镍是一种天然存在的、有光泽的银白色金属元素,人类使用它已有约 2000 年的历史。直到 18 世纪,镍才被确认为一种元素,随后被广泛用于电镀和合金。20 世纪初发现了不锈钢,镍在其中发挥了有益的作用。
虽然从数量上看,金属镍是镍的最重要形式,但镍化合物也有着至关重要的用途。镍化合物的重要性尚未得到广泛认可,但这些由金属镍衍生的物质却应用于许多行业,是无数产品日常生产必不可少的物质。
大多数人没有意识到镍化合物在汽车和电子产品等日常产品中的重要性,因为它们在制造过程中会转化为金属或其他物质或被掺入产品中。
电镀中的镍化合物
镍化合物广泛用于电镀金属和涂覆塑料等其他基材。镀镍具有独特的耐腐蚀和耐磨性,并为后续涂层提供出色的附着力。因此,镍通常用作铬等其他涂层的基层。
电镀或表面处理是应用一层薄薄的金属或合金来改变技术或物理特性(如电导率)或提高耐用性。电镀也用于装饰目的,例如,浴室水龙头需要耐腐蚀和耐磨,同时也要具有明亮、闪亮的外观。
镀镍在汽车工业中的应用
电镀在汽车行业尤为重要,因为汽车行业的涂层解决方案正在快速创新,而镍对于安全性、使用寿命和其他性能至关重要。塑料和铝材电镀可确保美观和耐用性等关键优势。其他重要的电镀工艺包括电解锌镍电镀和化学镀镍。
锌镍镀层对防腐蚀(例如,防止盐雾腐蚀)特别有效。因此,汽车螺栓、紧固件和零部件对锌镍镀层的需求量很大。
同样,化学镀镍是一种众所周知的防磨损工艺,可应用于液压系统、各种发动机部件的轴、驻车制动器和自动变速器。
航空航天工业中的镀镍
航空航天业对安全性和可靠性有着最高的技术要求。该行业对所有材料和涂层都采用严格的标准,对飞机部件也有严格的维护程序,在使用前需要进行详细的评估和测试。
镍基电镀结合了多种独特的功能特性,在航空航天应用中发挥着非常重要的作用。这些特性包括出色的附着力、耐腐蚀性、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和均匀的层厚度,即使对于复杂的零件也是如此。因此,镍、锌镍和化学镀镍涂层因其优异的性能而越来越多地应用于航空航天工业。
电子产品中的镀镍
如今,我们几乎在所有事情上都依赖电子产品。在可靠性至关重要且故障可能造成严重后果的应用中,如汽车、飞机、火车和能源行业,电子产品发挥着特别重要的作用。电子产品中使用的材料必须满足最严格的技术要求。
镀镍广泛应用于连接器、触点、微处理器和集成电路等电子部件,有助于确保功能性和可靠性。由于这些部件的要求极其苛刻,镀镍在电子行业中起着关键作用。它具有耐腐蚀性、可焊性、避免金属迁移的阻挡层,并可以减轻导致短路的“晶须”现象。
催化剂中的镍化合物
催化剂在化学生产中必不可少,因为它们使反应在较低的温度和压力下更快地发生,从而节省能源并提高效率。工业催化剂通常是金属或金属化合物,它们通过其固有特性催化特定的化学反应。
催化剂中使用的金属包括镍、铜、钴、钼和铂。
燃料、肥料和精细化学品的生产需要镍基催化剂来催化特定的工艺步骤。
催化剂是针对特定工艺而设计的。例如,镍催化剂发挥重要作用的一个核心工艺是“蒸汽重整”,这是工业上主要的制氢工艺。
氢气主要用于炼油厂,对于生产清洁燃料至关重要。
由镍化合物和其他金属催化剂催化的另一个重要过程是加氢处理。
炼油厂利用该工艺预处理馏分油,去除硫、氮、氧、金属和芳香族化合物。该工艺对于减少硫排放和实现环保目标至关重要。
颜料、烧成材料和釉料中的镍化合物
氧化镍是生产无机颜料和烧制颜料的原料,而烧制颜料又用于生产釉料和搪瓷。烧制颜料与玻璃类似,用于赋予釉料某些特性和颜色。氧化镍还用于提高底漆釉料的附着力和作为着色剂。
此类釉料用于装饰和保护餐具、地砖和墙砖、艺术陶瓷和搪瓷钢等成品表面。在某些无机颜料中使用氧化镍可产生独特的颜色和精细的色调,这是其他方法无法实现的。
值得注意的是,由于镍与材料以化学方式结合,因此不存在释放的风险。
玻璃器皿生产中的镍化合物
氧化镍还用于生产某些类型的玻璃,包括水晶玻璃、黑色浅蓝色玻璃和镜片玻璃。在太阳镜中,镍用作着色剂,使镜片呈棕色,以吸收阳光并保护眼睛免受紫外线辐射。
少量的氧化镍被用来使某些结晶玻璃产品呈现紫色。
当使用大量镍化合物时,玻璃会呈现出一系列特定的颜色,从浅灰色到蓝色、紫色,甚至黑色,具体取决于镍的浓度。
氧化镍的一个专业用途是生产荧光灯用的黑光蓝玻璃 (BLB)。
BLB 灯泡是一种发射长波紫外线的荧光灯管,用于考古学、钞票检验、法医学、食品工业、医药、矿物学、集邮等领域的检测和分析,以及在剧院和广告照明中创造特殊效果。
电池中的镍化合物
多种镍化合物(氢氧化镍、硝酸镍、硫酸镍和锂镍复合氧化物)和金属镍用于生产各种类型的可充电电池,包括镍镉(Ni-Cd)、镍氢(NiMH)和大多数锂离子(Li-ion)电池。
我们日常生活中的手机、笔记本电脑和平板电脑等电子设备都依赖于可充电电池。此类移动设备通常使用镍氢电池和锂离子电池,而电动汽车、混合动力汽车、储能设备和卫星也使用锂离子电池。
镍镉电池具有高可靠性、长寿命(通常超过12年)和强大性能的特点,使其成为重要、可靠和高效的应急备用系统(如医院、飞机和火车中的系统)的首选。
使用镍氢电池的混合动力汽车比同类汽油汽车产生的污染和温室气体减少 50%。
这些电池在使用寿命结束时会被回收利用。在此过程中提取的镍化合物再次用作二次原料,用于生产新电池或其他工业产品。随着对更轻、更自主、更持久的设备的需求不断增长,灵活的基于电池的电源解决方案将在未来发挥越来越重要的作用。镍在未来将继续在电池技术中发挥关键作用。
(本文根据国际镍协会提供的信息编写)