Metodă de separare a zincului și a cadmiului. Metodă de extracție a zincului și a cadmiului din soluții apoase de electroliți Amestecuri de săruri de zinc și cadmiu
Invenția poate fi utilizată pentru separarea metalelor grele prin sorbție din soluții apoase și apoase-organice de electroliți pe materiale polimerice, în special extracția selectivă a ionilor de Zn 2+ și Cd 2+ din soluții de diferite naturi (apoase și apoase-). organic) obținute în urma diverselor procese tehnologice (prelucrare anodică a metalelor și aliajelor, galvanoplastie și galvanoplastie etc.). Invenția poate fi utilizată și pentru îmbunătățirea tehnologiilor de sorbție și membrane, pentru demineralizare (desalinizare) și în dezvoltarea tehnologiilor de utilizare a zincului și cadmiului din soluții apoase și ape uzate de diferite naturi. Metoda se realizează prin tratarea soluției de electrolit de purificat timp de 1,5 - 2 ore cu derivați de celuloză care nu se umflă în apă și în soluții electrolitice apos-organice și anume etilceluloză (EC) care conține grupe OC 2 H 5 - 45 - 48 % și triacetat de celuloză (TAC) cu un grad de substituție de 2,6 - 2,9 și un grad de polimerizare de 200 - 220, introducându-le alternativ cu agitare în soluția de purificat în cantitate de 10 - 20 g/l cu adaos. de 0,1 - 15 g/l clorură de sodiu la soluție sau potasiu și 0,1 - 140 g/l alcool izopropilic. Temperatura soluției de electrolit a fost de 20 - 25 o C, se reduc costurile, se simplifică instrumentarea procesului și se asigură posibilitatea regenerării absorbanților. 1 masă
Domeniul tehnic
Invenția se referă la separarea metalelor grele prin sorbție din soluții apoase și apos-organice de electroliți pe materiale polimerice, în special extracția selectivă a ionilor de Zn 2+ și Cd 2+ din soluții de diferite naturi (apoase și apoase-organice), rezultate în urma diferitelor procese tehnologice (prelucrare anodică a metalelor și aliajelor, galvanoplastie și galvanoplastie etc.). Invenția poate fi utilizată și pentru îmbunătățirea tehnologiilor de sorbție și membrane, pentru demineralizare (desalinizare) și în dezvoltarea tehnologiilor de utilizare a zincului și cadmiului din soluții apoase și ape uzate de diferite naturi. De ultimă oră
Există o metodă cunoscută de separare selectivă a zincului și cadmiului din apele uzate sau nămoluri care conțin Fe, Ni, Zn, Cd, Cr, Cu, care constă în separarea secvenţială a fierului și apoi a zincului din amestecul de mai sus prin modificarea pH-ului. a mediului cu separarea chimică ulterioară a cadmiului și a amestecurilor de hidroxizi de nichel, cadmiu, crom și cupru, totuși, acest lucru necesită un număr mare de operațiuni intensive în muncă și implică consumul unei cantități mari de reactivi chimici. Este cunoscută o metodă cu membrană pentru separarea selectivă a cadmiului dintr-un amestec de cadmiu și zinc folosind o membrană în fază lichidă constând dintr-un amestec de alamină 336 cu S = 100, dar această metodă este neeconomică datorită costului ridicat al reactivilor utilizați. (alamin 336 etc.) și disponibilitatea lor redusă. Există o metodă cunoscută de purificare a apelor uzate din ionii de metale grele prin filtrare prin rumeguș modificat cu polisulfuri de sodiu sau amoniu. Cu toate acestea, această metodă poate extrage doar ioni de Zn 2+, astfel încât selecția ionilor de Cd 2+ necesită selectarea unei alte metode. Există o metodă cunoscută pentru tratarea biologică a apelor uzate din metale grele folosind amestecuri de nămol. Cu toate acestea, dezavantajele acestei metode sunt raportul ridicat dintre concentrațiile de metale grele și substanța uscată din biomasă (1: 100), capacitatea de sorbție relativ scăzută și dificultatea de a izola ionii absorbiți din volumul de biomasă. Există o metodă cunoscută pentru extragerea metalelor grele din soluții concentrate de apă uzată folosind resturi de aluminiu, care este introdusă într-o cantitate de 160 - 180% din raportul stoichiometric pentru a restabili complet cationii metalelor grele dizolvate la starea lor elementară. Cu toate acestea, în acest caz, soluția devine contaminată cu ioni de aluminiu, care trec în soluția din resturi de aluminiu în timpul procesului de recuperare a metalelor grele. Există o metodă cunoscută de regenerare a zincului și cadmiului prin electroliza unei băi de recuperare a liniei galvanice, cu toate acestea, această metodă nu este selectivă, iar curentul de ieșire pentru zinc și cadmiu este de numai 40 - 60% și, respectiv, 30 - 50%. Cea mai apropiată soluție tehnică în ceea ce privește setul de caracteristici, adică prototipul, este o metodă de îndepărtare a ionilor metalici din soluții apoase prin adăugarea de polimeri solubili în apă, care foloseau celuloză și derivații săi care conțin grupări hidrofile (-OH, -COOH , -NH2, -NH etc.)
