أرشيف النيكل - تعليم الجزائر

كان النيكل حتى مطلع القرن الماضي ، يعتبر من الفلزات الثمينة ، وكانت النساء تتباهى بالتزين به بارتدائه تارة على الصدر او تاجا على الرأس تارة اخرى. ولصعوبة استخراجه لم تتوفر منه سوى كميات ضئيلة كان الصاغة وصناع الحلي والزينة يتسابقون على الاستيلاء عليها . ومع هذا الفلز الابيض الفضي الذي تتخلله ظلال خفيفة جدا من اللون البني ، كان لنا هذا الحوار .

1- لماذا يطلق عليك اسم “الشيطان النحاسي” ؟

– هذه التسمية غير صحيحة ، وقد اطلقت علي بسبب الجهل ، حيث كان عمال المناجم في سكسونيا ، يعثرون غالبا على معدن احمر اللون ، فيظنون خطأ بانه خام نحاسي . ولفشل خبراء التعدين في الحصول على النحاس من هذا “الخام النحاسي” اعلنوا ان السبب في ذلك يعود الى عمل تخريبي تقوم به “نيك” تلك الروح الشريرة التي استوطنت في الاحجار الشطانية ،ولا ترغب في التخلي حتى عن اونصه واحدة مما تملكه من النحاس .وهذه التسمية مشتقة من الجملة الالمانية “kupfer nickel ” حيث تعني كلمة nickel باللغة الالمانية النحاس ، وتعني كلمة kupfer الشيطان ..

“خام البنتتلانديت احد خامات النيكل “

بيد ان الكيميائي السويدي كرونستد (Axel Fredrik Cronstedt ) لم يقتنع بهذا التعليل لانه لا يؤمن بالخرافات ولا يخاف “الشياطين” وتابع دراسته على ذلك المعدن الاحمر ، وتمكن في نهاية الامر من الحصول على عنصر جديد اطلق عليه اسم “النيكل” .

– ما هي قصة سبيكة “النيتينول” ؟

– مع ان عدد سبائكي التي تستخدم في الصناعة والحلي والمجوهرات والحياة اليومية ، يزيد على 3000 سبيكة مختلفة ، الا ان اكثرها اهمية هي سبيكة “النيتينول” التي تتألف من 55% نيكل و 45% تيتانيوم . وقد صنعت هذه السبيكة لاول مرة في احد المختبرات الامريكية ، في بداية الستينات ، وتتميز هذه السبيكة بخفتها ومتانتها ، ولدوو نتها ، ومقاومتها للتآكل ، اضافة إلى “موهبة” رائعة كشفتها التجارب ، حيث اظهرت هذه السبيكة قدرة خارقة على “تذكر” ماضيها .

3- هل يعقل ان تتميز سبيكة “بتذكر” ماضيها ؟

– هذا ما اثبتته التجربة ، حيث قام العلماء بتسخين لولب مصنوع من هذه السبيكة حتى درجة (159م) ثم تركوه ليبرد . وبعدها علقوا به ثقلا جعله يمتط ويتحول الى سلك مستقيم تماما . ثم ظهرت الاعجوبة عندما سخن هذا السلك مرة اخرى إلى درجة (95م) : اذ تحول على مرأى من الحاضرين الى هئيته السابقة وعاد لولبا كما كان اصلا !! واعيدت التجربة مرة تلو الاخرى ، على اشكال مختلفة من هذه السبيكة التي كانت “تتذكر ” شكلها الاصلي ، وتعود اليه فور انتهاء التجربة وفي احدى المرات ، اخذ سلك من هذه السبيكة ولف بحيث شكلت منه كلمة “نيتينول” ثم سخن وترك فترة ليبرد . فإذا بشكله يتشوه ويصبح كتلة متشابكة لا تمت الى الشكل الاصلي بأية صلة ، ولكن ما ان مرر العلماء تيار كهربائي قوي جعلته يسخن فورا ، حتىعاد من جديد الى وضعه الاصلي مؤلفا الكلمة “نيتينول” !!
ولم يجد العلماء تفسيرا دقيقا لهذه الظاهرة ، ولكنهم توصلوا الى استخدام هذه السبيكة في اكثر من 100 تطبيق عملي .

