镍 （铁磁性金属）

发现历史

镍是一种既“古老”又“年轻”的金属——人类发现镍的时间并不长，但早在古埃及、古中国和古巴比伦时期，人类就已经在使用镍了。公元前300年左右，中国出现了含镍的兵器和器皿。西汉时期中国开始制取含镍量很高的白铜，并将白铜制作的器物销往欧洲，欧洲人将白铜称为“中国银”

1751年，瑞典科学家阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特（Alex Fredrik Cronstedt）开始研究德国的一种红棕色矿石，这种矿石常常覆盖着绿色斑点或污点，被矿工们称之为“尼克铜”（Kupfernickel），他将矿石表面的绿色物质放在木炭上燃烧，得到了表面淡黄色、切面呈银白色光彩的粗状金属，该金属能收到磁石的吸引且溶于硝酸、盐酸中能得到绿色溶液，这些性质与已知的所有金属都不同。克龙斯泰特将这种金属命名为“镍”并将自己的研究成果发表论文，但也有科学家不认同克龙斯泰的结论。1755年瑞典化学家托伯恩·柏格门（Torbern Bergman）通过试验制得了纯度较高的镍，证实了镍是一种全新的金属。

镍的产量有限，到19世纪末镍的主要用途还是作为贵金属制作首饰。20世纪以来，随着人类发现了镍的多种用途以及其在改善刚性能方面的独特功能，现代镍工业得以诞生并迅速发展起来。

分布情况

镍属于秦铁元素，在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁。美国地质调查局（USCS）2017年发布的数据显示，全球探明镍基础储量约7383万吨，资源总量1.3亿吨。镍的矿物资源主要分为陆地上的硫化镍矿（占陆地镍矿的28%）和氧化镍矿（占陆地镍矿的72%）、深海底部的含镍锰结核。硫化镍矿储量丰富的国家有俄罗斯、加拿大、南非、中国、澳大利亚等，红土镍矿（氧化镍矿代表）储量丰富的国家有古巴、印度尼西亚、巴西、菲律宾、越南、缅甸等。

化学结构

镍通常属于面心立方晶胞，即面心立方密堆积结构。在镍的原子晶体中，镍原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心，面心立方晶胞中六个面的面中心镍原子均和六个面上四角的镍原子紧靠。镍的晶格参数0.352 nm，原子半径为0.124 nm，在70 GPa以下的压力中晶格十分稳定，这导致镍坚硬、有延展性。在过渡金属中，其导电率和热导率较高。理想条件下，镍晶体的抗压强度预测为34 GPa，但是在真正的大块镍中永远不会有这么高的强度，这是由于晶体位错的形成和运动。不过，在镍的纳米粒子中，强度达到了抗压测强度34 GPa。

理化性质

物理性质

镍（Ni）是银白色过渡金属，原子序数为28，相对原子质量为58.69，25 ℃时密度为8.9 g/cm³，熔点为1453 ℃，沸点为2837.2 ℃（at 101.325 kPa）。镍硬而柔韧，具有延展性和铁磁性，可导电和热，并且能被打磨得光亮如镜。

化学性质

镍中等活泼，能溶于稀酸并释放出氢气，耐碱腐蚀，在加热的条件下能与氧、硫、氯、溴等剧烈反应。镍能够吸收氢，能在大气压下与一氧化碳化合。

与单质反应

氢气

镍能强烈吸附氢气，生成NiH、NiH₂。

应用领域

镍的应用历史悠久，应用范围广泛，在军事、航空航天、机械制造等军事制造行业中起着功能材料的作用，属于国家中必不可少的的重要战略物资。由于镍具有优秀的铁磁性、耐腐蚀性和可塑性等特性，镍常和其他金属形成合金，合成不锈钢、高镍钢合金、合金结构钢等应用广泛的钢材，主要应用于飞机、雷达、导弹、坦克、原子反应堆等各种军工制造业。在防磨损方面，镍还可以做为陶瓷颜料和防腐镀层。在化学工业中，镍常作催化剂，是重要的催化剂活性成分。此外，镍也常被用来制造货币。

电镀行业

目前世界上所产出的十分之一的镍用于电镀行业，由于镍平价易得，且耐腐蚀性强、金属光泽强，因此镀镍的物品美观、干净、并且具有很好的防腐蚀性能。在钢材和其他金属基体上覆盖一层耐用、耐腐蚀的镍镀层之后，钢材的防腐蚀性比镀锌层高20％～25％。根据镀镍的方式不同，可以将其分为电镀镍和化学镀镍。

镍基合金

镍基合金的定义是，以镍为基础（镍的含量大于50%），并含有铜、铝等金属的合金，一般情况下在高温下强度较高、抗氧化腐蚀能力较强，综合性能较好。在工业上根据性能的不同，一般被分为耐热镍基合金和耐蚀镍基合金。对大部分金属而言，镍是一种极佳的合金用剂，镍与铁、钴、镍、锰等可以合成固溶态合金，并且广泛应用于不锈钢和合金钢等钢铁领域，其中不锈钢的应用占到了镍应用的60%以上。镍基合金的主要优点是，熔点较高，抗腐蚀性好，基本不在高温下发生氧化，且断裂强度大，易机械加工。镍基合金在工业上有广泛的应用，主要产品有家具、各类反应器、燃烧室、涡轮叶片、航天器各类零件等，广泛应用于航空航天、船只建造、化工仪器和反应器制作、电子产品原件、医学和能源等领域。

催化作用

镍及其合金常作为氢化反应的催化剂，广泛应用于有机物的氢化、氢解、异构化等各类反应中。目前较为常用的镍催化剂是雷尼镍，这是一种多孔结构的镍铝合金，并以此为基础研发了一系列“雷尼型”催化剂，也都投入了许多工业生产中。

货币及消费价值

镍有优良的耐腐蚀性，在古代曾被代替装饰用的银。镍曾是硬币的常见成分，1859年开始，欧美国家和亚洲国家曾以镍为原料铸造了不少硬币，但到了20世纪后，硬币中的镍基本已被较便宜不锈钢所取代。

磁性材料

镍是一种天然的磁性伸缩材料，具有铁磁性和最大的磁导率，是最佳软磁材料。在铝、钴与镍制成的合金之后，会增强镍的磁性，工业上十分常用的电磁起重机即以此为原料。镍的磁性应用广泛，在工业领域和日常生活中都处处可见。

生物学应用

镍可用于生物约束成形，微生物体积小有各种各样的标准几何外形，这些标准几何体用途广泛但是很难加工，可以通过菌体表面化学镀镍等方式将生物几何体金属化。

其他应用

在电池领域中，镍也有十分广泛的应用，比如镍-氢电池、镉-镍电池和镍-锰电池。

安全事宜

镍中毒

镍能够激活或抑制一系列酶，过量镍进入人体会引起镍中毒，症状表现为恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难、皮炎等，有可能会诱发呼吸道癌、恶性肿瘤等。镍的化合物羰基镍微量就能导致动物死亡,是一种高毒物质。

防治

从事镍作业的人员需要加强个人防护，镍冶炼应当做到自动化、密闭化和通风排毒。镍粉尘或烟雾导致的呼吸症状，可以使用止咳、抗炎药物治疗。