Nickel
Nickel gehört zu den Basismetallen. Es kommt in unzähligen Produkten zum Einsatz. Bisher wurde es hauptsächlich zur Produktion von Edelstahl und anderen rostbeständigen Legierungen verwendet. In den letzten Jahren hat es sich im Zusammenhang mit der zunehmenden Elektrifizierung zu einem Schlüssel-Rohstoff entwickelt. Nickel ist eine wichtige Komponente in Lithium-Ionen Batterien, die in Elektro-Autos eingesetzt werden.
Der Legende nach geht der Name Nickel auf einen Berggeist zurück: Da Bergleute das Material aufgrund seiner Farbgebung für Kupfer hielten, es ihnen aber nicht gelang, aus dem Material tatsächlich Kupfer zu gewinnen, nahmen sie an, es sei verhext worden. Nickellegierung sind zwar schon aus dem antiken Griechenland bekannt und wurden vor mehr als 2000 Jahren von den Chinesen in Metalllegierungen verwendet, doch erst im Jahr 1751 erkannte der schwedische Bergbauingenieur Axel F. Cronstedt die wahre Natur des Elements. Die Erkenntnis, dass es sich beim Kupfernickel nicht um eine besondere Form von Kupfererz, sondern um ein eigenständiges Element handelte, setzte sich allerdings nur langsam durch. Erst T. Bergman konnte die Existenz von Nickel belegen, indem er 15 Jahre nach der Entdeckung Nickel mit wesentlich höherem Reinheitsgrad herstellte. Seit Mitte des 19. Jahrhundert erlangte Nickel große wirtschaftliche Bedeutung, nachdem der Engländer Michael Farraday 1843 ein Verfahren zur galvanischen Vernickelung vorgestellt hatte.
Nickel ist am Aufbau der Erdkruste mit 1,5-2 % beteiligt. Elementares Nickel findet sich mit Eisen legiert in Meteoriten. Es wird allgemein angenommen, dass die Erde einen Eisen-Nickel-Kern hat. Für die Nickelgewinnung sind vor allem nickelhaltige Magnetkiese von Bedeutung, die das Metall als Pentlandit (Eisennickelkies) enthalten, sowie silicatische bzw. oxidische Erze, die Nickel als Garnierit (Numeait) enthalten. Als Spurenelement ist Nickel in Böden mit etwa 40 ppm, in Pflanzen mit etwa 0,5 ppm enthalten. Das Metall ist häufig vergesellschaftet mit Cobalt, Antimon und Platingruppenelementen (PGEs) sowie mit Edelmetallen wie Gold und Silber. Zumindest in kleinen Mengen kommen seine Mineralien praktisch überall vor. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist die Gewinnung von Magnetkies (Pentlandit) und Garnierit aus sulfidischen Lagerstätten. In den vergangenen Jahrzehnten hat die Förderung von Nickel aus lateritische Erzen massiv an Bedeutung gewonnen. Dort werden vor allem Garnierit und Goethit gewonnen. Abbauwürdige Vorkommen von sulfidischen und lateritischen Erzen findet man zum Beispiel in Indonesien, auf den Philippen, in Kanada, Neukaledonien, Australien und Kuba.
Das silberfarbene, stark glänzende Metall ist relativ hart, gut zu verarbeiten, magnetisch und leitfähig.Es weist die kubisch-dichteste Metallgitterstruktur auf. Entsprechend der Mohs’schen Skala beträgt seine Härte 3,8. Nickel wird durch eine dünne Oxidschicht passiviert, so dass es gegen Luft und Wasser sehr beständig ist. Abgesehen von konzentrierter Salpetersäure wird es von Säuren langsam unter Freisetzung von Wasserstoffgas zersetzt. In Alkalilaugen ist es nicht löslich. Das Metall bildet leicht Legierungen mit Eisen, Kupfer, Mangan etc. aus. In Verbindungen spielt praktisch nur die Oxidationsstufe +2 eine Rolle, obwohl zum Teil auch +4, +3 und +1 vorkommen.
