فلز نیکل

تاریخچه فلز نیکل

استفاده از نیکل ، قدمت باستانی داشته ، به 3500 سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. برنزهایی که از سوریه امروزی یافت شده‌اند، حاوی حدودا 2% نیکل بوده و دست‌نوشته‌های چینی اشاره بر این دارند که مس سفید در 1400 تا 1700 سال قبل از میلاد مسیح در مشرق زمین استفاده می‌شد. کانی مخصوصی که به ظاهر شبیه مس بود و براي معدن داران آلمانی بسیار معروف بود،براي سبزکردن شیشه به کار میرفت .اما کوششهاي مداوم براي جدا کردن مس از آن ناموفق ماند و گمان میرفت که شیطان آزادانه این کانی را رنگ کرده است تا معدنداران گول بخورند، بنابراین آن را  Kupfer nickel نامیدند . در سال 1751 کرونشتد از سوئد این کانی را آزمایش کرد (امروزه این کانی را نیکولیت می نامند)و موفق شد که اکسید فلزي سبز از این کانی تهیه کند و از احیاي این اکسید فلز سفید رنگ به دست آورد، او این فلز را نیکل نامید.

  ویژگی های فیزیکی و شیمیایی فلز نیکل

نیکل یک فلز سفید نقره ای با عدد اتمی 28 و در گروهVII  و در دوره چهارم جدول تناوبی قرار دارد.این فلز دارای ویژگی های همچون انعطاف پذیری بالا ، رسانایی گرمایی خوب ، مقاومت بالا و دارای هدایت الکتریکی مناسبی بوده و همچنین تقریبا 0.009 درصد پوسته زمین را تشکیل داده و جزء بیست و چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین می باشد. فلز نیکل می تواند به حالت های اکسیداسیونی مختلفی چون 1-،0 ، 1+ ، 2+ ، 3+ و 4+ وجود داشته باشد اما  با این حالت اکثریت ترکیبات نیکل به صورت نیکل 2+ می باشند. این فلز در طبیعت به عنوان یک شکل خالص از فلز وجود نداشته بلکه به عنوان یک جزئی مواد معدنی رخ می دهد. شایع ترین فرم مواد معدنی نیکل به صورت سولفید ، اکسیدها، سیلیکات و آرسنیکال می باشد. از بین اینها سولفید نیکل ، سیلیکات و اکسیدهای نیکل جزء مهمترین مواد معدنی نیکل در استخراج معادن و منابع طبیعی می باشند.

منابع انتشار نیکل

نیکل به طور گسترده در بیوسفر وجود دارد و از نظر فراوانی در پوسته زمین بیست و چهارمین عنصر نسبت به عناصر دیگر می باشد. انتشار این فلز در محیط از طریق منابع انسانی و طبیعی رخ می دهد. منابع طبیعی نیکل اکثرا شامل گرد و غبار و خاک های دست خوش باد ، اتشفشانها ، پوشش گیاهی ، آتش سوزی جنگل ها ، نمک دریا و ذزات شهاب سنگی می باشد.

انتشار انسانی نیکل به طور گسترده از دو طریق زیر رخ می دهد : منابع مستقیم و منابع غیر مستقیم . منابع مستقیم در درجه اول شامل منابع تولید نیکل یا مصرف نیکل یا ترکیبی از نیکل برای تولید یک محصول قابل استفاده می باشد. منابع عمده موجود در این شامل:

-         سنگ معدن نیکل و ذوب کاری

-         پالایش فلز نیکل و بازیابی نیکل ثانویه

-         تولیدات فلزات آهنی و غیر آهنی ( آلیاژ نیکل و فولاد ، چدن ، فولاد ضد زنگ)

-         آبکاری الکتریکی

-         ساخت باتری و مواد شیمیایی

منابع غیر مستقیم به طور کلی در تولید نیکل یا تولیدات حاوی نیکل نیستند بلکه به عنوان ناخالصی در مواد خام یا سوخت وجود دارند. این منابع عمده نیکل شامل موارد زیر می باشد.

-         سوختن زغال و نفت ، فرآیندهای تبدیل زغال سنگ و کوره های کک

-         سوزاندن لجن فاضلاب

-         پردازش نفت خام و تهیه زغال و نفت

-         تولید سیمان و  معادن آزبست

از بین موارد بالا در رده غیر مستقیم ، تخمین زده شده که  سوختن زغال و نفت باعث ازادسازی 85 تا 94 % از کل انتشارات انسانی نیکل به اتمسفر می شود.

