Никель

Никель Ni имеет порядковый номер 28, атомную массу - 58,71. Это прочный серебристо-белый металл с плотностью 8,9 г/см3 и температурой плавления 1 453 °С.

Он обладает высокой электро- и теплопроводностью и хорошо поддается обработке. Металл легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах, однако устойчив к действию воздуха, воды и обычных температур. Это свойство позволяет использовать никель в качестве защитного покрытия. Помимо низких степеней окисления никеля 0 и +1, существуют и высокие.

Соединения. Наиболее распространены следующие соединения Ni.

Двухвалентный Ni (II) образует большое количество различных комплексных соединений. Они обычно имеют октаэдрическую, тетраэдрическую или кубическую структуры. Кроме того, между структурами существует сложное равновесие, которое обычно зависит от температуры.

Двухвалентный никель образует большое количество соединений, как правило, окрашенных в зеленый цвет. Никель также дает целый ряд бинарных соединений с различными неметаллами, например с фосфором и углеродом.

В природе никель присутствует обычно совместно с мышьяком, сурьмой и серой. Среди наиболее важных с промышленной точки зрения руд следует отметить гарниерит - магний-никелевый силикат и некоторые разновидности железосодержащего минерала пирротита, в котором может содержаться до 5 % никеля.

Распространение. Никель и калий стране встречаются в различных горных породах (8-160 мг/кг) и почве (10-70 мг/кг).

В России средняя концентрация никеля в различных горных породах составляет 8-160 мг/кг, в почвах - 40 мг/кг (10-73 мг/кг). В морской воде содержится никеля 0,003 мг/л, в речных водах - 0,00006-0,015 мг/л (среднее 0,004 мг/л), в подземных водах - 0,002-0,016 мг/л, в водах в районах месторождений никелевых руд - 0,003-7 мг/л. В сточных водах некоторых промышленных предприятий (горнорудных, металлургических, приборостроительных, химических и др.) обнаруживается никеля 0,01-274 мг/л.

В речных и подземных водах его содержание колеблется в пределах 0,00006-0,016 мг/л, повышаясь в водах районов месторождений никелевых руд до 7 мг/дм3.

В сточных водах некоторых промышленных предприятий (горнорудных, металлургических, приборостроительных, химических и др.) содержание никеля может достигать 274 мг/дм3.

Никель составляет от 5 до 50 % массы метеоритов и обнаруживав ется в рудах в комбинации с серой, кислородом, сурьмой, мышьяком и/или диоксидом кремния. Имеющие промышленное значение месторождения руд состоят в основном из сульфидов и оксидов (латериты). Пентландит [(NiFeJgSe] является основным сульфидным минералом и обычно залегает вместе с пиротитом (Fe?Se), халькопиритом (CuFeS2) и небольшими количествами кобальта, селена, теллура, серебра, золота и платины.

Месторождения руд, содержащих сульфид никеля, найдены в Канаде, России и Новой Каледонии.

Извлечение. Так как никель, медь и железо находятся в виде различных минералов в сульфидных рудах, то применяются механические методы обогащения дробленой и измельченной руды, такие, как флотация и магнитное разделение.

Процессы обработки никелевых руд и очистки металла являются сложными и зависят от вида перерабатываемых руд.

Общие этапы получения никеля следующие: выделение из руды NiS, который затем прокаливают на воздухе для получения NiO, после чего его разлагают с помощью углерода для получения чистого металла. С помощью карбонизации из низкосортного металла можно получить высококачественный никель. При этом неочищенный металл реагирует с окисью углерода и образуется летучее соединение Ni(CO)4. При термической обработке этого соединения при температуре 200 °С можно достичь чистоты 99,99 %.

Мировое производство никеля составляет 800 600 т. Производство никелевой руды составляет 235 360 т в Канаде, 115 470 т - в Новой Каледонии, 81 100 т - в Австралии.

Применение. В промышленности находят применение более 3 000 никелевых сплавов. Наибольшее распространение получила нержавеющая сталь, которая используется, в основном, в автомобильной промышленности.

Главным среди никель-медных сплавов является монель - металл, содержащий около 66 % никеля и 32 % меди. Вследствие своей устойчивости к коррозии металл широко используется в молочной и пищевой промышленностях. Никель в большом количестве применяется при гальваностегии; в производстве устойчивых к действию кислот магнитных сплавов, а также магнитных лент; при литье деталей машин; как катализатор при гидрировании жиров и масел; при синтезе акриловых эфиров; при каталитической газификации угля; для хирургических и зубных протезов; в производстве монет; в никель-кадмиевых (Ni-Cd) батареях; в производстве пигментов, керамики и стекла.

Никель используется при производстве сплавов с железом, медью, алюминием, хромом, цинком и молибденом. Никельсодержащие стали обладают высокой коррозионной устойчивостью. Металл также используют при получении огнеупорных стал€;й и чугуна.

