Nikel Nedir ? Nikel Özellikleri Nelerdir ?

Nikel Nedir ? Nikel Özellikleri Nelerdir ?

Nikel, kimyasal gösterimi “ Ni “ ve atom numarası 28 olan gümüş renginde bir metal türüdür.  Periyodik tabloda geçiş metalleri arasında 10. Grup ve 4. Periyotta bulunmaktadır. Atom ağırlığı 58.6 gr/mol’dür.

Rengi gümüşü andıran nikel, aşağıdaki fotoğraftan da görüleceği üzere hafif bir altın sarısını andıran renklenmesi de mevcuttur.

Wikipedia ” Ni ” ile ilgili makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Nikel Görünüşü

Nikel Görünüşü

Nikel Özellikleri

Periyodik tabloda geçiş metalleri arasında bulunan nikel, mekanik özellikler açısından sert bir yapı göstermektedir. Ancak; sert yapısının haricinde gevrek değildir. Yani YMK – Yüzey Merkezli Kübik yapısı onu şekillendirmeye müsait bir hale getirmiştir. Sünek yapısı sayesinde alaşım elementi olarak dahil olduğu alaşıma, darbe dayancı sağlamaktadır.

Oda sıcaklığında katı halde bulunmaktadır. Ergime sıcaklığı 1455°C’dir. Yoğunluğu demirden yüksek olan nikel, 8.9 gr/cm3 yoğunluğa sahiptir. Oda sıcaklığında manyetik özellik gösteren birkaç metalden biridir. Diğerleri bir çoğumuzun bildiği gibi demir ve kobalttır. Oda sıcaklığında manyetik özellik gösteren nikel, sıcaklık yükseldikçe ( yaklaşık 350°C ) manyetiklik özelliğini kaybeder. Bu sıcaklığa Curie Sıcaklığı denir.


Kullanım Alanları

Dünya’da az bulunmasına rağmen kullanım alanları çok geniş olan nikel, modern Dünya’da özellikleri bakımından vazgeçilmez bir elementtir. Günümüzde, en çok paslanmaz çelik imalatında ana alaşım elementi olarak kullanılmaktadır. Nikel, paslanmaz çeliğe krom ile birlikte paslanmazlık özelliği vermektedir. Saf nikel, oksijene karşı dayanıklı olduğu için alaşım elementi olarak kullanıldığında, korozyona dayanım sağlamaktadır.

Paslanmaz çelikten sonra da en çok kaplama uygulamalarında kullanılmaktadır. Korozyona karşı dayanım istenen malzemelerin üstüne uygulanan nikel kaplama sayesinde, malzemeler atmosferik korozyona karşı yüksek dayanım sağlar.

Ayrıca, bazı çelik tipleri ve dökme demirlerde de kullanımı vardır. Ana alaşım elementi olarak kullanıldığında, çekme dayanımını ve düşük sıcaklıklardaki darbe dayancını arttırmaktadır. Alaşım yaptığı bazı metaller aşağıdaki gibidir.

– Krom

– Gümüş

– Altın

–  Bakır vb.

Dekoratif ve Madeni Paralarda Kullanımı


Gümüş, oksijene karşı afinitesi olduğu için ve oksijen ile etkileşime girdiğinde karardığı için genellikle dekoratif amaçlarla kullanılacağı zaman nikel ile alaşım yapılır. Bu sayede nikelin paslanmazlık özelliğinden yararlanılarak dekoratif olarak uzun yıllar kullanılan gümüş eşyalar yapılabilir.

Özellikle 19.yy’ın ikinci yarısından itibaren madeni para imalatında hem saf olarak ( % 99.99 ), hem de ana alaşım elementi olarak kullanılmaktaydı. Ancak; nikelin fiyatının artması, ülkeleri daha düşük ücretli metal kullanmaya zorlamıştır. Ya da mevcut % 99.99 nikel kullanım oranları düşmüştür.

Bozuk Para

Eski Tarihli Nikel Bozuk Paralar

Son yıllarda özellikle İngiltere – Birleşik Krallık’ta, madeni para üzerine ” Ni “ kaplama yoluna gidilmiştir.

Tıp Sektöründe Kullanımı

Özellikle kalp hastalıklarının tedavisinde kullanılan stent imalatında kullanılmaktadır. Akıllı metaller sınıfındadır.

Stent İmalatı

Stent Kullanımı

Akıllı metaller en temel anlatım ile, hafızalı metaller sınıfına girer. Yani şekil değiştirdiğinde, belirli bir sıcaklıkta tekrar eski haline geri dönerler. Bu işlemi de milyonlarca kez tekrarlayabilir. Örnek olarak, damar içerisinde takılan bir Ni-Ti alaşımı olan Nitinol, vücut sıcaklığına göre genişleyip daralmaktadır. Damarda herhangi bir sıkışma ya da tıkanıklık olduğunda genişler ve damarı açar. Sonra tekrar eski haline döner.

