ニッケル元素特性と用途

ニッケルは、その優れた機械的特性と耐久性のある合金を形成する能力により、航空宇宙、エネルギー、製造などの産業で広く使用されている万能の耐食金属である。

元素の紹介

ニッケル（Ni）は原子番号28の遷移金属元素で、銀白色を呈し、腐食や酸化に強い耐性があることから分類されています。ニッケルは、ペントランダイト、ガーニエライト、ラテライトなど、特定の鉱物に天然に含まれています。ニッケルは地殻に存在する一般的な金属ではないが、強靭で耐食性のある金属合金を作る能力があるため、特にステンレス鋼の製造において珍重されている。ニッケルは1751年にスウェーデンの化学者アクセル・フレドリック・クロンシュテットによって発見された。

化学的性質

ニッケルは非常に安定している。これは金属表面に酸化物の保護層が形成されるためである。このため、腐食性物質の存在下では非常に有用である。ニッケルの主な化学的性質は以下の通り：

• 触媒特性：ニッケルは酸や塩基に強いため、過酷な環境条件下でも有用である。
• 酸性およびアルカリ性：酸や塩基と反応すると可溶性の塩を形成するた め、さまざまな工業用途で有用である。
• 合金：ニッケルは、ステンレス鋼、ニクロム鋼、モネル鋼など多くの合金の重要な成分として使用され、機械的特性、熱安定性、耐食性に優れている。

物理的特性データ表

ニッケルの物理的性質を表にまとめました：

ニッケルは硬くて延性があり、電気をよく通す金属です。融点が高く、耐食性に優れているため、高温用途に適しています。詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。.

一般的な用途

高強度、可鍛性、耐食性などの望ましい特性により、多くの産業で不可欠な材料となっています。以下はその用途の説明です。

ステンレス鋼の製造

ニッケルはステンレス鋼の製造において非常に重要な元素であり、一般的に材料全体の8～12%を占める。この元素の存在は、鋼の耐食性、強度、耐久性を著しく向上させるため、例えば台所用品、化学工場、建築物など、腐食性の高い条件下での貴重な用途を提供します。ステンレス鋼の錆や汚れに強い特性は、主に調理器具、流し台、医療機器に含まれるニッケルの存在によるものです。

電池

ニッケルは、充電式電池、特にNi-CdおよびNiMH充電式電池の製造に使用されています。Ni-Cd電池はニッケルとカドミウムを主原料とし、NiMH電池はニッケル、金属水素化物、その他の材料で構成されている。ニッケル水素電池の用途には、電動工具、HEV車、携帯電子機器などがある。さらに、ニッケルの用途は、ステンレス鋼や一部の合金の製造にも関わっている。

貨幣

ニッケルは、特に銅とニッケルの合金で、何世紀にもわたって硬貨に広く使用されてきました。ニッケル硬貨（5セント硬貨、米国ニッケル）は、主に耐食性と金属的な外観のためにニッケルを使用して設計されています。ニッケル硬貨は、数十年間使用しても摩耗したり腐食したりしないため、長持ちします。

合金

ニッケルは、強度、可鍛性、耐熱性、耐食性を向上させる能力があるため、さまざまな高性能合金に広く使用されています。ニッケルを含む合金の例をいくつか挙げます：

• ニクロム：ニクロム: トースター、工業炉、窯などの発熱体 に使用される高抵抗合金。
• モネル：ニッケルと銅を主成分とする合金。モネルは海水の腐食作用に非常に強いため、特定の化学プロセスや航空宇宙産業で使用されている。
• インコネルジェットエンジン、ガスタービン、原子炉に使用される高温合金のグループ。

合金中のニッケルの用途は、丈夫で長持ちし、耐食性に優れた製品を必要とする産業の中核分野のひとつである。

調製方法

ニッケルは、鉱石から2つの異なる製法で得られる：

1.1.乾式製錬法：このプロセスは、炉内でニッケル鉱石を加熱し、他の元素からニッケルを抽出するものである。製錬と精製を行い、ニッケルマットを得る。この製品をさらに加工すると、純ニッケルが得られます。

2.湿式冶金プロセス：ニッケル鉱石は、酸性溶液や塩基性溶液を使用し て、浸出プロセスの助けを借りてニッケルを溶かします。その後、電解精錬によってニッケルを精製し、高純度のニッケルを得る。

このような工程を経て、鉱石からのニッケル抽出が可能となり、得られたニッケルは様々な用途に使用されます。

関連工業製品

ニッケルは汎用性が高いため、様々な分野で代わりが利きま す。ニッケルの工業用途には、以下のようなものが あります：

• ステンレス鋼: 自動車産業、建設業、台所用品の製造に使用される。
• 触媒：ニッケルは、不飽和脂肪酸を飽和脂肪酸に変えるた めに、化学工業における水素化を伴う反応の触媒 として使用される。
• めっき：ニッケルは、他の金属を覆う電気メッキに多 く使われている。この工程は、自転車、時計、電子機器などの製品に耐食性コーティングを施す。

これらの製品におけるニッケルの存在は、様々な分野の材料や機器の性能と寿命を向上させる上でニッケルが重要であることを強調している。

よくある質問

1.ニッケルの主な用途は何ですか？
ニッケルは主に、ステンレス鋼、電池、硬貨、各種合金の 製造に使用されています。ニッケルは、その強度、耐食性、充電式電池のエネルギー貯蔵能力で評価されています。

2.ニッケルはどのように鉱石から抽出されますか？
ニッケルは、乾式製錬法（加熱製錬）または湿式製錬法 （酸またはアルカリ水溶液による浸出）により抽出され、電解精 錬により純ニッケルが生産されます。

3.ニッケルの物理的性質は？
ニッケルは延性があり、硬い金属で、融点が高く(1455℃)、密 度が高く(8.908g/cm³)、電気伝導率が高い(1.43 × 10⁶ S/m)です。

4.なぜステンレス鋼にニッケルが使われるのですか？
ニッケルは、ステンレス鋼の強度、耐食性、耐久性を向上させ、建築、自動車、台所用品などの産業での使用に最適です。

5.ニッケルは、電池の性能にどのように貢献していますか？
ニッケルは、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長いため、二次電池において非常に重要であり、ハイブリッド自動車や 電動工具の 性能に貢献しています。