Химические и физические свойства элемента

В Уэльсе (Англия), где расположено никелевое предприятие, содержание никеля в почве 0,02-0,35 %. В сточных водах Верхнеуфалейского завода (Урал) его содержалось от 3 до 247 мг/л. В Мончетундре (Кольский п-ов) в иле озер в зоне влияния производства было обнаружено 0,1 % этого металла. Концентрация никеля в почвах около г.Мончегорска (Cu-Ni комбинат) достигала 400 мг/кг для аккумулятивного и 216 мг/кг для аллювиального ландшафта (предельной для этой зоны считается концентрация 147 мг/кг). Однако в северотаежных ландшафтах никель быстро аккумулируется почвами и в растворенной форме мало распространен (3-4 мг/кг), что сохраняет местную растительность. [5]

В сливных рудничных водах содержание никеля составляет (мкг/л): сульфидные руды Алтая от 14 до 10000; золоторудные месторождения ЮАР до 16000. В донных отложениях техногенных потоков добычи руд никеля содержится 50 мг/кг. Показатели содержания никеля в растениях, произрастающих на почвах рудных отвалов урановых месторождений (мг/кг): травы на отвале 3 (фоновые 5,6), кустарники 4,7 (фоновые 5,1). [5]

Распределение никеля в различных фосфорных рудах и удобрениях (г/т): в апатитах - аммофос 6±2,4, нитроаммофос 4,9±1,5; в фосфоритах - аммофос 18±9, диаммонит фосфат 10, монокальцит фосфат 11 ±4, Кальцит фосфат 10±35; двойной суперфосфат 10, фосфоритовая мука 57. Присутствует никеля в пыли цементного производства, в выбросах печей. Не изучен, но, вероятно, присутствует он в повышенных количествах в отходах обогащения марганцевых и других руд. [5]

Загрязняют атмосферу угольные и особенно мазутные ТЭС нефте-, битумо- и сланцеперерабатывающие предприятия. В городах США зимой его содержание почти в 2 раза выше (44 нг/м3), чем летом при отсутствии отопления (26 нг/м3). Количество никеля, поступающего в бывшем СССР в виде выбросов в результате сжигания каменного угля, в год составляло в 80-х гг. 14 тыс. т, или 92 г/км3 суши. В шлаке и золе ТЭЦ, работающих на угле (Московская обл.), по А.Ю. Малевскому (1991), никеля содержится соответственно 0,003 и 0,003-0,06 %.[5]

Часть никеля попадает в окружающую среду из городских свалок. Так, по И.Л. Барашкевич и Р.И. Ефимову (1992), в поверхностном слое закрытых свалок концентрируется относительно фона в 20 раз больше никеля, в мелкоземе 20-200 мг/кг. В составе свалочного фильтрата его в среднем 250±200 мг/л, в поверхностных водах из районов свалок от 14 до 62 мг/л. со снижением по мере удаления. [5]

К никельсодержащим относятся твердые отходы с минимальным количеством никеля - 0,01 % (по массе). Наиболее крупномасштабными, кроме энергетических, являются металалургические отходы. В бывшем СССР в черной металлургии они составляли 0,4-0,5 т на 1 т стали и  цветной 20-30 т на 1 т Си и т.д. Содержание никеля в отходах  (%) мартеновский шлак (Чусовской завод) 0,0029; горелая литейная земля 0,002-0,06. Не менее крупнотоннажными являются твердые бытовые отходы (ТБО): по А.Ю. Малевскому (1991), только в Москве они составляли 2600 тыс. т при содержании никеля (мг/кг): мусоросжигательный завод (МСЗ) № 3 - шлак 80 и зола 100; Пятигорский завод - соответственно 210 и 120. (водные вытяжки содержали никель соответственно 0,11 и 0,4 мг/л); МСЗ в ФРГ 210 и 145. [5]