O metodă de tratare a apei care conține ioni metalici (Cu, Li, Cd, Hg, Co, Ni, Mn, As, Zn, Na) este adăugarea unui polimer care este solubil sau se umflă în apă într-o cantitate de 1,2 - 1,5 - a multiplu al greutății metalelor, urmată de ultrafiltrarea necesară pentru separarea sorbantului. Dezavantajele prototipului sunt lipsa selectivității pentru metalele individuale conținute în apă și nevoia de ultrafiltrare, adică utilizarea de echipamente complexe și costisitoare. În plus, compuși destul de puțini și scumpi sunt oferiți ca polimeri solubili în apă: acizi galactonici și itaconici, polialilamină, vinilpiridină și copolimerii acestora. Esența invenției
Obiectivul invenției este de a crea o metodă foarte eficientă de extracție selectivă a zincului și cadmiului din soluții de electroliți apos și apos-organici folosind materiale celulozice nerare, produse de industrie în cantități mari, folosind echipamente simple. Această sarcină se realizează prin tratarea soluției de electrolit de purificat timp de 1,5 - 2 ore cu derivați de celuloză care nu se umflă în apă și în soluții de electroliți apos-organici și anume etilceluloză (EC) care conține grupe OC 2 H 5 - 45 - 48% și triacetat de celuloză (TAC) cu un grad de substituție de 2,6 - 2,9 și un grad de polimerizare de 200 - 220, introducându-le alternativ cu agitare în soluția de purificat în cantitate de 10 - 20 g/l cu adaos de 0,1 - 15 g/l la soluție clorură de sodiu sau potasiu și 0,1 - 140 g/l alcool izopropilic. Temperatura soluției de electrolit a fost de 20 - 25 o C. Informații care confirmă posibilitatea implementării invenției
Exemplul 1. Extracția zincului a fost efectuată după cum urmează: în 1 litru de soluție apoasă care conține 10 mg/l de zinc și cadmiu (sub formă de ioni de Zn 2+ și Cd 2+), 0,1 g/l de clorură de sodiu și 140 l de alcool izopropilic, apoi 10 g de EC-48 (conținut de grupe OC 2 H 5 - 48%), situate într-un recipient de teflon perforat, au fost scufundate în soluția preparată și ținute timp de 2 ore la temperatura de 25 o C și agitarea constantă a soluției cu un agitator mecanic. Ca urmare, etilceluloza extrage marea majoritate a zincului prezent în soluția de electrolit (73%) și 15% din conținutul de cadmiu. După aceasta, recipientul perforat cu ETs-48 a fost îndepărtat din soluție, iar un alt recipient perforat de teflon cu 20 g de TAC a fost introdus în el cu un grad de substituție de 2,9 și un grad de polimerizare de 200 a fost scufundat în el pentru a extrage cadmiul. din soluție și păstrat timp de 1,5 ore la o temperatură de 25 o C și amestecând constant soluția cu un agitator mecanic. După aceasta, recipientul perforat cu TAC a fost îndepărtat din soluție și conținutul de zinc și cadmiu din soluția curățată de ioni metalici a fost separat prin spectroscopie de absorbție atomică pe un spectrometru de tip Saturn. După contactarea electrolitului de purificat cu TAC, acesta din urmă extrage 70% din cantitatea totală de cadmiu și 15% din cantitatea totală de zinc. În consecință, există selectivitate în extracția zincului și a cadmiului. Exemplul 2. Extracția zincului și a cadmiului a fost efectuată în același mod ca în exemplul 1. Cantitatea de etilceluloză a fost: 20 g EC-45 (conținut de grupe OC2H5 - 45%), TAC - 10 