Mittwoch, 23. August 2017
NE-METALLE:
28. Mai 2017
Nickel
für nicht rostende Stähle

Katalysator Nickel (Quelle: ThyssenKrupp VDM)
Katalysator
Katalysator Nickel - Schnitt (Quelle: ThyssenKrupp VDM)
Katalysator (Schnitt)
Flugzeugturbine
Flugzeugturbine
Euromünze
Euromünze
Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung
Nickel wurde nach den gleichnamigen Bergkobolden benannt, die – so glaubten die mittelalterlichen Bergleute – Kupfer in das damals wertlose Nickelerz („Kupfernickel“ = falsches Kupfer) verwandelten. Zwar sind Nickellegierung schon aus dem antiken Griechenland bekannt, doch sie wurden ohne das Wissen hergestellt, dass es sich bei Nickel um ein eigenes Metall handelt. So findet man in metallischen Gebrauchsgegenständen aus China, die ungefähr 2000 v. Chr. hergestellt wurden, einen Nickelanteil von bis zu 20%. Im Jahr 1751 erkannte der schwedische Bergbauingenieur Axel F. Cronstedt die wahre Natur des Elements. Dennoch setzte sich die Erkenntnis, dass es sich beim 'Kupfernickel' nicht um eine besondere Form von Kupfererz, sondern um ein eigenständiges Element handelte, nur langsam durch. Erst T. Bergman konnte die Existenz von Nickel belegen, indem er 15 Jahre nach der Entdeckung Nickel mit wesentlich höherem Reinheitsgrad herstellte. Seit Mitte des 19. Jahrhundert erlangte das Metall große wirtschaftliche Bedeutung, nachdem der Engländer Michael Farraday 1843 ein Verfahren zur galvanischen Vernickelung vorgestellt hatte.

Vorkommen
Während der Anteil von Nickel in der Erdkruste nur bei ca. 0,009 Gewichtsprozent liegt, hat der Kern der Erde einen wesentlich höheren Anteil dieses Metalls, da er im Wesentlichen aus Eisen und Nickel besteht. Exakte Angaben über die Anteile lassen sich aber nicht machen. Auch Eisenmeteoriten enthalten ungefähr 8% Nickelerz. Nur an Stellen, wo solche Meteorite auf die Erdkrust aufgeschlagen sind, kommt Nickel gediegen vor. Ansonsten tritt es unter natürlichen Bedingungen nur gebunden in Erscheinung. Das Metall ist häufig mit Cobalt, Antimon und Arsen vergesellschaftet. Zumindest in kleinen Mengen kommen seine Mineralien praktisch überall vor. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist die Gewinnung von (Nickel-)Magnetkies (Pentlandit) und Garnierit. Abbauwürdige Vorkommen findet man in Kanada (Magnetkies), der GUS, Australien und Kuba.

Physikalisch-Chemische Eigenschaften
Nickel ist ein verformbares, dehnbares, silbrig-weißes Metall, das die kubisch-dichteste Metallgitterstruktur aufweist. Entsprechend der Mohs'schen Skala beträgt seine Härte 3,8. Nickel wird durch eine dünne Oxidschicht passiviert, so dass es gegen Luft und Wasser sehr beständig ist. Abgesehen von konzentrierter Salpetersäure wird es von Säuren langsam unter Freisetzung von Wasserstoffgas zersetzt. In Alkalilaugen ist es nicht löslich. Das Metall bildet leicht Legierungen mit Eisen, Kupfer, Mangan etc. aus. In Verbindungen spielt praktisch nur die Oxidationsstufe +2 eine Rolle, obwohl zum Teil auch +4, +3 und +1 vorkommen.

  • Relative Atommasse: 58,69
  • Schmelzpunkt: 1453 °C
  • Siedepunkt: 2732 °C
  • Dichte: 8,91 g/cm³
  • Oxidationszahlen: 4, 3, 2, 1, 0, -1
  • Atomradius: 124,6 pm
  • Ionenradius: 78 pm (+2); 62 pm (+3)
  • Elektrische Leitfähigkeit: 0,146 µW-1cm-1

    Industrielle Gewinnung
    Nickel wird in den meisten Fällen durch das Erhitzen von (Nickel-)Magnetkies gewonnen. Dabei werden die sulfidischen Verbindungen in oxidische umgewandelt. Die Oxide werden wiederum mit Säure behandelt, die nur mit Eisen und nicht mit Nickel reagiert.

