Цена кадмия, история, возникновение, добыча и использование

Кадмий (также редко - кадмий, греческий καδμία kadmía, латинский cadmea, «оксидная или карбонатсодержащая цинковая земля») представляет собой химический элемент с символом элемента Cd и атомным номером 48. Обычно его считают среди переходных металлов, хотя он имеет закрытую d-оболочку и, таким образом, больше похож на элементы основной группы, особенно щелочноземельные металлы. В периодической таблице это находится в 5. Период, а также 2. Подгруппа (группа 12) или цинковая группа.

история

1817 независимо обнаружил кадмий в загрязненном карбонате цинка Фридрихом Стромейером и Карлом Самуэлем Германом. Stromeyer заметил, что загрязненный карбонат цинка обесцвечивается при нагревании - поведение, которое не показывает чистый карбонат цинка. В течение почти 100 лет металл выигрывал только в Германии.

Плиний Старший в своем около года рассказывал о естественной истории 77 Naturalis Historia of Galmeifunden в Германии: «[...] cadmea ferunt nuper etiam in Germania provincia repertum» (по-немецки: «недавно был найден в провинции Германия Гальмей»). Термин кадмий уже использовался в средние века, вероятно, для цинка или его карбонатной руды. Как свидетельствует документ, изданный Императором Фридрихом II в апреле 1226 в Равенне, это дает право бенедиктинскому монастырю Святого Павла в Лаванттале "ut Cadmiae tam argentj quam plumbi et ferri, que in territorio ipsius monasteri de cetero inveniri contigerint". «ad opus suum» (по-немецки: «что цинк, а также серебро, а также свинец и железо, находящиеся в районе монастыря, используются для его цели»).

Несмотря на токсичность кадмия и его соединений, было доказано, что Британский фармацевтический кодекс 1907 использует йодид кадмия для лечения скрабов (золотушные железы) и хилбленов (золотушные железы).

1907 определил Ångström как 1 / 6438,4696, умноженное на длину волны красной спектральной линии кадмия в сухом воздухе с содержанием диоксида углерода 0,03% при температуре 15 ° C и давлении 1 атм. Генеральная конференция 1960 по весам и мерам приняла 1.553.164,13-кратную длину волны красной спектральной линии кадмия в качестве вторичного определения метра.

1942 использовала кадмиевые листы Enrico Fermi в первом в мире ядерном реакторе. Листы можно было выталкивать внутрь и из реактора, чтобы контролировать цепную реакцию. Кадмий может захватывать нейтроны с замедленным зазором и, таким образом, влиять на критичность реактора.

Вхождение

Кадмий - очень редкий элемент. Его доля в земной коре составляет всего около 3 · 10^-5 . Кадмий чрезвычайно редок, то есть в элементарной форме. Пока известно только пять участков в трех странах: река Хання в бассейне Вилюя, бассейн реки Яна в районе Верхоянска и интрузия Биллеех в Российской Республике Саха (Якутия, Восточная Сибирь); карьеры Голдстрайк близ Линн в округе Юрика в штате Невада США и массив Бурабайский в районе Акмола в Казахстане.

К рудам, содержащим кадмий, относятся в основном кадмиевые экраны Greenockit (CdS) с содержанием до 77,81% Cd и Cadmiumspat Otavit (CdCO3) с содержанием вплоть до 65,20% Cd, но они слишком редки для коммерческой деградации. Оба почти всегда связаны с различными цинковыми рудами, такими как сфалерит (ZnS) и смитсонит (ZnCO3).

В целом до сих пор (стенд 2018) известно нечто большее, чем минералы кадмия 20. Очень редкий монопонит оксида кадмия имеет самое высокое содержание Cd до 87,54%. Другие минералы включают Hawleyit (77,81% Cd), кадмоселит (58,74% Cd) и дробецит (IMA 2002-034, 40,07% Cd).

Кадмий как минерал

Природный кадмий в его элементарной форме был впервые описан 1979 Б. В. Олейниковым, А. В. Округиным и Н. В. Лесковой. и признан Международной минералогической ассоциацией (IMA) в качестве независимого вида минералов (внутренний идентификационный номер IMA: 1980-086a).

Согласно классификации минералов по Strunz (издание 9) кадмий находится под системой №. 1.AB.05 (Элементы - металлы и интерметаллиды - семейство цинк-латунь - группа цинка). В устаревшем 8. Однако кадмий еще не указан в издании Strunz's Mineral Systematics. Только в последнем обновленном «Справочнике минералов ляписа» 2018, который основан на этой форме нумерации систем, не учитываемой частными коллекционерами и институциональными коллекциями, минерал получил систему, а минерал - нет. I / A.4-40. Классификация минералов по Дане, которая преимущественно используется в англоязычных странах, приводит элемент минерал по системе №. 01.01.05.02.

