镉是一种化学元素，符号为“Cd”，原子序数为48。它是一种柔软的蓝白色金属，属于元素周期表中的过渡金属族。 镉由德国化学家弗里德里希·斯特罗迈尔 (Friedrich Stromeyer) 于 1817 年发现，尽管其毒性已知，但此后已在多种工业领域得到应用。
纯净形式的镉在地壳中相对稀有，浓度较低。 然而，它经常被发现作为锌的次要成分， 铅及 铜 矿石，在精炼过程中作为副产品从中提取。 由于其能够与其他金属形成合金且耐腐蚀，镉历来被用于各个行业。
镉的重要历史用途之一是在颜料中，特别是在油漆和陶瓷中产生亮黄色、橙色和红色。 然而，由于其高毒性和潜在的健康风险，近年来其在这方面的使用已大大减少。
在现代工业中，镉主要用于生产镍镉 (NiCd) 电池。 这些电池由于其高能量密度和长寿命而广泛用于便携式电子产品和其他应用。 然而，为了应对环境问题和镉的危险性，锂离子电池等其他电池技术变得更加普遍。
除了电池之外，镉还用于电镀，用于在各种金属上提供保护涂层。 它还用于某些类型的半导体和光伏电池中以进行太阳能转换。
镉最关键的方面之一是其毒性。 镉及其化合物对人类和许多其他生物体具有剧毒。 长期接触镉会导致严重的健康问题，特别是影响肾脏和骨骼。 吸入镉烟雾或摄入受镉污染的食物或水是人类常见的接触途径。
由于其危险性，许多国家对镉及含镉产品的使用和处置实施了严格的规定，以保护人类健康和环境。
总之，镉是一种独特的元素，既有有益的工业特性，也有重大的健康和环境风险。 了解其特性、来源和潜在影响对于确保负责任地使用和处理以保障人类健康和保护环境至关重要。
镉的化学性质
镉 (Cd) 是一种过渡金属，具有多种不同的化学性质。 从化学角度来看，以下是镉的一些主要特征：
- 原子序数和质量：镉的原子序数为 48，原子质量约为 112.41 g/mol。
- 电子配置：镉的电子构型为 [Kr] 4d^10 5s^2，这意味着它的最外层有两个电子。
- 价电子：镉的最外层电子层有两个价电子，位于 5s 轨道。
- 氧化态：镉最常见的氧化态是 +2，它失去两个价电子形成 Cd^2+ 离子。 镉还可以以其他氧化态存在，例如+1和+3，但不太常见。
- 反应：镉是一种相对活泼的金属，但它不像碱金属或其他一些过渡金属那样活泼。 它很容易与其他元素形成化合物。
- 耐腐蚀：镉的显着特性之一是其优异的耐腐蚀性。 这一特性使其在各种工业应用中都很有价值，特别是电镀金属以防止腐蚀。
- 复合物的形成：由于镉能够提供两个价电子，因此它可以与各种配体形成稳定的络合物。 这些配合物在分析化学和工业过程中具有应用。
- 与氧气的反应：镉很容易与空气中的氧气发生反应，在其表面形成一层薄薄的氧化层。 该氧化层提供了一些防止进一步腐蚀的保护。
- 可溶性：一些镉化合物，特别是盐，可溶于水。 溶解度取决于具体的化合物和条件。
- 毒性：镉及其化合物对人类和其他生物体具有剧毒。 毒性主要归因于其干扰各种生物过程的能力以及随着时间的推移在体内积累的趋势。
由于其毒性，镉的使用和暴露受到严格监管，以保护人类健康和环境。 使用镉或含镉材料的行业必须遵循严格的安全准则，以尽量减少接触这种有害金属的风险。
镉的存在和来源
镉在地壳中相对稀有，浓度较低。 它不是天然金属，但通常作为各种金属中的次要成分被发现。 矿物质 和矿石。 以下是镉的主要出现情况和来源：
- 锌、铅和铜矿石：镉的主要来源是锌、铅和铜矿石提取和精炼过程中的副产品。 镉通常作为杂质存在于这些矿石中。 当提取这些金属时，镉也会在此过程中被提取和分离。
- 闪锌矿（闪锌矿）：镉最重要的矿物来源是闪锌矿，它是一种硫化锌矿物 (ZnS)。 闪锌矿可能含有不同数量的杂质镉，当从闪锌矿中提取锌时，也会获得镉。
- 绿诺克石：Greenockite 是一种稀有矿物，是镉的直接来源。 它是一种硫化镉矿物 (CdS)，在某些热液中形成为次生矿物 矿床.