g /l cu un grad de substituţie 2,6 şi un grad de polimerizare de 220. Soluţia de purificat conţine 10 mg/l zinc şi cadmiu, 15 g/l clorură de sodiu şi 0,1 g/l alcool izopropilic. Timpul de contact al polimerului cu soluţia a fost de 1,5 ore pentru etilceluloză şi 2 ore pentru TAC. Rezultatele analizei soluției și caracteristicile eficienței procesului de sorbție pentru ambele exemple sunt prezentate în tabel. După cum reiese din tabel, extracția procentuală de zinc și cadmiu din soluția purificată este destul de mare. Acest lucru asigură o bună selectivitate: se recuperează de la 74 la 88% zinc și de la 78 la 85% cadmiu. Adică, în comparație cu rezultatul obținut în prototip (exemplul 3, tabel), este clar că sarcina a fost finalizată, și anume în prototip, în ciuda gradului foarte ridicat de extracție a zincului și cadmiului, ambele metale. sunt eliberate împreună și separarea lor necesită un număr mare de operațiuni intensive în muncă și utilizarea unor cantități mari de substanțe chimice, ca în metoda cunoscută. Un avantaj semnificativ al soluției tehnice propuse este posibilitatea regenerării absorbanților (EC și TAC), ceea ce este practic imposibil la utilizarea prototipului. Pentru a obține zinc și cadmiu individual, folosind metoda dată în prototip, este necesară distrugerea sorbantului utilizat (prin dizolvare, ardere sau altfel). Metoda propusă poate fi implementată folosind echipamente seriale simple, care, dacă este necesar, pot fi fabricate la orice întreprindere. Substanțe produse de industrie în loturi la scară mare care sunt ecologice și sigure pentru oameni și sunt utilizate ca adsorbanți. mediu, precum și costuri reduse (1 kg de derivat de celuloză costă aproximativ 15 - 20 de mii de ruble, în timp ce acizii galactonici și itaconici costă, de exemplu, 50 - 100 de mii de ruble). Literatură. 1. Pat. N 4680128 SUA, MKI 4 C 02 F 1/62. Separarea și îndepărtarea hidroxizilor de metale grele din apele uzate din atelierele de galvanizare. Separarea și recuperarea hidroxizilor reutilizabili de metale grele din apele uzate de finisare a metalelor. / Frankard James M. şi colab. N 4680126; Aplicație 18.02.86; Publ. 14.07.87; NKI 210/710. 2. Separarea cadmiului de zinc într-un mediu clorurat folosind o membrană lichidă susținută. Separarea cadmiului de zinc în medii de clorură prin membrană lichidă siportată. Ying-Chu Hoh, Chung-Yun Lin, Tsung-Min Hung, Tai-Ming Chiu // Int. Solv. Extr. Conf., 1990 (ISEC" 90), Kyoto, 16 - 21 iulie 1990: Abstr. - P. 274. 3. A.S. N 1696399 URSS, MKI 5 C 02 F 1/62. Metoda de tratare a apelor uzate din ionii grei metale / Pilat B.V., Yakunin A.I., Paliychuk G.M., Zaitseva V.N., Publ. N 298766, C 02 F 1/62, C 02 F 3/12 şi un dispozitiv pentru implementarea sa de metale grele din soluții de ape uzate foarte concentrate./ Fehsenfeld Joseph, Vujasin Boro, N 517335 /Bayrachny B.I.; şi altele // Rezumate. raport Toate științific-practic conf. „Teoria și practica proceselor electrochimice și aspectele de mediu ale utilizării lor” - Barnaul, 1990. - P. 252. 7. Pat. N 57-45633 Japonia, MKI C 02 F 1/28, B 01 D 31/00. Îndepărtarea ionilor metalici din soluțiile apoase prin adăugarea de polimeri solubili în apă / Tada Hisashi, Kamada Kenkuke. Aplicație 08.12.73. N 48-13995.