– يقال : ” لولا النيكل ، لما استطاع العلماء الحصول على الشحوم الجامدة من الزيوت النباتية السائلة ” . فما مدى صحة هذا القول ؟

– هذا القول مطابق للواقع . ففي تسعينات القرن الماضي توصل العالمان الفرنسيان ساباتيه وسندرن الى انه يمكن الحصول على الشحوم الجامدة من الزيوت النباتية السائلة ، إذا امكن ضم كمية معينة من الهيدروجين الى حزئ الزيت النباتي . ولكن المعضلة تمثلت في عدم تفاعل غاز الهيدروجين مع الزيت النباتي . وبعد تجربة اضافة مواد مختلفة تحفز على التفاعل ، لم يتمكن العالمان من تحقيق هدفها المنشود ، الا باستخدام مسحوق دقيق من النيكل . وهكذا اصبح الشحم الناتج من هذه العملية يستخدم في صناعة المارجرين الذي سمي بهذا الاسم تشبيها له باللؤلؤ ، اذ ان كلمة ” margaros ” باللاتينية ، تعني اللؤلؤ .
5- هل انت متوافر بكثرة في الكرة الارضية ؟

– تبلغ نسبتي في القشرة الارضية 0,008% ،ونسبتي اكبر من نسبة النحاس والزنك والرصاص .

6- الا تعتبر هذه النسبة قليلة ؟

– اطلاقا . اذ ان الكمية الاجمالية في القشرة الارضية تقدر بحوالي (10 اوس 15) . ولنفرض ان احدا منكم خطر بباله ان يطلي سطح الكرة الارضية بالنيكل ، فهل تكفيه هذه الكمية ؟
يدل الحساب البسيط ان هذه الكمية تكفي لطلاء الارض ، اضافة الى “2000 كوكب كروي” آخر مثل الكرة الارضية !

البيريليوم Beryllium

النيكل

Ni

العدد الذري :
28
عدد الكتلة :
58.6934
درجة الانصهار :
1453 درجة مئوية
درجة الغليان :
2732 درجة مئوية
الكثافة :
8.902 جم/سم3
السالبية الكهربية :
1.8
نصف القطر الذري :
1.24 أنجستروم
التكافؤ :
3,2
النظائر :
% ,26.2 % 1.2 % 3.6 % 0.9 % ) على التوالي . ايضاً يمكن انتاج نظائر مشعة صناعياً بأعداد كتلية ( 56 ,57 , 59 , 63 , 65 , 66 , 67 )
التركيب الالكتروني :
Ar] 3d8.4S2]

