1. 镍和钴的性质
1.镍、钴的主要物理性质
1. 镍
密度(20℃)8.9g/cm3
熔点1455℃
沸点2915℃
平均比热(0~100℃)452J/(kg·K)
熔化热 17.71 kJ/mol
汽化热 374.3 kJ/mol
热导率(0~100℃)88.5W/(m·K)
电阻率(20℃)6.9μΩ·cm
2.钴
密度(20℃)8.9g/cm3
熔点1492℃
沸点2930℃
平均比热(0~100℃)472J/(kg·K)
熔化热15.5kJ/mol(估算值)
汽化热 379.4 kJ/mol
热导率(0~100℃)96W/(m·K)
电阻率(20℃)6.34μΩ·cm
镍的居里点为357.6℃,在低温下仍具有良好的强度和延展性;钴的居里点为1121℃,钴具有良好的延展性和强磁性。
2.镍、钴的主要化学性质
常温下,空气中镍表面会形成一层致密的氧化膜,阻止氧化过程进一步进行。镍能耐氟、碱、盐水和许多有机物的腐蚀,在稀盐酸中溶解很慢。浓硝酸能使镍表面钝化,使之具有耐腐蚀性。镍能吸收大量的氧,颗粒越小,吸收量越大。重要的镍盐有硫酸镍(NiS04·H20)和氯化镍(NiCl2·6H20)。
致密的金属钴在常温下在湿空气和水中稳定,不与碱和有机物反应。钴在300℃以上在空气中开始氧化。炽热的钴能分解水放出氢气。用氢还原制备的细颗粒金属钴粉在空气中自燃,生成氧化钴。钴能被硫酸、盐酸和碱溶解,生成二价的钴盐。无水氯化钴呈蓝色,在空气中吸收水分后变成淡红色,这一性质可用作干燥剂的指示剂。
2. 镍和钴的用途
(一)镍的用途
镍是一种用途十分广泛的金属,据1997年统计,镍的主要用途在以下六大领域:不锈钢、合金钢、特殊钢、镍基合金、电镀和非合金领域。
不锈钢中消耗量最大的是镍。不锈钢能耐大气、蒸汽和水的腐蚀,也能耐酸、碱和盐的腐蚀,因此不锈钢在化工、冶金、建筑和各种民用方面有广泛的应用,如石油化工、纺织、轻工、核能等工业中制造需焊接的容器、塔、槽、管道等;尿素生产中的合成塔、洗涤塔、冷凝塔、汽提塔等耐腐蚀高压设备。镍还可制成各种合金,如含镍80%的镍合金,能耐高温,断裂强度高,专门用于制造燃气轮机和喷气发动机。镍铬合金机械强度高,抗海水腐蚀能力强,因此用来制造海洋船舶的涡轮发动机。铜镍合金具有优良的耐腐蚀性能、导热性和压延性能,在造船、化工等工业中得到广泛应用。钛镍形状记忆合金受热后会恢复原状,在医学领域有广泛的应用,如血栓滤器、脊柱矫形棒、牙科矫形唇弓弦、脑动脉瘤夹、接骨板、人工关节、股骨头帽、人工心脏的人工肌肉、人工肾脏的微型泵等。储氢合金在常温下能吸收氢气形成氢化物,加热到低温时又能释放氢气,这一特性大大方便了核反应和太阳能的储能和运输。近年来还利用这一特性研制出新型镍氢电池,不含有毒元素,被称为绿色电池,可与镍镉电池互换使用。镍氢电池在日本发展很快,主要用于移动通讯和笔记本电脑。此外,以镍氢为动力的汽车也已投放市场。世界上镍消耗量最大的国家是日本、美国、德国和俄罗斯。
镍还用于镀镍,镀镍可在钢和其他金属基材上提供耐用、耐腐蚀的表面层,其耐腐蚀性比镀锌高 20% 至 25%。
镍复合材料可用作石油化工加氢、甲烷合成等催化剂,其优点是不易受到H2S、SO2等气体的毒害。
镍的化合物可用来制造颜料、染料,镍还可制成镍铁氧体、镍锌铁氧体等新型陶瓷,用作变压器铁芯、无线电天线等。
(二)钴的用途
钴是重要的战略金属,钴及其合金广泛应用于电机、机械、化工、航空航天等领域,其中75%~80%的钴用于制造合金,20%~25%以各种化合物形式用于化工、电子等工业。
钴基耐高温合金或含钴合金钢可用作燃气轮机叶片、叶轮、导管,喷气发动机、火箭发动机、导弹部件,化工设备中各种高负荷耐热零件,以及原子能工业中的重要金属材料。
钴基耐磨合金能耐高温和磨损,用于制造挖掘设备、船用柴油发动机、航空发动机排气阀等的耐磨部件。钴还可以与碳化钨一起使用来生产硬质合金。
钴是永磁合金的重要成分,铁钴磁合金的磁力线密度较高,其中含钴25%的Anik系列高磁导率合金应用最为广泛。
钴还可制成低膨胀系数的合金,如含钴17%、29%、53%、0.2%的钴合金,其膨胀系数与玻璃相同,可焊成玻璃供电器、收音机、照明等使用。
含钴的蓝色玻璃对红色的透过率高,用于火焰分析。含钴玻璃还用作光学滤光片和眼科治疗装置,钴还可用作玻璃脱色剂。氧化钴用作釉料颜料。在釉料中加入5%的氧化钴,会产生深蓝色。在陶瓷中加入钴,能使黄色中和为白色,从而得到高品质的白色制品。各种有机酸钴盐在聚合物合成中用作催化剂。例如醋酸钴用作人造纤维的催化剂,萘甲酸钴用作油漆的干燥剂,Co-Mo-Al催化剂用于加氢和脱硫工艺。
钴也是人类和动物必需的微量元素之一。牛、羊缺钴,食欲不振,发育迟缓,产奶量减少。含钴的维生素Bi2可预防人类恶性贫血。同位素60Co发射伽马射线,可用于理化研究和医学治疗。钴还用于外科治疗。