FORMULA INVENŢIEI
O metodă pentru extragerea zincului și a cadmiului din soluții apoase de electroliți, care constă în tratarea soluției de purificat cu derivați de celuloză la temperatura camereiși agitare constantă, caracterizată prin aceea că derivați care nu se umflă în apă și soluții apos-organice de electroliți sunt utilizați ca derivați de celuloză, iar la soluția care urmează să fie adăugată 0,1-15 g clorură de sodiu sau potasiu și 0,1-140 g/l. alcool izopropilic purificat, apoi soluția purificată se tratează mai întâi cu etilceluloză cu grad de substituție de 45-48%, luată în cantitate de 10-20 g/l, timp de 1,5-2 ore, iar apoi cu triacetat de celuloză cu un grad de substituţie de 2,6-2,9 şi grad de polimerizare 200-220, luate în cantitate de 10-20 g/l timp de 1,5-2 ore.PROPRIETATI ALE METALELOR
Următorul element după cuprul din perioada a patra, învelișul exterior al atomului său este umplut cu electroni d și are structura 3d 10 4s 2, prin urmare singura stare de oxidare stabilă a elementului este două.
Este foarte asemănător cu acesta, este situat în același subgrup și, ca element al perioadei a patra, are o structură atomică similară, completată conform schemei 4d 10 5s 2. În compușii simpli este și divalent, însă, având un atom mai mare, prezintă și starea de oxidare (I), cunoscută într-un număr de săruri instabile.
Orez. Dependența presiunii vaporilor metalici de temperatură
Unii autori, referindu-se la umplerea stratului d, nu le clasifică drept metale de tranziție, argumentând și temperaturile neașteptat de scăzute ale transformărilor agregatelor pentru perioadele IV și V. Punctele de topire și, respectiv, de fierbere sunt 419,5 și respectiv 907 ° C (Zn); 321 şi 767°C (Cd). Într-adevăr, în ceea ce privește punctele de topire, punctele de fierbere și presiunea vaporilor, acestea diferă semnificativ de alte metale grele (Tabelul 2, Fig.).
Potențialele redox ale ambelor elemente sunt mai negative decât hidrogenul și cresc odată cu complexitatea atomului (vezi Tabelul 4); cu toate acestea, zincul și cadmiul sunt ușor reduse la catod din soluții moderat acide datorităVedeți supratensiune ridicată a hidrogenului, în special la cadmiu. Zinc cimentează cadmiu din soluții:
Hidroxidul de cadmiu prezintă proprietăți de bază clar definite, în timp ce pentru zinc este amfoter și se dizolvă nu numai în acizi, ci și în alcalii:
Zn + 2OH - = ZnO 2 2 - + H 2
Este mai corect să se reprezinte ionul zincat în săruri solide ca Zn(OH) - 3 sau Zn(OH) 2 4 -, și în soluții, fără a avea mai preciseinformație, este acceptată condiționat pe baza reacției.
Cele simple, obținute prin oxidarea metalelor în aer, nu se topesc. CdO maro este stabil până la 900 ° C, iar ZnO alb se sublimează la temperaturi peste 1800 ° C. Primul este otrăvitor, iar toxicitatea ZnO este relativ scăzută.
Ambele metale sunt insolubile în apă. Cristalele de ZnS pot fi obținute și se găsesc în natură în două modificări: (α) și wurtzită (β), structura acesteia din urmă este mai falsă, mai puțin stabilă și este mai puțin frecventă. Produsul de solubilitate al sfaleritei este 1,6 10 -24, wurtzita - 2,5 10 -22. Sulfura de cadmiu este izomorfă cu sfalerita, iar ca mineral separat, howlitul, este foarte rar.
