ニッケルは化学元素で、記号 Ni、原子番号28で表されます。わずかに金色を帯びた銀白色の光沢のある金属です。ニッケルは硬く延性のある 遷移金属です。純粋なニッケルは化学的に反応性が高いですが、大きなニッケル片は表面に酸化ニッケルの不動態層が形成され、それ以上の腐食を防ぐため、標準条件下では空気と反応しにくいです 。それでも、純粋な天然ニッケルは地球の地殻中にごく微量しか存在せず、通常は超塩基性岩石[ 10] [11]や、大気圏外で酸素にさらされなかった 大型のニッケル鉄隕石の内部に存在します。

隕石中のニッケルは鉄と結合して発見されており、これはこれらの元素が超新星爆発における主要な元素合成の最終生成物であったことを反映している。地球の外核と内核は鉄とニッケルの混合物であると考えられている。[12]

ニッケル（天然の隕石由来のニッケルと鉄の合金）の使用は、紀元前3500年まで遡ります。ニッケルは1751年、スウェーデンのヘルシングランド、ロスのコバルト鉱山で、アクセル・フレドリック・クロンシュテットによって初めて単離され、元素として分類されました。彼は当初、この鉱石を銅鉱 物と間違えました。元素名は、ドイツの鉱夫神話に登場するいたずら好きな妖精「ニッケル」（オールド・ニックに似ている）に由来しています。ニッケル鉱物は銅鉱石のように緑色をしており、銅を産出しないことから「クッファーニッケル」（ニッケルの銅）として知られていました。

地殻中のニッケルの大部分は酸化物として存在しますが、経済的により重要なニッケル鉱石は硫化物、特にペントランダイトです。主要な産地としては、インドネシアのスラウェシ島、カナダのサドベリー地域（隕石起源と考えられています）、太平洋のニューカレドニア、西オーストラリア、ロシアのノリリスクなどが挙げられます。[13]

ニッケルは、室温付近で強磁性を示す4つの元素（他の3つは鉄、コバルト、ガドリニウム）[14]の1つです。ニッケルを一部含むアルニコ永久磁石は、鉄系永久磁石と希土類磁石の中間の強度を持ちます。この金属は主に合金や耐腐食性めっきに使用されます。

世界の生産量の約68%はステンレス鋼に使用されています。さらに10%はニッケルベースおよび銅ベースの合金に、9%はメッキに、7%は合金鋼に、3%は鋳造に、4%は充電式バッテリーなどのその他の用途に使用されており、[15]電気自動車（EV）のバッテリーにも使用されています。 [16]ニッケルは硬貨に広く使用されていますが、ニッケルメッキされた物はニッケルアレルギーを引き起こすことがあります。化合物として、ニッケルは水素化触媒、充電式バッテリーのカソード、顔料、金属表面処理など、多くのニッチな化学製造用途があります。[17]ニッケルは、ニッケルを活性部位とする酵素を持つ一部の微生物や植物にとって必須の栄養素です。[18]

プロパティ

原子および物理的性質

単層カーボンナノチューブ内のNiナノ結晶の電子顕微鏡写真；スケールバー5nm [19]

ニッケルはわずかに金色がかった銀白色の金属で、よく磨くと色づきます。室温または室温付近で強磁性を示すわずか 4 つの元素のうちの 1 つで、他の 3 つは鉄、コバルト、ガドリニウムです。キュリー温度は 355 °C (671 °F) で、この温度以上ではバルクのニッケルは非磁性であることを意味します。[20] [14]ニッケルの単位格子は面心立方体で、格子定数は 0.352 nm であり、原子半径は 0.124 nm となります。この結晶構造は、少なくとも 70 GPa の圧力まで安定しています。ニッケルは硬く、展性があり、延性があり、遷移金属としては比較的高い電気伝導率と熱伝導率を持っています。[21]理想的な結晶に対して予測される 34 GPa という高い圧縮強度は、転位の形成と移動のため、実際のバルク材料では達成されていません。しかし、Niナノ粒子ではこの強度に達しています。[22]

電子配置論争

ニッケルには、[Ar] 3d 8 4s 2と [Ar] 3d 9 4s 1という2つの原子電子配置があり、エネルギー的に非常に近い。[Ar] は完全なアルゴンコア構造を表す。どちらの配置のエネルギーが低いかについては意見が分かれている。[23]化学の教科書ではニッケルの電子配置は [Ar] 4s 2 3d 8と記載されており、[24] [Ar] 3d 8 4s 2とも表記される。[25]この配置は、 4s が 3d よりも先に満たされると予測するマーデルングのエネルギー順序付け規則に一致する。これは、ニッケル原子の最低エネルギー状態が 3d 8 4s 2エネルギー準位、具体的には 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F, J = 4 準位であるという実験的事実によって裏付けられている 。[26] [27]