- 含镉矿物：其他矿物中也含有微量镉，包括纤锌矿（另一种硫化锌）以及某些磷酸盐矿物和铁镍钴矿石。
- 磷肥：在某些情况下，磷肥中可能存在镉。 肥料中镉的存在会导致其在土壤中积累，可能影响农作物和粮食。
- 工业排放：镉通过采矿、冶炼和燃烧化石燃料等工业过程释放到环境中。 这些活动会释放含镉粉尘和烟雾，导致潜在的环境污染。
- 废物和垃圾填埋场：含镉产品（例如电池和电子废物）处置不当可能会导致土壤和水体中的镉污染。
- 自然 风化：镉也可以通过自然过程释放到环境中，包括风化 岩石 以及含有镉的矿物质。
一旦释放到环境中，镉可以长期存在，并可以通过空气和水传播。 它会污染土壤、水体和食物链，对人类健康和生态系统构成重大风险。 由于其毒性，镉源的管理和控制及其安全处置对于防止对人类健康和环境产生不利影响至关重要。
镉矿物
镉通常作为杂质存在于各种矿物中，而不是作为主要矿物本身存在。 最重要的镉矿物通常与锌、铅和铜矿石伴生。 以下是一些主要的镉矿物：
- 闪锌矿（闪锌矿） – 化学式：(Zn,Fe)S 闪锌矿是最重要的镉矿物来源。 它是一种硫化锌矿物，通常含有少量的杂质镉。 在精炼过程中从闪锌矿中提取锌时，还会获得副产品镉。
- 绿诺克石 – 化学式：CdS Greenockite 是一种稀有矿物，是镉的唯一直接矿物来源。 它是一种硫化镉矿物，在某些热液矿石中形成为次生矿物 存款。 由于其亮黄色，绿磷矿有时被用作镉的次要矿石和收藏矿物。
- 纤锌矿 – 化学式：(Zn,Fe)S 纤锌矿是另一种硫化锌矿物，与闪锌矿类似，也含有镉杂质。 它不像闪锌矿那样常见，但在锌提取过程中仍然是镉的来源。
- 硬锰矿 – 化学式：CdS 硬锰矿是一种稀有的硫化镉矿物，可在低温热液环境中形成为次生矿物。 它通常与其他镉矿物和锌矿石伴生。
- 镉矿 – 化学式：CdCO3 镉矿是一种碳酸镉矿物，但比较稀有。 它可以作为次生矿物存在于一些富镉矿床的氧化带中。
- 蒙多尼特 – 化学式：CdO蒙皂石是一种稀有的氧化镉矿物，其产状与其他镉矿物和锌矿密切相关。
值得注意的是，镉矿物通常并不是专门针对其镉含量而开采的。 相反，镉主要作为锌、铅和铜矿石提取和精炼过程中的副产品获得。 这些矿物中镉的浓度各不相同，具体含镉矿物取决于矿床的地质条件。
镉矿石的开采和提取
镉矿石的开采和提取涉及多个步骤和过程，以获得有价值的副产品镉。 镉的主要来源是锌、铅和铜矿石中的杂质。 以下是典型的镉开采和提取过程的概述：
- 勘探与选址：第一步是确定可能含有镉的潜在矿床。 地质学家和矿业公司使用地球物理调查、钻探和地质测绘等各种勘探技术来评估矿床中含镉矿物的存在和范围。
- 矿山开发：一旦确定了合适的矿床，该地点就会进入矿山开发阶段。 这包括建设通道、开发地下隧道或露天矿以及建立采矿作业基础设施。
- 矿石开采：镉矿石通常与锌矿石、铅矿石或铜矿石一起提取。 根据具体矿床的不同，可采用不同的采矿方法，如深部矿床采用地下开采，浅部矿体采用露天开采。
- 矿石破碎和磨粉：提取的矿石然后被压碎并研磨成细粉，以增加其表面积以供后续处理。 此步骤可以有效释放有价值的矿物质，包括镉。
- 浮选：破碎和研磨的矿石经历称为浮选的过程。 在此过程中，将化学品和试剂添加到矿浆中，以创造条件将有价值的矿物（例如硫化锌、铅和铜）与其他无价值矿物选择性地分离。