تاريخ النيكل ووجوده في الطبيعة

ألف الصينيون النيكل ـ دون ان يكتشفوه ـ قبل الميلاد ( العصور الوسطى ) كمكون أساس لمادة ” باي ثنق ” (Pai – Thung ) التي تعني النحاس الأبيض , والتي تتكون من 40 % نحاس , 32 % نيكل , 25 % زنك , 3 % حديد , وتشبه الفضة في شكلها . ومنذ ذلك الحين لم تظهر مادة ( باي ـ ثنق ) في اوروبا الا بعد النصف الأخير من القرن الثامن عشر الميلادي وبكميات قليلة . وقد كان الإعتقاد السائد في اوروبا آنذاك ان النيكل هو نفسه خام النحاس , بسبب التشابه الكبير بينهما في الشكل الخارجي والمظهر الطبيعي , ولهذا السبب لم يكن من السهل اختزال خام النيكل لإنتاج الفلز مما جعل الألمان يطلقون على الخام اسم ” كيبفر ـ نيكل ” ( Kupfer – Nickel ) حيث ترادف كلمة ( Nickel ) بالالماني كلمة نحاس بينما تعني كلمة ( Kupfer ) الألمانية ” الشيطان ” وقد جاءت تلك التسمية لإعتقاد الناس حينها ان الشيطان لا يسمح باستخلاص النحاس من تلك الخامة مما جعلهم يعتقدون ان تلك المادة الجديدة عبارة عن نحاس زائف , وقد كان هذا الإعتقاد سبباً في الإكتفاء بكلمة ( Nickel ) كإسم لهذا الفلز بواسطة العالم السويدي أكسيل كرونستد ( Axel Cronstedt ) الذي أفلح في استخلاص فلز النيكل ـ ولكن بصورة غير عالية النقاوة ـ من خام الجرسدورفايت والتعرف عليه عام 1751 م , وفي عام 1775 م تمكن بيرجمان ( Bergmann ) من التعرف على النيكل كفلز منفصل يختلف عن النحاس . تلا ذلك عام 1804 م استخلاص فلز النيكل بدرجة نقاوة عالية بواسطة الكيميائي ريتشر ( Richter ) مما جعله يلم بتفاصيل اكثر عن صفاته الكيميائية , والفيزيائية ممهداً الطريق لوضع الفلز ضمن المجموعة الفرعية الثامنة من مجموعات العناصر الإنتقالية التي تقع بين المجموعتين الرئسيتين الثانية والثالثة من الجدول الدوري للعناصر , بعد الحديد والكوبلت , الذين يشبهانه في كثير من الصفات .
وقد ساعد التشابه الكبير بين الفضة وسبيكة النحاس ـ نيكل المعروفة ( بالنحاس الأبيض ) التي كان ينتجها الصينيون منذ العصور الوسطى في ازدهار تجارة النيكل , خاصة وان السبيكة المشار اليها اقل ثمناً من الفضة , حيث شهدت الفترة من 1830 الى 1839 م انتاج كميات تجارية من تلك السبيكة في المانيا وانجلترا , اطلق عليها الفضة الألمانية ( German Silver ) اولاً وفضة النيكل ( Nickel Silver ) لاحقاً .
تلا ذلك تطور هام في صناعة السبائك المحتوية على النيكل عندما اصدرت الولايات المتحدة الأمريكية عام 1851 م عملة من سبيكة نحاسية تحتوي 12% نيكل , ثم تبعتها دول اخرى لتزدهر تجارة النيكل بشكل ملحوظ .

يعتبر معدن النيكل العنصر الثاني والعشرين من حيث الوفرة في القشرة الأرضية .
كما يعد المعدن السابع بالنسبة لوفرة العناصر الانتقالية .
بالرغم من وجود كثير من المعادن التي تحتوي على عنصر النيكل , الاان معادن الكبريتيد والأكاسيد تعد أهم المعادن الرئيسية اقتصادياً .

خامات الكبريتيدات

تشكل معادن الكبريتيدات حوالي 20 % من خامات انتاج النيكل في العالم , ولكن يقدر انتاجها من الفلز بأكثر من 60 % حيث ينتج الباقي من خامات الأكاسيد التي تشكل الغالبية العظمى ( 80 % ) من مصادر خام الفلز .
ومقارنة بالكبريتيدات الأخرى المحتوية على فلز النيكل يعد معدن البنتلانديت( ” Pentlandite ” ( Ni,Fe)9S8 ) أهم مصدر لانتاج النيكل .

حيث يتم منه انتاج اكثر من 59 % من فلز النيكل في العالم .
وعلى الرغم من اهمية البنتلانديت كمصدر أول للنيكل الا ان معادن
البايرهوتيت ( Fe2S8 ـPyrrhotite )

والكالكوبيرايت ( Chalcopyrite “CuFeS” )

لا تقل أهمية كمصدر للنيكل بسبب احتوائها على كميات قليلة من الفلز .
وياتي في المرتبة الثانية من حيث الأهمية خامات كبريتيدية أخرى مثل البيرايت ( FeS2 ) والكيوبانيت ( CuFe2O3 ) والفايولارايت ( NiFeS )

الخامات الأكسجينية

تتكون خامات النيكل الأكسجينية نتيجة تجوية صخور البريدوتايت ( Peridotite )

الى معدن الأوليفين ( Olivine ) ـ سيليكات مغنسيوم حديد ـ الذي يحتوي على 0.3 % من النيكل .