しかし、これら2つの構成はそれぞれ、微細構造[26] [27]により複数のエネルギー準位に分裂し、 2つのエネルギー準位は重なり合う。[Ar] 3d 9 4s 1の状態の平均エネルギーは、実際には[Ar] 3d 8 4s 2の状態の平均エネルギーよりも低い。そのため、原子計算に関する研究文献では、基底状態の構成を[Ar] 3d 9 4s 1としている。[23]

同位体

ニッケルの同位体は、原子量で48 日（48
に）に82日（82
Ni）。[9]

天然ニッケルは5つの安定同位体から構成されており、58
ニ、60
ニ、61
ニ、62
Niと64
Ni、そのうち58
最も豊富な元素はNi （天然存在比68.077% ）である。[9]

ニッケル62は、核子当たりの結合エネルギーが8.7946MeVと、あらゆる核種の中で最も高い。 [28] [29]その結合エネルギーは、56
Feと58
Feは、より豊富な核種であり、しばしば最も高い結合エネルギーを持つと誤って引用される。 [30]これはニッケルが宇宙で最も豊富な重元素であると予測しているように見えるが、恒星内部でのニッケルの光崩壊率が高いため、鉄が圧倒的に最も豊富である。 [30]

ニッケル60は絶滅した放射性核種の娘核種である。 60
Fe（半減期260万年）。60
Feは太陽系内の物質中に残留し、同位体組成に観測可能な変化を引き起こす可能性がある。60
Ni。したがって、60
地球外物質中のニッケルは、太陽系の起源とその初期の歴史についての洞察を与える可能性がある。[31]

少なくとも26種類のニッケル放射性同位体が特徴付けられており、最も安定しているのは59
半減期76,000年のNi、63
Ni（100年）、そして56
Ni（6日）。他の放射性同位元素の半減期は60時間未満であり、そのほとんどは30秒未満である。この元素にはメタ状態が1つある。[9]

放射性ニッケル56はシリコンの燃焼過程によって生成され、後にIa型 超新星で大量に放出される。これらの超新星の中期から後期にかけての光度曲線の形状は、電子捕獲による崩壊に対応している。56
ニッケル-59はコバルト-56に、そして最終的には鉄-56に変化します。[32]ニッケル-59は長寿命の宇宙線生成 放射性核種であり、半減期は76,000年です。59
Ni は同位体地質学において多くの用途が見出されています。59
Niは、隕石の地球形成年代の測定や、氷や堆積物中の地球外塵の存在量の測定に用いられてきた。半減期が110ミリ秒のニッケル78は、鉄より重い元素の超新星爆発における元素合成において重要な同位体であると考えられている。[33] 1999年に発見された 48 Niは、最も陽子数の多い重元素同位体である。28個の陽子と20個の中性子を持つ48 Niは、「二重魔法核」であり、 28個の陽子と50個の中性子を持つ78 Niも同様である。したがって、どちらも陽子と中性子の不均衡がこれほど大きい原子核としては異例の安定性を示す。[9] [34]

ニッケル63は原子炉の支持構造物に含まれる汚染物質です。ニッケル62による中性子捕獲によって生成されます。南太平洋の核兵器実験場付近でも少量が検出されています。[35]

発生

八面体隕石中のニッケル鉄の2つの形態、カマサイトとテーナイトを示すウィドマンシュテッテンパターン

ニッケル鉱石は酸化物と硫化物に分類されます。酸化物にはラテライトが含まれ、主な鉱物混合物はニッケル含有リモナイト、(Fe,Ni)O(OH)、およびガルニエライト（様々な含水ニッケルとニッケルに富むケイ酸塩の混合物）です。[36]ニッケル硫化物は、鉄との固溶体として、 ペントランダイトや磁硫鉄鉱などの鉱物中に一般的に存在し、それぞれFe 9−x Ni x S 8とFe 7−x Ni x S 6の化学式で表されます。その他の一般的なニッケル含有鉱物には、ミレライトとヒ素化物である ニコライトがあります。[37] [38]

世界中で確認されている陸上資源のうち、ニッケル含有量が平均1%以上のものは、少なくとも1億3000万トン（既知の埋蔵量の約2倍）のニッケルを含んでいます。そのうち約60%はラテライト鉱床に、40%は硫化物鉱床に存在しています。[39]

地球物理学的証拠によると、地球上のニッケルの大部分は地球の外核と内核に存在すると考えられています。カマサイトとテーナイトは、鉄とニッケルの天然合金です。カマサイトの場合、合金の比率は通常90:10から95:5ですが、不純物（コバルトや炭素など）が含まれる場合があります。テーナイトはニッケルが20%から65%含まれています。カマサイトとテーナイトは、ニッケル鉄隕石にも含まれています。[40]

