Nickel : Propriétés et utilisations des éléments

Le nickel est un métal polyvalent et résistant à la corrosion, largement utilisé dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'énergie et la fabrication, en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de sa capacité à former des alliages durables.

Présentation d'un élément

Lenickel (Ni), dont le numéro atomique est 28, est un métal de transition qui se caractérise par sa couleur blanc argenté et sa forte résistance à la corrosion et à l'oxydation. Le nickel se trouve à l'état naturel dans certains minéraux, notamment la pentlandite, la garniérite et la latérite. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un métal courant dans la croûte terrestre, il est très prisé pour sa capacité à produire un alliage métallique solide et résistant à la corrosion, en particulier dans la production d'acier inoxydable. Le nickel a été découvert en 1751 par Axel Fredrik Cronstedt, un chimiste suédois.

Propriétés chimiques Description

Le nickel est assez stable. Cela est dû à la formation d'une couche d'oxyde protectrice à la surface du métal. Cela le rend très utile en présence de matériaux corrosifs. Les principales propriétés chimiques du métal sont les suivantes :

• Propriété catalytique : La résistance du nickel aux acides et aux bases le rend utile dans des conditions environnementales sévères.
• Acidité et alcalinité : Lorsqu'il réagit avec des acides et des bases, il forme des sels solubles, ce qui le rend utile dans plusieurs applications industrielles.
• Alliage: Le nickel est utilisé comme composant important dans de nombreux alliages tels que l'acier inoxydable, le nichrome et le Monel, auxquels il confère d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité à la chaleur et une résistance à la corrosion.

Tableau de données sur les propriétés physiques

Voici un tableau résumant les propriétés physiques du nickel :

Le nickel est un métal dur et ductile qui est un bon conducteur d'électricité. Son point de fusion élevé et sa résistance à la corrosion le destinent à des applications à haute température. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Utilisations courantes

Ses propriétés recherchées, telles que sa grande solidité, sa malléabilité et sa résistance à la corrosion, en font un matériau essentiel dans de nombreuses industries. Vous trouverez ci-dessous une explication de ses applications.

Fabrication d'acier inoxydable

Le nickel est un élément très important dans la production d'acier inoxydable, dans lequel il constitue généralement 8 à 12 % du matériau total. La présence de cet élément augmente considérablement la résistance à la corrosion, la solidité et la durabilité de l'acier, offrant ainsi une application précieuse dans des conditions de forte corrosion, par exemple dans les ustensiles de cuisine, les usines chimiques et les bâtiments. Les propriétés de résistance à la rouille et aux taches de l'acier inoxydable sont principalement dues à la présence de nickel dans les ustensiles, les éviers et les équipements médicaux.

Piles

Le nickel trouve des applications dans la production de piles rechargeables, en particulier dans la production de piles rechargeables Ni-Cd et NiMH. La batterie Ni-Cd, par exemple, contient principalement du nickel et du cadmium, tandis que la batterie NiMH est composée de nickel, d'hydrure métallique et d'autres matériaux. Les applications des batteries à hydrure métallique de nickel comprennent les outils électriques, les voitures HEV et l'électronique portable. En outre, les applications du nickel interviennent dans la production d'acier inoxydable et de certains alliages.

Monnaie

Le nickel a été largement utilisé dans la fabrication de pièces de monnaie pendant plusieurs siècles, en particulier dans les alliages de cuivre et de nickel. Les pièces de monnaie en nickel (5 cents ou le nickel américain) sont conçues à partir de nickel, principalement pour leur résistance à la corrosion et leur aspect métallique. Les pièces de monnaie en nickel sont durables, car elles ne s'usent pas et ne se corrodent pas lorsqu'elles sont utilisées pendant plusieurs décennies.

Les alliages

Le nickel est largement utilisé dans différents alliages à haute performance en raison de sa capacité à améliorer la solidité, la malléabilité, la résistance à la chaleur et la résistance à la corrosion. Voici quelques exemples d'alliages contenant du nickel :

• Le nichrome : Alliage à haute résistance utilisé dans les éléments chauffants des grille-pain, des fours industriels et des fours.
• Monel : Il s'agit d'un alliage composé principalement de nickel et de cuivre. Le Monel est assez résistant à l'action corrosive de l'eau de mer et est donc utilisé dans certains processus chimiques ainsi que dans l'industrie aérospatiale.
• Inconel : Groupe d'alliages à haute température utilisés dans les moteurs à réaction, les turbines à gaz et les réacteurs.

L'application du nickel dans les alliages est l'un des secteurs clés pour les industries qui ont besoin d'un produit solide, durable et résistant à la corrosion.

Méthodes de préparation

Le nickel est obtenu à partir de ses minerais par deux procédés différents :

1. Le procédé pyrométallurgique : Ce procédé consiste à chauffer des minerais de nickel dans un four pour extraire le nickel d'autres éléments. La fusion et l'affinage permettent d'obtenir une matte de nickel. Le traitement ultérieur du produit permet d'obtenir du nickel pur.

2. Procédé hydrométallurgique : Les minerais de nickel sont traités par l'application de solutions acides et/ou basiques pour dissoudre le nickel à l'aide du processus de lixiviation. Le nickel est ensuite affiné par électrolyse pour obtenir un nickel très pur.

Ces procédés permettent d'extraire le nickel de ses minerais et le nickel obtenu peut être utilisé à diverses fins.

Produits industriels connexes

La polyvalence du nickel le rend irremplaçable dans divers secteurs. Voici quelques-unes des applications industrielles du nickel

• Acier inoxydable : utilisé dans l'industrie automobile, le secteur de la construction et la préparation d'ustensiles de cuisine.
• Catalyseurs : Le nickel est utilisé pour catalyser les réactions d'hydrogénation dans l'industrie chimique afin de transformer les graisses insaturées en graisses saturées.
• Placage : Le nickel est largement utilisé dans la galvanoplastie pour recouvrir d'autres métaux. Ce procédé permet de recouvrir d'un revêtement résistant à la corrosion des articles tels que les bicyclettes, les montres et les appareils électroniques.

La présence du nickel dans ces produits souligne son importance dans l'amélioration des performances et de la longévité des matériaux et des équipements dans de nombreux secteurs.

Questions fréquemment posées

1. Quelles sont les principales utilisations du nickel ?
Le nickel est principalement utilisé dans la production d'acier inoxydable, de piles, de pièces de monnaie et de divers alliages. Il est apprécié pour sa solidité, sa résistance à la corrosion et sa capacité à stocker de l'énergie dans les batteries rechargeables.

2. Comment le nickel est-il extrait de ses minerais ?
Le nickel est extrait par des méthodes pyrométallurgiques (chauffage et fusion) ou hydrométallurgiques (lixiviation avec des acides ou des solutions alcalines), suivies d'un affinage électrolytique pour produire du nickel pur.

3. Quelles sont les propriétés physiques du nickel ?
Le nickel est un métal ductile et dur, avec un point de fusion élevé (1455°C), une densité élevée (8,908 g/cm³) et une bonne conductivité électrique (1,43 × 10⁶ S/m).

4. Pourquoi le nickel est-il utilisé dans l'acier inoxydable ?
Le nickel renforce la solidité, la résistance à la corrosion et la durabilité de l'acier inoxydable, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des secteurs tels que la construction, l'automobile et les ustensiles de cuisine.

5. Comment le nickel contribue-t-il aux performances des piles ?
Le nickel est essentiel dans les batteries rechargeables en raison de sa densité énergétique élevée et de sa longue durée de vie, ce qui contribue aux performances des véhicules hybrides et des outils électriques.