Метаболизм и токсическое действие. Для теплокровных животных и человека никель малотоксичсгн. Данные о его канцерогенном и мутагенном эффектах получены только при респираторном поступлении в больших дозах.

Поступление в организм. В организме всасывается 3-10 % вводимого с пищей никеля. В тканях организма остается только порядка 3-6 % ежедневно поглощаемого металла. Распределяется никель в организме почти однородно без преимущественного накопления в каких-либо органах. Резорбция никеля происходит главным образом в верхних отделах тонкой кишки. Никель выделяется преимущественно с фекалиями, с мочой выводится около 10 % поступившего с пищей металла. Интерес представляет тот факт, что концентрация никеля в волосах зависит от пола. Так, было отмечено, что у женщин в волосах содержится 3,96±1,055 мг/кг, а у мужчин - 0,97±0,147 мг/кг.

Никель необходим в рационе животных. Возможно, он необходим и для человека. У животных дефицит металла вызывает отклонения в развитии. Например, у цыплят, находившихся на диете с пониженным содержанием никеля, отмечали замедление роста, дерматиты и деформацию конечностей. Никель активирует некоторые ферменты, хотя он не является их единственным активатором. К таким ферментам относятся карбоксилаза, трипсин и ацетил-коэнзим-А-синтетаза. Некоторое количество никеля в организме человека находится в специфическом никельсодержащем белке, имеющем название никелоплазмин.

Никель, по-видимому, не токсичен для человека. Хотя пищевые кислоты могут растворять металл из никелированной или содержащей никелевые сплавы посуды, никель плохо всасывается и не оказывает токсического действия. Никель плохо абсорбируется из пищевых продуктов и напитков. Однако у рабочих предприятий по очистке никеля отмечали случаи рака органов дыхания и дерматиты.

Опасности. Вредное воздействие на здоровье при работе с соединениями никеля может вызывать три основных вида поражений:

  • - аллергию;
  • - ринит и синусит;
  • - рак носовых полостей, легких и других органов.

Аллергия. Воздействие никеля и его соединений относится к числу наиболее распространенных причин аллергического дерматита. Это касается не только лиц, подвергающихся профессиональному воздействию соединений никеля; кожная сенсибилизация возникает и у остального населения под воздействием никельсодержащих монет, ювелирных изделий, часов и застежек для одежды.

У рабочих, подвергающихся воздействию никелевых соединений, никелевый дерматит обычно начинается с папулезной эритемы рук. Кожа постепенно становится экзематозной, и в хронической стадии часто развиваются лишаи. Никелевая сенсибилизация также вызывает конъюнктивит, астму и отторжение организмом никельсодержащих протезов (например, внутрикостных штырей, зубных вставок и заменителей сердечных клапанов).

Ринит и синусит. У рабочих, занятых рафинированием никеля и гальваническим нанесением никелевых покрытий и подвергающихся действию никелевой пыли и аэрозолей растворимых никелевых соединений, часто развиваются гипертрофированный ринит и носовой синусит. Кроме того, появляются аносмия (потеря обоняния), носовой поли- поз и перфорация носовой перегородки. Наблюдаются также изменения в легких в результате хронического раздражающего действия веществ.

Рак. Исследования канцерогенеза под действием никелевых соединений были критически оценены комиссиями научных экспертов под эгидой Национальной академии наук США (НАН), Международного агентства по исследованию рака (МАИР) и Национального института безопасности и гигиены труда США (NIOSH). Комиссии НАН и МАИР пришли к заключению, что эпидемиологические исследования среди рабочих, занятых рафинированием никеля, выявили повышенное число случаев рака легких и полости носа и что канцерогенность определенных никелевых соединений была убедительно доказана опытами на животных.

У рабочих, занятых рафинированием никеля, наблюдаются карцинома гортани, желудка и надпочечников и саркома мягких тканей, однако статистическая значимость показателя случаев рака вне дыхательных путей не была точно установлена.

Никелевые соединения, вызывающие заболевания раком дыхательных путей у рабочих, занятых рафинированием никеля, не были идентифицированы.

Такими соединениями в основном являются:

  • а) нерастворимые пыли сульфида никеля и оксида никеля;
  • б) аэрозоли растворимых никелевых соединений;
  • в) пары карбонила никеля.

В настоящее время недостаточно данных, чтобы судить о повышении опасности заболевания раком рабочих, подвергающихся воздействию соединений никеля при операциях, не связанных с его рафинированием, например, на никелевых химических заводах и в цехах, где наносятся никелевые покрытия.

Следует провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, оказывает ли хроническое воздействие на организм в условиях промышленного производства поступление небольших количеств никеля. Предложения по замене алкильных соединений свинца, используемых в настоящее время в качестве добавок к топливу, на органические соединения никеля перед внедрением их в практику должны быть тщательно изучены. Хотя в настоящее время нет данных о токсичности никеля для человека, следует принять во внимание возможность вредного воздействия на здоровье людей металла при его широком распространении в атмосфере.

