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镉

2023-04-19 20:26自然百科人已围观

[拼音]：ge

[外文]：cadmium

元素符号Cd，银白带蓝色光泽的金属，在元素周期表中属ⅡB族，原子序数48，原子量112.41，六方棱锥晶体，常见化合价为+2。

1817年，德国人施特罗迈尔(F.Stromeyer)从碳酸锌中发现一种新元素，与此同时赫尔曼(K.S.L.Hermann)和罗洛夫(J.C.H.Roloff)也从氧化锌中发现了镉。根据拉丁文cadmia（菱锌矿）命名为cadmium。

镉的主要矿物有硫镉矿(CdS)，赋存于锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中。镉的世界储量估计为 900万吨。镉在浮选时大部分进入锌精矿，在焙烧过程中富集于烟尘中。在湿法冶金炼锌厂的硫酸锌溶液净化过程中产出的铜镉渣（含镉4～20％），火法冶金炼锌厂的粗锌精馏过程中产出的镉灰（含镉10～30％）和某些铜、铅冶炼厂的富镉尘均可提取镉。由于镉污染环境，铅锌冶炼厂必须从排放物中回收镉。镍镉和铁镉蓄电池的极板等各种工业废料也是提取镉的二次原料。

性质和用途

镉在湿空气中缓慢氧化并失去光泽。加热时生成棕色的氧化层。镉蒸气燃烧产生棕色的烟雾。镉不溶于碱液，与硫酸、盐酸和硝酸作用生成相应的镉盐。镉对盐水和碱液有良好的抗蚀性能，可以用作钢构件的电镀防蚀层，但因镉的毒性较大，此项用途有减缩的趋势。镍-镉和银-镉电池的体积小、电能容量大，因而镉在电池制造中用量日增。镉是制造钎焊合金和易熔合金的主要成分之一。因为镉的热中子吸收截面较大（2450靶恩），含银80％、铟15％和镉 5％的合金可用作原子反应堆的控制棒。在铜中加入 0.05～1.3％的镉，可改进铜的机械性能，尤其是冷加工性能，对电导率则影响不大。镉的化合物曾经广泛用于制造颜料、塑料稳定剂、荧光粉。硫化镉 (CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)具有较强的光电效应，用于制造光电池。

产量和价格

1852年德国生产镉约 100公斤，1918年产量已超过 100吨。此后，美国成为镉的主要生产国，1930年年产超过1000吨，1940年接近3000吨，占当时世界产量的70％。1977年世界镉产量为 19793吨。镉与锌的产量比约为4:1000。年产镉超过千吨的国家还有苏联、加拿大、日本、澳大利亚、墨西哥、联邦德国等。中国镉的年产量接近1000吨。1976～1979年世界市场金属镉（纯度99.9％）的价格为6.6美元／公斤，纯度99.999％金属镉的价格为22美元／公斤。

镉的提取方法

分为从铜镉渣中提隔的湿法和从富镉尘中提镉的联合法。

湿法提镉

为中国多数工厂所采用，主要包括：铜镉渣浸出(见浸取)、置换沉淀海绵镉、海绵镉溶解、镉液净化、电解沉积和熔化铸锭等工序，流程见图：

铜镉渣主要含有锌、镉、铜等金属及其氧化物，还含有少量的砷、锑、铁、钴、镍、铊等。用15克/升的硫酸溶液在 80～90℃浸出，当酸含量降至4～5克/升时加MnO₂，使镉、铁氧化，加石灰水[Ca(OH)₂]中和除铁、砷和锑。此时，浸出液成分为Cd＞10克/升、Fe＜1克/升、Cu0.05克/升，pH＝5.2～5.4。浸出液调整pH为3～4后，加入锌粉(为理论量的1.2～1.3倍)置换，得海绵镉。硫酸锌滤液 (含Cd＜50毫克/升)返回锌系统。海绵镉经自然氧化后，用含40～70克/升H₂SO₄的溶液浸出。用KMnO₄氧化并加石灰水中和水解，以进一步除铁。过滤后的滤液用新鲜海绵镉置换除铜。电解滤液得电积镉（见水溶液电解）。镉电积的操作与锌电积相似，但由于镉易长成树枝状结晶，所以用低电流密度(65～100安/米²)电解。电流效率80～90％，槽压2.4～2.5伏。电解液成分(克/升)：Cd60～150、Zn30～40、H₂SO₄100～160，温度25～30℃，为了改善镉在阴极析出状态，可添加动物胶。电镉在熔融烧碱覆盖下熔化并脱锌，制成镉锭、镉棒和镉粒等形状。含杂质较多的树枝状镉，可用真空蒸馏法单独处理。

由于浸出和置换过程中能产生剧毒的砷化氢(AsH₃)，其他过程中也产生含镉的有害气体，所以应有良好的通风排气等安全措施。

联合法提镉

是中国火法炼锌厂和铜铅冶炼厂采用的方法。镉尘先经焙烧脱去砷、锑等杂质，得到浸出性能良好的焙砂，再用稀硫酸浸出。浸出液经氧化水解脱去铁、砷，有时还加碳酸锶(SrCO₃)脱铅。净化后的含镉溶液用锌粉置换得到海绵镉，加压成团，在铸铁锅中于熔融烧碱保护下，铸成粗镉锭。将粗镉加入精馏塔内精馏提纯，杂质从塔的下部渣锅中排出；精镉由塔顶镉蒸气冷凝产出，纯度在99.99％以上。镉的回收率可达99.7％。

镉害防护

被镉污染的空气比被镉污染的食物对人体的危害更严重。冶金车间工作环境空气中含金属镉和可溶性镉尘的极限值规定为200微克/米³，氧化镉烟雾的极限值为100微克/米³。含镉大于0.5ppm的废水不许排放。

参考书目