Nikel

Karakteristik

Nikel gümüş-beyaz bir metaldir. Oldukça sert olup, Periyodik cetvelde geçiş metalleri arasında yer alır. Genelde pentlandit içinde demir ve kükürt ile, milerit içinde kükürt ile, nikelinin içinde arsenik ile birlikte bulunur.
Nikelin havaya karşı gösterdiği oksitlenme direnci sayesinde; bozuk para üretiminde, kimyasal araç ve gereçlerin üretiminde ve Alman gümüşü gibi birçok alaşımın üretiminde kullanılır.
Nikel doğada genelde kobalt ile birlikte bulunur. Alaşımlar (özellikle süper alaşımlar) ve paslanmaz çelik üretiminde önemlidir. Ayrıca nikel doğal bir özelliği sayesinde manyetik bir alan içinde bir miktar boyut değiştirme kabiliyetine sahiptir. Nikelde bu değişim negatif yönde olmaktadır.
Nikelin oksitlenmiş hali genelde +2 değerliklidir ancak 0, +1, +3, +4 değerlikleri de gözlemlenmiştir. Bununla birlikte +6 değerlikli nikelin varlığı da mümkün olabilir.

Tarihçe

Nikelin tarihi MÖ 20 yılına kadar dayanmaktadır. Hatta bazı eski Çin dökümanlarında, beyaz nikelin Doğu'da MÖ 1400-1600 yıllarında kullanıldığı anlatılmaktadır. Ancak nikelin genelde gümüş ile karıştırılması sebebiyle bu bilgi kesin değildir.
Nikel içeren mineraller cama yeşil renk vermek için de kullanılmıştır. 1751'de, Baron Axel Fredrik Cronstedt bakırı nikolitten ayırmaya çalışırken, nikeli elde etti. Saf nikelden yapılmış olan bozuk paralar ise ilk defa 1881'de İsviçre'de üretildi.

Oluşum

Nikel temel olarak iki tür maden yataklağından elde edilir. Birincisi, temel minerallerin limonit (Fe, Ni)O(OH) ve garnierit (Ni, Mg)₃Si₂O₅(OH) olan lateritik yataklardır. İkincisi ise, ana minerali pentlandit (Ni, Fe)₉S₈ olan magmatik sülfit yataklarıdır.
Kanada'nın Sudbury bölgesi bugün Dünya nikel üretiminin %30'unu yapmaktadır. Sadbury cevher yatağının, ilk jeolojik zamanlarda Dünya'ya vurmuş olan büyük bir meteorun sonucu olduğu tahmin edilmektedir. Günümüzde toplam nikel rezervinin %40'ı ise Rusya'nın Norilsk bölgesinde yer almaktadır. Bu bölgedeki yataklar, Rus madencilik firması MMC Norilsk Nickel tarafından işletilerek Dünya pazarına sunulmaktadır. Diğer büyük nikel yatakları ise Fransa (New Caledonia), Avustralya, Küba ve Endonezya'dadır. Tropikal bölgelerdeki yatakların çoğu, ultramafik kayaçların yoğun yağışlarla yıkanmasıyla ortaya çıkan ikinci bir konsantre olan lateritik yataklardır. Son zamanlarda yapılan çalışmalar sonucu, Türkiye'nin batısında bulunan nikel yatağının Avrupa'daki tesisler için uygun özellikte olduğu tespit edilmiştir.
Jeofiziksel kanıtlar göz önünde tutulduğunda, nikelin çoğunluğunun, Dünya'nın çekirdeğinde yoğunlaştığı tahmin edilmektedir.

Kullanım alanları

Nikel paslanmaz çelik, mıknatıs, bozuk para ve özel alaşımlar gibi birçok endüstriyel ve son kullanıcı ürünlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca cama yeşil renk vermek amacıyla da kullanılmaktadır. Nikel her şeyden önce bir alaşım metalidir. Bu nedenle alaşım olarak birçok kullanım alanı mevcuttur. Bu alaşımlar bakır, krom, alüminyum, kurşun, kobalt, gümüş ve altın ile yapılan alaşımlardır.
Nikel ayrıca bozuk paraların üretiminde ve dekoratif gümüş yerine kullanılmaktadır. ABD'de kullanılan beş-centlik bozuk para %75 bakır içerir. 1922-81 arasında üretilen Kanada centi ise %99,9 nikel içermekteydi ve manyetik özelliğe sahipti.
Nikel(III) oksit ise birçok nikel-kadmiyum, nikel-demir ve nikel-metal hidrit şarj edilebilir pilde katot olarak kullanılmaktadır.
Ayrıca atom numarası 28'dir