Гигивнические мероприятия. Рекомендуется, чтобы рабочие не подвергались воздействию никеля в концентрациях, выше чем 15 мкг/м3

(средневзвешенная во времени концентрация для 40-часовой рабочей недели).

На предприятиях, где рабочие подвергаются воздействию соединений никеля, необходимо строго соблюдать требования, касающиеся предупредительных надписей и указателей, спецодежды и оборудования, инструктажа и обучения рабочих, гигиены и санитарии, контроля окружающей среды и ведения протокольных записей.

Рекомендуется также, чтобы работники, подвергающиеся воздействию никеля и его неорганических соединений, проходили предварительное медицинское обследование.

Содержание в пищевых продуктах. Загрязнение продуктов питания никелем в результате коррозии никелированного пищевого оборудования или бытовых предметов практически не наблюдается. Поэтому повышенная концентрация никеля возможна лишь в пищевых продуктах, загрязненных богатой никелем хозяйственно-питьевой или оросительной водой.

Концентрация никеля составляет, мг/кг: в молокопродуктах, яйцах - 0,03-0,05; в мясе - 0,01-0,1, в печени - 0,1-0,5; в морепродуктах - 0,02- 1,7; в фруктах - 0,05-0,4; в овощах - 0,05-2; в зерновых - 0,8-1,1; в бобовых - 0,7-1,1, редко 5-7; в орехах - до 5,1. В организм человека поступает с суточным рационом 0,3-0,9 мг никеля.

Для теплокровных животных и человека никель малотоксичен. Взрослые обезьяны оставались здоровы, получая ежедневно в течение 6 мес. никеля до 50 мг/кг массы тела. Известны сведения о канцерогенном и мутагенном эффектах при респираторном поступлении никеля в больших дозах. Вредное действие на растения при поливе оказывает концентрация никеля 0,5 мг/л. Рост сахарной свеклы, помидор, капусты, картофеля и овса задерживается лишь при содержании никеля в поливной воде 15,9-29,4 мг/л. Порог токсичности к никелю водных микроорганизмов - 0,03 мг/л.

В России ПДК этого элемента в воде водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей, установлена 0,01 мг/л, а в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения - 0,1 мг/л (по санитарно-токсикологическому признаку вредности). Технический комитет США рекомендует, чтобы в воде для орошения почвы концентрация никеля не превышала 0,5 мг/л.

Загрязнения продуктов питания никелем в результате коррозии никелированного пищевого оборудования или бытовых предметов практически не наблюдается.

В некоторых пищевых продуктах повышенное содержание металла может явиться следствием их загэязнения в процессе производства. Как уже отмечалось выше, никель используется в качестве катализатора при гидрогенизации жиров в маргариновом производстве. Исследование маргарина, проведенное в Польше, показало, что при среднем содержании никеля в большинстве образцов от 0,06 до 0,185 мг/кг в одном виде продукта оно составило 0,47 мг/кг. В образцах маргарина, производимого в Голландии, содержалось более 1 мг/кг никеля. Такие повышенные показатели были связаны с недостаточной очисткой гид- рогенизированного масла от катализатора. Отмечали и повышение концентрации никеля в желатине, явившееся следствием загрязнения продукта в процессе его производства.

Применение никелевых катализаторов при гидрировании растительных масел незначительно увеличивает содержание никеля в готовом продукте. Поэтому повышенная концентрация никеля возможна лишь в пищевых продуктах, загрязненных богатой никелем хозяйственно-питьевой или оросительной водой.

В проекте более дифференцированных нормативов стран СЭВ рекомендуется ПДК, мг/кг: в молочных продуктах - 0,1, маргарине - 0,2, напитках - 0,3, жирном твороге - 0,4, мясе, рыбе, фруктах, овощах - 0,5, овсяной крупе-, бобовых - 3, шоколаде - 5, какао-порошке, чае - 8, других продуктах - 2.

Никель присутствует в небольших количествах почти во всех почвах. Растения могут содержать от 0,5 до 3,5 мг/кг металла. В значительных количествах он содержится в большинстве тканей животных. Суточная норма поступления никеля в организм человека с пищей составляет 0,3-0,6 мг.

Средняя концентрация никеля в продуктах, как правило, не превышает 0,5 мг/кг, хотя отдельные продукты могут содержать его и в больших концентрациях. Так, например, в чае никеля приблизительно 8 мг/кг (на сухой вес), в какао - 0,98 мг/кг, а в орехах - 5,1 мг/кг. Такие продукты моря, как сельдь и устрицы, также могут содержать много никеля.

Значительные количества никеля содержатся в табаке. Было отмечено, что при курении сигарет образуется карбонил никеля в количествах, способствующих возникновению рака легких.

Среднее поглощение никеля из городского водопровода около 10 мкг/день. Эти цифры получены исходя из средней концентрации металла в воде 4,8 мкг/л. Поглощение металла повышается при потреблении большого количества жидкости или загрязнении водопроводной сети. Основным источником загрязнения водопровода может быть использование сточных вод на сельскохозяйственных землях.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >