论文部分内容阅读
镍的化学符号为Ni，原子序数为28。镍既是亲铁元素，也是亲铜元素，在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁，居第五位。地球上绝大多数镍都分布在地核中，地核是天然的镍铁合金。在地壳中，镁铁质岩石的含镍量高于硅铝质岩石，例如橄榄岩的含镍量为花岗岩的1000倍，辉长岩的含镍量为花岗岩的80倍。
人类发现镍的时间不长，使用镍的时间可以一直追溯到公元前三百年左右。我国至迟在春秋战国时期就已经出现了含镍成分的兵器及合金器皿。古代云南出产的一种“白铜”中也含有很高比例的镍。当时，我国所制造的含镍产品不仅畅销国内，还远销国外。直到现在，波斯语和阿拉伯语中还把白铜称为“中国石”。
1943年4月出版的美国《化学教育》杂志曾刊出一篇文章，标题是《神秘的白铜》。文中首次用音译翻译了“白铜”二字，并这样描述白铜：“它们是用一种金属制造的。这种金属发光，具有纯银的柔软光泽;但它们确实不是银，是一种坚硬的金属，中国人称它为‘白铜’。他们谨慎地保守着如何制造它的秘密。当这种奇异的金属传播开来以后，欧洲的金属工人一代一代试图仿制白铜，可他们不断失败，并且连失败的原因也找不到。直到18世纪中叶，一位瑞典的科学家鉴定了一种新金属，并为另一位科学家承认，它就是制造白铜的神秘合金中的金属。这就是矿工们在德国萨克森州发现并且咒骂它是假铜的同一种金属。”
上述内容正好可以作为镍的发现史的结论。
“魔鬼的铜”
跟钴一样，镍的名字“Nickel”带有迷信色彩，解作“小妖精”。镍矿看似铜矿，却无法冶炼出铜来，从前被看作是魔鬼搞的恶作剧。
白铜熏炉
当时，在德国有一种质重而表面呈红棕色的矿石，其表面带有绿颜色的斑点，被用来制作青色玻璃。早期的矿工曾经试图用这种矿石冶炼出铜来，但它们只发散出有毒的烟气，而不能还原成铜。矿工们把这归因于魔鬼的影响，并给这种“被毒化了的矿石”起了个绰号，叫“尼客尔铜”。“尼客尔”一词意为“骗人的小鬼”。所谓“尼客尔铜”，可以理解为“假铜”或者“魔鬼的铜”。
尼客尔铜溶解在酸中呈绿色，与一般铜盐溶液的颜色无异，然而，瑞典矿物学家克朗斯塔特的多次实验证明，尼客尔铜之中并没有铜的成分。一次，他将铁块投进该酸溶液中，依照他的设想，铁将很快把铜从溶液中置换出来。然而，令他意想不到的是，过了很久仍然没有想象中的情况发生。难道矿石表面的绿色物质不是铜？它会是一种新物质吗？克朗斯塔特将绿色的物质置于木炭上燃烧，发现该物质变成了黑色的块渣。再加入3份黑溶剂，即成一种粗金属，其表面呈淡黄色，切面则呈现出莹白的光彩;其形态由小薄片组成，质硬而脆，微微受到磁石的吸引。将其溶于硝酸、王水和盐酸中，可以得到绿色的溶液。这些性质显示，这种物质与当时已经发现的所有金属都不相同，是一种新的金属。克朗斯塔特将这种金属命名为“镍”，并将他的研究成果发表出来。
克朗斯塔特的论文发表后，得到了很多学者的承认，但法国的萨季和蒙耐持不同意见，认为所谓的镍不过是砷、钴、铁和铜的混合物。之后，另一位科学家经各种复杂的试验得到了纯度较高的镍，并于1775年宣布研究成果，认为以上4种物质的混合物与镍的性质迥异，从而证实了镍作为新金属存在的科学性。
1865年，法国的加尼尔首次在新喀里多尼亚发现了硅酸镍矿，并于1875年正式对该矿进行开采，世界上才开始真正的冶炼镍矿石。