ニッケルは、カマサイトやテーナイトといった合金として鉄隕石中によく見られます。隕石中のニッケルは、1799年に当時スペインで活動していたフランスの化学者、ジョゼフ＝ルイ・プルーストによって初めて発見されました。プルーストは、1783年にミゲル・ルビン・デ・セリスが採取したカンポ・デル・シエロ（アルゼンチン）の隕石サンプルを分析し、鉄に加えてニッケル（約10%）が含まれていることを発見しました。[41]

化合物

ニッケルの最も一般的な酸化状態は+2ですが、Ni 0、Ni +、Ni 3+の化合物もよく知られており、 Ni 2−およびNi−という珍しい酸化状態も特徴付けられています。[42]

ニッケル(0)

ニッケル原子は、その周囲に四面体状に配列したカルボニル基（炭素が酸素と三重結合しているもの、炭素を介した結合）との単結合を4つ持つ。
テトラカルボニルニッケル

ルートヴィヒ・モンド[ 43]によって発見されたテトラカルボニルニッケル（Ni(CO) 4 ）は、室温では揮発性が高く、非常に毒性の高い液体である。加熱すると、この錯体はニッケルと一酸化炭素に分解する。

Ni(CO) 4 ⇌ Ni + 4 CO

この性質は、ニッケル精製のためのモンド法で利用されています。関連するニッケル(0)錯体であるビス(シクロオクタジエン)ニッケル(0)は、シクロオクタジエン（またはCOD ）配位子が容易に置換されるため、有機ニッケル化学において有用な触媒です。

ニッケル(I)

[Ni 2 (CN) 6 ] 4−イオンの構造[44]

ニッケル(I)錯体は一般的ではありませんが、一例として四面体錯体NiBr(PPh 3 ) 3が挙げられます。多くのニッケル(I)錯体はNi-Ni結合を有しており、例えばK 2 [ Ni 2 (CN) 6 ]をナトリウムアマルガムで還元して得られる暗赤色の反磁性体K 4 [Ni 2 (CN) 6 ]が挙げられます。この化合物は水中で酸化され、 H 2を放出します。[44]

ニッケル(I)の酸化状態は、プロトンをH2に可逆的に還元する反応を触媒する[NiFe]ヒドロゲナーゼなどのニッケル含有酵素にとって重要であると考えられています。[ 45 ]

ニッケル(II)

水溶液中の様々なNi(II)錯体の色。左から右へ、[Ni(NH 3 ) 6 ] 2+、[Ni( NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 )] 2+、[Ni(H 2 O) 5 Cl] +、[Ni(H 2 O) 6 ] 2+
シアン色の結晶粒子の小さな山
水和 硫酸ニッケル(II)の結晶

ニッケル(II)は、硫化物、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、カルボン酸塩、ハロゲン化物など、一般的な陰イオンすべてと化合物を形成します。硫酸ニッケル(II)は、ニッケル金属または酸化物を硫酸に溶解することで大量に生成され、六水和物と七水和物の両方を形成します[46] 。これらはニッケルの電気めっきに有用です。塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの一般的なニッケル塩は水に溶解し、緑色の金属水和錯体 [Ni(H 2 O) 6 ] 2+溶液を与えます[47]。

4種類のハロゲン化物はニッケル化合物を形成し、これはNi中心が八面体である分子からなる固体です。塩化ニッケル(II)が最も一般的であり、その挙動は他のハロゲン化物の例証となります。塩化ニッケル(II)は、ニッケルまたはその酸化物を塩酸に溶解することによって作られます。通常は緑色の六水和物として見られ、その化学式は通常NiCl 2 ·6H 2 Oと表記されます。この塩は水に溶解すると、金属アコ錯体[Ni(H 2 O) 6 ] 2+を形成します。NiCl 2 ·6H 2 Oを脱水すると、黄色の無水NiCl 2が得られます。[48]

ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルクロリドなどの四配位ニッケル(II)錯体の中には、四面体と平面正方構造の両方を持つものがある。四面体錯体は常磁性であり、平面正方構造は反磁性である。磁気平衡と八面体錯体形成という性質を持つ点で、これらはより重い第10族金属であるパラジウム(II)や白金(II)の二価錯体とは対照的である。これらの錯体は平面正方構造のみを形成する。[42]

ニッケロセンの電子数は20である。ニッケロセンの多くの化学反応は18電子生成物を生成する傾向がある。[49]

ニッケル(III)および(IV)

ニッケル(III)アンチモン

Ni(III)化合物は数多く知られている。Ni(III)はフッ化物イオン[50]や酸化物イオンと単純な塩を形成する。Ni(III)はチオールや有機ホスフィンなどのσ-ドナー配位子によって安定化される。[44]

Ni(III)はニッケル酸化物水酸化物中に存在し、これはニッケル・カドミウム、ニッケル・鉄、ニッケル・水素、ニッケル・金属水素化物などの多くの充電式電池の正極として使われており、一部のメーカーではリチウムイオン電池にも使用されています。[51]

