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Le nickel est par importance le 23ème élément constituant l'écorce terrestre; celle-ci en contient 0,0084 % jusqu'à une profondeur de 16 km.
Le nickel apparaît dans un grand nombre de minéraux, par exemple:
la breithauptite NiAsS
la gersdorffite NiSb
la millérite NiS
la niccolite ou la nickéline NiAs
la pentlandite (FeNi)9S8
la polydimite ou la pyrite de nickel Ni.Ni2S4
la rammelsbergite NiAs2
la violarite Fe+2Ni+32S4
l'ullmannite NiSbS
Des nodules de manganèse sur le fond de l'océan contiennent du nickel jusqu'à concurrence d'environ 2 %.
On trouve du nickel natif (c'est-à-dire sous forme métallique) dans les météorites. C'est notamment pour cette raison que l'on suppose que le centre de la terre est constitué d'une partie importante d'un alliage fer-nickel.
Les régions d'exploitation les plus importantes se situent au Canada (Ontario, Sudbury), en Nouvelle Calédonie, en Indonésie, en Afrique du Sud, en Australie (Kambalda), à Cuba, aux Philippines, au Guatemala, au Brésil, en Colombie et en République Dominicaine.
Le nom dérive du mot germanique "nickel", ce qui signifie diable ou esprit de la montagne (comparer également avec le nom anglais "Old Nick" et l'allemand "kupfernickel"). Les mineurs qui ont découvert le minerai de nickel ont pensé qu'ils avaient affaire à du minerai de cuivre (la nikkéline et l'oxyde de cuivre(I) se ressemblent très fort). Toutefois, ils n'ont pu extraire du cuivre du minerai et ils lui ont attribué par mépris le terme "nikkeline". Ils l'ont considéré comme un minéral de cuivre ensorcelé par l'esprit de la montagne.
Des alliages de nickel sont connus en Chine depuis plus de 2000 ans. Les grecs utilisaient un alliage de nickel pour la fabrication de pièces de monnaie.
En 1751, A.F. Cronstedt a découvert du nickel à titre de nouvelle substance dans la niccolite. En 1775, du nickel a été obtenu à l'état pur par T. O. Bergman.
On préparait le nickel en oxydant la niccolite et en réduisant ensuite l'oxyde de nickel obtenu, avec du charbon de bois:
4 NiAs + 5 O2 → 4 NiO + 2 As2O3
NiO + C → Ni + CO ou 2 NiO + C → 2 Ni + CO2
On prépare le nickel à l'heure actuelle de différentes manières. En principe, on oxyde d'abord des minéraux contenant du nickel (la plupart du temps des sulfures de Ni), puis en réduisant les oxydes obtenus, par exemple avec du carbone ou avec du gaz à l'eau (H2 + CO). On obtient ainsi du métal de faible pureté.
On peut obtenir du nickel à l'état pur par mise en réaction dans du carbonate, cette mise en réaction étant suivie d'une réduction avec du gaz à l'eau. On peut également former du nickel tétracarbonyle (Ni(CO)4) à partir de la matière brute (procédé de Mond): dans ce procédé, on obtient du nickel pur par chauffage. On peut également former du nickel pur par électrolyse de sels de nickel en fusion (entre autres Ni3S2) ou de solutions de chlorure de nickel ou de sulfate de nickel à l'aide d'une anode en nickel impur donnant lieu à une dissolution du nickel et à sa précipitation à l'état pur sur la cathode.
On utilise la boue d'anode pour la production de palladium, de platine, de ruthénium, de rhénium et d'iridium.
La production mondiale s'élève à environ 900.000 tonnes par an.
Pièces de monnaie
Pour la fabrication de pièces de monnaie, on a besoin de métal résistant à la corrosion. Pour diverses pièces de monnaie, on utilise des alliages à base de nickel tels que CuNi25 (magnimate), un métal pour pièces de monnaie contenant du nickel à concurrence de 25 %.
Dans la monnaie européenne (Euro) - pour respecter les réglementations de la CEE - on diminue la teneur en nickel. Dans les pièces de monnaie de 2 et de 1 Euro, on utilise encore du nickel. La face externe d'une pièce de monnaie de 2 Euro se compose de cuivre avec 25 % de nickel à l'extérieur et de trois couches internes de cuivre avec 20 % de zinc et 5 % de nickel / du nickel / du cuivre avec 20 % de zinc et 5 % de nickel. La face externe de la pièce de monnaie de 1 Euro est réalisée en cuivre avec 20 % de zinc et 5 % de nickel et sa face interne comporte trois couches: du cuivre avec 25 % de nickel / nickel / cuivre avec 25 % de nickel.
