Чудо № 28: элемент, город, комбинат

Источник: 35007/Getty Images, thoughtco.com

Русская Арктика часто прочно и несправедливо ассоциируется у обывателей с никелем, который в огромных количествах добывают на русском Севере, нарушая при этом очень тонкий экологический баланс, приближая мир к окончанию существования и одновременно увеличивая и без того баснословные доходы владельцев отрасли. По мнению финских и норвежских экологов, для предотвращения вселенской катастрофы российским «никелеспециализирующимся» компаниям необходимо в самое ближайшее время прекратить работу по добыче и переработке никелевой руды комбинатом «Печенганикель», расположенным в районе городского посёлка Никель.

Насколько справедливы подобные сентенции, зачем людям никель, как территория с никелевыми недрами стала российской и что будет с предприятиями, расположенными на ней? Проще всего начать с элементарного.

Элемент

Первый никель, который человек взял в руки, безусловно, был космического происхождения. Продолжающие падать на землю метеориты представляют собой сплав железа, содержащего никель и кобальт в пропорциях. Образованный человек обязан испытать трепет, держа на ладони древнейшее вещество солнечной системы, возможно образовавшееся в миг формирования Солнца или нашей планеты. Метеориты попадают к нам в качестве осколков астероидов, которые роятся между орбитами Марса и Юпитера, постоянно ударяясь друг о друга, раскалываясь при этом, и, проделав длинный путь, оказываются в орбите Земли.

Космические метеориты содержат 91% железа, 8,4% никеля и 0,6% кобальта. Относительное наличие этих элементов в недрах Земли практически аналогичное: 92 процента железа, 7,5 никеля и 0,5 – кобальта. Маленький метеорит, по сути – эталон содержания железа, никеля и кобальта внутри нашей замечательной планеты!

Источник: thinglink.com

Нашедший первый никель первый человек мало отличался от современных потомков, поэтому сначала приспособил его в качестве талисмана, а чуть погодя, когда попривык к волшебным свойствам прочного элемента, стал использовать по прямому назначению – делать оружие, которым с удовольствием убивал себе подобных.

Нам неизвестно точно, когда человек начал долгие безуспешные попытки извлечь что-то полезное из руды, совершенно точно похожей на медную. Абсолютно идентичный исходный материал не давал желаемых результатов, из него не получалась медь, как впрочем и другие металлы.

В середине XVII века уставшие бороться со своенравным исходным материалом горняки, наконец, поняли, что конечному результату плавки   мешает насмешливый гном Старый Ник, который, как уральская Хозяйка Медной Горы, не хочет отдавать секрет руды. Ник подсовывал старателям никуда не годный минерал, который люди стали называть его именем.

В 1751 году шведский исследователь Аксель Кронстедт описал свойства никеля как полуметалла. Открытие не было признано научными кругами, коллеги считали, что никель не является самостоятельным элементом, а представляет собой сплав уже известных металлов с мышьяком и серой. В то время учёные вынуждены были соперничать не только друг с другом, но и с астрологами и банальными шарлатанами. Кронстедт скончался, не доказав индивидуальность никеля, гном продолжал тихо хихикать глубоко под землей.

Аксель Кронстедт. Источник: Holger.Ellgaard, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

В 1799 году Пруст выявил в упавших с неба частях метеоритов некоторое количество никеля и объяснил этим отсутствие ржавчины на «небесном металле». В качестве доказательства индивидуальности никеля он предлагал оппонентам пробовать на вкус полученный им никелевый купорос, обладающий сладковатым вкусом, и отличающийся от отвратительного медного купороса.

Никелю повезло, его исследованием занимались талантливые, творческие люди, однако выделить чистый продукт удалось только к началу XIX века. Современная история никеля началась с Иеремии Рихтера, которому, путём лабораторных усилий, удалось в 1804 году получить чистый металл и описать его свойства в статье «Об абсолютно чистом никеле благородном металле, его получении и особых свойствах». Рихтер сообщил удивлённым современникам, что полученный им элемент имеет значительную сопротивляемость коррозии, жаростойкость, пластичность, ковкость и магнитные свойства, что делало будущее никеля совершенно звёздным. История развивалась по спирали, никель на глазах становился основным металлом, желанным и необходимым. Гном отступил и сдался...

