Niken là một nguyên tố hóa học kim loại, số thứ tự ở trong bảng tuần hoàn hóa học là 28 và ký hiệu là Ni.
Niken là gì? Mọi thứ cần biết về Niken
Niken là gì?
Niken là một kim loại có màu trắng bạc, bề mặt bóng và láng. Niken là kim loại nằm trong nhóm sắt từ. Đặc tính cơ học của chúng: cứng, dễ uốn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Trong tự nhiên, niken thường xuất hiện dưới dạng hợp chất cùng với lưu huỳnh trong khoáng chất millerit, cùng với asen trong khoáng chất niccolit, và cùng với asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken.
Khi ở điều kiện bình thường, nó ổn định trong không khí và trơ với ôxi nên thường được sử dụng để làm những đồng tiền xu nhỏ, bảng kim loại, đồng thau, v.v.., cho những thiết bị hóa học, và trong một số hợp kim, như bạc Đức (German silver). Niken có từ tính, và chúng thường hay được dùng chung với cô ban, cả hai đều được tìm thấy ở trong sắt từ sao băng. Nó chính là thành phần chủ yếu có giá trị cho hợp kim mà nó tạo nên.
Niken là một trong 5 nguyên tố sắt từ. Số ôxi hóa phổ biến của niken là +2, mặc dù 0, +1 và +3 của phức niken cũng đã được tìm thấy.
Lịch sử của Niken
Niken đã được tìm thấy và sử dụng từ rất lâu, có thể là từ năm 3500 trước Công nguyên. Đồng lấy từ Syria có chứa niken lên đến 2%. Hơn nữa, có nhiều bản thảo ở Trung Quốc nói rằng “đồng trắng” đã được dùng ở tại phương Đông từ năm 1700 đến 1400 trước Công nguyên. Loại đồng trắng Paktong này đã được xuất khẩu sang Anh vào đầu thế kỷ XVII, nhưng lượng niken trong hợp kim này không được phát hiện tận cho đến năm 1822 mới được tìm thấy.
Vào thời kỳ Đức trung cổ, loại khoáng vật màu đỏ được tìm thấy trong Erzgebirge giống như quặng đồng. Tuy nhiên, khi người thợ mỏ không thể tách được bất kỳ loại đồng nào từ chúng, thì họ đổ lỗi cho một yêu tinh hay phá hoại trong thần thoại của Đức. Họ gọi quặng này là Kupfernickel. Trong tiếng Đức thì Kupfer có nghĩa là đồng.
Quặng này hiện tại gọi là niccolit, là một loại arsenide niken. Năm 1751, Baron Axel Frederik Cronstedt đã cố gắng tách đồng từ kupfernickel, nhưng chỉ thu được một kim loại màu trắng mà ông gọi chất này là niken. Tiền xu đầu tiên bằng niken nguyên chất được tạo ra vào năm 1881 tại Thụy Sĩ.
Ứng dụng của niken
Khoảng 65% niken được tiêu thụ ở phương Tây được dùng để làm thép không rỉ. 12% dùng để làm “siêu hợp kim”. 23% còn lại dùng trong luyện thép, chất xúc tác và các hóa chất khác, pin sạc, đúc tiền, sản phẩm đúc, và bảng kim loại. Tiêu thụ lớn nhất niken là đất nước Nhật Bản, tiêu thụ 169.600 tấn mỗi năm (2005).
Các ứng dụng của niken bao gồm:
- Thép không rỉ và các chất hợp kim chống ăn mòn.
- Hợp kim Alnico dùng để chế tạo nam châm.
- Hợp kim NiFe – Permalloy thường được dùng làm vật liệu từ mềm.
- Kim loại Monel là hợp kim đồng-niken chống ăn mòn rất tốt, được dùng để làm chân vịt cho thuyền và máy bơm trong công nghiệp hóa chất.
- Dùng làm pin sạc, như pin niken-cadmi (NiCd) và pin niken kim loại hiđrua (NiMH).
- Chế tạo những đồng tiền xu.
- Được dùng làm điện cực.
- Dùng trong nồi nấu hóa chất bằng kim loại tại phòng thí nghiệm.
- Dùng làm chất xúc tác cho quá trình hiđrô hóa (no hóa) dầu thực vật.
Tách và tinh chế Niken
Niken có thể được chế tạo bằng phương pháp luyện kim. Các quặng chứa ôxít hay hiđrôxit được tách ra bằng phương pháp thủy luyện, và quặng giàu sulfua được tách ra bằng phương pháp nhiệt luyện hoặc thủy luyện. Quặng giàu sulfua đã được tạo ra bằng cách áp dụng quy trình tuyển quặng.
Tách niken từ quặng thuận lợi trong việc nung và giảm việc xử lý đạt hiệu suất cao với độ tinh khiết trên 95%. Quá trình tinh chế cuối cùng đạt được độ tinh khiết lên tới 99,99% diễn ra bởi sự phản ứng giữa niken và cacbon mônôxít để tạo thành hợp chất niken cacbonyl. Khí này được đưa vào một bình lớn với nhiệt độ rất cao. Niken cacbonyl sẽ được tách ra và đựng vào trong các quả cầu niken. Việc tổng hợp cacbon mônôxít sẽ được tái tạo qua quá trình này.