При использовании ТБО в качестве компостов большое количество никеля попадает в почвы. Так, в компосте из ТБО крупного промышленного города его оказалось 6-38 мг/кг, в почвах полей и теплиц, удобренных такими компостами, - соответственно 9,8-21,1 и 10,8-34,3. В растениях, выращенных на таких почвах, содержание никеля составляет (мг/кг): свекла 0,19; листья 0,82; кукуруза 0.70;стебли 0,24; корни 12. Высока концентрация этого металла в осадках городских сточных вод (мг/кг): 91-210 - крупный город, 391 - малый промышленный город; в почвах, удобренных осадками сточных вод крупного промышленного города, 18-31 мг/кг  (в фоновой почве 12 мг/кг). В растениях, выращенных на таких почвах, концентрация никеля (мг/кг): многолетние травы 2,6; свекла 0,2; листья 1,2. Отечественные нормы для тяжелых металлов в осадках не разработаны, по зарубежным данным они для разных стран составляют (мг/кг сухого вещества)-Ni 50-200. [5]

Особенно высокие концентрации никеля установлены в отходах гальванических производств, например в осадках отстойников концентрация повышалась в сотни раз. Если учесть, что количество гальванических цехов в бывшем СССР приближалось к 10 тыс., объемы отходов весьма значительны; из гальванических емкостей ежегодно выносилось 2500 т никеля; сточные воды (обычно не очищаемые) содержат в среднем 0,73 мг/л Ni(OH)2 (от 0,35 до 0,95), частично в виде супертоксиканов цианидов, и твердые осадки сточных вод 11,5-2,5 мг/л. Ni(ОН)2. Существенно (в 10 раз) повышается содержание никеля в почвах вблизи автотрасс. Например, в плодах груши в 10 м от трассы его содержалось 0,15 мг/кг (сухого вещества), а в 20-40 м - 0,5 мг/кг. [5]

Все перечисленные и более мелкие источники загрязнения никеля окружающей среды вызывают значительное его накопление в пищевых цепях. Биохимические показатели состояния окружающей среды по концентрации никеля в кормовых растениях территорий (мг/кг сухого вещества): экологическое бедствие > 10, чрезвычайная ситуация 5-10, относительная норма 1,1-1,5. [5]

Сопоставление антропогенного (А) и природного (П) перераспределения никеля в биосфере, проведенное по разному количеству показателей, свидетельствует о сближении этих величин. По В.В. Добровольскому, на 1975 г. А-570 и П-424 тыст, по Ф. Маккензи и др. (1979) А - 758 и П -1448тыс.т. [5]

Общие техногенные показатели для никеля получены Н.Ф. Глазовским. По его данным общая и специальная техногенность (Тг = 10е) имеет высокие показатели, как и коэффициент полноты техногенного использования, а модуль техногенного давления ниже среднего (0,1-1 кг/км2 в год). [5]

Никель важен экологически как элемент широко распространенный в техногенезе и природном гипергенезе и необходимый для жизнедеятельности. Связан с Ультрабазитовым магматизмом, процессами сульфидного магматического, гидротермально-метаморфического, углеродисто-сланцевого, железо-марганцевого осадконакопления и нефтеобразования. В природных и техногенных системах в основном ассоциирован с магнием, железом, медью, серой, мышьяком и требует дальнейшего самостоятельного экогеохимического изучения (Перельман, «Геохимия»,2001). [5]

Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений). [5]

Карбонил никеля [Ni(CO)4] — очень ядовит. Предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений 0.0005 мг/м³.[5]

В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давления. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Накапливается никель в поджелудочной и околощитовидной железах (В. В. Иванов, «Экологическая геохимия элементов», 1996). [5]

 

3.Специальная  часть.

 

3.1. Геохимия  элемента в экосистемах Вологодской  области.

Никель в экосистемах Вологодской области содержится в небольшом количестве, не превышающей ПДК. Не большая доля никеля попадает в воздух при выбросах  с другими загрязняющими веществами. [6]

Содержание никеля в выбросах специфических загрязняющих веществ в атмосферу за период с 1992 по 2001 годы: [6]

годы территория	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001
Вологда	6	7	8	9	8	7	2	1.4	2.1	0.9
Вологодская обл.	6	7	8	9	8	7	2	1.4	2.1	0.9

(Статистический сборник  «Охрана Окружающей среды Вологодской  Области за1992 – 2001»)

Динамика изменений качества сточных вод, сбрасываемых МУП «Вологдагорводоканал» с очистных сооружений канализации.[6]

Наименование показателя	2000 г.	2001 г.	2002 г.	2003 г.
Объем сброса сточных вод, млн. м3	43,125	42,08	37,89	42,089
никель	4,7	3,8	0,92	0,6

Фоновое содержание солей тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве Вологодской области (валовая форма). [6]

Элемент	Содержание мг/кг почвы
Медь	8
Свинец	9
Никель	13
Хром	15

(«Научное обеспечение  охраны окружающей среды и  рационального использования природных  ресурсов», 1997г)

 

 

 

3.2. Методы  определения элемента.