- 浓度：浮选过程产生的精矿含有多种金属，包括镉。 精矿进一步加工以增加镉含量并去除杂质。
- 焙烧：浓缩物可能会经历烘烤，这是一种在空气或氧气存在下加热的高温过程。 焙烧将硫化镉矿物质（如绿石）转化为氧化镉 (CdO)。
- 还原与熔炼：将焙烧精矿与碳混合并在炉中加热，将氧化镉还原为金属镉。 镉蒸发，然后冷凝形成镉金属。
- 精制：获得的镉金属可以进一步精炼，以去除任何残留的杂质并确保其纯度。
- 副产品回收：开采镉矿石的主要目的是获得其他有价值的金属，如锌、铅或铜。 镉被认为是该过程的有价值的副产品，由于其工业应用，其提取在经济上是可行的。
- 环境考虑因素：在整个采矿和开采过程中，都采取措施减轻环境影响，例如灰尘和水污染。 负责任的采矿实践包括采矿场的复垦和恢复，以尽量减少长期环境影响。
由于镉的毒性及其对人类健康和环境的潜在影响，在整个采矿和提取过程中必须遵循适当的安全协议和法规，以保护工人和周围的生态系统。
镉矿石加工和精炼
镉矿石的加工和精炼涉及提取纯镉的几个步骤。 如前所述，镉通常作为锌、铅或铜矿石提取过程中的副产品获得。 以下是镉的典型加工和精炼过程的概述：
- 矿石制备：首先将镉矿石破碎并研磨成细粉，以增加其表面积以供后续加工。 此步骤可以有效释放有价值的矿物质，包括镉。
- 浮选：破碎和研磨的矿石经历称为浮选的过程。 在此过程中，将化学品和试剂添加到矿浆中，以创造条件将有价值的矿物（例如硫化锌、铅和铜）与其他无价值矿物选择性地分离。
- 浓度：浮选过程产生的精矿含有多种金属，包括镉。 精矿进一步加工以增加镉含量并去除杂质。
- 焙烧：浓缩物可能会经历烘烤，这是一种在空气或氧气存在下加热的高温过程。 焙烧将硫化镉矿物质（如绿石）转化为氧化镉 (CdO)。
- 减少：含有氧化镉的焙烧精矿与碳（通常以焦炭的形式）混合并在熔炉中加热。 碳充当还原剂，与氧化镉反应产生金属镉蒸气。
- 冷凝与收集：还原过程中产生的镉蒸气随后被冷却并凝结成固体形式。 收集并进一步处理这种浓缩镉。
- 精制：获得的镉金属可以进一步精炼，以去除任何残留的杂质并确保其纯度。 可以使用多种精炼技术，例如：
- 电解精炼：采用电解进一步纯化镉金属。 将镉溶解在合适的电解质中，电流通过溶液，导致镉离子迁移到阴极并沉积纯镉。
- 区域精炼：区域精炼是另一种精炼镉的方法。 在该技术中，加热区域穿过镉，导致杂质向样品末端迁移，并在末端被去除，留下纯化的镉样品。
- 最终产品：镉矿石加工和精炼的最终结果是高纯度镉金属，可用于各种工业应用。
在整个加工和精炼过程中，必须遵循严格的安全协议和环境法规，以确保工人的安全、保护环境并管理与镉及其化合物相关的潜在危害。
镉矿石储量及生产情况n
镉通常不作为原生金属开采，而是作为锌、铅和铜矿石提取和加工过程中的副产品获得。 因此，镉矿石储量往往与这些贱金属的储量相关。
镉矿石储量和产量受到多种因素的影响，包括对锌、铅和铜的需求、技术进步、采矿经济和环境法规。 根据这些因素和全球市场状况，镉的供应量每年都会有所不同。
中国、澳大利亚、加拿大、秘鲁和美国历来都是锌、铅和铜矿石的重要生产国，因此，它们也为全球镉生产做出了贡献。 此外，其他一些国家的金属采矿活动副产品镉产量可能较小。