Catalyseur pour le durcissement des graisses
Lors du durcissement des graisses, les huiles et les graisses non saturées sont transformées en huiles et en graisses saturées par addition d'hydrogène aux doubles liaisons en utilisant du nickel comme catalyseur, par exemple:
CH2OOC-(CH2)7)CH=CH(CH2)7-CH3 CH2-OOC-(CH2)16-CH3 | (Ni) |
CH-OOC-C17H35 + H2 → CH-OOC-C17H35 | |
CH2-OOC-C15H31 CH2-OOC-C15H31
Pour obtenir une surface aussi grande que possible pour la catalyse, on traite un alliage d'aluminium et de nickel avec de la lessive de soude (solution de NaOH). L'aluminium se dissout et on obtient un ensemble de nickel sous forme de mousse avec une surface particulièrement grande qui est saturée avec de l'hydrogène.
Cuve à lait
La matière des cuves à lait doit répondre à des exigences élevées. Elle doit manifester une résistance très élevée à la corrosion, ainsi qu'aux rayures et elle doit pouvoir être nettoyée facilement. Pour les cuves à lait, on utilise la plupart du temps de l'acier inoxydable, par exemple RVS INOX 18/10, un type d'acier inoxydable avec 18 % de chrome et 10 % de nickel ou encore un type d'acier avec 18 - 20 % de chrome, 8 - 10,5 % de nickel, 2,0 % de manganèse, 1 % de silicium et 0,08 % de carbone.
Couverts
On utilise le nickel dans une série d'alliages qui sont destinés à des couverts. Un alliage connu est "alpaca" qui signifie "nouvel argent". Cet alliage est constitué par du nickel à concurrence de 18 %, par du cuivre à concurrence de 60 % et par du zinc à concurrence de 22 %. Parfois, on soumet cet alliage à une argenture. D'autres noms; que l'on utilise pour cet alliage de nickel, sont: l'argent d'hôtel, l'argent de nickel.
L'utilisation d'un alliage de nickel, de cuivre et de zinc est déjà ancienne. Par le passé, on l'a déjà utilisé en Chine à titre de succédané de l'argent (Paishung). Vers les années 1700, cet alliage est également désigné par l'expression "argent allemand" et il a été découvert par les anglais et imité. Cet "argent d'imitation" est aussi utilisé dans des relais. Il est constitué, en plus du cuivre, par du nickel à concurrence de 8 à 30 % et par du zinc à concurrence de 15 à 30 %.
Des couverts du type "Elektro Plated Nickel Silver" sont réalisés à partir d'un alliage qui est constitué par du nickel à concurrence de 10 à 30 % et du cuivre à concurrence de 55 à 65 %, le reste étant du zinc, et ils sont recouverts d'une mince couche d'argent. On fabrique beaucoup de couverts avec l'acier inoxydable INOX 18/10, un alliage avec 18 % de chrome et 10 % de nickel.
Or blanc
L'or blanc est un alliage à base d'or avec du nickel à concurrence de 13,7 à 16 %. Il possède une couleur gris acier à blanc et il est souvent utilisé dans la joaillerie. Pour le sertissage de pierres précieuses dans des bijoux, on utilise de l'or blanc qui contient 12 % de palladium et qui, pour cette raison, est aussi beaucoup plus cher. Auparavant, l'or blanc contenait 25 % de platine.
Creuset de mise en fusion
La matière utilisée pour la fabrication de creusets de mise en fusion pour une utilisation en laboratoire est soumise à des exigences élevées. Elle doit, aux températures très élevées que l'on atteint, rester inerte pour les substances avec lesquelles on travaille. Un alliage particulièrement approprié est Monel® (jusqu'à 67 % de Ni, jusqu'à 33 % de Cu avec du Fe, du Al et/ou du Mn). Des creusets de mise en fusion en MonelÒ résistent à des oxydants très forts tels que le fluor.
Batterie rechargeable
Beaucoup de batteries rechargeables contiennent du nickel, par exemple:
a L'accumulateur de Edison (Ni-Fe).
La distribution de courant a lieu via la réaction ci-après:
Fe + 2 NiO(OH) + 2 H2O → Fe(OH)2 + 2 Ni(OH)2 (dans du KOH à 20 %)
Lors de la charge, la réaction s'effectue dans l'ordre inverse.
La tension de décharge s'élève à environ 1,3 V.
b L'accumulateur au nickel-cadmium (Ni-Cd).
La distribution de courant a lieu via la réaction ci-après:
Cd + 2 NiO(OH) + 2 H2O → Cd(OH)2 + 2 Ni(OH)2 (dans du KOH à 20 %)
Lors de la charge, la réaction s'effectue dans l'ordre inverse.
La tension de décharge s'élève à environ 1,2 V.
Nickelage
Des métaux, qui doivent être protégés contre la corrosion, sont souvent munis d'une mince couche d'un métal plus noble. Cette couche est appliquée par électrolyse. En reliant au pôle négatif la matière qui doit être soumise à un nickelage et en la soumettant à une électrolyse dans une solution d'un sel de nickel (la plupart du temps le sulfate de nickel), on applique une mince couche de nickel manifestant de bonnes propriétés d'adhérence et qui est très uniforme, possédant une épaisseur d'environ 20 à 30 µm.
Pour empêcher la formation de composés d'aluminium non conducteurs, on recouvre les câbles électriques d'aluminium d'une très mince couche de nickel.
