元素符號Cd,銀白帶藍色光澤的金屬,在元素週期表中屬ⅡB族,原子序數48,原子量112.41,六方棱錐晶體,常見化合價為+2。

  1817年,德國人施特羅邁爾(F.Stromeyer)從碳酸鋅中發現一種新元素,與此同時赫爾曼(K.S.L.Hermann)和羅洛夫(J.C.H.Roloff)也從氧化鋅中發現瞭鎘。根據拉丁文cadmia(菱鋅礦)命名為cadmium。

  鎘的主要礦物有硫鎘礦((CdS),賦存於鋅礦、鉛鋅礦和銅鉛鋅礦石中。鎘的世界儲量估計為900萬噸。鎘在浮選時大部分進入鋅精礦,在焙燒過程中富集於煙塵中。在濕法冶金煉鋅廠的硫酸鋅溶液凈化過程中產出的銅鎘渣(含鎘4~20%),火法冶金煉鋅廠的粗鋅精餾過程中產出的鎘灰(含鎘10~30%)和某些銅、鉛冶煉廠的富鎘塵均可提取鎘。由於鎘污染環境,鉛鋅冶煉廠必須從排放物中回收鎘。鎳鎘和鐵鎘蓄電池的極板等各種工業廢料也是提取鎘的二次原料。

  性質和用途 

  鎘在濕空氣中緩慢氧化並失去光澤。加熱時生成棕色的氧化層。鎘蒸氣燃燒產生棕色的煙霧。鎘不溶於堿液,與硫酸、鹽酸和硝酸作用生成相應的鎘鹽。鎘對鹽水和堿液有良好的抗蝕性能,可以用作鋼構件的電鍍防蝕層,但因鎘的毒性較大,此項用途有減縮的趨勢。鎳-鎘和銀-鎘電池的體積小、電能容量大,因而鎘在電池制造中用量日增。鎘是制造釬焊合金和易熔合金的主要成分之一。因為鎘的熱中子吸收截面較大(2450靶恩),含銀80%、銦15%和鎘5%的合金可用作原子反應堆的控制棒。在銅中加入0.05~1.3%的鎘,可改進銅的機械性能,尤其是冷加工性能,對電導率則影響不大。鎘的化合物曾經廣泛用於制造顏料、塑料穩定劑、熒光粉。硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)具有較強的光電效應,用於制造光電池。

鎘的主要物理性質

  產量和價格 1852年德國生產鎘約100公斤,1918年產量已超過100噸。此後,美國成為鎘的主要生產國,1930年年產超過1000噸,1940年接近3000噸,占當時世界產量的70%。1977年世界鎘產量為19793噸。鎘與鋅的產量比約為4:1000。年產鎘超過千噸的國傢還有蘇聯、加拿大、日本、澳大利亞、墨西哥、聯邦德國等。中國鎘的年產量接近1000噸。1976~1979年世界市場金屬鎘(純度99.9%)的價格為6.6美元/公斤,純度99.999%金屬鎘的價格為22美元/公斤。

  鎘的提取方法 分為從銅鎘渣中提隔的濕法和從富鎘塵中提鎘的聯合法。

  濕法提鎘 為中國多數工廠所采用,主要包括:銅鎘渣浸出(見浸取)、置換沉淀海綿鎘、海綿鎘溶解、鎘液凈化、電解沉積和熔化鑄錠等工序,流程見圖:

  銅鎘渣主要含有鋅、鎘、銅等金屬及其氧化物,還含有少量的砷、銻、鐵、鈷、鎳、鉈等。用15克/升的硫酸溶液在80~90℃浸出,當酸含量降至4~5克/升時加MnO2,使鎘、鐵氧化,加石灰水[Ca(OH)2]中和除鐵、砷和銻。此時,浸出液成分為Cd>10克/升、Fe<1克/升、Cu0.05克/升,pH=5.2~5.4。浸出液調整pH為3~4後,加入鋅粉(為理論量的1.2~1.3倍)置換,得海綿鎘。硫酸鋅濾液(含Cd<50毫克/升)返回鋅系統。海綿鎘經自然氧化後,用含40~70克/升H2SO4的溶液浸出。用KMnO4氧化並加石灰水中和水解,以進一步除鐵。過濾後的濾液用新鮮海綿鎘置換除銅。電解濾液得電積鎘(見水溶液電解)。鎘電積的操作與鋅電積相似,但由於鎘易長成樹枝狀結晶,所以用低電流密度(65~100安/米2)電解。電流效率80~90%,槽壓2.4~2.5伏。電解液成分(克/升):Cd60~150、Zn30~40、H2SO4100~160,溫度25~30℃,為瞭改善鎘在陰極析出狀態,可添加動物膠。電鎘在熔融燒堿覆蓋下熔化並脫鋅,制成鎘錠、鎘棒和鎘粒等形狀。含雜質較多的樹枝狀鎘,可用真空蒸餾法單獨處理。

  由於浸出和置換過程中能產生劇毒的砷化氫(AsH3),其他過程中也產生含鎘的有害氣體,所以應有良好的通風排氣等安全措施。

  聯合法提鎘 是中國火法煉鋅廠和銅鉛冶煉廠采用的方法。鎘塵先經焙燒脫去砷、銻等雜質,得到浸出性能良好的焙砂,再用稀硫酸浸出。浸出液經氧化水解脫去鐵、砷,有時還加碳酸鍶(SrCO3)脫鉛。凈化後的含鎘溶液用鋅粉置換得到海綿鎘,加壓成團,在鑄鐵鍋中於熔融燒堿保護下,鑄成粗鎘錠。將粗鎘加入精餾塔內精餾提純,雜質從塔的下部渣鍋中排出;精鎘由塔頂鎘蒸氣冷凝產出,純度在99.99%以上。鎘的回收率可達99.7%。

  鎘害防護 被鎘污染的空氣比被鎘污染的食物對人體的危害更嚴重。冶金車間工作環境空氣中含金屬鎘和可溶性鎘塵的極限值規定為200微克/米3,氧化鎘煙霧的極限值為100微克/米3。含鎘大於0.5ppm的廢水不許排放。

  

參考書目

 B.J.Aylett,The Chemistry of Zinc,Cadmium and Mercury,Pergamon,Oxford,1973.