[Germaans nickel, duivel], o., chemisch element, symbool Ni.
Nikkel hoort tot de eerste reeks van overgangselementen en groep 8 van het periodiek systeem. Het heeft een buitenste elektronenconfiguratie van acht 3d-elektronen en twee 4s-elektronen. Het meest stabiel zijn Ni²⁺-ionen die ontstaan als de twee 4s-elektronen zijn afgegeven. Onder bijzondere omstandigheden vindt men soms Ni³⁺. De elektronenstructuur van nikkel kan gemakkelijk overgaan in tien 3d-elektronen waarbij dus de twee 4s-elektronen zijn teruggevallen.
Deze (3d¹⁰)⁰-nevenreeksstructuur kan met polaire en niet-polaire groepen of ionen in wisselwerking treden, waardoor nikkel als nulwaardig deeltje voorkomt b.v. in Ni(CO)₄, Ni(PF₃)₄, K₄[Ni(CN)₄]. Ook de (3d⁹)¹⁺-structuur, dus Ni¹⁺ wordt een enkele maal gevonden, K₃[Ni(CN)₃]. Isotopen zijn bekend vanaf atoommassa 56—67. Natuurlijk nikkel bestaat uit de stabiele isotopen 58, 60, 61, 62 en 64. Kobalt (Co) en nikkel zijn moeilijk te scheiden, zij komen in de natuur altijd samen voor. De naam van deze twee elementen houdt verband met de metaalachtig glanzende delfstof, nikkeliet, die bij verwerking geen alliages leverde.
In de oudheid werd dit als werk van boze geesten gezien. De oxiden van nikkel vormen zwakke basen. Nikkel is een glanzend en taai, zilverwit metaal en is zwak magnetisch; het wordt door zoutzuur en zwavelzuur moeilijk aangetast en lost gemakkelijk op in verdund salpeterzuur. Door sterk salpeterzuur wordt het evenals ijzer en kobalt gepassiveerd (passiviteit). Nikkel is bestand tegen de inwerking van alkalihydroxiden bij 300—400 °C, zodat nikkelen kroezen zijn te gebruiken om kaliumhydroxide of natriumhydroxide te smelten. Nikkel dient in de galvanostegie om voorwerpen te vernikkelen; verder is het een belangrijk bestanddeel van roestvaste staalsoorten en andere alliages (muntalliages en alliages gebruikt in ruimtevaartuigen).
Het monel is een natuurlijk alliage verkregen uit ertsen, die kopersulfide of nikkelsulfide bevatten. Het bevat 60—70 % nikkel en is, evenals andere alliages van nikkel, bestand tegen corrosie. Nikkel vindt toepassing als katalysator bij hydrogeneren, o.a. in de vet-industrie om vetten te harden en bij de hydrogenering van andere organische verbindingen. Nikkelzouten zijn giftig; nikkelcarbonyl, Ni(CO)₄, heeft kankerverwekkende eigenschappen bij inademing.
Voorkomen. Verreweg de belangrijkste nikkelmineralen zijn pentlandiet, (Fe, Ni)₉S₈, en garnieriet, waterhoudend nikkelmagnesiumsilicaat van veranderlijke samenstelling. Bijna 44 % van de wereldproduktie (exclusief USSR) is afkomstig uit Canada, m.n. uit het Sudburydistrict (Ontario). Hier is het nikkelmineraal pentlandiet, vergezeld door chalcopyriet, pyrrotiet en diverse andere mineralen waaronder het platinamineraal sperryliet. Behalve nikkel en koper wint men als bijprodukten platina, goud, zilver, selenium, tellurium en ook het ijzer uit de pyrrotiet. De ertsafzettingen hebben grillige vormen.
Zij liggen in of in de buurt van norieten (basische dieptegesteenten). Het tweede belangrijke ertsdistrict is Nieuw-Caledonië, waar het erts (garnieriet) ontstaat door verwering van (geserpentinieerde) peridotiet (ultrabasisch dieptegesteente) onder tropische omstandigheden. Het erts bevat 3—3,5 % nikkel en wordt in de groeven uitgezocht en direct versmolten.
Produktie. In 1976 werd 778900 t nikkelmetaal als erts geproduceerd. De belangrijkste producenten waren Canada (33,7 %), Rusland (16,5 %), Australië (9,7 %) en Cuba (4,7 %). Het verbruik van nikkel bedroeg in 1976 665700 t primair nikkel en 200800 t recycled nikkel (uit schroot). De grootste afnemers zijn de VS (23 %), de USSR (18 %) en Japan (17 %). De grootste verbruiker is de ijzeren staalindustrie (68 %), gevolgd door de nonferro-industrie en de galvanotechniek (vooral de auto-industrie).
De bewezen en waarschijnlijke nikkelreserves worden op 82,03 mln. t nikkelmetaal geschat. De belangrijkste vindplaatsen zijn Nieuw-Caledonië (18,8 %), Cuba (17,8 %), Canada (12,2 %) en de USSR (11 %).