اثرات زیست محیطی و سلامتی نیکل

اثرات زیست محیطی

کارخانه ها و سوزاندن زباله ها دو عامل اصلی در تولید نیکل و ورود آن به هوا میباشند. مقدار نیکلی که در هوا وجود دارد به مراتب از نیکل موجود در زمین بیشتر است. مدت زمان از بین رفتن نیکل موجود در هوا زیاد است. زمانیکه سیلابها جریان پیدا می کنند، مقداری نیکل را وارد آبهای سطحی میکنند. بخش اعظم ترکیبات نیکل در طبیعت جذب ذرات خاک و رسوبات شده و در نهایت به صورت غیر متحرک درمی آیند. در زمینهای اسیدی نیکل بسیار متحرک میشود و معمولاً در آبهای زیرزمینی شسته میشود. شواهد چندانی درباره تاثیر نیکل بر سایر موجودات زنده به غیر از انسان وجود ندارد. در حال حاضر دانشمندان می دانند که غلظت بالای نیکل در خاکهای ماسه ای به گیاهان صدمه میزند و همچنین غلظت بالای نیکل در آبهای سطحی سبب کاهش تعداد و رشد جلبکها میشود. رشد موجودات ذره بینی نیز در حضور نیکل کاهش پیدا میکند، اما معمولاً با گذشت زمان در برابر نیکل مقاوم میشوند. مقدار اندک نیکل باید در غذای جانوران وجود داشته باشد. اما زمانیکه مقدار نیکل از حد مجاز خود فراتر رود، میتواند برای جانوران مضر و خطرناک باشد. جانورانی که در نزدیکی پالایشگاه زندگی میکنند، بر اثر دریافت مقدار زیاد نیکل به انواع مختلف سرطان مبتلا میشوند. از آنجاییکه نیکل در بافتهای گیاهی و جانوری نمیتواند تجمع پیدا کند، اثری در زنجیره غذایی ندارد.

اثرات سلامتی بر انسان

ترکیبات نیکل در صنایع مختلفی از جمله باطری سازی ، آلیاژهای فولاد ، قطعات ماشین آلات و هواپیما، موتورهای جت و ساخت اشیاء فلزی مختلف به کار رفته و از این طریق وارد اکوسیستم می شود. راههاي ورود نيکل به بدن انسان از طريق هوا، آب آشاميدنی ، خوردن غذا و کشيدن سيگار است.همچنین ممکن است بر اثر تماس پوست با خاک يا آب آلوده به نيکل، مقداري نيکل وارد بدن انسان شود. زمانی که این فلز به بدن وارد می شود مثل فلزات دیگر از طریق ایجاد اتصالات غیر برگشتی با ماکرومولکول های ضروری و حیاتی باعث اختلال فعالیت های بیولوژیکی سلول ها می شود.علاوه بر این باعث ایجاد اثرات فیزیولوژیکی همچون کاهش وزن بدن،کاهش سطح هموگلوبین، افزایش سطح گلوکز سرم، کاهش پروتئین های پلاسما شده و در نهایت باعث ایجاد ضایعات کبدی ، عصبی و سرطان ریه و ناهنجاری جنینی می شود.

روشهای حذف فلز  نیکل

از زمان شناسائی مشکلات بهداشتی ناشی از حضور فلزات در آب آشامیدنی تلاشهای مختلفی توسط دانشمندان در نقاط مختلف دنیا برای تامین آب آشامیدنی سالم به عمل آمده است. در کلیه موارد فناوری ها بایستی بتوانند چندین معیار فنی اساسی را برآورد کند. اولاً بایستی قادر به تولید آبی با کیفیت شیمیائی و میکروبی لازم باشند. سیستم های تصفیه بایستی در کلیه فصول توانائی تولید مقدار کافی آب را داشته باشند. فناوری ها بایستی نیرومند بوده و از استحکام لازم برخوردار باشند. به گونه ای که از ایمنی راهبری اطمینان حاصل شود. نهایتاً این فناوری ها نبایستی اثرات مخرب بر محیط زیست داشته باشند. فناوری هائی که این معیارهای فنی را برآورد می نمایند تحت معیار اقتصادی- اجتماعی   می توانند ارزیابی شوند. ارائه فناوری های جدید نیازمند ظرفیت سازی از قبیل تولید و تحویل مواد، آموزش و پایش کنترل کیفیت است. برای حذف فلزات روی و نیکل از محلولهای آبی روشهای مختلفی همچون ترسیب شیمیایی، تبادل یونی، فرآیندهای غشایی، انعقاد و شناورسازی الکتریکی، جذب ،اکسیداسیون و انعقاد و لخته سازی وجود دارد.