nikkel

Nikkel er et siderofilt grundstof, dvs. at det er koncentreret i Jordens kerne. Indholdet af nikkel i bjergarter varierer fra 1 g/t til 1000 g/t. Granitter har det laveste, mafiske og ultramafiske bjergarter det højeste indhold.

I mineraler findes nikkel sammen med svovl i sulfider, i silikater som fx garnierit, der er en grøn nikkelserpentin, og som forurening i magnesiumrige mineraler, fx olivin, der kan indeholde op til 0,2 vægtpct. nikkel. Nikkelmineralet pentlandit er altid intimt sammenvokset med pyrrhotit (magnetkis) eller chalcopyrit (kobberkis). Af andre nikkelmineraler findes millerit og niccolit samt nikkel-cobalt-arsen-mineraler som cobaltit, gersdorffit og skutterudit.

Langt det meste nikkel udvindes af mineralet pentlandit i sulfidmalm fra mafiske magmatiske bjergarter, fx i Sudbury, Canada, Norilsk, Sibirien og Voisey's Bay, Labrador. Nikkelindholdet i disse forekomster er ca. 2 % og ofte associeret med lige så meget kobber.

Nikkelsilikatforekomster, garnierit, er en forvitringstype med 2-3 % nikkel, hvor nikkel beriges i serpentinit under tropisk forvitring af olivinrige, ultramafiske bjergarter. Denne type malm brydes i Ny Kaledonien. Nikkellaterit, der menes at blive en vigtig nikkelresurse i fremtiden, er især dannet i Tertiærtiden i tropisk og subtropisk klima; heri er nikkel bundet til goethit og serpentin. Det brydes på Cuba og findes udbredt i Filippinerne og Indonesien. En anden resurse er mangannoduler på havbunden, som indeholder op til 0,5 % nikkel.

Med en årsproduktion på 2,6 mio. t i 2013 er nikkel et af de vigtige metaller. Udvindingen er stigende, især pga. et stadig voksende forbrug af nikkelholdige rustfri stål.

Nikkel bliver overvejende udvundet af sulfidmalme, hvori det ofte findes sammen med kobber og jern. Ved flotation i flere trin og magnetseparation deles den knuste og findelte malm i koncentrater af hhv. kobber, nikkel med kobber, og jern. Smeltning og ristning af nikkel-kobber-koncentratet fører frem til nikkeloxid eller blandede nikkel-kobber-oxider, hvoraf metallerne frigøres ved reduktion med vandgas ved høj temperatur eller ved smeltning med kul.

I stigende omfang udnyttes også oxidmalme, der udgør en væsentlig del af de kendte nikkelreserver. Disse malme indeholder normalt ikke kobber. Gennem reduktion, ekstraktion og kalcinering fremkommer nikkeloxid, som reduceres til metallet.

Det ved reduktion og smeltning udvundne rånikkel kan ligesom mange andre metaller raffineres ved elektrolyse, men også ved den særprægede Mond- eller carbonylproces (se Ludwig Mond). En carbonoxidrig gas (CO) reagerer ved 50-60 °C med metallet og danner flygtigt nikkelcarbonyl (Ni(CO)₄), som i gasform ledes gennem i forvejen pelleteret nikkel. Her spaltes gassen igen ved 180-200 °C, og rent nikkel udfældes, mens carbonoxidgassen recirkuleres. I modsætning til elektrolyse medfører carbonylprocessen en effektiv fjernelse af cobalt, der er til stede som urenhed i nikkel.

Nikkel genvindes fra katalysatorer, nikkelholdige batterier, væsker, slam og filterkager fra galvaniske processer, men navnlig fra skrot af rustfrit stål og mange andre nikkelholdige legeringer. Det sker for det meste uden at adskille bestanddelene, idet kobberholdige legeringer mv. genanvendes i bronzer, mens jern- og chromholdige materialer og især rustfri stål genanvendes i stållegeringer.

Nikkel bruges som katalysator, bl.a. til fremstilling af syntesegas ved steamreforming, og ved hydrogenering (hærdning) af fedtstoffer. Det indgår i flere slags genopladelige batterier og akkumulatorer baseret på nikkel-jern (NiFe) eller nikkel-cadmium (NiCd). En nyere type, nikkel-metalhydrid-batterier, er lettere i forhold til kapaciteten og kan komme til at spille en stor rolle i elbiler.

Nikkel anvendes til korrosionsbeskyttende og dekorativ overfladebehandling, enten alene (fornikling) eller med et tyndt overtræk af chrom (forkromning). Fornikling bør ikke anvendes på knapper, hægter og smykker, som kommer i berøring med huden (se nikkelallergi nedenfor).

