Nikkel

Levik

Nikkel on maakoores keskmiselt levinud element. Tuntud on ligi 50 niklimineraali, neist tähtsamad on sulfiidsed ühendid nagu näiteks pentlandiit (FeNi)₉S₈, milleriit NiS, aga ka mõned silikaatsed mineraalid, näiteks garnieriit (Ni,Mg)₆Si₄O₁₀(OH)₈. Niklit toodetakse peamiselt sulfiidsetest vask-nikkelmaakidest (Kanadas, Austraalias ja Lõuna-Aafrikas) või silikaatsest toormest (Uus-Kaledoonias, Kuubal, Filipiinidel, Indoneesias jm). Üldvarusid maismaal hinnatakse 70 miljonile tonnile.

Avastamine ja nimetus

Nikkel oli sulamites (vase ja tsingiga) kasutusel juba Vana-Hiinas üle viie tuhande aasta tagasi. Individuaalsel kujul avastas ja eraldas nikli rootsi mineraloog Axel Fredrik Cronstedt Rootsi looduslikust nikkelarseniidist NiAs 1751. aastal. Seda mineraali tunti juba palju varem saksakeelse nime Kupfernickel all ja seostati kiusliku Saksi mäevaimuga (ligikaudses tõlkes on Kupfernickel "vana Nicki vask"), kes ei lase sellest maagist vaske sulatada. Tegelik põhjus seisnes asjaolus, et Kupfernickel (praeguse nimetusega nikoliit või nikeliin) oli väliselt väga sarnane vasemaagiga, mille koostis on Cu₂O (mõlemad mineraalid on ühesugust punast värvi).
Cronstedti avastus ei leidnud kaua aega tunnustust (teadlane suri enne seda 1765. aastal). Puhtamal kujul eraldas nikli rootsi keemik ja metallurg Torbern Bergman 1775. aastal. Füüsikalised omadused määratles täpsemalt alles 19. sajandi alguses Jeremias Benjamin Richter.

Saamine

Nikli saamise tehnoloogia oleneb suuresti kasutatavast toormest. Rakendatakse nii püro- kui ka hüdrometallurgilisi meetmeid.
Silikaatsed maagid ei ole rikastatavad (kasutada tuleb kogu maaki). Neid töödeldakse loistamisega ning saadakse ebapuhas ferronikkel. Viimasele lisatakse väävliühendeid (FeS₂ või CaSO₄) ja puhutakse konverteris läbi raua eemaldamiseks, peenestatakse ja põletatakse ning moodustunud NiO-st redutseeritakse nikkel.
Sulfiidseid vase-niklimaake töödeldakse nende spetsiifikast olenevalt erinevalt. Maagikontsentraatidele lisatakse sageli SiO₂ ja allutatakse korduvalt paagutamisele ning sulatamisele (sulfiidid redutseeruvad, tekkiv raudoksiid läheb silikaadi moodustumisel räbu koostisesse). Järgneb keerukate sulfiidide (Ni₃S₂, Cu₂S jt) ning metallide (Ni, Cu) segu eraldamine, mis sisaldab sulatamist NaHSO₄-ga jt töötlusi. Lõppfaasis eraldatakse nikkel sageli elektrolüüsiga.

Soolad ja hüdroksiidid

Nikli kõige laialdasemalt kasutatavad ühendid on vees lahustuvad Ni(II) soolad. Nad esinevad enamasti sinakasroheliste või roheliste kristallhüdraatidena, levinumad soolad on kloriid, sulfaat ja nitraat, vastavalt NiCl₂•6H₂O, NiSO₄•7H₂O ja Ni(NO₃)₂•6H₂O. Soolade lahustumisel tekib sinakasroheline lahus (Ni²⁺-iooni värvus).
Leeliste toimel Ni(II) soolade lahustele moodustub Ni(OH)₂ roheka värvusega sade. Ni(OH)₂ oksüdeerumisel (aeglaselt õhus, kiiremini oksüdeerijate, nt H₂O₂ või Br₂ toimel) tekib must kristalne nikkel(III)oksiidhüdroksiid NiO(OH).

Oksiidid

Nikli binaarsetest oksiididest esineb vaid üks ühend – nikkelmonooksiid NiOx (x ~ 1). See aine leidub ka looduses (mineraal bunseniit), olenevalt saamistingimustest esineb α- ja β-NiO. NiO värvus võib varieeruda helerohelisest kuni mustani. NiO saadakse nikli kuumutamisel õhus või hapnikus ning Ni(NO₃)₂, NiCO₃ või Ni(OH)₂ termilisel lagunemisel. NiO kasutatakse Ni(II) soolade ja katalüsaatorite, klaasipigmentide ning glasuuride saamiseks. Üle 1230 °C algab NiO dissotsiatsioon (tekib Ni ja O₂). NiO moodustab kaksikoksiide teiste metallioksiididega (nt. BaNiO₂).

Tootmine ja kasutamine

Nikli aastane toodang jääb umbes miljoni tonnini. Osa metallist toodetakse ferroniklina (sulam rauaga, mida saab kasutada teiste Ni-sulamite saamisel). Rõhuv enamus nikli toodangust kasutatakse ära nii raua- kui ka värviliste metallide sulamite koostises. Rakendatakse ka teiste metallide elektrolüütilist nikliga katmist (nikeldamist) kaitseks korrosiooni vastu. Mõni protsent nikli toodangust kasutatakse katalüsaatorite saamiseks, mida rakendatakse sünteesikeemias ja toiduainetööstuses (margariini tootmisel vedelrasvades nende katalüütilisel hüdrogeenimisel). Põhilised niklitootjad maailmas on Venemaa, Kanada, Uus-Kaledoonia ja Austraalia.

Bioloogiline roll

Täiskasvanud 70 kg kaaluvas inimeses leidub niklit umbes 0,9–9 mg ja see on vajalik mitme ensüümi kofaktorina.
Enamus organismi jõudnud niklist eemaldatakse neerude kaudu. Suures koguses on aga nikkel toksiline.
Niklit sisaldab näiteks ensüüm ureaas, mis katalüüsib karbamiidi ehk uurea lagunemist.