Man unterschiedet zwischen pyro- und hydrometallurgischem Verfahren. Bei der pyrometallurgischen Verarbeitung wird das aus dem Erz stammende Konzentrat unter Zufuhr und Nutzung entstehender Wärme-Energie geschmolzen. Beim hydrometallurgischen Verfahren wird das Metall durch eine Laugung gewonnen. Welches Verfahren anzuwenden ist, hängt von den im Erz enthaltenen Wertmineralen ab. Bei sulfidischen Erzen wird Nickel durch eine pyrometallurgische Verarbeitung gewonnen. Bei lateritischen Erzen richtet sich die Verarbeitung nach dem vorliegenden Erztyp: Oberflächennahe Erze (Limonite) mit einem geringeren Nickelgehalt werden hydrometallurgisch erschlossen, tiefer liegende nickelreiche Erze (Saprolithe) pyrometallurgisch.
Nickel ist vielseitig einsetzbar und ein bedeutendes Legierungsmetall. Schon geringe Nickelzusätze erhöhen die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl. Mehr als die Hälfte des weltweiten Nickelbedarfs dient zur Herstellung und Veredlung nichtrostender Stähle: für Geschirrspüler, Besteck, Kochgeschirr, Rolltreppen, Tankwagen, medizinische Instrumente und viele weitere Produkte. Da Stahl unter Beigabe von Nickel auch bei Temperaturen von minus 200° Celsius nicht brüchig wird, eignen sich nickelhaltige Stähle für Kältemaschinen und Behälter zur Lagerung flüssiger Gase. Nickel ist auch Basismetall für Hochleistungs- und Superlegierungen, die für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden, zum Beispiel in der chemischen und petrochemischen Industrie, für Gasturbinen und Reaktoren. Bei der Einführung des Euro spielte Nickel eine entscheidende Rolle. Die Ein- und Zwei-Euromünzen werden aus nickelhaltigen Materialien unterschiedlicher Werkstoffgruppen hergestellt, mit einem hohen Maß an Automaten- und Fälschungssicherheit. Neben dem Einsatz als Legierungselement findet Nickel in der Oberflächenbeschichtung Anwendung. Von wachsender Bedeutung ist des Weiteren der Einsatz von Nickel in Batterien für Elektro-Autos und Hybridfahrzeugen sowie in Katalysatoren, die beispielsweise in der petrochemischen Industrie zur Entschwefelung eingesetzt werden.
Die weltweite Nickelproduktion belief sich 2018 auf rund 2,3 Millionen Tonnen. Die Produktion von Nickel aus Minen in Indonesien erreichte im genannten Jahr einen Wert von rund 560.000 Tonnen, in philippinischen Minen wurden 340.000 Tonnen produziert.
Nickel ist in geringen Mengen in vielen Nahrungsmitteln, im Trinkwasser und in der Luft vorhanden. Es wird vom menschlichen Organismus „automatisch“ aufgenommen und zum überwiegenden Teil wieder ausgeschieden. Zu einer erhöhten und gesundheitsgefährdenden Nickelaufnahme kann es zum Beispiel durch das Zigarettenrauchen kommen. Bei manchen Menschen führt der Körperkontakt mit nickelhaltigen Produkten zu allergischen Reaktionen. Zwar wurden die Grenzwerte von Nickel beispielsweise in Ohrringen laut REACH-Verordnung schon vor Jahren stark herabgesetzt. Da Nickel aber in vielen verschiedenen Gegenständen des täglichen Gebrauchs enthalten ist, tritt diese Kontaktallergie dennoch vergleichsweise häufig in Erscheinung.
Nickel wird überwiegend als Legierungsmetall verwendet und nur selten als Nickelmetall zurückgewonnen. Da Nickel aber vor allem in der Stahlveredlung eingesetzt wird, sind nickelhaltige Edelstahlschrotte eine der ergiebigsten Altmetallquellen. Bei der Herstellung und Verschrottung von Anlagen und Einrichtungen in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Haushaltsindustrie sowie im medizinischen Bereich fallen große Mengen Edelstahlschrott in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen an. Schätzungen gehen davon aus, dass rund die Hälfte des in Deutschland hergestellten Edelstahls aus diesen Schrotten gewonnen wird. Vor dem erneuten Wiedereinschmelzen in den Edelstahlwerken stehen auch hier das Sammeln, Sortieren und Aufbereiten der verschiedenen Sorten durch den Metallhandel. Die Behandlung von Schrotten, die neben hohen Nickelanteilen auch andere wertvolle Metalle enthalten, erfordert umfangreiche Materialkenntnisse und spezielle technische Einrichtungen. Die Recyclingrate von Nickel aus Altprodukten wird auf über 70 Prozent geschätzt.
Links
Nickel Institute
INiSG – International Nickel Study Group