nikkel

Den langt viktigste anvendelsen av nikkel er som legeringstilsetning for blant annet jern og stål, kobber, sink og aluminium, og som basismetall for superlegeringer for anvendelse ved høye temperaturer. Nikkellegeringene karakteriseres generelt ved korrosjons- og varmebestandighet og har mange anvendelser i blant annet maskiner, motorer, konstruksjoner, elektrisk motstandsmateriale, magneter og myntmetall. Nikrom (nikkel/krom), permalloy (nikkel/jern) og konstantan (nikkel/kobber) er eksempler på legeringer som er teknologisk viktige på grunn av deres elektriske og magnetiske egenskaper.

• Les mer om nikkellegeringer og nikkelstål.

Rent nikkel har forholdsvis begrenset anvendelse, men brukes i store mengder som overflatebelegg på andre metaller (fornikling) for å fremme korrosjonsbestandighet.

Nikkel blir også brukt i visse keramiske materialer, i magneter, og i flere typer batterier, for eksempel nikkel-jernbatteriet (edisonbatteriet) og nikkel-kadmiumbatteriet. Oppladbare nikkel-kadmiumbatterier kan brukes igjen og igjen før de må kasseres.

Finfordelt nikkel blir dessuten brukt som katalysator ved hydrogenering av umettede organiske forbindelser. Et eksempel på en slik hydrogeneringsreaksjon er fettherding – nikkel har tradisjonelt vært den katalysatoren som har vært brukt i margarinproduksjon, også i Norge.

Nikkelsalter kan brukes til å gi en grønn farge til glass.

Nikkel forekommer i mange forskjellige bergarter i naturen som sulfider, arsenider og antimonider, ofte sammen med jern og kobber. Av særlig betydning er kobber-kobolt-nikkelholdig pyrrhotitt (Fe_1−xS) som finnes i store mengder i Ontario i Canada. Den inneholder kobber som chalkopyritt, CuFeS₂, og nikkel som entlanditt, (Ni,Fe)₉S₈, og dessuten spor av gull, sølv og platina. Nikkelinnholdet i disse malmene varierer fra 0,4 til 3 prosent.

Lignende sulfidforekomster finnes også i Russland, Finland, USA og Sør-Afrika. Av andre mineraler basert på sulfider, arsenider og antimonider kan nevnes milleritt, nikkelin (nikkolitt, rødnikkelkis), rammelsbergitt (hvitnikkelkis), NiAs₂, gersdorffitt (arsenikkglans), og ullmannitt (antimon-nikkelglans). Av vesentlig betydning for fremstilling av nikkel er mange malmer som hovedsakelig består av nikkel–magnesiumsilikater og -oksider. Et viktig silikat er garnieritt. Det finnes blant annet i Russland, Brasil og på Filippinene.

Nikkel finnes i de fleste meteoritter. De store mengdene nikkel som finnes i jernmeteoritter (5–20 prosent) benyttes ofte for å skille mellom meteoritter og andre mineraler. Nikkelforekomstene i Sudbury-området i Ontario, som produserer omkring 30 prosent av verdens nikkel, stammer antagelig fra en gigantisk meteorittkollisjon i Jordas tidlige geologiske tidsalder.

Mesteparten av jordklodens nikkel er utilgjengelig for oss – Jordas kjerne antas å bestå av cirka 10 prosent nikkel.

Det utvinnes over 500 000 tonn nikkel på årsbasis i verden, og kjente, lett tilgjengelige forekomster vil vare i minst 150 år til.

Nikkel er et essensielt grunnstoff som mange dyre- og plantearter må ha i spormengder. Behovet er anslagsvis 5 mikrogram om dagen for et menneske. Te inneholder inntil 8 milligram nikkel per kilogram tørkede teblader.

Nikkels biokjemiske betydning var imidlertid ikke allment anerkjent før omkring 1970. Mange viktige enzymer inneholder nikkel. Bakterielle enzymer av slaget hydrogenaser (som oksiderer H₂) inneholder nikkel. Planteenzymer av slaget ureaser – som hydrolyserer urea – inneholder også nikkel. Nikkel finnes også i andre enzymer som karbonmonoksid dehydrogenase, superoksid dismutase og glyoxalase.

Metallisk nikkel ble første gang fremstilt av Axel Fredrik Cronstedt i 1751. Han forsøkte å utvinne kobber fra nikkelin, funnet i en koboltgruve i Hälsingland. I stedet isolerte han det sølvhvite metallet som han gav navnet nikkel i 1754. Datidens kjemikere var skeptiske til hvorvidt nikkel var et nytt metall og ikke bare en blanding av andre, allerede kjente metaller. Det var først i 1775, 10 år etter Cronstedts død, at Torbern Bergman fremstilte nikkel som var rent nok til at det ikke lengre hersket noen tvil om at det var et eget metall.