从打首饰到造军火
镍被发现后，德国人首先把它掺入铜中，制成所谓的“日耳曼银”，或称“德国银”，也就是我国古代的“白铜”。
镍被应用于宇宙飞船制造中
最初，由于产量非常有限，镍被当成是贵重金属，常常用于打造首饰。20世纪以来，人们陆续发现了镍的多种用途，镍工业才得以迅速发展起来。
镍这种银白色金属，具有良好的可塑性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高温和磁性等特殊性能，是一种非常重要的有色金属原料，也是国民经济发展中一种重要的战略物资。镍被广泛地用于制造飞机、坦克、舰艇、雷达、导弹、宇宙飞船、原子反应堆等多个领域的国防工业中;在民用工业中的机器制造、陶瓷颜料、防腐镀层、永磁材料、电子遥控等领域，镍也是不可或缺的。镍的最主要用途是生产不锈钢，其次是生产合金。全世界不锈钢生产所用的镍占到镍产量的60%以上。随着全球不锈钢需求的稳定增长，镍的需求量仍在不断提高。
1889年，詹姆斯·莱利向大不列颠钢铁协会提交了一篇具有历史意义的论文，对生产镍钢的可能性进行了全面评述。在这之前，先是法国，之后是意大利和英国，用镍钢生产出了装甲板。测试表明，含镍3%的钢具有极佳的抗炮弹炸毁性能，再加上极强的韧性，这种钢最适合做装甲板。莱利宣称，这类钢经过硬化和回火，强度几乎可以达到每平方毫米1500牛顿这样令人难以置信的程度。他进一步证实，富镍钢实际上是不可腐蚀的。
莱利的报告震惊了全球军械界和工程界。从那以后，镍钢即开始被应用于制造车辆和飞机的部件以及大量高强度齿轮和轴系部件。
不可或缺的添加剂
在不锈钢中加入镍，可以提高其强度和韧性，并改善不锈钢的机械加工性能;但不锈钢性能的差异并非只由镍元素含量决定，而是与其他几种主要元素如铬、碳、锰、氮等共同作用的结果。
南极大陆也许会成为人类最后的资源宝库
人类发现镍的时间不长，使用镍的时间可以一直追溯到公元前三百年左右。我国至迟在春秋战国时期就已经出现了含镍成分的兵器及合金器皿。古代云南出产的一种“白铜”中也含有很高比例的镍。当时，我国所制造的含镍产品不仅畅销国内，还远销国外。直到现在，波斯语和阿拉伯语中还把白铜称为“中国石”。
1943年4月出版的美国《化学教育》杂志曾刊出一篇文章，标题是《神秘的白铜》。文中首次用音译翻译了“白铜”二字，并这样描述白铜：“它们是用一种金属制造的。这种金属发光，具有纯银的柔软光泽;但它们确实不是银，是一种坚硬的金属，中国人称它为‘白铜’。他们谨慎地保守着如何制造它的秘密。当这种奇异的金属传播开来以后，欧洲的金属工人一代一代试图仿制白铜，可他们不断失败，并且连失败的原因也找不到。直到18世纪中叶，一位瑞典的科学家鉴定了一种新金属，并为另一位科学家承认，它就是制造白铜的神秘合金中的金属。这就是矿工们在德国萨克森州发现并且咒骂它是假铜的同一种金属。”
上述内容正好可以作为镍的发现史的结论。
“魔鬼的铜”
跟钴一样，镍的名字“Nickel”带有迷信色彩，解作“小妖精”。镍矿看似铜矿，却无法冶炼出铜来，从前被看作是魔鬼搞的恶作剧。
