Никель и его соединения
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
°ют в химических реакциях. Однако в образовании химических связей участвуют и электроны 3 d-орбиталей второго снаружи уровня. В своих устойчивых соединениях, эти элементы проявляют степень окисления +2, +3. Образуют оксиды состава RO и R2О3. Им соответствуют гидроксиды состава R(OH) 2 и R(ОН) 3.
Для элементов триады (семейства) железа характерно свойство присоединять нейтральные молекулы, например, оксида углерода (II). Карбонилы Ni(CO)4, Fe(CO)5 (жидкости при t = 20-60C) и Со(СО)8 (кристаллы с t пл >200 C, нерастворимые в воде и ядовитые) используются для получения сверхчистых металлов.
Кобальт и никель менее реакционноспособны, чем железо. При обычной температуре они устойчивы к коррозии на воздухе, в воде и в различных растворах. Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют железо и кобальт, а никель - лишь при нагревании. Концентрированная азотная кислота все три металла пассивирует.
Металлы семейства железа при нагревании взаимодействуют с кислородом, парами воды, галогенами, серой, фосфором, кремнием, углем и бором. Наиболее устойчивыми являются соединения железа (III), кобальта (II) и никеля (II) - для них известны почти все соли.
Железо, кобальт и никель в ряду стандартных электродных потенциалов расположены до водорода. Поэтому они распространены в природе в виде соединений (оксиды, сульфиды, сульфаты, карбонаты), в свободном состоянии встречаются редко - в виде железных метеоритов. По распространенности в природе за железом следует никель, а затем кобальт. Соединения элементов семейства железа в степени окисления +2 сходны между собой. В состоянии высших степеней окисления они проявляют окислительные свойства.
Железо, кобальт, никель и их сплавы - весьма важные материалы современной техники.
Получение
Около 80% никеля от общего его производства (без России) получают из сульфидных медно-никелевых руд. После селективного обогащения методом флотации из руды выделяют медный, никелевый и пирротиновый концентраты.
Никелевый рудный концентрат в смеси с флюсами плавят в электрических шахтах или отражательных печах с целью отделения пустой породы и извлечения Н. в сульфидный расплав (штейн), содержащий 10-15% Ni. Обычно электроплавке (основной метод плавки в России) предшествуют частичный окислительный обжиг и окускование концентрата. Наряду с Ni в штейн переходят часть Fe, Со и практически полностью Сu и благородные металлы. После отделения Fe окислением (продувкой жидкого штейна в конвертерах) получают сплав сульфидов Cu и Ni - файнштейн, который медленно охлаждают, тонко измельчают и направляют на флотацию для разделения Cu, и Ni. Никелевый концентрат обжигают в кипящем слое до NiO.
Ni2S3+O2=NiO+SO2
Металл получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. NiO+C=Ni+CO Из чернового никеля отливают аноды и рафинируют электролитически. Содержание примесей в электролитном никеле. (марка 110) 0,01%. ля разделения Cu и Ni используют также т. н. карбонильный процесс, основанный на обратимости реакции:
+4CO=Ni(CO)4
Получение карбонила проводят при 100-200 атм. и при 200-250С, а его разложение - без доступа воздуха при атмосферном давлении и около 200С.
Разложение Ni(CO)4 используют также для получения никелевых покрытий и изготовления различных изделий (разложение на нагретой матрице). В современных "автогенных" процессах плавка осуществляется за счёт тепла, выделяющегося при окислении сульфидов воздухом, обогащенным кислородом. Это позволяет отказаться от углеродистого топлива, получить газы, богатые SO2, пригодные для производства серной кислоты или элементарной серы, а также резко повысить экономичность процесса. Наиболее совершенно и перспективно окисление жидких сульфидов. Всё более распространяются процессы, основанные на обработке никелевых концентратов растворами кислот или аммиака в присутствии кислорода при повышенных температурах и давлении (автоклавные процессы). Обычно никель переводят в раствор, из которого выделяют его в виде богатого сульфидного концентрата или металлического порошка (восстановлением водородом под давлением). Из силикатных (окисленных) руд никель также может быть сконцентрирован в штейне при введении в шихту плавки флюсов - гипса или пирита. Восстановительно-сульфидирующую плавку проводят обычно в шахтных печах; образующийся штейн содержит 16-20% Ni, 16-18% S, остальное - Fe. Технология извлечения никеля из штейна аналогична описанной выше, за исключением того, что операция отделения Cu часто выпадает. При малом содержании в окисленных рудах Со их целесообразно подвергать восстановительной плавке с получением ферроникеля, направляемого на производство стали.
Для извлечения никеля из окисленных руд применяют также гидрометаллургические методы - аммиачное выщелачивание предварительно восстановленной руды, сернокислотное автоклавное выщелачивание и др.
Неорганические соединения никеля
. Оксиды.
Монооксид никеля(II) NiO образуется в результате реакции никеля с кислородом при нагревании выше 500C.Оксид представляет собой кристаллическое соединение зеленого цвета, нерастворимое в воде. Его применяют в керамическом производстве при изготовлении эмалей и красок и в стекольном производстве для окрашивания стекла в серый цвет.
Сесквиоксид никеля Ni2O3 получают медленным нагреванием нитрата никеля (II) или хлората никеля (II). Прменяют для изготовления анодов щелочных аккумуляторов.
. Гидроксиды.
Гидроксид никеля (II) Ni(OH)2 получают действием