Извлечение и презентация

Кадмий получают исключительно как побочный продукт плавки цинка и, в меньшей степени, плавки свинца и меди. Меньшие количества также относятся к переработке железа и стали.

Производство кадмия зависит от способа извлечения цинка. При сухом извлечении цинка кадмий сначала восстанавливается вместе с цинком. Поскольку кадмий имеет более низкую температуру кипения, чем цинк, он испаряется легче. В результате смесь кадмия-цинка испаряется из восстановительного сосуда и где-то взаимодействует с кислородом с оксидом кадмия и цинка. Впоследствии эту смесь смешивают в дистилляционном сосуде с коксом и отгоняют кадмий из цинка. Фракционная перегонка позволяет достичь более высоких уровней кадмия.

Во время мокрой экстракции цинка растворенные ионы кадмия восстанавливаются и осаждаются цинковой пылью. Полученный кадмий окисляется кислородом до оксида кадмия и растворяется в серной кислоте. Из полученного раствора сульфата кадмия получают электролизом с алюминиевыми анодами и свинцовыми катодами особо чистого электролита кадмия.

Физические свойства

Кадмий представляет собой серебристый блестящий металл с плотностью 8,65 г / см3. Он мягкий (твердость по Моосу 2), пластически деформируется и может также быть разрезан ножом, чтобы протянуть провода и вбить листовки.

Кадмий затвердевает исключительно в гексагональной кристаллической системе в пространственной группе P63 / mmc (номер космической группы 194). Параметры решетки чистого кадмия a = 0,2979 нм (соответствует 2,98 Å) и c = 0,5617 нм (соответствует 5,62 Å) для формульных единиц 2 на элементарную ячейку.

Подобно олову, типичные шумы возникают при изгибе кадмия средней чистоты (так называемое оловянное олово в олове). Полированный кадмий теряет блеск на воздухе через несколько дней, даже если он более устойчив к коррозии, чем цинк. В газированном воздухе образует серовато-белое покрытие, содержащее диоксид углерода. Сильно нагретый, он горит от красновато-желтого пламени до коричневатого оксида кадмия и диоксида кадмия.

CdO был проверен Соединенными Штатами на его высокую токсичность во время Второй мировой войны на его пригодность в качестве боевого химического агента.

Химические свойства

В химических соединениях он обычно двухвалентный. Он химически похож на цинк, но имеет тенденцию образовывать комплексные соединения с координационным числом 4. В воздухе кадмий образует потемнение поверхности вследствие окисления. В щелочной среде поверхность является нерастворимой, тяжелой в серной кислоте и соляной кислоте и легко растворимой в азотной кислоте.
Использовать

Из-за высокой токсичности кадмия его значение уменьшается. С декабря 2011 запрещен в ювелирном деле, сплавах для пайки и в ПВХ в Европейском Союзе. Кадмий используется или использовался:

• как защита от коррозии черных материалов (кадмирование)
• в качестве покрытия для алюминиевых материалов в военной технике (например, ракетные установки)
• для никель-кадмиевых батарей
• для пигментов от желтого до темно-красного цвета из сульфида кадмия и селенида кадмия для красок и пластмасс (в то же время низкая практическая важность из-за возможной опасности для здоровья, особенно при сжигании соответствующих изделий)
• в качестве легирующего металла в легкоплавких сплавах, например, в подшипниковых материалах или металле Вуда
• раньше чем смазка в дисковых тормозах
• как компонент паяльных материалов (припой), также для пайки сплавов
• для производства полупроводников
• Оксид кадмия как люминофор в черно-белых телевизионных трубках и добавление в синий и зеленый люминофор цветных трубок
• Оксид кадмия как примесь к серебру в переключающих контактах
• в качестве защитного материала от тепловых нейтронов и для управляющих стержней в ядерной технологии благодаря особенно высокому сечению изотопа 113 для захвата нейтронов
• как источник высокоэнергетического гамма-излучения (около 7 МэВ) от тепловых нейтронов для последующего поколения позитронов путем генерации пар
• Сульфид кадмия в экспонометрах, спектральная чувствительность которых аналогична чувствительности человеческого глаза
• Теллурид кадмия в качестве чувствительного к инфракрасному излучению датчика для камер (матрицы в фокальной плоскости)
• в тонкопленочных солнечных элементах, таких как теллурид кадмия или сульфид кадмия для выработки электроэнергии
• Стеарат Cd в качестве стабилизатора в пластмассах, например в ПВХ (нечувствителен к свету, но в то же время имеет низкое практическое значение из-за возможных опасностей для здоровья)
• ранее в Weston Normal Elements для определения единицы измерения напряжения 1 вольт
• Висмутовые сплавы кадмия для плавких предохранителей
• Серебро-кадмиевые сплавы как раскислитель в производстве серебра
• для ювелирных изделий: золото-зеленые золото-кадмиевые сплавы
• Кадмий лампа
• Гелий-кадмиевые лазеры
• Ионы кадмия блокируют кальциевые каналы, активированные напряжением, в электрофизиологии
  для окрашивания стекла в желтый, оранжевый и красный путем добавления сульфида кадмия, селенида и теллурида или их смесей.