当时，在德国有一种质重而表面呈红棕色的矿石，其表面带有绿颜色的斑点，被用来制作青色玻璃。早期的矿工曾经试图用这种矿石冶炼出铜来，但它们只发散出有毒的烟气，而不能还原成铜。矿工们把这归因于魔鬼的影响，并给这种“被毒化了的矿石”起了个绰号，叫“尼客尔铜”。“尼客尔”一词意为“骗人的小鬼”。所谓“尼客尔铜”，可以理解为“假铜”或者“魔鬼的铜”。
尼客尔铜溶解在酸中呈绿色，与一般铜盐溶液的颜色无异，然而，瑞典矿物学家克朗斯塔特的多次实验证明，尼客尔铜之中并没有铜的成分。一次，他将铁块投进该酸溶液中，依照他的设想，铁将很快把铜从溶液中置换出来。然而，令他意想不到的是，过了很久仍然没有想象中的情况发生。难道矿石表面的绿色物质不是铜？它会是一种新物质吗？克朗斯塔特将绿色的物质置于木炭上燃烧，发现该物质变成了黑色的块渣。再加入3份黑溶剂，即成一种粗金属，其表面呈淡黄色，切面则呈现出莹白的光彩;其形态由小薄片组成，质硬而脆，微微受到磁石的吸引。将其溶于硝酸、王水和盐酸中，可以得到绿色的溶液。这些性质显示，这种物质与当时已经发现的所有金属都不相同，是一种新的金属。克朗斯塔特将这种金属命名为“镍”，并将他的研究成果发表出来。
克朗斯塔特的论文发表后，得到了很多学者的承认，但法国的萨季和蒙耐持不同意见，认为所谓的镍不过是砷、钴、铁和铜的混合物。之后，另一位科学家经各种复杂的试验得到了纯度较高的镍，并于1775年宣布研究成果，认为以上4种物质的混合物与镍的性质迥异，从而证实了镍作为新金属存在的科学性。
1865年，法国的加尼尔首次在新喀里多尼亚发现了硅酸镍矿，并于1875年正式对该矿进行开采，世界上才开始真正的冶炼镍矿石。
从打首饰到造军火
镍被发现后，德国人首先把它掺入铜中，制成所谓的“日耳曼银”，或称“德国银”，也就是我国古代的“白铜”。
最初，由于产量非常有限，镍被当成是贵重金属，常常用于打造首饰。20世纪以来，人们陆续发现了镍的多种用途，镍工业才得以迅速发展起来。
镍这种银白色金属，具有良好的可塑性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高温和磁性等特殊性能，是一种非常重要的有色金属原料，也是国民经济发展中一种重要的战略物资。镍被广泛地用于制造飞机、坦克、舰艇、雷达、导弹、宇宙飞船、原子反应堆等多个领域的国防工业中;在民用工业中的机器制造、陶瓷颜料、防腐镀层、永磁材料、电子遥控等领域，镍也是不可或缺的。镍的最主要用途是生产不锈钢，其次是生产合金。全世界不锈钢生产所用的镍占到镍产量的60%以上。随着全球不锈钢需求的稳定增长，镍的需求量仍在不断提高。
1889年，詹姆斯·莱利向大不列颠钢铁协会提交了一篇具有历史意义的论文，对生产镍钢的可能性进行了全面评述。在这之前，先是法国，之后是意大利和英国，用镍钢生产出了装甲板。测试表明，含镍3%的钢具有极佳的抗炮弹炸毁性能，再加上极强的韧性，这种钢最适合做装甲板。莱利宣称，这类钢经过硬化和回火，强度几乎可以达到每平方毫米1500牛顿这样令人难以置信的程度。他进一步证实，富镍钢实际上是不可腐蚀的。
莱利的报告震惊了全球军械界和工程界。从那以后，镍钢即开始被应用于制造车辆和飞机的部件以及大量高强度齿轮和轴系部件。
不可或缺的添加剂
在不锈钢中加入镍，可以提高其强度和韧性，并改善不锈钢的机械加工性能;但不锈钢性能的差异并非只由镍元素含量决定，而是与其他几种主要元素如铬、碳、锰、氮等共同作用的结果。