 

Общие запасы никеля в рудах на начало 1998 г. оцениваются в количестве 135 млн т., в том числе достоверные — 49 млн.т. Основные руды никеля — никелин (купферникель) NiAs, миллерит (NiS), пентландит (FeNi)9S8 — содержат также мышьяк, железо и серу; в магматическом пирротине также встречаются включения пентландита. Другие руды, из которых тоже добывают никель, содержат примеси кобальта, меди, железа и магния. Иногда никель является основным продуктом процесса рафинирования, но чаще его получают как побочный продукт в технологиях других металлов. Из достоверных запасов, по разным данным, от 40 до 66 % никеля находится в окисленных рудах (ОНР), 33 % — в сульфидных, 0,7 % — в прочих. По состоянию на 1997 г. доля никеля, произведённого переработкой ОНР, составила порядка 40 % от общемирового объёма производства. В промышленных условиях ОНР делят на два типа: магнезиальные и железистые. [7]

Тугоплавкие магнезиальные руды, как правило, подвергают электроплавке на ферроникель (5-50 % Ni+Co, в зависимости от состава сырья и технологических особенностей). [7]

Наиболее железистые — латеритовые руды перерабатывают гидрометаллургическими методами с применением аммиачно-карбонатного выщелачивания или сернокислотного автоклавного выщелачивания. В зависимости от состава сырья и применяемых технологических схем конечными продуктами этих технологий являются: закись никеля (76-90 % Ni), синтер (89 %), сульфидные концентраты различного состава, а также металлические никель электролитный, никелевые порошки и кобальт. [7]

Менее железистые — нитронитовые руды плавят на штейн. На предприятиях, работающих по полному циклу, дальнейшая схема переработки включает конвертирование, обжиг файнштейна, электроплавку закиси никеля с получением металлического никеля. Попутно извлекаемый кобальт выпускают в виде металла или солей. Еще один источник никеля: в золе углей Южного Уэльса в Англии — до 78 кг никеля на тонну. Повышенное содержание никеля в некоторых каменных углях, нефти, сланцах говорит о возможности концентрации никеля ископаемым органическим веществом. Причины этого явления пока не выяснены (В. В. Иванов, «Экологическая геохимия элементов», 1996). [7]

 

3.3. Методы  удаления из питьевой воды.

Содержание никеля в водах не превышает ПДК, поэтому и методов определения содержания и удаления из питьевой воды отсутствуют или не вызывают интерес, как экологический, так и экономический. [7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Заключение.

Никель (Ni). Предполагается, что в земном ядре около 10% никеля, его кларк в ультраосновных породах 0,2%, в земной коре 5,8·103 % (в основных породах больше, чем в кислых: 1,6-102 и 5,5-103 %). В изверженных породах он изоморфно замещает Fe2+ и Mg2+ (в оливине, пироксене и других минералах). Замещение объясняется близостью ионных радиусов этих элементов (у Mg2+ и Ni2+ 0,078 нм). В биосфере тесные связи никеля, железа, магния нарушаются, и каждый из них мигрирует по-разному. Известно 53 собственных минералов никеля, большинство их образовалось при высоких температурах и давлениях.

Никель энергично мигрирует в магматических, гидротермальных и гипергенных процессах, с которыми связано образование его месторождений. При дифференциации базальтовой магмы возникают медно-никелевые сульфидные месторождения, в гидротермальных системах образуются сульфидные никеле – кобальтовые  месторождения, в биосфере образуются силикатные месторождения в коре выветривания ультраосновных пород. Таким образом, никель проявляет и сидерофильные (в ультраосновной магме, земном ядре) и халькофильные (при дифференциации основной магмы, в гидротермах), и литофильные (в биосфере) свойства.