استخلاص النيكل

تختلف طرق استخلاص فلز النيكل حسب طبيعة الخام ـ كبريتيدي ام أوكسجيني ـ وتركيز النيكل فيه , وكمية وانواع الشوائب المصاحبة . ويمكن تقسيم تلك الطرق حسب نوع الخام الى ما يلي :

إستخلاص النيكل الكبريتيدي

يستخلص اكثرمن 90 % من خام النيكل الكبريتيدي بواسطة التعدين الحراري .
ورغم وجود عدة طرق للإستخلاص بواسطة التعدين , الا انها لا تختلف من حيث الخطوات الرئيسية التي تشمل التمحيص , والصهر , والتحويل .
يبدأ الاستخلاص بالتعدين الحراري بعمليات التكسير والطحن لفصل جزء كبير من الكبريتيدات عن بعضها البعض , تمهيداً لفصل اكبر جزء من كبرتيد الحديد بالفصل المغناطيسي ويلي ذلك اضافة الماء للخام الناتج لفصل كبريتيد النيكل من كبرتيد النحاس بالتعويم , حيث يبقى كبرتيد النحاس في القاع لكبر كثافته النوعية , ويطفو كبرتيد النيكل مع الرغوة .
تبدأ بعد ذلك عملية تمحيص خام النيكل الناتج عن درجة حرارة 600 ـ 700 درجة مئوية في وجود الهواء , ليتم اكسدة جزء كبير من كبرتيد الحديد المتبقي ضمن الخام حيث ان درجة الحرارة المذكورة لا تسمح بأكسدة كبريتيدات النحاس والنيكل لألفة كبريتيد الحديد للأكسدة مقارنة بالكبريتيدات المذكورة . يتم بعد ذلك ضغط الخليط في قوالب للصهر والإختزال في فرن دوار لانتاج خليط من كبريتيد النحاس والنيكل يطلق عليه المت ( Matte) . ينقل الخليط الى مفاعل محول ( Converter ) ليتم التخلص من الحديد المتبقي ـ على هيئة خبث من اكسيد الحديد ـ بواسطة الصهر عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية وفي وجود الهواء , ويلي ذلك تبريد تدريجي للناتج للحصول على بلورات كبريتيدي النحاس والنيكل وسبائكهما , ثم تخضع البلورات الى عمليات تكسير وطحن , ليتم فصل كبريتيد النحاس من كبريتيد النيكل بطريقة التعويم . بعدها يمحص كبريتيد النيكل في وجود الهواء ليتم اكسدته الى اكسيد النيكل الذي يضاف اليه الكربون مع الكبس والضغط ويحفظ في قوالب ليتم تسخينه لانتاج فلز النيكل بدرجة نقاوة حوالي 99 % .

إستخلاص النيكل الأكسجيني

يستخلص النيكل الأكسجيني بشكل عام عن طريق الصهر حيث يتم اولاً ازالة محتوى الخام من الماء ( في هيئة ماء حر او هيدروكسيد ) , عن طريق التجفيف عند درجة حرارة 250 درجة مئوية . ثم يحول الخام الناتج الى فرن عند درجة حرارة 800 ـ 900 درجة مئوية لازالة المزيد من الماء , يلي ذلك صهر الخام عند درجة حرارة اكثر من 1450 درجة مئوية , ليتم حجز الناتج على هيئة حديد نيكل
( 24 % نيكل , 69 % حديد , 2 % كربون , 3 % سيليكون , 1.5 % نحاس , نسبة قليلة من الفسفور ) , ويخضع الخام الناتج الى عملية تنقية يتم بموجبها ازالة الكربون والكبريت والسليكون والفسفور ، يلى ذلاك صهر الناتج فى وجود الكبريت لتحويل الخام الى كبربتيدات ، والحديد والنيكل ،بعدةا يضخ الهواء على مصهور الكبريتيدات ليتم اكسدة الحديد وازالتة ليبقى المت (75% ـ 80% نيكل ، 1 ـ4% حديد ،20 % كبريت 0.4 ـ 1.7 كوبلت ) الذي يعالج لاستخلاص النيكل النقي .
كذلك يمكن استخلاص النيكل الأكسجيني عن طريق الصهر المائي الذي يتم بشكل عام حسب الخطوات التالية :