Üretim ve safsızlaştırma

Nikel metalurjik yöntemlerle üretilmektedir. Birçok sülfit cevheri, daha ileri rafinasyonda kullanılacak olan mat üretimi için pirometalurjik yöntemlerle zenginleştirilirler. Hidrometalurjide yapılan ilerlemeler sayesinde, nikel üretiminde bu teknolojilerden de faydalanılmaya başlanmıştır. Klasik sülfit cevherlerinin üretiminde, flotasyon ile elde edilen konsantre pirometalurjik işlemler ile safsızlaştırılmaktadır.
Nikel'in üretiminde son safsızlığı >%75 olan metal eldesi için geleneksel kavurma ve indirgeme işlemleri uygulanır. Son safsızlaştırmada ise Mold Prosesi uygulanır. Bu şekilde elde edilen konsantre >%99,99 saftır. Bu yöntem L. Mond tarafından patentlenmiş olup 20. yüzyılda Güney Galler'de kullanılmıştır. Bu prosese göre nikel, karbon monoksit ile 50 °C'de reaksiyona sokulur. Reaksiyon sonrası nikel gaz formuna geçerken, diğer safsızlıklarf katı halde kalır. Nikel gazı yüksel sıcaklıklardaki büyük odalara alınır. Bu odalarda ayrıştırılan nikel, peletlenerek üretilir. Alternatif olanarak, nikel gazı daha küçük odalarda 230 °C sıcaklıkta ayrıştırılarak toz olarak elde edilir. Rafinasyonda kullanılan ikinci bir yöntem ise metal matın liç işlemi ise çözeltiye alınması ve daha sonra elektrokazanım ile nikelin katot üzerinde biriktirilmesi ve böylece nikel plakalarının üretilmesidir.
Nikel sülfit cevheri ters flotasyon ile zenginleştirilerek ergitilir. Nikel sülfit flotasyon konsantresini ergitmek için MgO seviyesinin <%6 olması gerekir. Aksi halde, ergitme için gereken ısı artacağından, operayon maliyeti yükselir. Nikel matını elde ettikten sonra, ileri rafinasyon Sherrit-Gowden prosesi ile gerçekleştirilir. İlk önce hidrojen sülfit eklenerek bakır uzaklaştırılır ve ortamda sadece kobalt ve nikel kalır. Solvent ekstraksiyon ile kobalt ve nikel de ayrıldıktan sonra elde edilen konsantre >%99 nikel içerir.

Güvenlik önlemleri

Nikel meraline ve çözünebilir bileşiklerine maruz kalma miktarı, 40 saat/hafta'lık süre içinde 0,05 mg/cm³'ü geçmemelidir. Nikel sülfit buharının ve tozunun, diğer nikel bileşikleri gibi kanserojen olduğu düşünülmektedir. [Ni(CO)₄] gazı çok zehirli bir gazdır. Bunun temel sebebi hem metalin oluşturduğu zehirlilik hem de karbonun oluşturduğu CO gazının zehirlilik etkisidir.
Hassas bireyler dermatit olarak bilinen ve derilerinin nikel ile temas etmesi sonucu ortaya çıkan bir alerji gösterebilirler. Özellikle kulaklara takılan mücevherlerde kullanılan nikel bu tür alerjilerin en önemli sebeplerinden biridir. Nikel alerjisi sonucu kulakta kaşınma, derinin kızarması gibi belirtiler görülebilir. Bu problem yüzünden, bugün birçok küpe nikelsiz olarak üretilmektedir. İnsan derisine temas edecek olan ürünlerdeki nikel miktarı Avrupa Birliği tarafından düzenlemeye tabi tutulmuştur. 2002'de araştırmacıların çalışmaları sonucu, bozuk para olan 1 ve 2 Euro'nun yaydığı nikel miktarının, bu düzenlemedeki değerleri aştığı görülmüştür. Bunun temel sebebinin galvanik reaksiyonlar olduğu düşünülmektedir.