值得注意的是，由于镉的毒性，其生产受到严格的监管，并采取措施确保安全处理、处置和环境保护。
镉的工业用途
尽管镉具有毒性，但由于其独特的性质，它已在多种工业中得到应用。 然而，值得注意的是，由于与镉相关的健康和环境问题，随着时间的推移，许多此类应用已经减少或转向替代品。 以下是镉的一些历史和当前工业用途：
- 电池：历史上，镉广泛用于可充电镍镉 (NiCd) 电池。 镍镉电池由于其高能量密度和可充电能力，通常用于便携式电子设备，例如相机、手机和笔记本电脑。 然而，近年来，由于环境问题，镍镉电池的使用量有所下降，并且大部分已被锂离子电池等其他电池技术所取代。
- 电镀：镉具有优异的耐腐蚀性，适合电镀应用。 它用作各种金属（例如钢）的保护涂层，以防止腐蚀并改善表面外观。 然而，由于环境和健康问题，镉电镀现在不太常见。
- 颜料：过去，镉化合物用作油漆、涂料和塑料中的颜料，可产生亮黄色、橙色和红色。 然而，由于镉基颜料的毒性，其使用量已显着减少，并且已大部分被替代性无毒颜料所取代。
- 合金：镉可以与其他金属形成合金以改善其性能。 例如，镉被用作一些低熔点合金的成分，例如焊料和易熔合金。
- 半导体：硫化镉 (CdS) 是一种半导体材料，已用于某些光电器件，例如光伏电池（太阳能电池）、光传感器和光电池。 然而，替代半导体材料现在更常用于这些应用。
- 稳定剂和添加剂：镉化合物已在塑料和某些工业过程中用作稳定剂和添加剂。 然而，由于健康和环境问题，它们的使用已经减少。
需要重申的是，由于镉的毒性，其中许多应用都面临着越来越严格的审查。 为此，人们一直在努力减少或消除各个行业的镉使用，并用更安全的替代品代替。 这些努力旨在保护人类健康、防止环境污染并促进可持续实践。
重点摘要
- 镉：镉是一种柔软的蓝白色金属，化学符号为“Cd”，原子序数为48。它是一种过渡金属，在地壳中相对稀有。
- 发生：镉通常作为杂质存在于锌、铅和铜矿石中，而不是作为原生矿物存在。 镉的主要来源是这些贱金属提取和精炼过程中的副产品。
- 工业用途：镉历来被用于各种工业应用，包括电池（镍镉电池）、电镀和油漆颜料。 然而，由于环境和健康问题，其中许多用途已经减少。
- 毒性：镉及其化合物对人类和其他生物体具有剧毒。 长期接触镉会导致严重的健康问题，特别是影响肾脏和骨骼。 正确处理和处置含镉材料对于防止其释放到环境中至关重要。
- 对环境造成的影响：含镉废物和工业排放物处置不当会导致土壤、水体和食物链镉污染，影响生态系统和人类健康。
- 法规：许多国家对镉和含镉产品的使用和处置实施了严格的规定，以保护人类健康和环境。
- 副产品：镉主要是在锌、铅和铜矿石的提取和加工过程中作为有价值的副产品获得的。
- 转向替代方案：由于其毒性，许多行业都在寻求镉基产品的替代品，例如用锂离子电池代替镍镉电池以及在油漆中使用无毒颜料。
- 采矿和精炼：镉矿石通常与锌矿石、铅矿石或铜矿石一起提取。 其工艺流程包括选矿、浮选、浓缩、焙烧、还原、冷凝、精炼，得到高纯金属镉。
- 安全性和可持续性：负责任地开采、加工和处理镉对于确保工人安全、保护环境以及管理与镉及其化合物相关的潜在危害至关重要。
总体而言，了解与镉相关的特性、来源、用途和风险对于采取负责任的做法并保护人类健康和环境免受其有害影响至关重要。