Metallet har også, sannsynligvis uten å være kjent, vært brukt i form av forskjellige kobberlegeringer langt tilbake i tiden. For eksempel inneholder bronsegjenstander fra Ur (3500 fvt.) og Kisj (3000 fvt.) i Mesopotamia 2–3 prosent nikkel. 4000 år gamle bronsegjenstander fra Mohenjo-Daro i India og fra Egypt inneholder også nikkel, og 2000 år gamle mynter fra kongeriket Baktria i Nord-Afghanistan er laget av en legering med 75–80 prosent kobber og 18–20 prosent nikkel. De har dermed en sammensetning som ligger nær opptil nåtidens nikkelmynter.

I Kina kjente man også tidlig til et kobber-nikkelholdig mineral som ble brukt til å fremstille et hvitt metall, pakfong (av kinesisk paky, 'hvit', og fong, 'kobber').

I moderne tid var det først omkring 1825 at man i Tyskland og Storbritannia lyktes i å fremstille lignende legeringer som blant annet nysølv og alpakka.

I tillegg til at nikkel var brukt som metall, ble nikkelholdige mineraler tidlig brukt til å gi glass en grønn farge.

Nikkelmetall fremstilles ved forskjellige metoder. Kommersiell utvinning av nikkel skjer først og fremst fra sulfidiske malmer som pentlanditt og pyrrhotitt. Malmen anrikes først med mekaniske metoder og blir deretter delvis røstet for å fjerne en del av svovelet. Jernet skilles fra som et silikatslagg, og til slutt fås en såkalt «matte» som inneholder 40–50 prosent nikkel, 20–35 prosent kobber, og noe kobolt og jern – alle hovedsakelig som sulfider – samt sølv og andre edelmetaller.

Matten opparbeides på forskjellig vis. Ved Glencore Nikkelverk AS i Kristiansand er utgangspunktet en råmatte som importeres fra Canada. Nikkel, kobolt, jern og mindre mengder av noen andre metaller utlutes med klorgass til en nikkelkloridløsning. Kobber, svovel og edelmetallene forblir uløst og filtreres fra. De andre metallene skilles fra kloridløsningen gjennom nye rensetrinn, og sluttproduktet er en ren nikkelkloridløsning. Nikkel fremstilles deretter ved elektrolyse, og klorgassen som også dannes, returneres og brukes om igjen for utluting av ny matte.

I mondprosessen fra 1889 blir matten røstet, kobberoksidet fjernes ved utluting med svovelsyre, og den nikkelholdige resten blir deretter redusert med hydrogen eller vanngass. Metallpulveret som dannes blir videre raffinert ved å varme det opp i en strøm av karbonmonoksid ved 60–80 °C. Derved dannes flyktig tetrakarbonylnikkel etter denne reaksjonsligningen:

\[\ce{Ni + 4CO -> Ni(CO)4}\]

Ved oppvarming til 180 °C spaltes karbonylet til nikkelmetall og karbonmonoksid, som resirkuleres og brukes på nytt. Ingen andre metaller danner/spalter karbonyler under samme betingelser, og prosessen gir et svært rent metall (99,90–99,99 prosent).

Garnieritt, som også spiller en viktig rolle i nikkelproduksjon, blir opparbeidet med gips, koks og andre slaggdannende stoffer til en oksidisk matte for viderebehandling. Våtveismetoder, der nikkel felles fra løsninger i vann ved reduksjon med hydrogen ved høye trykk og temperaturer, blir også brukt i nikkelfremstilling.

I siste halvdel av 1800-tallet ble nikkel produsert i betydelige mengder i Norge. Det første nikkelverket var Espedalen nikkelverk, som kom i drift i 1848, og i følgende år ble flere andre anlagt. Produksjonen avtok i og med oppdagelsen av store nikkelforekomster blant annet i Canada og Ny-Caledonia.

Nikkel er et hardt metall som lett kan smis, valses og trekkes. Metallet er temperaturbestandig og reagerer verken med luft eller vann under normale betingelser. Dette er grunnen til at nikkellegeringer er viktige.

Syrer som saltsyre og svovelsyre løser nikkel ved oppvarming og danner grønne løsninger av tilsvarende salter. Rent nikkel løses ikke i konsentrert salpetersyre, fordi metallet da passiveres.

Nikkel reagerer med alle halogenene, men kun meget langsomt med fluor.

Nikkel har vanligvis oksidasjonstall +II i uorganiske forbindelser. Med spesielle oksidasjonsmidler, for eksempel Br₂, Cl₂ eller NaOCl i basiske løsninger, kan nikkel oksideres videre til oksidasjonstrinn +III og under visse forhold til +IV.

Nikkel danner mange kompleks-ioner. I disse er oksidasjonstall +II vanlig, men nikkel kan i komplekser også opptre med oksidasjonstall fra −I til +III.

• nikkelallergi
• nikkellegeringer
• nikkelmalm
• nikkeloksider
• metall
• grunnstoff
• periodesystemet

• Periodesystemet.no: nikkel