Metallurgie. De silicaathoudende nikkelertsen worden met kalksteen, gips en cokes in een schachtoven verhit. Men verkrijgt een nikkelijzersteen met 40—45 % nikkel, die in een basische convertor (bessemerproces) met kwartszand wordt versmolten tot een nikkelsteen met ca. 78 % nikkel. Deze steen wordt in kogelmolens vermalen en langdurig bij hoge temperatuur geroost, totdat men praktisch zuiver nikkeloxide heeft overgehouden. Dit wordt gebriketteerd te zamen met een zwavelvrij reductiemiddel, b.v. meel of houtskool, en gereduceerd bij 1200 °C. De verkregen cubi of rondelles bevatten 99,5 % nikkel. Bij de sulfidische nikkelertsen (Sudbury) wordt het erts door malen, zeven, magnetisch scheiden en floteren gescheiden in drie produkten:
pyrrotiet; kopersulfide (koper); een produkt, dat overwegend uit nikkelsulfide bestaat en daarnaast nog wat kopersulfide bevat. Het pyrrotiet wordt onderworpen aan een fluid—bed—roosting bij 700 °C om alle zwavel zo goed mogelijk te verwijderen, waarna het nikkel volledig en het ijzer gedeeltelijk gereduceerd worden in een roteeroven. Bij de hierop volgende loging in een ammoniumcarbonaatoplossing gaat het nikkel in oplossing. Na affiltreren wordt de loog aan een stoomdestillatie onderworpen waarbij nikkel als nikkelcarbonaat neerslaat, terwijl uit de gassen (ammoniaken koolzuur) opnieuw ammoniumcarbonaat wordt gevormd, dat weer in het proces wordt teruggevoerd. Het nikkelcarbonaat wordt afgefiltreerd, tot nikkeloxide gegloeid en zo in de handel gebracht. Het nikkelsulfide wordt hetzij in een schachtoven (grove stukken) hetzij in een haardoven (fijn concentraat) versmolten tot een nikkel(koper)-ijzersteen.
Na verblazen in een convertor waarbij het ijzer verwijderd wordt, laat men het verkregen produkt langzaam afkoelen. Bij het afkoelen ontstaan drie afzonderlijke produkten. Een metallisch deel, dat uit een kopernikkelalliage bestaat met 90 % van de in het erts aanwezige zeldzame metalen, kan worden verwijderd door magnetische scheiding. Dit produkt levert na elektrolyse koper, nikkel en de zeldzame metalen als goud en platina. Het kopersulfide wordt van het nikkelsulfide gescheiden door flotatie. Het zo verkregen nikkelsulfide wordt door roosten omgezet in nikkeloxide.
Een deel van dit produkt wordt gebruikt voor een verdere raffinage volgens het moudproces. Het nikkeloxide wordt daartoe verhit op 350—400 °C met watergas, waardoor het oxide reduceert tot metaal.
Toepassingen. Massief, zuiver nikkel wordt gebruikt voor de vervaardiging van speciale toestellen, b.v. kook-en laboratoriumgerei, chirurgische instrumenten, en als een beschuttende en verfraaiende deklaag voor voorwerpen uit chemisch minder weerstand biedend metaal. Het grootste gedeelte van de nikkelproduktie dient voor de bereiding van legeringen en speciale staalsoorten (nikkelstaal) voor bepaalde gereedschappen, machineonderdelen en pantserplaten. Verder wordt het gebruikt als katalysator en in accumulatoren.
Nikkellegeringen. Er zijn vele nikkellegeringen voor speciale toepassingen: monel (70Ni:30Cu) wordt toegepast wegens zijn corrosiebestendigheid; cupronikkel (20Ni:80Cu), toegepast wegens zeer goede vervormbaarheid (patroonhulzen); constantaan (45Ni:55Cu) heeft tamelijk constante elektrische weerstand (kleine temperatuurscoëfficiënt); nichrome (60Ni:16Cr:24Fe) weerstandsdraad voor hoge temperatuur (oxidatiebestendig); invar (36Ni:64Fe) heeft een uiterst kleine uitzettingscoëfficiënt (slinger voor precisieuurwerken); kovar (28Ni:54Fe:18Co) heeft dezelfde uitzettingscoëfficiënt als glas, wordt gebruikt voor insmelten van elektrische toevoerdraden in glas (gloeilampen); nimoni (58Ni:20Cr:18Co:2,5Ti:l,5Al) is sterk bij hoge temperatuur, wordt gebruikt voor turbineschoepen van straalmotoren; nieuwzilver (18Ni:60Cu:22Zn) wordt gebruikt voor tafelbestek; hetzelfde geldt voor argentaan (20Ni:60Cu:20Zn). Nikkelverbindingen. De zouten van tweewaardig nikkel, zoals nikkelchloride, NiCl₂6H₂O, nikkel-nitraat, Ni(NO₃)₂.6H₂O, nikkelsulfaat, NiSO4. 7H₂O vormen groene, in water goed oplosbare kristallen. De watervrije verbindingen zijn geel van kleur. Voegt men overmaat ammoniak toe dan krijgt men blauwe oplossingen.
De groene kleur is die van het Ni²⁺-ion omgeven door zes watermoleculen; bij de blauwe kleur is dit water geheel of gedeeltelijk vervangen door ammoniakmoleculen, b.v. [Ni(II)(NH₃)₆]²⁺. Bij toevoeging van loog slaat groen nikkelhydroxide neer, Ni(OH)₂. Nikkelcarbonaat, NiCO₃, een kleurloze, sterk lichtbrekende vloeistof, is weinig stabiel en verliest CO₂ onder vorming van een basisch carbonaat. Nikkelzouten vinden toepassing in de galvanostegie. Met cyaan vormen nikkel-ionen complexe ionen. Lost men nikkelcyanide op in een overmaat kaliumcyanide, dan ontstaat de complexe verbinding K₂Ni(CN)₄; door zoutzuur ontleedt deze verbinding in Ni(CN)₂.