Nikelin Diğer Kullanımları

Korozyon dayanımının önemli olduğu taşımacılık sektörlerinde, deniz ve havayolları, demir yolları taşımacılığında kullanılmaktadır. Bir çok elektronik cihazın bileşenlerinde kullanılmaktadır. Örnek olarak bilgisayarlar, cep telefonları, CD, Ni-Cd Piller vb. gibi.

Ayrıca korozyon dayanımının yine çok önemli olduğu deniz suyunun bir yerden başka bir yere taşınacağı boru hatlarındaki boruların ana malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Süper Alaşımlar

Tamamen ayrı bir başlık altında incelenmesi gereken bir konu olan süper alaşımlar ise, yine bu ” Ni ” ağırlıklı alaşımlar sınıfına girmektedir. Süper alaşımlar denildiğinde akıllara gelen ilk özelliğin ” Yüksek Sıcaklıkta Çalışmak ”  olduğu gelmelidir.

Bir çok mühendisin iyi bir bildiği bir konu olan malzemelerin yüksek sıcaklıktaki dayanımları, tasarım aşamasında yine mühendisleri en çok zorlayan hususların başında gelir. Bunun temel nedeni de, normal şartlar altında istenilen özellikleri veren malzemeler ( Metal Alaşımları ), sıcaklıklar 800-900°C civarına çıktığında işlerin değişmesidir. Bu sıcaklıklarda çalışan geleneksel metal alaşımları hem korozyona maruz kalabilirler hem de akma dayanımlarının düşmesi nedeni ile mekanik özelliklerinde kötüleşmeler olmaktadır.

Bir malzeme yüksek sıcaklıkta çalışırken akma dayanımı düşerse, kalıcı şekil değiştirme problemi ile karşı karşıya kalınabilir. Bu da milyon dolarlık yatırımlarla üretilen makineleri işlevsiz kılacaktır.

Süper Alaşımların Kullanım Alanları

Bir önceki başlıkta da bahsettiğimiz üzere, yüksek sıcaklık uygulamaları başı çekmektedir. Örnek vermek gerekirse, gaz türbinlerinin kanatlarının imalatında, uzay mekiklerinde, havacılık sektöründeki bir çok alanda, jet motorlarında yaygın bir kullanımı mevcuttur.

Süper Alaşımların Çeşitleri

Temelde 3 farklı süper alaşım olmasına rağmen, bu konu başlığımızda nikel esaslı süper alaşımlara değineceğiz. Demir ve Kobalt içerikli süper alaşımlar da olmasına rağmen, nikel esaslı olan süper alaşımların yüksek sıcaklık dayanımları çok iyidir.  Yapısında yaklaşık %65-70 civarında ” Ni ” elementi bulunduran bu alaşımlar, nikelin yüksek sıcaklıklardaki mekanik dayanımının da etkisi ile, yüksek sıcaklıklarda uzun süre hem korozyona uğramazlar hem de mekanik özelliklerini kaybetmezler. Özellikle yüksek sıcaklıklarda çalışan türbin kanatlarında ya da yine sıcaklığın yüksek olduğu nükleer santrallerin makine parçalarında sıklıkla kullanılırlar.

Süper Alaşım Türbin Kanatları

Süper Alaşımdan İmal Edilmiş Türbin Kanatları

Dünya Üretim Miktarları

Günümüzde ” Ni “ üretimi çok hızlı bir şekilde artmaktadır. Yılda 2 milyon ton üzerinde bir üretimi bulunan nikelin, Endonezya üretim miktarı, tüm Dünya’ daki üretimin ¼’ünden fazladır ve en çok da bu ülkede üretilmektedir.

Yıllara Göre Nikel Üretim Miktarları

Yıllara Göre Nikel Üretim Miktarları

Endonezya üretim miktarını sırası ile Filipinler, Rusya ve Avustralya izlemektedir. Avrupa kıtasına bakıldığında ise, bahsedilen diğer ülkeler kadar olmasa da, üretim vardır. Özellikle Finlandiya’da nikel üretimi Avrupa ortalamasına göre yüksektir. Ayrıca, sadece kıtalarda olmayıp, okyanus tabanında da büyük miktarda nikel madeni bulunduğu düşünülmektedir. Özellikle Pasifik ve Hint Okyanus tabanlarında bulunan manganez katmanlarında bulunan nikel, Dünya’daki rezervlerin büyük bir kısmını kapsamaktadır. Ancak; okyanus tabanında madencilik çalışması hem zaman hem de teknik zorluklar nedeni ile yapılamamaktadır.

Rezerv miktarlarına bakıldığında ise, başı Avustralya çekmektedir. Avustralya’dan sonra ise sırası ile Brezilya, Rusya ve Yeni Kaledonya gelmektedir.

