NI, CО
История открытия область применения Ni - открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стекол в зеленый цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол» . Руду эту (красный никелевый колчедан Ni. As) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зеленый окисел и путем восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Co - название химического элемента кобальт происходит от нем. Kobold — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа Кобольда. Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа. Вероятно, имя злого духа восходит к греческому «кобалос» — дым. Этим же словом греки называли лживых людей. В 1735 году шведский минералог Георг Бранд сумел выделить из этого минерала неизвестный ранее металл, который и назвал кобальтом. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне
Основные физические характеристики и химические свойства. (СИДЕРОФИЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) n n n n n n Ni-химический элемент VIII группы, атомный n номер 28. В природе представлен смесью 5 стабильных изотопов: 58 Ni (60, 76%), 60 Ni (26, 16%), 61 Ni (12, 25%), 62 Ni (3, 66%) и 64 Ni (1, 16%). Атомная масса (молярная масса) 58, 6934 а. е. м. n (г/моль) Радиус атома 124 пм n Энергия ионизации n (первый электрон) 736, 2 (7, 63) к. Дж/моль (э. В) n 8 4 s 2 Электронная конфигурация 3 d n Химические свойства n Электроотрицательность (по Полингу) 1, 91 n Степени окисления 3, 2, 0 n Термодинамические свойства простого n вещества Плотность 8, 902 г/см³ n Молярная теплоёмкость 26, 1[1]Дж/(K·моль) n Теплопроводность 90, 9 Вт/(м·K) n Температура плавления 1 726 K n Теплота плавления 17, 61 к. Дж/моль n Температура кипения 3 005 K n Теплота испарения 378, 6 к. Дж/моль n Молярный объём 6, 6 см³/моль n Кристаллическая решётка простого n вещества n Структура решётки кубическая n гранецентрированая Параметры решётки 3, 524 Å Со-химический элемент VIII группы, атомный номер 27. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом 59 Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60 Со. Атомная масса (молярная масса) 58, 9332 а. е. м. (г/моль) Радиус атома 125 пм Энергия ионизации (первый электрон) 758, 1(7, 86)к. Дж/моль (э. В) Электронная конфигурация 3 d 7 4 s 2 Химические свойства Электроотрицательность (по Полингу) 1, 88 Степени окисления 3, 2, 0, -1 Термодинамические свойства простого вещества Плотность 8, 9 г/см³ Молярная теплоёмкость 24, 8[1]Дж/(K·моль) Теплопроводность 100 Вт/(м·K) Температура плавления 1 768 K Теплота плавления 15, 48 к. Дж/моль Температура кипения 3143 K Теплота испарения 389, 1 к. Дж/моль Молярный объём 6, 7 см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки гексагональная Параметры решётки a=2, 505 c=4, 089 Å
Распространённость химического элемента n n Среднее содержание никеля в земной коре 810 -3% по массе, в воде океанов 0, 002 мг/л. Известно около 50 минералов. В основном никель добывают из сульфидных медноникелевых руд (Канада, Австралия, Юж. Африка) и из силикатно-окисленных руд (Новая Каледония, Куба, Филиппины, Индонезия и др. ). Мировые запасы никель на суше оцениваются в 70 млн. т. Никель концентрируется главным образом в мафитах и ультрамафитах в виде примеси к силикатам и рассеянных мелких выделений сульфидов. Из гранитоидной магмы никель (вместе с кобальтом, мышьяком, серой, а иногда и висмутом, серебром, ураном) выносится в гидротермальных растворах и образует жильные сульфидные и силикатные никелевые месторождения. В поверхностных условиях никель переносится грунтовыми водами и в виде водных силикатов накапливается в коре выветривания. Содержание никеля в неизменённых змеевиках составляет 0, 1%, при формировании остаточных месторождений никелевых руд оно увеличивается в 10 раз и достигает 1%. Известно более 40 минералов никеля и более 100 минералов, в которых никель и кобальт присутствуют совместно. n n n Распространение в природе. Содержание Со. в литосфере 1, 8· 10 -3% по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации К. накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2· 10 -2%. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, К. образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Геохимически наиболее сходен с Fe и Ni, типичный элемент ультраосновных, отчасти основные горные породы и халькогенидных рудных ассоциаций, связанных с глубинными источниками, в которых ассоциируются Fe, Ni, Cu, Ag, U, а также некоторых осадочнометаморфических образований (Fe, Mn, Ni и др. ) Известно около 30 минералов носителей.
