Оксид никеля: получение, свойства и применение соединения

Оксид никеля - удивительное вещество, обладающее комплексом уникальных химических и физических свойств. Это соединение широко используется в самых разных отраслях промышленности благодаря своей полезности. Давайте разберемся, откуда берется оксид никеля, чем он так полезен и где находит применение.

Что такое оксид никеля

Оксид никеля представляет собой неорганическое химическое соединение никеля с кислородом. Его молекулярная формула - NiO. В зависимости от условий получения оксид никеля может иметь разный цвет - от светло-зеленого до темно-зеленого и даже черного.

Оксид никеля обладает как основными, так и кислотными свойствами. Он практически не растворяется в воде, зато хорошо взаимодействует с кислотами, образуя соли никеля. При нагревании выше 1230°C начинается обратимый процесс диссоциации оксида никеля на никель и кислород.

Как получают оксид никеля

Существует несколько основных способов получения оксида никеля:

• Прямое окисление металлического никеля кислородом воздуха при нагревании:

2Ni + O₂ → 2NiO

• Термическое разложение солей никеля, таких как карбонат или нитрат никеля:

NiCO₃ → NiO + CO₂

• Окисление гидроксида никеля в щелочной среде с помощью окислителей:

2Ni(OH)₂ + Br₂ → 2NiO + 2H₂O + 2HBr

Наиболее распространенный способ получения - термическое разложение карбоната никеля при температуре около 600°C с образованием оксида никеля в виде черного порошка.

Где в природе встречается оксид никеля

В природных условиях оксид никеля встречается крайне редко в виде минерала бунзенита. Это октаэдрические кристаллы темно-зеленого или черного цвета.

Основные месторождения бунзенита находятся в Германии (Саксония), Норвегии, Канаде. Добыча ведется открытым способом, затем руда подвергается обогащению с получением концентрата, содержащего до 35% оксида никеля.

Применение оксида никеля

Благодаря своим уникальным свойствам, оксид никеля нашел широкое применение в различных областях промышленности:

• Производство ферритов, используемых в электронике и радиотехнике.
• Изготовление никелевых катализаторов.
• Применение в топливных элементах.
• Использование в качестве пигмента для окрашивания стекла и керамики.
• Применение в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Также оксид никеля в смеси с азидом алюминия используется в качестве пиротехнического состава для надувных подушек безопасности в автомобилях.

Оксиды никеля высших степеней окисления

Помимо оксида никеля(II) или монооксида никеля NiO, известны также оксиды никеля более высоких степеней окисления:

• Оксид никеля(III) Ni2O3 - получают окислением солей Ni(II) гипохлоритом в щелочной среде. Представляет собой черный порошок, нерастворимый в воде.
• Оксид никеля(IV) или диоксид никеля NiO2 - образуется электрохимическим окислением оксидов никеля. Черные кристаллы со структурой рутила. Сильный окислитель.

Восстановление оксида никеля

Несмотря на высокую термическую стабильность, оксид никеля может быть восстановлен до металлического никеля с помощью различных восстановителей.

Наиболее распространены следующие способы:

• Восстановление водородом при нагревании:

NiO + H2 → Ni + H2O

• Восстановление углеродом (углем) при высокой температуре:

NiO + C → Ni + CO

• Восстановление активными металлами (магний, алюминий):

3NiO + 2Al → 3Ni + Al2O3

Токсичность оксида никеля

Несмотря на широкое применение, оксид никеля является токсичным веществом, опасным для здоровья человека.

Пыль и пары оксида никеля могут вызвать раздражение кожи, глаз, слизистых оболочек. Также возможно развитие аллергических реакций.

По степени канцерогенности оксид никеля относится ко 2-му классу опасности. Он может стать причиной возникновения рака легких, носоглотки и других злокачественных опухолей.

Меры предосторожности при работе

Чтобы свести к минимуму опасность отравления оксидом никеля, необходимо:

• Использовать средства индивидуальной защиты - перчатки, очки, респиратор.
• Тщательно мыть руки после контакта с веществом.
• При нагревании обеспечить хорошую вентиляцию помещения.
• Хранить оксид никеля в герметично закрытой таре, отдельно от еды и питья.

Соблюдение мер предосторожности позволит безопасно использовать удивительное соединение - оксид никеля.

Производство никель-цинковых ферритов

Одно из важнейших применений оксида никеля - использование в производстве никель-цинковых ферритов, которые широко используются благодаря своим магнитным свойствам.

Никель-цинковый феррит имеет химическую формулу NiZnFeO4. Его получают по следующей реакции:

ZnO + NiO + Fe2O3 → NiZnFeO4

Смесь оксидов спекают при температуре около 1300°C с последующим медленным охлаждением. Полученный феррит представляет собой твердое кристаллическое вещество темно-зеленого или черного цвета.

Применение в нефтепереработке

Оксид и соли никеля нашли применение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Никелевые катализаторы используются в таких процессах, как каталитический крекинг, гидрокрекинг, гидроочистка дизельного топлива и мазута. Они повышают выход целевых фракций и улучшают качество получаемых нефтепродуктов.

Переработка отходов, содержащих оксид никеля

В промышленных процессах образуются различные отходы, загрязненные оксидом никеля, например:

• Шлаки металлургического производства
• Зола от сжигания органического топлива на ТЭЦ
• Отработанные никель-кадмиевые аккумуляторы

Такие отходы представляют опасность для окружающей среды. Поэтому они подвергаются переработке с целью извлечения и повторного использования ценных компонентов, в том числе оксида никеля.

Перспективы использования оксида никеля

В настоящее время ведутся исследования по расширению областей применения оксида никеля, например:

• Создание высокоэффективных никелевых электрокатализаторов для топливных элементов.
• Использование в наноструктурированных материалах, обладающих улучшенными оптическими и магнитными характеристиками.
• Создание солнечных батарей на основе красителей с участием оксида никеля.