В данной статье рассматривается металл никель, играющий ключевую роль в современной промышленности. Уровень его добычи и потребления в значительной степени зависит от объемов производства нержавеющей и коррозионностойкой стали. Однако область применения никеля значительно шире.
История открытия никеля
Никель (на английском, французском и немецком — Nickel) был выделен как элемент в 1751 году. Однако задолго до этого руду, содержащую никель, активно использовали саксонские горняки. Она внешне напоминала медную и применялась в стекольном производстве для окрашивания стекла в зеленый цвет. Попытки получить из этой руды медь не увенчались успехом, и в конце XVII века она получила название «купферникель» (Kupfernickel) — «ложная медь».
В 1751 году шведский минералог Аксель Кронстедт исследовал этот минерал (красный никелевый колчедан — NiAs), получив сначала зелёный оксид, а затем восстановлением — новый металл, который он назвал никелем. Позднее другой шведский ученый, Торберн Бергман, выделил никель в более чистом виде и установил его сходство по свойствам с железом. В дальнейшем металл активно изучался многими химиками, включая французского исследователя Жозефа Луи Пруста.
Согласно одной из легенд, название «никель» произошло от имени зловредного гнома. В средневековой Германии слово Nickel использовалось как ругательство и означало «тролль» или «гном». Считалось, что это существо обманывало горняков, подсовывая им бесполезную руду, содержащую мышьяк и никель.
Промышленное потребление никеля
Основной объем никеля используется в производстве нержавеющих сталей и специальных сплавов, устойчивых к высоким температурам и агрессивным средам. Такие сплавы применяются в машиностроении, транспортной отрасли, энергетике, а также при изготовлении оборудования для бытового и промышленного назначения.
Никелевые сплавы востребованы в электронной промышленности и при производстве аппаратуры. В ряде стран никель также используется в чеканке монет. Благодаря высокой коррозионной стойкости, прочности и пластичности, никель улучшает эксплуатационные характеристики материалов. Кроме того, при добавлении никеля изменяются такие свойства, как коэффициент теплового расширения и прокаливаемость стали.
Наиболее значимые области применения никеля включают:
-
черную и цветную металлургию — на производство нержавеющей стали приходится около 67% общего объема потребления никеля, ещё 17% используется в других сплавах;
-
машиностроение, трубопроводное строительство, медицина — в этих сферах применяются никельсодержащие стали, обладающие устойчивостью к агрессивным средам;
-
бытовые изделия — фурнитура, сантехническая арматура, декоративные элементы, изготовленные с использованием никеля, отличаются долговечностью;
-
ювелирную промышленность — никель применяется в сплавах для производства белого золота;
-
электротехнику — никель используется в производстве аккумуляторных батарей, включая никель-кадмиевые и никель-цинковые типы, которые составляют альтернативу свинцовым источникам питания;
-
химическую промышленность — никель-медные сплавы применяются при создании оборудования, работающего в агрессивных средах;
-
энергетический сектор — никелевые сплавы незаменимы при производстве компонентов газотурбинных установок;
-
ядерные технологии — изотоп никель-63 используется в источниках питания длительного действия, так называемых радиоизотопных батареях.
География добычи
По оценкам, мировые запасы никеля составляют около 122 миллионов тонн и распределены на территории 29 стран. Кроме того, значительное количество никеля содержится в марганцевых конкрециях, расположенных на дне океанов.
Годовой объем добычи никеля в мире составляет порядка 3 миллионов тонн в виде товарных руд и концентратов. Лидирующую позицию по объему добычи занимает Индонезия, на долю которой в 2023 году пришлось около 35% мирового производства. Основные месторождения здесь разрабатываются в латеритных корах выветривания.
Второе место занимает Филиппины, где также ведется добыча латеритных силикатных руд, хотя по качеству они уступают индонезийским аналогам.
В Новой Каледонии сосредоточены крупные латеритные месторождения, такие как Монео (Moneo), Накети (Nakety), Куауа (Kouaoua), Непуи-Копето (Nepoui-Kopeto), Горо (Goro) и другие. Разработку ведут международные компании, включая Eramet Group, Société des Mines de la Tontouta и Vale.
В Австралии добыча никеля осуществляется как из сульфидных, так и из силикатных месторождений. Большая часть добываемого сырья перерабатывается на месте с получением рафинированного никеля и ферроникеля.
В Канаде разработка сосредоточена на сульфидных медно-никелевых месторождениях, расположенных в провинциях Онтарио, Манитоба, Ньюфаундленд и Лабрадор, Квебек. В Африке объем добычи никеля составляет около 100 тысяч тонн в пересчете на металл. Основные производители — ЮАР, Мадагаскар, а также Зимбабве, Кот-д’Ивуар и Замбия.
Никель в России
Согласно Стратегии развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2035 года, утверждённой распоряжением Правительства РФ от 22.12.2018 № 2914-р, никель отнесён к полезным ископаемым первой группы. Его запасы признаны достаточными для обеспечения долгосрочных потребностей российской экономики вне зависимости от сценариев её развития, что исключает необходимость активного воспроизводства запасов за счёт геологоразведочных работ. Кроме того, никель включён в перечень стратегически значимых видов минерального сырья согласно распоряжению Правительства РФ от 30.08.2022 № 2473-р.