Det allermeste nikkel ender som bestanddel i legeringer, først og fremmest varmebestandige og rustfri stål. Endvidere indgår nikkel som en vigtig bestanddel i talrige legeringer på basis af cobalt, jern, kobber, nikkel og ædelmetaller. Nikkel bidrager til legeringernes styrke, hårdhed, varme- og korrosionsbestandighed, og det har en særlig evne til at affarve kobber-, messing- og guldlegeringer. Legeringer som rustfri stål, nysølv, hvidguld og møntmetal afgiver ikke nikkel ved berøring og udløser derfor ikke nikkelallergi.

Nikkel optræder i forbindelser med oxidationstrin fra 0 til +4 med +2 som det mest almindelige.

Oxidationstrin 0. Den vigtigste forbindelse er her nikkeltetracarbonyl, Ni(CO)₄, en giftig, farveløs væske med kogepunkt 43 °C. Det dannes ved reaktion mellem findelt nikkel og carbonmonoxid ved 50-100 °C og sønderdeles til Ni og CO ved ca. 200 °C. Denne temperaturafhængighed udnyttes til fremstilling af nikkel af høj renhed (Mond-processen).

Oxidationstrin +1. Dette er sjældent forekommende. Et veldokumenteret eksempel er dog kaliumhexacyanonikkel(I), K₄[Ni₂(CN)₆].

Oxidationstrin +2. Tildeling af oxidationstrinnene 0 og +1 til de ovenfor nævnte forbindelser er af ret formel karakter, da forbindelserne ikke indgår i egentlige redoxreaktioner. Oxidationstrin +2 er imidlertid veldefineret, og der findes et stort antal nikkelforbindelser, der i vandig opløsning indeholder den oktaedrisk byggede nikkelhexaquaion, [Ni(H₂O)₆]²⁺, der giver opløsningerne en grøn farve. Ionen indgår i en lang række krystalvandholdige nikkelsalte som fx nikkelnitrat, Ni(NO₃)₂∙6H₂O, nikkelsulfat, NiSO₄∙7H₂O, og nikkelperklorat, Ni(ClO₄)₂∙6H₂O. Ni²⁺-opløsninger anvendes bl.a. til elektrolytisk fornikling af jerngenstande mhp. at beskytte dem mod korrosion. Nikkelhexaquaionen indgår i komplekskemiske reaktioner med et stort antal ligander, fx ammoniak og aminer i almindelighed, hvor koordinationstallet er seks. Kompleksdannelsen er i reglen forbundet med en farveændring; fx har nikkelhexamminionen, [Ni(NH₃)₆]²⁺, en dybblå farve. Med andre ligander, fx cyanidionen, er koordinationstallet fire, og den gule nikkeltetracyanidion, [Ni(CN)₄]^2-, har en plan, kvadratisk struktur.

Oxidationstrin +3. Den mest kendte forbindelse er NiOOH, i vandfri form Ni₂O₃, der indgår i den positive pol i akkumulatorer med hhv. jern og cadmium som negative poler.

Oxidationstrin +4. Dette oxidationstrin er vanskeligt at opnå, og de få forbindelser, der kendes, er ustabile. En af de bedst definerede er det røde, komplekse fluorid K₂[NiF₆].

Intermetalliske forbindelser og legeringer. Nikkel danner faste opløsninger med både cobalt og kobber. Det danner jernlegeringer med god korrosionsbestandighed og indgår i en række intermetalliske forbindelser, fx med aluminium, med hvilket det danner fire forbindelser, bl.a. NiAl. En forbindelse med sammensætningen Fe₂NiAl har en usædvanlig stærk, permanent magnetisme.

Nikkel findes i ganske små mængder i organismen som nikkelioner (Ni²⁺). Nikkelioner kan aktivere visse enzymer, fx peptidaser, men virkningen tillægges ikke fysiologisk betydning. I større mængder er nikkel giftig for de fleste organismer.

Nikkel kan fremkalde et allergisk kontakteksem, der viser sig som kløe, rødme, hævelse og måske blærer på et hudområde, der er i tæt kontakt med en nikkelholdig metalgenstand (se eksem og allergiske hudsygdomme). Allergien er udviklet ved tidligere hudkontakt med nikkel, der har medført udvikling af type IV-allergi (se allergi), som kan påvises ved eksemprøver. Hyppige årsager er metalspænder i urremme eller beklædning, knapper, lynlåse og især anvendelse af uægte øresmykker efter øreperforering. Da mange kvinder er udsat for nikkel, er 10-20 % af dem allergiske over for metallet, mens det kun gælder 2 % af mændene. Håndeksem forekommer hyppigere hos kvinder med nikkelallergi, men hudkontakt med nikkel er sjældent den direkte årsag til håndeksem, og kostens nikkelindhold forklarer næppe eksemaktiviteten.

I Danmark indførte man i 1990 grænseværdier for den tilladte nikkelfrigivelse fra genstande, der bæres i direkte kontakt med huden; et tilsvarende EU-direktiv blev vedtaget 1994. Reguleringen har i Danmark nedsat hyppigheden af nikkelallergi i aldersgruppen 0-18 år.