Ni(IV)は稀な酸化状態であり、化合物はごくわずかしか知られていない。Ni(IV)は混合酸化物BaNiO 3中に存在している。[52] [53] [54] [55]

ニッケル(VI)

2024年現在、六価ニッケルは結晶性Ni(Be Cp ) 6の形で知られています。注目すべきは、この分子構造が八面体ではなく、三角錐型（C 3v 分子対称性）であることです。[56]

歴史

ニッケルの意図しない使用は紀元前3500年まで遡ることができます。[57]現在のシリアで発見された 青銅には、2%ものニッケルが含まれていることが発見されています。[58]古代中国の写本の中には、紀元前1700年から1400年にかけて「白銅」（白銅、白銅として知られる）が使用されていたことを示唆するものがあります。この白銅は17世紀初頭にイギリスに輸出されていましたが、この合金にニッケルが含まれていることが発見されたのは1822年になってからでした。[59]紀元前2世紀には、バクトリア王アガトクレス、エウテュデモス2世、パンタレオンによってニッケル銅合金の貨幣が鋳造されましたが、おそらく中国の白銅が使用されていたものと思われます。[60]

ニッケル/ニコライト

中世ドイツでは、エルツ山地で銅鉱石に似た黄色の金属鉱物が発見されました。しかし、鉱山労働者たちはそこから銅を採ることができなかったため、ドイツ神話のいたずら好きな精霊、ニッケル（オールド・ニックに似ている）が銅を悩ませていると責めました。彼らはドイツ語のKupfer 「銅」にちなんで、この鉱石をKupfernickelと呼びました。[61] [62] [63] [64]この鉱石は現在ではニッケルリン（以前はニコライト[65] ）という鉱物、ニッケルヒ素として知られています。1751 年、アクセル・フレドリック・クロンステット男爵はスウェーデンのロス村のコバルト鉱山でクップファーニッケルから銅を抽出しようとしましたが、代わりに白い金属が産出され、その鉱物の名前の由来となった精霊にちなんでニッケルと名付けました。[66] [21]

もともとニッケルの唯一の供給源は希少なクッファーニッケルでした。1824年以降、ニッケルはコバルトブルー生産の副産物として得られました。最初の大規模なニッケル製錬は、1848年にノルウェーでニッケルを豊富に含む磁硫鉄鉱から始まりました。[67] 1889年に鉄鋼生産にニッケルが導入されたことでニッケルの需要が増加し、 1865年に発見されたニューカレドニアのニッケル鉱床は、1875年から1915年の間に世界の供給量の大部分を供給しました。 1883年にカナダのサドベリー盆地、 1920年にロシアのノリリスク＝タルナフ、1924年に南アフリカのメレンスキー礁で大規模な鉱床が発見され、大規模なニッケル生産が可能になりました。 [59]

貨幣

純ニッケル製のオランダの硬貨

前述のバクトリアの硬貨を除けば、ニッケルは19世紀半ばまで硬貨の材料として使われていませんでした。[68]

カナダ

1922年から1981年の非戦時中、当時世界最大のニッケル生産国であったカナダでは、99.9%ニッケルの5セント硬貨が鋳造された。これらの硬貨は金属含有量のため磁性を帯びていた。 [69] 1942年から1945年の戦時中、カナダとアメリカの硬貨からニッケルのほとんど、あるいはすべてが取り除かれ、装甲車の製造に利用された。[62]カナダは1968年から2000年まで、高額硬貨に99.9%ニッケルを使用していた。[70]

スイス

ほぼ純粋なニッケルの硬貨は1881年にスイスで初めて使用されました。[71]

イギリス

 バーミンガムは1833年頃、マレーシアでの取引のためにニッケル貨幣を偽造した。 [72]

アメリカ合衆国

ニッケル価格 2018～2022

アメリカ合衆国において、「ニッケル」または「ニック」という用語は、もともと銅ニッケル合金のフライング・イーグル・セント（1857～1858年）に使用されていました。この合金は銅の代わりに12%のニッケルが使用されており、その後、1859～1864年には同じ合金のインディアン・ヘッド・セントにも使用されました。さらに後の1865年には、ニッケル含有量が25%に増加した3セント・ニッケルを指すようになりました。1866年には、5セント・シールド・ニッケル（ニッケル25%、銅75%）がこの名称を採用し、それ以来、後続の5セント硬貨にも使用されています。この合金組成は強磁性ではありません。