Иеремия Беньямин Рихтер. Источник: Wikimedia Commons

Для начала было необходимо убрать примесь серы, содержащуюся в районе 0,03%, чего достаточно для нарушения его структуры и механических свойств, также на никель действует и кислород. Для устранения проблем нашли талантливый выход: присадка магния в расплавленный металл перед разливкой освобождает никель от примесей, принимая в себя и серу, и кислород. Это открытие 70-х годов позапрошлого века сделало никель самым популярным металлом.

Первыми никель облюбовали ювелиры, отдавая должное лёгкости его обработки и привлекательному виду. Затем из модного метала стали делать посуду, химики изготавливали из него аппаратуру, способную противостоять концентрированным рассолам, горячим щелочам, расплавленным солям. Жаростойкость никеля стала определяющим качеством для реактивной техники, из никеля изготавливают проводочные держатели, сетки, аноды, экраны, керны…

Украшения из никеля. Источник: Thoisoi, youtube.com

Никель не спешит расставаться со своими тайнами, ежегодно ведущие научные журналы продолжают публиковать не менее 100 статей по химии никеля, и конца этому не видно. Специалисты следят за историей никеля, как за увлекательным детективным сюжетом, разделяя сагу на три основных главы – сплавы, комплексные соединения, катализ.

Сплавы никеля делятся на два вида: железноникелевые дала природа, медно-никелевые – наука. Сейчас используется несколько сотен тысяч сплавов с участием никеля, однако природная команда железо-никель и медь-никель являются основными. Человечество обрело комфорт после того, как научилось получать нужные свойства никеля.

В 1850 году швейцарцы выпустили первую партию нейзильбертовых монет, и их примеру последовали многие страны. Американцы называют пятицентовые монетки «nickel». Никелевый сплав «мельхиор» практически полностью заменил столовое серебро, инженеры полюбили его за стойкость к ударам и коррозии, что способствует изготовлению из него кранов, клапанов и конденсатных трубок.

Американский пятицентовый никель с изображением Томаса Джефферсона. Источник: grandrapidscoins.com

Канадские руды содержат больше никеля, чем меди, разделить их очень сложно. При совместной выплавке получился знаменитый «монель-металл» – самый главный сплав химического машиностроения, судостроения, текстильной промышленности, нефтедобывающих компаний и парфюмеров.

Никель используют для получения многих марок стали. Половина добываемого человечеством никеля используется для изготовления конструкционных никелевых и нержавеющих хромоникелевых сталей. На основе никеля делают инконель – нержавеющую сталь без железа, используемую в ракетостроении. Нихром – основа электронагревательных приборов от бытовых плиток до сложных промышленных печей. Магнитные сплавы с никелем – отдельная индустрия, самый известный – пермаллой, обладающий феноменальной проницаемостью. Они присутствуют в каждом телефонном аппарате и являются главным элементом запоминающих устройств вычислительных машин.

Как говорилось выше, наиболее приемлемая и достоверная гипотеза строения Земли витиевато намекает, что ядро нашей планеты состоит из железоникелевого сплава, при этом на железо приходится девяносто два процента, никеля семь с половиной и пол процента кобальта. Масса никеля предполагается равной 17 · 10¹⁹ тонн, общее количество никеля оценивается в 17,4 · 10¹⁹ тонн. В верхнюю тонкую оболочку Земли проникают только атомы, примерно один из ста тысяч, они контактируют с медью и серой несколько миллиардов лет, в результате получилась медно-никелевая руда.

Мельхиоровая посуда. Источник: berkem.ru

В случае правильности предположения о содержании элемента в ядре Земли, наша планета примерно на три процента состоит из никеля, который занимает пятое место после железа, кислорода, кремния и магния.

Никель вездесущ, он содержится в растениях, организмах морских животных, человеческом организме, причём в крови человека количество никеля с возрастом изменяется. У альбиносов никеля в организме больше, чем у остального человечества, впрочем, эта особенность распространяется и на животных. В природе существуют микроорганизмы, аккумулирующие элемент в сотни тысяч раз больше, чем окружающая их среда. При этом учёные не могут ответить на вопрос, является ли никель незаменимым, его физиологическая роль неизвестна.

Никелевая руда в районе городского поселка Никель формировалась в период от 186 миллионов до 66 миллионов лет назад, человек начал жить на земле 3 миллиона лет назад, их встреча должна была произойти...

Продолжение следует.

***

Сергей Палагин, специально для GoArctic