшает механические свойства. Из сплавов с применением кобальта создают обрабатывающий инструмент: свёрла, резцы, и.т.п.
2. Магнитные свойства сплавов кобальта находят применение в аппаратуре магнитной записи, а также сердечниках электромоторов и трансформаторов.
3. Для изготовления постоянных магнитов иногда применяется сплав, содержащий около 50 % кобальта, а также ванадий или хром.
4. Кобальт применяется как катализатор химических реакций.
5. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов.
6. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.
7. Радиоактивный кобальт-60 (период полураспада 5,271 года) применяется в гамма-дефектоскопии и медицине.
8. 60Со используется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.
Источник: Википедия
В 1751 г. шведский минералог и химик А. Кронштедт получил металл, который впоследствии назвали никелем, от слова "никель", что означает "ложная медь" (из-за сходства некоторых природных соединений никеля с медными рудами).
В свободном состоянии никель встречается в метеоритах. Однако чаще никель находится в метеоритах в сплаве с железом, где количество никеля может достигать от 5 до 60 %.
На Земле никель почти всегда встречается совместно с кобальтом и главным образом в виде смеси соединений никеля с кобальтом и мышьяком (купферникель), с мышьяком и серой (никелевый блеск), с железом, медью и серой (пентландит) и другими элементами. Наиболее крупные месторождения никеля находятся в Канаде и в Новоэй Каледонии, а также на Урале, в Красноярском крае и на Кольском полуострове.
Несмотря на то, что уральские месторождения были известны еще задолго до революции, в царской России не было никелевого производства. Никель ввозился из-за границы. Первый никелевый завод в СССР вступил в строй в 1934 г.
Получение чистого никеля из природных руд представляет большие трудности, так как приходится отделять никель от почти всегда сопутствующего ему кобальта. Никель и кобальт обладают многими общими свойствами. Так, плотность никеля (8,9) одинакова с плотностью кобальта, атомный вес всего на 0,25 меньше, температура плавления никеля (1455°С) на 40° ниже температуры плавления кобальта, теплопроводность никеля почти равна теплопроводности кобальта. Как и кобальт, никель притягивается магнитом.
В чистом виде никель - серебристо-белый, с легким желтоватым отсветом, металл, который, как и кобальт, хорошо куется и полируется.
Никель применяется для защиты металлов от окисления. Для этой цели электролитическим путем он наносится на поверхность защищаемого металла в виде тонкой пленки (никелирование). Такие никелированные предметы, как чайники, самовары, поручни и ручки в трамваях, автобусах, метро, известны каждому. Однако основное использование никеля - это получение различных сплавов, обладающих разнообразными и очень ценными свойствами.
Один из сплавов никеле в Европе в XIX в. получил название нового серебра (нейзильбер). Этот сплав никеля с медью и цинком, который действительно похож по ряду свойств на серебро, применяется при изготовлении столовой посуды (чайники, самовары, вилки, ложки), а также для выработки деталей машин (краны, вентили и др.) и их отделки.
Другой сплав никеля с медью и цинком называется никелином. Он обладает большим электрическим сопротивлением и используется для изготовления реостатов, эталонных сопротивлений и т. д.
Сплав никеля, хрома, железа и марганца (нихром) с большим электрическим сопротивлением при высокой жароупорности применяется для изготовления спиралей различных электронагревательных приборов (плитки, утюги, кипятильники и т. д.).
Сплав никеля с железом, марганцем и углеродом - инвар (неизменяемый), отличаясь очень малым температурным коэффициентом расширения (в 10 раз меньше, чем у железа), употребляется для изготовления точных измерительных приборов (маятников, мер длины и др.).
Сплав, содержащий 68 % никеля,28 % меди, 2,5 % железа и 1,5% марганца (монельметалл), обладает большой химической устойчивостью и применяется при изготовлении различной аппаратуры и частей ее для химических заводов.
Сплав платинит, в состав которой входит никель и углерод, имеет такой же коэффициент теплового расширения, как и стекло. Поэтому из нее изготовляют различные предметы, вплавляя металл в массу стекла (шприцы, электролампы, химическую аппаратуру и т. п.).
Никель в сочетаниях с другими металлами дает стали с различными свойствами. Одни из сталей обладают необычайной прочностью, другие - вязкостью, третьи - устойчивостью к химическим реагентам и т. д.
Не менее широкое применение в технике находят сплавы "альни", "альнико" и др., обладающие магнитными свойствами.
Сталь, в состав которой входит 9% никеля и 18% хрома, отличается высокой антикоррозионной стойкостью и называется нержавеющей, находит широкое применение для изготовления хирургических инструментов, предметов домашнего обихода и т. п. Нержавеющая сталь применяется в оформлении станций московского метрополитена. Нержавеющая сталь была впервые использована для сооружения монументальной скульптуры (25 м высотой) "Рабочий и колхозница" венчавшей Советский павильон на Всемирной выставке в Париже (1937), а позже установленной в Москве при въезде на ВДНХ.
В некоторых государствах сплав никеля (25%) с медью (75 %) используется для изготовления разменной мелкой монеты.
В мелко раздробленном состоянии никель обладает высокой каталитической активностью. В чистом виде никель употребляется для изготовления лабораторной химической посуды (тигли, шпадели и др.).
Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой защитной плёнкой оксида. Химически малоактивен.
История
Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол». Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зелёный окисел и путём восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста. Никкел — ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искажённого Nicolaus — родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824).
Получение
Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн т., в том числе достоверные — 49 млн.т. Основные руды никеля — никелин (купферникель) NiAs, миллерит NiS, пентландит (FeNi)9S8 — содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают Ni, содержат примеси Co, Cu, Fe и Mg. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в «окисленных никелевых рудах» (ОНР), 33 % — в сульфидных, 0,7 % — в прочих. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые.
Тугоплавкие магнезиальные руды, как правило, подвергают электроплавке на ферроникель (5-50 % Ni+Co, в зависимости от состава сырья и технологических особенностей).
Наиболее железистые — латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % Ni), синтер (89 % Ni), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические никель электролитный, никелевые порошки и кобальт.
Менее железистые — нонтронитовые руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла и/или солей. Ещё один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Англии — до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, пефтях, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены.
«Никель долгое время не могли получить в пластичном виде вследствие того, что он всегда имеет небольшую примесь серы в форме сульфида никеля, расположенного тонкими, хрупкими прослойками на границах металла. Добавление к расплавленному никелю небольшого количества магния переводит серу в форму соединения с магнием, которое выделяется в виде зерен, не нарушая пластичности металла.»
Основную массу никеля получают из гарниерита и магнитного колчедана.
1. Силикатную руду восстанавливают угольной пылью во вращающихся трубчатых печах до железо-никелевых окатышей (5—8 % Ni), которые затем очищают от серы, прокаливают и обрабатывают раствором аммиака. После подкисления раствора из него электролитически получают металл.
2. Карбонильный способ (метод Монда). Вначале из сульфидной руды получают медно-никелевый штейн, над которым пропускают СО под высоким давлением. Образуется легколетучий тетракарбонилникель [Ni(CO)4], термическим разложением которого выделяют особо чистый металл.
3. Алюминотермический способ восстановления никеля из оксидной руды: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3
Источник: Википедия
|