1 ـ تحميص الخام في وجود حامض الكبريت او الكلور .
2 ـ اذابة الناتج بالماء وغسله لاستخلاص محلول كبريتات او كلوريدات النيكل والكوبلت .
3 ـ تحميص الراسب في الخطوة السابقة بالصودا , وإذابة الناتج بحامض الكبريت او الكلور او النيتروجين لاستخلاص محاليل النيكل والكوبلت .
4 ـ ترسيب محاليل النيكل والكوبلت بإضافة كبريتيد الهيدروجين الى الكبريتيدات وذلك عند درجة حرارة 120 درجة مئوية وضغط 10 جوي وفقاً للتفاعلات التالية:

NiSO4 + H2S ——-> NiS + H2SO4

NiCl2 + H2S ——–> NiS + 2HCl

Ni( NO3 )2 + H2S ——–> NiS +2HNO3

تنقية النيكل

رغم ملاءمة النيكل المستخلص بالطرق السابقة للكثير من الصناعات , بسبب نقاوته التي تقارب 99 % الا ان هناك استخدامات خاصة تتطلب مزيداً من النقاوة للفلز , وفي هذه الحالة يمكن اخضاع الفلز إما للتنقية بالمناخل الكهربائية ( Electrolytic Refining ) او التنقية الكربونيلية ( Carbonyl Refining ) .

التنقية بالمناخل الكهربائية

تجري التنقية بالمناخل الكهربائية بوجة عام في وعاء يحتوي على عدة خلايا منخلية ( كهروليتية ) تملأ كل واحدة منها بخليط من كلوريد وكبريتيد الزنك في وجود عدد من المصاعد المصنوعة من فلز او مت النيكل , ويتخلل بين كل مصعدين من المصاعد مهبط مصنوع من النيكل الصافي . ويتم توصيل التيار الكهربائي بين المصاعد والمهابط على التوازي , وعند مروره فإن المصاعد تبدأ في الذوبان على شكل أيونات النيكل ويترسب النيكل النقي على المهابط .

Ni ——–> Ni2+ +2e ( المصعد )

Ni2+ +2e- ——-> Ni ( المهبط )

التنقية الكربونيلية

تعتمد فكرة التنقية بهذه الطريقة على خاصية تفاعل النيكل غير النقي مع أول اكسيد الكربون عند الضغط الجوي العادي , وعند درجة حرارة منخفضة نسبياً ( 40 ـ 80 درجة مئوية ) لتكوين غاز رباعي كربونيل النيكل , وتعود اهمية هذا التفاعل الى انه تفاعل عكوس عند درجة حرارة ( 150 ـ 300 درجة مئوية ) .
ورباعي كربونيل النيكل سائل متطاير درجة انصهاره ( – 19.3 درجة مئوية ) ودرجة غليانه ( 42.5 درجة مئوية ) . ومقارنة بالنيكل فإن اغلب الشوائب الموجودة مع النيكل لا تتفاعل مع أول اكسيد الكربون فضلاً عن ان بعضها مثل الحديد والكوبلت لا تتفاعل بسرعة ولا تكون مواد متطايرة . وعليه يستفاد من التفاعل المذكور لفصل النيكل من شوائبه , ثم استرجاعه مرة اخرى على شكل فلز خالص ( نسبة نقاوة تصل الى 99.95 % ) برفع درجة الحرارة الى ( 150 ـ 300 درجة مئوية ) .

Ni + 4CO ——> Ni(CO)4 ——> Ni + 4CO

تقبلوا تحياتي : عصام