Applications sous forme d'une substance indécomposable (élément) ou sous forme d'alliage:
Il existe plus de 3000 alliages de nickel différents.
Deux alliages particuliers sont:
Invar (63,8 % de Fe, 36 % de Ni et 0,2 % de C) qui possède un coefficient de dilatation pratiquement nul. On l'utilise pour les citernes des méthaniers modernes qui transportent du gaz liquide (température -160 C), dans des thermocouples, dans des bilames pour disjoncteurs, dans des travaux d'horlogerie et de précision et dans des appareils de mesure de haute qualité.
Eluvar (52 % de Fe, 36 % de Ni et 12 % de Cr) qui possède une élasticité qui ne dépend pas de la température. On l'utilise dans des instruments de précision et dans des travaux d'horlogerie.
Deux alliages fréquemment utilisés sont:
Inconel (76 % de Ni, 16 % de Co et 7 % de Fe)
Hastalloy (65 % de Ni, 28 % de Mo, 6 % de Fe, 1 % de Si)
moteurs d'autos et d'avions (avec W, Mo, Ti, Mn)
bougie d'auto
tubes dans des usines pour le dessalement d'eau de mer (alliages Ni-Cu)
instruments chirurgicaux
cunial (alliage de Cu-Ni-Al; est utilisé entre autres pour les hélices de bateaux)
électrodes
métal à mémoire de forme (Ti/Ni). On fabrique des antennes de satellites artificiels à l'aide d'un fil métallique que l'on enroule ensuite pour obtenir une petite boule. Dans l'espace, celle-ci - après réchauffement - reprend sa forme originale. Une autre application concerne l'utilisation du métal à mémoire de forme dans les soutien-gorge (de luxe). On l'utilise surtout dans la lingerie de marque en Extrême-Orient. Le métal est à ce point travaillé qu'il devient souple et élastique comme du caoutchouc.
outillage (acier inoxydable, jusqu'à 8 % de Ni)
catalyseur lors de la préparation de gaz de synthèse à partir de gaz naturel (CH4 + H2O → 3H2 + CO)
dispositif de cuisson et de laboratoire
conduits, pompes (Monel®: jusqu'à concurrence de 67 % de Ni, jusqu'à concurrence de 33 % de Cu avec Fe, Al et/ou Mn)
haut-parleur, dynamo (alliages Fe-Ni avec Al, Co, Ti)
pièces détachées de machines pour l'industrie automobile, pour des échangeurs de chaleur, pour l'industrie chimique et pétrochimique (acier avec 9 - 13 % de Ni et 18 % de Cr)
couche de fond lors du chromage
stockage de l'hydrogène (NiLa5)
acier de blindage
douille (20 % de Ni, 80 % de Cu)
aimant permanent (acier Alnico, un alliage de 12 % de Al, 17 - 28 % de Ni, 5 % de Co, 3 - 6 % de Cu, le reste étant du fer)
horlogerie de précision (Fe avec 3 - 4 % de Ni, 4 - 5 % de Cr et 1 - 3 % de W)
prothèse (divers alliages en fonction de l'utilisation)
moteur à réaction ou de fusée (avec W, Mo, Ti, Mn)
fil d'alimentation à travers le verre (kovar: 28 % de Ni, 54 % de Fe et 18 % de Co)
aubes de turbines de moteurs à réaction (nimonic: avec 58 % de Ni, 20 % de Cr, 18 % de Cu, 2,5 % de Ti, 1,5 % de Al)
fil chauffant pour les poêles, les fours et les plaques chauffantes (par exemple chromel: 80 % de Ni, 20 % de Cr)
machines à laver (tambour)
résistance (nichrome, 60 % de Ni, 40 % de Cr)
résistance pour des températures élevées (60 % de Ni, 16 % de Cr et 24 % de Fe)
résistance pour un thermocouple (constantan: 40 ou 45 % de Ni et 60 ou 55 % de Cu)
Applications sous forme d'une substance décomposable (composé):
| agent d'adsorption pour du NH3 dans des masques à gaz | NiCl2 | ||
| mordant lors de l'impression de textiles | Ni(CH3COO)2 | ||
| traitement pour garder la fraîcheur des fleurs coupées | NiSO4 | ||
| pierres précieuses d'imitation | NiSO4 | ||
| pigment pour du verre | NiSO4 | ||
| NiCO3 | |||
| NiO | |||
| pigment dans de la glaçure | vert | NiCO3 | |
| gris | NiO | ||
| pigment dans de la céramique | vert | NiSO4 | |
| brun | Ni(NO3)2 | ||
| pigment dans des matières synthétiques, surtout le PVC et dans des peintures murales (solidité très élevée à la lumière) | jaune de Ni-Ti | ||
| un mélange d'oxydes de Ti, de Sb et de Ni dans le rapport 17:2:1 | |||
| teinture de tapis, jaune de nickel | Ni3(PO4)2 (calciné) | ||
| source de faibles rayons ß entre autres dans la médecine nucléaire | composés de 63Ni | ||