米国の5セント硬貨には0.04オンス（1.1グラム）のニッケルが含まれており、これは2007年4月の価格で6.5セントに相当します。また、約3セントに相当する3.75グラムの銅が含まれており、金属の合計価値は9セント以上です。5セントの額面価格は5セントであるため、利益を出して金属を売却したい人々にとって、溶解の魅力的な対象となりました。米国造幣局はこのような慣行を予測し、2006年12月14日に新しい暫定規則を施行し、30日間のパブリックコメントを条件として、セント硬貨と5セント硬貨の溶解と輸出を犯罪としました。[73]違反者は最高1万ドルの罰金および/または最長5年の懲役刑に処せられます。[74] 2025年2月19日現在、米国のニッケル貨（銅とニッケルを含む）の溶解価値は0.054ドル（額面の108％）である。[75]

現在の使用

21世紀に入り、ニッケル価格の高騰により、世界中で硬貨の一部にニッケル合金が使用されるようになりました。現在もニッケル合金で作られている硬貨には、1ユーロ硬貨、2ユーロ硬貨、5セント硬貨、10セント硬貨、25セント硬貨、50セント硬貨、1ドル硬貨[76]、そしてイギリスの20ペンス硬貨、50ペンス硬貨、1ポンド硬貨、2ポンド硬貨などがあります。2012年以降、イギリスの5ペンス硬貨と10ペンス硬貨に使用されていたニッケル合金は、ニッケルメッキ鋼に置き換えられました。これは、ニッケルアレルギーを持つ人々の問題に関する社会的な論争を引き起こしました[71]。

世界生産

ニッケル生産量の推移[77]
主要なニッケル生産国や地域におけるニッケル鉱石の品位の推移

世界中で推定370万トン（t）のニッケルが年間採掘されており、 2024年時点でインドネシア（220万t）、フィリピン（33万t）、ロシア（21万t）、カナダ（19万t）、中国（12万t）、オーストラリア（11万t）が最大の生産国となっている。[78]ロシア以外のヨーロッパで最大のニッケル鉱床はフィンランドとギリシャにある。陸上の埋蔵量が確認されている平均1％以上のニッケルを含む資源には、少なくとも1億3000万トンのニッケルが含まれている。約60％はラテライト中に、40％は硫化物鉱床中に存在する。また、太平洋の深海、特にクラリオン・クリッパートン帯と呼ばれる海域には、海面下3.5～6kmの海底に点在する多金属団塊の形で、豊富なニッケル資源が埋蔵されている。[79] [80]これらの団塊は多くの希土類金属で構成されており、ニッケル含有量は1.7%と推定されている。[81]科学技術の進歩により、現在、国際海底機構（ISA）によって、国連の持続可能な開発目標（SDGs）を遵守しながら環境に配慮した方法でこれらの団塊が採取されるように規制が設けられつつある。[82]

米国でニッケルの採掘が収益を生んでいる唯一の場所はオレゴン州リドルで、数平方マイルに及ぶニッケル含有ガーニエライトの表層鉱床がある。この鉱山は1987年に閉鎖された。[83] [84]イーグル鉱山プロジェクトはミシガン州アッパー半島の新しいニッケル鉱山である。建設は2013年に完了し、操業は2014年第3四半期に開始された。[85]操業開始から1年目で、イーグル鉱山は18,000トンを生産した。[85]イーグル鉱山は2023年に17,000トンのニッケル精鉱を生産した。[86]この地域の他のプロジェクトには、2024年に連邦政府から1億4,500万ドルの資金提供を受けたマルケット郡ニッケルプロジェクト、 [87]ボルダーダッシュ鉱山とローランド鉱山での作業への投資、[88]イーグル鉱山の第3のゾーンであるキールゾーンの開発がある。[89]

生産

鉱石別のニッケル年間採掘量の推移

ニッケルは抽出冶金によって得られます。鉱石から従来の焙焼および還元プロセスによって抽出され、純度75%以上の金属が得られます。多くのステンレス鋼用途では、不純物の量にもよりますが、純度75%のニッケルはそれ以上の精製なしで使用できます。[46]

伝統的に、ほとんどの硫化鉱石は、更なる精錬のためのマットを生成するために、乾式冶金法を用いて処理される。湿式冶金法も用いられる。ほとんどの硫化鉱床は、伝統的にフロス浮選法による濃縮とそれに続く乾式冶金抽出によって処理されてきた。ニッケルマットは、シェリット・ゴードン法によってさらに処理される。まず、硫化水素を添加して銅を除去し、コバルトとニッケルの濃縮物を残す。次に、溶媒抽出を用いてコバルトとニッケルを分離し、最終的なニッケル含有量は86%を超える。[90]

2番目に一般的な精錬プロセスは、金属マットをニッケル塩溶液に浸出させ、続いて電解ニッケルとして陰極上にめっきすることによって溶液からニッケルを電解採取することです。 [91]