Халькогениды кадмия Сульфид кадмия (желтый), селенид кадмия (красный) и теллурид кадмия (черный) являются важными полупроводниками II-VI. Они производятся, например, в виде наночастиц в виде квантовых точек (квантовых точек) и используются, в частности, в биохимии in vitro.

доказательство

Предварительным образцом для кадмия может служить так называемый Glühröhrchenprobe. Для этого некоторое исходное вещество нагревают в тугоплавкой среде Глюрёрхен и восстанавливают полученную сульфидно-оксидную смесь с оксалатом натрия до металлов. Как летучий компонент, кадмий испаряется и осаждается в виде металлического зеркала на верхней части трубки.

При последующем добавлении серы и повторного отжига из металлического зеркала образуются сульфид кадмия и пары серы, которые при нагревании становятся красными, а при комнатной температуре - желтыми. Это изменение цвета может быть повторено несколько раз.

Реакцией обнаружения катионов кадмия является осаждение сульфидным раствором или сероводородом-водой в виде желтого сульфида кадмия. Ионы других тяжелых металлов мешают этому обнаружению, так что перед разделением катионов.

Для количественного определения следов кадмия рекомендуется полярография. Ионы кадмия (II) входят в уровень в 1 M KCl при -0,64 V (по сравнению с SCE). В ультра-следовом диапазоне обратная вольтамперометрия может использоваться на ртутных электродах. Очень чувствительной является также графитовая трубка ААС из кадмия. Здесь 0,003 мкг / л все еще можно обнаружить. Относительно летучий элемент не переносит высокую температуру пиролиза. Модификатор матрицы, такой как палладий-магниевый нитрат, может помочь.

безопасности

Кадмий очень токсичен, и его соединения классифицируются как вредные (например, теллурид кадмия), токсичные (например, сульфид кадмия) или очень токсичные (оксид кадмия); Существует также обоснованное подозрение на канцерогенный эффект у людей. Попадание кадмийсодержащей пыли приводит к повреждению легких, печени и почек.

В рабочих зонах, где используются нагретые соединения кадмия (паяльные станции и кадмиевые ванны), обеспечьте хорошую вентиляцию или вытяжку. Согласно Постановлению о запрещении химических веществ, содержание кадмия в пластмассах не должно превышать 0,01 процентов по массе (100 мг / кг). Этот предел действует на всей территории Европейского Союза.

С декабря 2011 применяет более строгий запрет на кадмий в пластмассах, красках, стабилизаторах и обработке некоторых металлов в соответствии с Регламентом REACH, запись 23 в Приложении XVII. Ранее серебряная пайка обычно содержала от 10% до 25% кадмия, детские украшения до 30%, ПВХ 0,2%. С 10. В декабре 2011 был расширен запрет на использование кадмиевых припоев при пайке и производстве и продаже ювелирных изделий с кадмиевым покрытием. Кроме того, все продукты, содержащие ПВХ, за исключением переработки ПВХ, также были включены. С Правилами (ЕС) 2016 / 217 16. В феврале 2016 кадмий в некоторых красках и лаках был добавлен к записи 23 в Приложении XVII Правил REACH. Кроме того, содержание кадмия в некоторых лакокрасочных материалах, содержащих цинк, или в продуктах, содержащих его, ограничено. Существуют исключения, например, из-за высокой плотности мощности Ni-Cd аккумуляторов в беспроводных электрических приборах.

токсикология

Кадмий является неизбежным побочным продуктом извлечения цинка, свинца и меди в химической промышленности. Кадмий также можно найти в удобрениях и пестицидах.

Запись и опасности

Всемирная организация здравоохранения неоднократно понижала свое утверждение о допустимом потреблении кадмия в последние годы, совсем недавно 2013, до допустимого ежемесячного потребления (TMI) 25 мкг на килограмм массы тела. Европейский орган по безопасности пищевых продуктов выпустил 2009 со значительно более низким уровнем 2,5 мкг на килограмм веса тела, допустимого для еженедельного потребления (TWI).