Dünya ” Ni” üretiminin büyük bir çoğunluğu lateritik madenlerde, geriye kalan kısmı ise sülfitik madenlerden elde edilmektedir. Lateritik maden yataklarındaki en önemli iki mineral ” Limonit “ ve ” Garniyerit dir. Sülfitik madenlerde bulunan en önemli mineral ise ” Pentlandit “ dir.

Türkiye’de Bulunan Cevher Tipleri ve Yerleri

Türkiye’de lateritik cevherlerin bulunduğu bölgeler aşağıda listelendiği gibidir.

  • Manisa-Turgutlu
  • Bolu
  • Mudurnu
  • Hatay-Dörtyol
  • Eskişehir-Yunus Emre

Sülfitik cevherlerin bulunduğu bölgeler de aşağıda listelenmektedir.

  • Bursa
  • Bitlis
  • Sivas-Divriği

Nikel Üretim Yöntemi

Mond Prosesi

Karbonil prosesi olarak da bilinen Mond Prosesi, en saf nikel üretimi için kullanılan yöntemdir. Bu yöntem 19. yy sonlarında keşfedilmiştir ve o dönemde bol miktarda kullanılmıştır. Bu yöntem ” NiO ” bileşiğini tamamen saf hale getirmektedir.  Toplam 3 adımı mevcuttur.

Mond Prosesi

Mond Prosesi 1. İşlem

İlk adımı yukarıda kimyasal formulü verildiği gibidir. Oksitli bileşik hidrojen gazı ile reaksiyona girer. Burada elde edilen metal, çeşitli empürüte yani istenmeyen artıklara sahiptir. Bunun saflaştırılması gerekmektedir.

Mond Prosesi

Mond Prosesi 2. İşlem

Birinci işlem basamağında elde edilen sıvı metal, ikinci işlem basamağında karbon monoksit ile reaksiyona girer. Karbonil bileşiğini meydana getirir.

Mond Prosesi 3. İşlem

Mond Prosesi 3. İşlem

Son işlem basamağında ise, ikinci reaksiyonda elde edilen karbonil yüksek sıcaklıklara çıkartılır. Bu sıcaklıklar aşağı yukarı 250 – 260 santigrat derecedir. Açığa saf metal ile birlikte karbon monoksit gazı çıkar. Sonuç olarak yüksek saflıkta elde edilen metal katılaştırılır.

Diğer Nikel Üretim Yöntemleri

Mond prosesi haricinde hidrometalurji ve pirometalurji diye 2 farklı yöntemle de ” Ni ” üretimi yapılabilmektedir.

Hidrometalurji Yöntemi

Nikel Hidrometalurji Yöntemi

Hidrometalurji Yöntemi

Pirometalurji Yöntemi

Nikel Pirometalurji Yöntemi

Pirometalurji Yöntemi


Nikel ve Zararlı Etkileri

Ni doğal yollarla su ve yiyeceklerde az miktarda bulunabilmektedir. Ancak bu bulunma oranını insanlar bir miktar arttırabilmektedirler. Örnek olarak nikel üretiminden meydana gelen atıkların, deniz ve akarsulara karışması, nikel alaşımlı çeliklerin yiyeceklerin pişirildiği kaplarda ve tencerelerde kullanılması bu miktarları arttırmaktadır.

Su ve gıda ürünlerine karışması haricinde, atmosfere de bol miktarda nikel salınımı yapılabilmektedir. Bunların başlıca nedenleri, nikel üretim esnasında gazların atmosfere salınması ya da egzoz gazlarında bulunan nikeldir.

İnsanlar bu gibi etkenler ile direkt olarak havadan nikel alabilmektedir. Direkt olarak havadan alınmayan nikel, sigara kullanan kişiler tarafından akciğerlerine çekilmektedir.

Son bir etkileşim de, madeni para kullanımı ve kuyumculuk sektöründe kullanılan takılardır. İçerisinde bu alaşım elementi bulunan parçalar direkt olarak insan derisi ile temas halinde oldukları için, derisi hassas insanları alerjik olarak etkilemektedir.

Geri Dönüşüm Süreci

En çok geri dönüşüm prosesi uygulanan metaldir. Maden ve Metalurji sektöründe cevherden metal elde etmektense, bu metallerin hurdalarının eritilip tekrar kullanılması her zaman hem maddi hem de zaman açısından avantajlıdır. Bu nedenle bu konunun önemini iyi kavramış ülkeler genellikle geri dönüşümü yapılacak ürünleri kaynağında ayrıştırırlar. Geri dönüşüm konusunda elektronik cihazlar, lityum piller ve hibrit araçlar kullanılmaktadır.

Özellikle ” Ni ” elementine bakıldığında, yer kabuğunda bulunma oranı diğer metallere oranla çok yüksek değildir. Bu nedenle hurdadan yeniden üretilmesi tercih edilir. Doğal kaynakların tüketilmemesi açısından bu yöntemin seçilmesi normaldir. Örneğin ABD’de toplam üretimin yarısına yakını geri dönüşüm yolu ile olmaktadır.

Yorum Yaz