モンド過程

モンド法で製造された高純度ニッケル球

最も純粋な金属は、モンド法により酸化ニッケルから得られ、純度は99.99%以上となる。この方法はルートヴィヒ・モンドが特許を取得し、20世紀初頭より産業利用されてきた。[92]この方法では、ニッケルを硫黄触媒の存在下、約40～80℃で一酸化炭素と反応させ、ニッケルカルボニルを生成する。鉄との同様の反応では、鉄ペンタカルボニルが生成されるが、この反応は遅い。必要に応じて、ニッケルを蒸留によって分離することもできる。ニッケル蒸留では、副産物としてジコバルトオクタカルボニルも生成されるが、反応温度でテトラコバルトドデカカルボニルに分解し、不揮発性固体を生成する。[13]

ニッケルは、ニッケルカルボニルから2つの方法のいずれかで得られます。1つは、ニッケルカルボニルを高温の大型チャンバーに通し、数万個のニッケル球（ペレット）を絶えず撹拌する方法です。カルボニルは分解し、純粋なニッケルが球に析出します。もう1つの方法は、ニッケルカルボニルを小型チャンバーで230℃に加熱して分解し、微細なニッケル粉末を生成する方法です。副産物として発生する一酸化炭素は循環され、再利用されます。この高純度ニッケルは「カルボニルニッケル」として知られています。[93]

市場価値

アメリカン・メタル・マーケットは2001年に、ユーロ硬貨にニッケルを含まない北欧の金が使用されるとニッケル市場に影響が出ると予測し、2002年には廃止された硬貨から5万～7万トンのニッケルが廃棄されると見積もった。 [94]ニッケルの市場価格は2006年を通して2007年の初めに急騰し、2007年4月5日の時点では1トンあたり52,300米ドル、または1オンスあたり1.47ドルで取引されていた。 [95]その後価格は劇的に下落し、2017年9月の時点では1トンあたり11,000ドル、または1オンスあたり0.31ドルで取引されている。 [96] 2022年のロシアによるウクライナ侵攻の際には、ロシアのニッケル輸出に対する制裁への懸念からショートスクイーズが引き起こされ、ニッケル価格はわずか2日間で4倍となり、1トンあたり10万ドルに達した。 [97] [98]ロンドン金属取引所は39億ドル相当の契約をキャンセルし、ニッケルの取引を1週間以上停止した。 [99]アナリストのアンディ・ホーム氏は、このような価格ショックは金属市場が課す純度要件によって悪化していると主張した。取引所ではグレードI（純度99.8%）の金属のみが商品として使用できるが、世界の供給の大部分はフェロニッケル合金か低グレードの純度である。 [100]ロンドン金属取引所（LME）は、2024年のニッケルの平均価格を1トンあたり15,328ドルと予測しており、これは2023年よりも7.7%低い。2024年末には、価格は2020年以来の最低水準に達した。 [101]

アプリケーション

ニッケルフォーム（上）とその内部構造（下）

現在、世界のニッケル使用量はステンレス鋼が68％、非鉄合金が10％ 、電気めっきが9％ 、合金鋼が7％、鋳造が3％、その他（電池を含む）が4％となっている。[15]

ニッケルは、ステンレス鋼、アルニコ磁石、貨幣、充電式電池（ニッケル-鉄電池など）、エレキギターの弦、マイクカプセル、配管器具のめっき、[102]およびパーマロイ、エリンバー、インバーなどの特殊合金など、多くの有名な工業製品および消費者製品に使用されています。めっきやガラスの緑色の着色剤としても使用されます。ニッケルは主に合金金属であり、その主な用途はニッケル鋼とニッケル鋳鉄で、通常、引張強度、靭性、弾性限界を高めます。ニッケルは、ニッケル黄銅や青銅、銅、クロム、アルミニウム、鉛、コバルト、銀、金との合金（インコネル、インコロイ、モネル、ニモニック）など、他の多くの合金にも広く使用されています。[91]

ニッケルは東南アジアにおけるクリスの製造に伝統的に使用されています。

アルニコニッケル合金製の「馬蹄形磁石」

ニッケルは耐食性があるため、装飾用の銀の代替品として時折使用されました。1859年以降、一部の国では安価な貨幣用金属としてニッケルが時折使用されました（上記参照）。しかし、20世紀後半には、アメリカ合衆国とカナダを除き、より安価なステンレス鋼（すなわち鉄）合金に置き換えられました。[68]

ニッケルは特定の貴金属の優れた合金化剤であり、白金族元素（PGE）の回収剤として火分析に使用されます。そのため、ニッケルは鉱石から6種類のPGEをすべて回収することができ、金も部分的に回収できます。高処理能力のニッケル鉱山では、PGE（主に白金とパラジウム）の回収も行われている場合があります。例としては、ロシアのノリリスク鉱山やカナダのサドベリー盆地などが挙げられます。[103]

ニッケルフォームまたはニッケルメッシュはアルカリ燃料電池のガス拡散電極に使用されます。[104] [105]

ニッケルとその合金は、水素化反応の触媒としてよく使用されます。ラネーニッケルは、ニッケルとアルミニウムの微細合金であり、一般的な触媒の一つですが、ラネー型触媒など、関連する触媒も使用されています。[106]