    Anwendungen / Produkte
    Nickel ist ein vielseitig einsetzbares Metall. Am bedeutendsten ist jedoch sein Einsatz als Legierungsmetall: Schon geringe Nickelzusätze erhöhen die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl. Mehr als die Hälfte des weltweiten Nickelbedarfs dient zur Herstellung und Veredlung nichtrostender Stähle: zum Beispiel für Geschirrspüler, Kochgeschirr, Rolltreppen, Tankwagen und medizinische Instrumente. Da Stahl unter Beigabe von Nickel auch bei Temperaturen von minus 200° Celsius nicht brüchig wird, eignen sich nickelhaltige Stähle für Kältemaschinen und Behälter zur Lagerung flüssiger Gase. Nickel ist ebenso Basismetall für Hochleistungs- und Superlegierungen. Deshalb werden diese Legierungen für besonders anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt: in der chemischen und petrochemischen Industrie, in der Energie- und Umwelttechnik, in Luft- und Raumfahrt sowie in der Elektrotechnik und Elektronik. Mit Hilfe von Superlegierungen aus Nickelchromeisen wurden neue Hochleistungswerkstoffe entwickelt, die in der Abwassertechnik, Ölfeldtechnik, bei Rauchgasentschwefelungsanlagen, Gasturbinen und Reaktoren eingesetzt werden.
    Auch bei der Einführung des Euro spielt Nickel eine entscheidende Rolle. Die Ein- und Zwei-Euromünzen werden aus nickelhaltigen Materialien unterschiedlicher Werkstoffgruppen hergestellt, mit einem hohen Maß an Automaten- und Fälschungssicherheit. Übrigens enthalten auch die 50-Pfennig- sowie 1-, 2- und 5-DM-Münzen Nickel.

    Die wichtigsten Anwendungsgebiete von Nickel finden Sie am Ende dieser Seite.


    Wirtschaftliche Bedeutung
    Die weltweite Hüttenproduktion von Nickel beträgt rund 1,33 Mio.Tonnen pro Jahr. Hauptproduzenten sind die GUS, Japan, Kanada und Australien. Im Gegensatz zu anderen europäischen Ländern ist die Metallerzeugung in Deutschland seit Anfang der 90er Jahre eingestellt. Die deutsche Produktion von Nickelhalbzeug (Walz-, Press- und Ziehprodukte) lag 2009 bei 18.000 Tonnen.

    Recycling
    Da Nickel überwiegend als Legierungsmetall verwendet wird und deshalb nur selten in seiner ursprünglichen Einsatzform zurückgewonnen wird, sind seriöse Recyclingquoten kaum zu ermitteln. Da Nickel aber vor allem in der Stahlveredlung eingesetzt wird, sind Edelstahlschrotte auch die ergiebigste Altmetallquelle. Bei der Herstellung und Verschrottung von Anlagen und Einrichtungen in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Haushaltsindustrie sowie im medizinischen Bereich fallen große Mengen Edelstahlschrott in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen an. Schätzungen gehen davon aus, dass rund die Hälfte des in Deutschland hergestellten Edelstahls aus diesen Schrotten gewonnen wird. Vor dem erneuten Wiedereinschmelzen in den Edelstahlwerken stehen auch hier das Sammeln, Sortieren und Aufbereiten der verschiedenen Sorten durch den Metallhandel. Die Behandlung von Schrotten, die neben hohen Nickelanteilen auch andere wertvolle Metalle enthalten, erfordert umfangreiche Materialkenntnisse und spezielle technische Einrichtungen. Die produktbezogene Recyclingrate von Nickel wird auf über 80 Prozent geschätzt.



  • MELDUNG:
    08. Juni 2017
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    Nickel Institute

    INiSG - International Nickel Study Group

    Zeitschrift "Metall"

    GDMB Gesellschaft der Metallurgen und Bergleute e.V.


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