Nước sản xuất niken lớn nhất là Nga khi tách 267.000 tấn niken mỗi năm. Úc và Canada là hai nước đứng thứ hai và ba, tạo ra 207 và 189,3 ngàn tấn mỗi năm.
Niken có độc không?
Đối với sức khỏe con người, niken là một kim loại có hai mặt. Như chúng ta đã biết, trong một số thực phẩm mà chúng ta ăn hàng ngày, một lượng nhỏ niken đóng vai trò rất cần thiết trong cơ thể của ta. Chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất dinh dưỡng, đặc biệt là protein, góp phần tạo ra các lipid và hormone quan trọng. Niken có thể được tìm thấy lượng nhỏ trong các loại hạt, đậu, chocolate…
Tuy nhiên, nếu dung nạp hoặc tiếp xúc với lượng niken quá lớn sẽ dẫn đến ngộ độc niken. Triệu chứng dị ứng niken ta thường thấy khi đeo những đồ trang sức giả, nút, phụ kiện quần áo hoặc tiếp xúc niken qua da. Thường triệu chứng sẽ xuất hiện như phát ban tại chỗ, ngứa, viêm da tiếp xúc… Ngộ độc niken nặng hơn có thể gây ra các tổn thương đến thận, gan, phổi.
Các hợp kim của Niken
- Hợp kim Niken-Crom: Các mác của hợp kim này là 600, 625, 601… Với hàm lượng niken lớn hơn 50%, chúng có được độ chống ăn mòn tốt cũng như độ chịu nhiệt và chịu lực rất tốt.
- Hợp kim Niken-sắt-crom: Các mác của hợp kim thường thấy chính là 800H, 800HT. Hợp kim này có hàm lượng niken nhỏ hơn 50%, vì thế những đặc điểm như sự chống oxy hoá, độ chịu nhiệt, chịu lực cũng nằm ở mức trung bình.
- Hợp kim Niken-đồng: Ngoài hai nguyên tố này, còn có một ít hàm lượng sắt, silicon, Magie và caron. Tỉ lệ niken tồn tại trong hợp kim là lên đến 70%. Đây là một loại hợp kim được sử dụng ở những môi trường khắc nghiệt, môi trường nước biển hay môi trường tiếp xúc với hóa chất và thí nghiệm vì mức độ của chống oxy hóa của nó rất cao. Các mác hợp kim phổ biến là 401, 404, 405…
Quá trình mạ niken
Mạ niken là phủ một lớp niken lên trên bề mặt các kim loại như sắt thép nhằm giúp cho bề mặt đẹp hơn sáng bóng hơn, sạch sẽ hơn, chống oxy hoá và làm gia tăng giá trị sản phẩm hơn.
Có nhiều phương pháp để mạ niken như mạ bóng, mạ niken-crome, mạ mờ, mạ niken hóa học. Trước giai đoạn mạ, người ta còn phải tiến hành làm sạch và làm nhẵn bề mặt kim loại, rửa bằng dầu và điện hoá một cách rất công phu. Sau đó mới có thể bắt đầu mạ niken nhằm đạt chất lượng tốt nhất.
Mạ niken được ứng dụng nhiều trong những ngành trang sức, phụ kiện may mặc, trang trí, giá, kệ… nhằm tiết kiệm được kha khá giá thành nguyên vật liệu và còn giúp sản phẩm tốt, bền và thẩm mỹ hơn.
Vai trò quan trọng của Niken đối với thép không gỉ
Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của niken là tham gia như một thành phần vô cùng quan trọng để sản xuất loại thép không gỉ, đặc biệt là thép không gỉ Austenitic. Cũng như crom, niken đóng vai trò khá quan trọng và là nguyên tố không thể thiếu để cấu thành nên những đặc tính nổi trội của loại thép không gỉ mà ta biết như ngày nay.
Niken giúp tạo ra được bề mặt bóng láng đẹp cho thép không gỉ. Các tính chất cơ lý hóa của thép càng được ổn định và bền đẹp theo thời gian nhờ sự có mặt của niken. Ngoài ra, đây còn là một yếu tố giúp nâng cao khả năng chống oxy hóa của thép nhờ vào tính trơ của nó với oxy. Vì thế, thép không gỉ sẽ không dễ bị ăn mòn bởi môi trường tác động.
Trong thép không gỉ, tùy từng mác thép, tỉ lệ niken sẽ rất khác nhau. Phần trăm niken càng cao thì độ bền của lại nó càng lớn. Có thể nói, những đặc điểm tuyệt vời mà thép không gỉ đã đem đến cho đời sống chúng ta hiện nay không thể không có sự đóng góp to lớn của chất niken. Do đó, Niken đóng vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất loại thép không gỉ.