ニッケルは本来磁気歪性を持つ物質であり、磁場が存在すると、物質の長さがわずかに変化します。[107] [108]ニッケルの磁気歪は50 ppm程度で負の値を示し、収縮することを示しています。[109]

ニッケルは、超硬合金や硬質金属の製造においてバインダーとして使用され、重量比で6～12%の割合で使用されます。ニッケルは超硬合金に磁性を与え、接合部品に耐食性を与えますが、硬度はコバルトバインダーを使用したものよりも低くなります。[110]

63
半減期が100.1年のNiは、クライトロン装置においてベータ粒子（高速電子）放出源として有用であり、キープアライブ電極によるイオン化の信頼性を高める。 [111]ベタボルタ電池の電源として研究されている。[112] [113]

ニッケル生産量の約27％はエンジニアリングに、10％は建築・建設に、14％は管状製品に、20％は金属製品に、14％は輸送に、11％は電子機器に、5％はその他の用途に使用されています。[15]

2025年、QuesTek InnovationsとStoke Spaceは、積層造形および極高圧・高温酸素環境に適したニッケル基超合金を開発しました。この材料の特性により、完全に再利用可能な宇宙船打ち上げシステムに使用可能であり、ゼニスのフルフロー段燃焼ロケットエンジンにも耐えることができます。 [114] [115]

ラネーニッケルは、マーガリンを製造するための不飽和油脂の水素化に広く使用されており、粗悪なマーガリンや残油にはニッケルが汚染物質として含まれている可能性がある。フォルテらは、2型糖尿病患者の血中ニッケル濃度が0.89 ng/mLであるのに対し、対照群では0.77 ng/mLであることを発見した。[116]

ニッケルチタンは、構成金属の原子百分率がほぼ等しい合金であり、形状記憶効果と超弾性という2 つの密接に関連した独自の特性を示します。

生物学的役割

1970 年代まで認識されていませんでしたが、ニッケルは一部の植物、細菌、古細菌、真菌の生物学で重要な役割を果たしていることが知られています。[117] [118] [119]ウレアーゼなどのニッケル酵素は、一部の生物における毒性因子であると考えられています。[120 ] [121]ウレアーゼは尿素の加水分解を触媒し、アンモニアとカルバメートを形成します。 [118] [117] NiFe ヒドロゲナーゼは、H2の酸化を触媒して陽子と電子を形成し、また逆反応として陽子を還元して水素ガスを形成できます。[118] [117]ニッケルテトラピロール補酵素である補因子 F430はメチルコエンザイム M還元酵素に存在し、メタン生成古細菌(+1 の酸化状態)におけるメタンの生成または逆反応を触媒できます。 [122]一酸化炭素脱水素酵素の一つはFe -Ni- Sクラスターから構成されています。[123]その他のニッケル含有酵素としては、細菌由来の稀少なスーパーオキシドディスムターゼ[124]や、細菌やいくつかの真核生物トリパノソーマ寄生虫由来のグリオキサラーゼI酵素[125]（酵母や哺乳類を含む他の生物では、この酵素は二価のZn2 +を含みます）[126] [127] [128] [129] [130]

食事中のニッケルは、ニッケル依存性細菌による感染を通じて人の健康に影響を与える可能性があるが、ニッケルは大腸に生息する細菌にとって必須栄養素であり、実質的にプレバイオティクスとして機能する可能性もある。[131]米国医学研究所はニッケルが人体にとって必須栄養素であることを確認していないため、推奨食事摂取量（RDA）も適正摂取量も設定されていない。食事中のニッケルの許容上限摂取量は、可溶性ニッケル塩として1mg/日である。推定食事摂取量は70～100μg/日で、そのうち10%未満が吸収される。吸収された分は尿中に排泄される。[132 ] ステンレス鋼で調理した食品には、上記の推定平均摂取量に匹敵する比較的多量のニッケルが浸出する。例えば、トマトソース1食分に10回の調理サイクルで浸出するニッケルの量は平均88μgである。[133] [134]

シベリア・トラップ火山の噴火で放出されたニッケルは、史上最大の大量絶滅として知られるペルム紀-三畳紀絶滅イベントでメタンを生成したユーリアーカエオテ属のメタノサルキナの成長を助けたと疑われている。[135]