Кадмий поглощается людьми в основном через пищу. К пище, богатой кадмием, относятся печень, грибы, моллюски и другие моллюски, какао-порошок и сушеные водоросли. Кроме того, льняное семя содержит много кадмия, поэтому рекомендуется ежедневно принимать не более 20 г льняного семени. Кроме того, после введения искусственных удобрений на сельскохозяйственных землях и, следовательно, почти во всех продуктах накапливался кадмий. Ресурсы фосфатов ограничены, и большинство ресурсов загрязнено кадмием или радиоактивными тяжелыми металлами. Содержание кадмия в фосфатных отложениях очень разное. Многие промышленно развитые страны уже ввели ограничения на использование кадмия в удобрениях. В Австрии концентрация кадмия ограничена 75 мг / кг P2O5. Кроме того, табачный дым переносит относительно большие количества кадмия в легкие, откуда он распространяется вместе с кровью в организме.

Особенно люди, работающие на заводах с высоким содержанием кадмия, подвергаются повышенному риску. Но есть также опасности от диких свалок и металлургических заводов. Вдыхание кадмия может серьезно повредить легкие и даже привести к смерти. Несчастные случаи в промышленности - например, в китайской провинции Гуандун - и десятилетия выбросов - например, в случае болезни Итай-Итай (у людей) и болезни Грессенишера (при выпасе скота) - проясняют реальные опасности.

Ущерб у людей

Кадмий может постепенно накапливаться в организме по производственным или экологическим причинам и вызывать хроническое отравление, которое трудно распознать.

Кадмий поглощается из рациона примерно до 5% в кишечнике. При дефиците железа и кальция скорость поглощения увеличивается, что позволяет предположить, что все три металла используют один и тот же транспортный путь. Кадмий сначала стимулирует в печени синтез металлотионеинов, с которыми он образует комплекс и транспортируется через кровоток к почечным клубочкам, где он фильтруется и восстанавливается из почечных канальцев. В клетках канальцев комплекс металлотионеин-кадмий метаболизируется и выделяется Cd. Здесь снова, CD активирует усиленный синтез метальтиона, который связывает еще больше кадмия. Накопление в почках вызывает повреждение этого органа, что приводит к протеинурии. Благодаря этому белок, связывающий кадмий, выводится исключительно крайне медленно, период полураспада для организма сохраняется до 30 лет. Таким образом, содержание кадмия увеличивается с рождения и снова падает в возрасте 50-60 лет.

Кадмий также повреждает кости, так как в конечном итоге приводит к мобилизации кальция. Cd конкурирует в кишечнике с кальцием за сайты связывания с Са-связывающим белком в слизистой оболочке кишечника. Кроме того, Cd блокирует повторный синтез 1,25-дигидроксихолекальциферола (кальцитриола) в клетках почечных канальцев. 1,25-дигидроксихолекальциферол необходим для активации синтеза кальцийсвязывающего белка в клетках слизистой оболочки кишечника. Таким образом, кадмий вызывает пониженную реабсорбцию кальция в кишечнике и почках, а также повышенную экскрецию с мочой с последующим высвобождением кальция из костей и, следовательно, его деградацией.

В случае острого отравления кадмием выделению желчи может способствовать введение пеницилламина или димеркапрола. Эффективного, не поддающегося лечению острого отравления кадмием не известно.

симптомы

• Диарея, боль в животе и сильная рвота
• повреждение почек
• переломы костей
• Повреждение центральной нервной системы
• Ущерб иммунной системе
• Нарушения репродукции и, возможно, даже бесплодие
• psychische Störungen
• Возможное повреждение ДНК и канцерогенез
• Потеря обоняния

Связи

→ Категория: Соединение кадмия
Оксиды и гидроксиды

• Оксид кадмия CdO
• Гидроксид кадмия Cd (OH) 2

галогениды

• Фторид кадмия CdF2
• Хлорид кадмия CdCl2
• Бромид кадмия CdBr2
• Йодид кадмия CdI2

халькогенидов

• Сульфид кадмия CdS
• Селенид кадмия CdSe
• Теллурид кадмия CdTe

Другие соединения

• Сульфат кадмия CdSO4
• Нитрат кадмия Cd (NO3) 2
• Цианид кадмия Cd (CN) 2
• Cd стеарат кадмия (C17H35COO) 2

Цены на кадмий

Цена на кадмий -> Стратегические цены на металлы

Диаграмма Кадмий 2005-2012