Распространенность Co в горных породах ( в атомных единицах по отношению к 106 атомам кремния)
Распространенность Ni в горных породах ( в атомных единицах по отношению к 106 атомам кремния)
Основные минералы – носители элемента n n n Выделяют 2 типа месторождений Ni руд. Сульфидные медно-никелевые руды. Главными рудными минералами являются пирротин, пентландит, халькопирит и магнетит, второстепенными и редкими — пирит, хромит, кубанит, миллерит, полидимит, минералы платиноидов и др. Содержание Ni в них 0, 25 -4, 5%, отношение Ni: Cu в рудах, связанных с массивами габброидного и перидотитового составов, от 1: 4 до 4: 1, дунитового состава — от 4: 1 до 60: 1. Кроме никеля, кобальта и меди, сульфидные руды в различных количествах содержат платиноиды, золото, серебро, селен и теллур. Силикатные никелевые руды — рыхлые, глиноподобные образования коры выветривания ультрабазитов, содержащие Ni от 0, 75 до 4% и более. Главные минералы — гарниерит, нонтронит, непуит, ревдинскит, керолит, гидрогётит, асболан, гидрохлорит. Кроме никеля, силикатные никелевые руды содержат 0, 03 -0, 12% Со. n n n n n По хим. составу выделяют 3 группы Со руд. Мышьяковые Со. Pуды. Гл. минералы: скуттерудит (до 20% Co) и минералы изоморфного ряда саффлорит-лёллингит (от следов до 29% Co); и минералы рядов кобальтин-герсдорфит и арсенопириталлоклазит (содержание Co от десятых долей процента до 35%). Сернистые Со. Руды. относятся к типу комплексных, в них выделяют магматич. - кобальтсодержащие медноникелевые руды, пентландит (до 3% Co), пирит (до 1%) скарновые, содержащие сульфиды, магнетитовые руды гидротермальные медно- и серноколчеданные руды. Окисленные Со. Руды. являются также комплексными руды кобальтсодержащих никелевых месторождений (силикатно-оксидные c содержанием Co 0, 03 -0, 1%) приуроченные к коре выветривания ультраосновных пород руды зоны окисления сульфидных кобальто -медных месторождений, приуроченные к медистым песчаникам (Co 0, 1 -0, 2%) Кобальт концентрируется в гидроксидах, в зоне окисления сульфидных кобальтомедных руд также и в карбонатах кобальта
Поведение в геологических процессах Ni Тип первый. Магматические сульфидные медно-никелевые месторождения. Рудообразование — первоначальное нaкопление и обособление сульфидов — происходит в процессе внедрения, дифференциации и ликвации первоначально однородного никеленосного расплава на две жидкости: силикатную и сульфидную составляющие. Сульфидный расплав, благодаря большему весу опускается и концентрируется в придонных частях интрузивов и кристаллизуется после кристаллизации силикатного расплава. Подъем никеленосной магмы совершается по глубинным разломам, глубоко проникающим в мантию, которые и определяют геологическую позицию рудных районов и полей медно-никелевых месторождений. Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах. Тип второй. Силикатные никелевые руды кор выветривания. Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. При выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Tам эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
Поведение в геологических процессах Co В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации кобальт накапливается главным образом в верхней мантии. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, кобальт образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu Будучи слабым водным мигрантом, кобальт легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и др. высокодисперсными минералами
Формы нахождения n n В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8 %). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1, 2 кг/т и 8 г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0, 13 – 0, 41% Ni. Он изоморфно замещает железо и магний. Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Никель проявляет сидерофильные и халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами. В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком и серой и иногда с висмутом, ураном и серебром, никель образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов никеля. В растениях в среднем 5 • 10− 5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1, 6 • 10− 4, в наземных — 1 • 10− 6, в человеческом организме — 1… 2 • 10− 6. О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы — «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда. n n n В земной коре Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит Cu. Co 2 SO 4, линнеит Co 3 S 4, кобальтин Co. As. S, сферокобальтит Co. CO 3, смальтит Со. As 2 и другие. Обычно кобальту в природе сопутствуют — никель, железо, медь и марганец. В морской воде приблизительно (17)· 10 -10 % кобальта. Кобальт относится к числу микроэлементов, то есть постоянно присутствует в тканях растений и животных.
Основные типы месторождений Основные месторождения никелевых руд находятся в Канаде, России (Мурманская область, Норильский район, Урал), Кубе, ЮАР, Новой Каледонии и на Украине Самый крупный поставщик кобальта — Демократическая Республика Конго. Также есть богатые месторождения в Канаде, США, Франции, Замбии, Казахстане, России.
Запасы и добыча никеля и кобальта сосредоточены в основном в двух геолого-промышленных типах месторождений — сульфидных кобальтсодержащих медно-никелевых и силикатных кобальт-никелевых. Значительное количество кобальта (почти 43 % мировой добычи) поступает также из руд некоторых месторождений медистых песчаников (Замбия, Конго, Уганда). Существенны концентрации кобальта также в некоторых скарново-жилообразных и колчеданных месторождениях.