毒性

ニッケルは植物にとって必須であるため、ニッケルへの暴露の主な発生源は経口摂取である。[137]ニッケルの一般的な背景濃度は、大気中で 20 ng/m 3、土壌中で 100 mg/kg、植物中で 10 mg/kg、淡水中で 10 μg/L、海水中で 1 μg/L を超えない。[138]環境中濃度は人為的な汚染によって上昇する場合がある。たとえば、ニッケルメッキの蛇口は水と土壌を汚染する可能性があり、採鉱と製錬はニッケルを廃水に排出する可能性があります。ニッケル鋼合金の調理器具とニッケルで着色した食器はニッケルを食品に放出する可能性があります。大気はニッケル鉱石の精錬と化石燃料の燃焼によって汚染されている可能性があります。人はタバコの煙や、宝石、シャンプー、洗剤、硬貨との皮膚接触によってニッケルを直接吸収するあまり一般的ではない慢性曝露の形態としては、血液透析によるものがあり、アルブミンのキレート作用により微量のニッケルイオンが血漿に吸収される可能性がある。[要出典]

平均的な1日あたりの曝露量は人体への健康被害をもたらすものではありません。人体に吸収されるニッケルの大部分は腎臓から尿として体外に排出されるか、吸収されずに消化管から排泄されます。ニッケルは蓄積性毒性物質ではありませんが、多量に摂取したり慢性的に吸入したりすると毒性、さらには発がん性を示す可能性があり、職業上の危険となります。[139]

ニッケル化合物は、疫学調査で観察された硫化物鉱石精錬労働者における呼吸器がんリスクの増加に基づき、ヒトに対する発がん性物質として分類されている[140] [141] [142] [143] 。 [144]これは、ラットおよびマウスにおける Ni 亜硫化物および Ni 酸化物を用いた NTP バイオアッセイで肯定的な結果が得られたことで裏付けられている。[145] [146]ヒトおよび動物のデータは、経口経路による暴露では発がん性がないこと、またニッケル化合物の発がん性は吸入後の呼吸器腫瘍に限られることを一貫して示している。[147] [148]ニッケル金属は発がん性の疑いがあると分類されている。[140] [141] [142]主に金属ニッケルに暴露された労働者で呼吸器がんリスクの増加が見られないことと、ニッケル金属粉末を用いたラットの生涯吸入発がん性試験で呼吸器腫瘍が見られなかったこととの間には一貫性がある。[149]様々なニッケル化合物およびニッケル金属を用いたげっ歯類の吸入試験では、気管支リンパ節の肥大や線維化の有無にかかわらず、肺の炎症の増加が観察された。[143] [145] [149] [150]ラットの研究では、水溶性ニッケル塩の経口摂取は妊娠動物の周産期死亡を引き起こす可能性がある。[151]これらの影響がヒトに関連するかどうかは不明である。なぜなら、高濃度に曝露された女性労働者を対象とした疫学研究では、有害な発達毒性影響は示されていないからである。[152]

職場では、吸入、経口摂取、皮膚や眼との接触によってニッケルに曝露される可能性がある。労働安全衛生局（OSHA）は、ニッケルカルボニルを除き、職場における法定曝露限度（許容曝露限度）を8時間労働あたり1 mg/m 3と定めている。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨曝露限度（REL）を8時間労働あたり0.015 mg/m 3と定めている。10 mg/m 3では、ニッケルは直ちに生命と健康に危険を及ぼす。[153] ニッケルカルボニル [Ni(CO) 4 ]は極めて有毒なガスである。金属カルボニルの毒性は、金属の毒性とカルボニル官能基からの一酸化炭素のガス放出の両方によって決まる。ニッケルカルボニルは空気中で爆発性も有する。[154] [155]

敏感な人は、接触性皮膚炎として知られるニッケルに対する皮膚接触アレルギーを呈することがある。高度に敏感な人は、ニッケル含有量の高い食品にも反応することがある。[156]汗疱の患者もニッケルに敏感な場合がある。ニッケルは、ピアス用のジュエリーに使用されていることもあり、世界中で最も多く確認されている接触アレルゲンである。[157]ピアス用のジュエリーに現れるニッケルアレルギーは、多くの場合、かゆみや赤みを伴う皮膚を伴う。この問題に対処するため、現在多くのイヤリングはニッケル不使用または低放出ニッケルで作られている[158] 。人間の皮膚に接触する製品に許容される量は現在、欧州連合により規制されている。2002 年、研究者らは 1ユーロ硬貨と 2 ユーロ硬貨から放出されるニッケルがそれらの基準をはるかに超えていることを発見した。これはガルバニック反応によるものと考えられている。[159] [160] 2015年8月、米国皮膚科学会はニッケルの安全性に関する意見表明を採択した。「推定によると、ニッケル感作を含む接触性皮膚炎の費用は約19億1800万ドルに上り、約7229万人が影響を受けている。」[156]

報告によると、ニッケル誘発性の低酸素誘導因子（HIF-1）の活性化と低酸素誘導性遺伝子の上方制御は、いずれも細胞内アスコルビン酸の枯渇によって引き起こされる。培養培地にアスコルビン酸を添加すると、細胞内アスコルビン酸濃度が上昇し、金属誘発性のHIF-1およびHIF-1α依存性遺伝子発現の安定化が逆転した。[161] [162]

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