Степень освоенности сырьевой базы никеля в России остаётся высокой: более 90% учтённых запасов передано в пользование, из которых около двух третей вовлечено в промышленную разработку. В стране функционируют предприятия полного производственного цикла — от добычи и переработки сырья до выпуска готовой металлопродукции. Производственные мощности обеспечиваются преимущественно за счёт отечественного сырья. Незначительные объёмы никелевых концентратов, как правило, экспортируются с объектов, не включённых в структуру полного цикла.
Крупнейшим производителем никеля в России является ПАО «ГМК «Норильский никель» — один из мировых лидеров в этой отрасли.
В период с 2013 по 2017 годы были прекращены горные работы на месторождениях силикатно-никелевых руд в Свердловской (Серовское) и Оренбургской (Буруктальское) областях. Причиной стало отсутствие эффективных технологий, обеспечивающих рациональное извлечение никеля и выпуск конкурентоспособной продукции. В это же время приостановили выпуск товарной продукции предприятия ПАО «Комбинат «Южуралникель», ОАО «Уфалейникель» и ЗАО «ПО «Режникель».
Основными внутренними потребителями никеля выступают предприятия металлургической отрасли, специализирующиеся на производстве нержавеющих сплавов. Среди них — ПАО «Челябинский металлургический комбинат» (входит в структуру ПАО «Мечел»), АО «Металлургический завод «Электросталь», ПАО «Северсталь», ПАО «Ашинский металлургический завод» и другие.
С запуском в 2022 году Программы развития авиационной промышленности вырос спрос на никель в связи с его использованием в составе жаропрочных сплавов, применяемых при производстве авиационных двигателей (например, ПС-90, ПД-14) и в энергетическом машиностроении (лопатки турбин и др.).
Дополнительный импульс потреблению никеля придало развитие электротранспорта. Особую роль в этом направлении играет освоение технологии и масштабирование производства тяговых литий-ионных аккумуляторов с катодами на основе никель-кобальт-алюминиевого состава (тип NCA), осуществляемое ООО «Рэнера» — дочерним предприятием Госкорпорации «Росатом».
Патентный аспект
В области патентования технологий, связанных с применением никеля, отсутствует выраженное доминирование отдельных патентообладателей. Права на разработки распределены между сотнями промышленных компаний и научных организаций. В число крупнейших владельцев патентов входят:
-
Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. — 2,8%;
-
Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. ( 株式会社半導体エネルギー研究所 ) — 2,6%;
-
Центральный Южный Университет (КНР, 中南大学 ) — 2,3%;
-
UOP LLC — 1,5%;
-
True Velocity IP Holdings, LLC — 1,4%;
-
View, Inc. — 1,2%;
-
Samsung SDI Co., Ltd. — 1,1%;
Лидирующие позиции по количеству патентов занимают транснациональные корпорации из Японии, Китая, Южной Кореи и США, работающие в сферах электротехники, электроники и нефтехимии. В частности, в микроэлектронике никель рассматривается как важный компонент многокомпонентных тонкоплёночных материалов, используемых в различных типах электронных устройств.
Популярные темы, связанные с никелем в рамках Международной патентной классификации:
-
Способы и устройства для преобразования химической энергии в электрическую, например, батареи (H01M) — 43,9%
-
Защита окружающей среды в технологических процессах (Y02P) — 20,0%
-
Соединения металлов (C01G) — 18,1%
-
Неорганическая химия (C01P) — 17,5%
-
Сплавы (C22C) — 12,1%
-
Покрытия (C23C) — 9,8%
-
Электролитическое получение соединений и неметаллов (C25B) — 6,3%
-
Порошковые технологии (B22F) — 6,2%
-
Разное оборудование (Y10T) — 5,9%
-
Климатические технологии в очистке сточных вод (Y02W) — 5,0%
-
Конденсаторы, выпрямители и др. электроустройства (H01G) — 4,3%
Выводы
Никель занимает важное место в научно-техническом потенциале России. От проектно-конструкторских разработок института «Гипроникель» и масштабного промышленного производства на базе «Норильского никеля» — до применения в высокотехнологичных отраслях, включая Роскосмос, Объединённую судостроительную корпорацию и Объединённую двигателестроительную корпорацию — отечественные компетенции охватывают весь производственный цикл. На международном уровне признание получили разработки ВНИИНМ в области дисперсионно упрочнённых сталей, а также никелевые лопатки для авиационных двигателей, созданные ВИАМ.
Патентная активность в традиционных областях применения никеля остаётся высокой. Однако в новых технологических направлениях, таких как высокоэффективные литий-ионные аккумуляторы и мощные СВЧ-устройства, ситуация менее определённая. Это может быть связано как с высокой конкуренцией, так и с тем, что часть разработок не проходит стадию патентования в открытых источниках.
В то же время никель рассматривается экспертным сообществом как стратегически важный металл для обеспечения энергетического перехода — от ископаемого топлива к передовым электрохимическим системам хранения и преобразования энергии. Особое внимание уделяется никельсодержащим материалам, используемым в качестве катодов в металл-ионных аккумуляторах. Исследования определили значимость никеля в ряду трёхвалентных металлов, применяемых в индустрии накопителей энергии нового поколения.