Dintre compușii complecși pentru metalurgie, minele sunt interesante: Zn(NH 3) 2 n + (n de la 1 la 4) și Cd(NH 4) 2 + ( T de la 1 la 6). cele mai stabile sunt Zn(NH 3) 2 4 +; pK=SJ0şi Cd(NH3)2+; p K = 6,56.
Articol pe tema Metalurgia zincului și cadmiului
Cadmiu - toxic comun și necunoscut
o gamă largă de metale argintii periculoase
Pietre și minerale toxice și otrăvitoare
Cadmiu(Latin Cadmium, simbolizat Cd) este un element cu număr atomic 48 și masă atomică 112,411. Este un element al subgrupului secundar al celui de-al doilea grup, a cincea perioadă a tabelului periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev. În condiții normale, substanța simplă cadmiul este un metal de tranziție moale, maleabil, greu (densitate 8,65 g/cm3 - mai ușor decât uraniul). alb-argintiu culoare (nu mănâncă carne, ca „piatra Kerber” din regiunea Zhytomyr din Ucraina - nu oxid de uraniu pitchblenda, o piatră maro periculoasă). În fotografie - sulfură de cadmiu, greenockite(cruste pământoase galben culori).
Cadmiul natural este format din opt izotopi, dintre care șase sunt stabili: 106Cd (abundența izotopică 1,22%), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,14%), (24,14%), (24,14%) %). Radioactivitatea a fost detectată pentru alți doi izotopi naturali: 113Cd (abundență izotopică 12,22%, degradare β cu un timp de înjumătățire de 7,7∙1015 ani) și 116Cd (abundență izotopică 7,49%, descompunere dublă β cu un timp de înjumătățire de 3,0∙. 1019 ani).
Cadmiul din tabelul periodic a fost parțial descris de profesorul german Friedrich Strohmeyer în 1817 (distins de zinc). Farmaciştii din Magdeburg, când au studiat preparatele care conţin oxid de zinc ZnO, au suspectat prezenţa arsenului (un catalizator pentru oxidarea din sulfură) în ele. Deoarece oxidul de zinc este inclus în multe unguente, pulberi și emulsii utilizate pentru diferite boli de piele, inspectorii au interzis categoric vânzarea de medicamente suspecte.
Firește, producătorul de medicamente, apărând interesele personale, a cerut o examinare. Strohmeyer a acționat ca un expert. A izolat un oxid brun-maroniu din ZnO, l-a redus cu hidrogen și a obținut un metal alb-argintiu, pe care l-a numit „cadmiu” (din grecescul kadmeia - oxid de zinc, de asemenea minereu de zinc). Independent de profesorul Strohmeyer, cadmiul a fost descoperit în minereurile de zinc din Silezia (satelit) de un grup de oameni de știință - K. Hermann, K. Karsten și W. Meissner în 1818.
Cadmiul absoarbe neutronii lenți din acest motiv, barele de cadmiu sunt folosite în reactoarele nucleare pentru a regla viteza reacției în lanț (ChNPP). Cadmiul este folosit în bateriile alcaline și este inclus ca componentă în unele aliaje. De exemplu, aliajele de cupru care conțin aproximativ 1% Cd (bronz de cadmiu) sunt folosite pentru fabricarea cablurilor de telegraf, telefon, troleibuz și tramvai și cabluri de metrou, deoarece aceste aliaje au o rezistență și o rezistență la uzură mai mari decât cuprul.
Greenockite (chit galben) pe calcit. Yunnan, China. 7x5 cm Foto: A.A. Evseev.
O serie de aliaje cu punct de topire scăzut, de exemplu, cele utilizate în stingătoarele de incendiu, conțin cadmiu. În plus, cadmiul face parte din aliajele de bijuterii substandard (lipirea după evaporarea componentei de amalgam din aliaje de amalgam care s-au spart din cauza temperaturii, interzise la vânzare deschisă - amalgame de aur, argint și platină cu mercur otrăvitor).
Acest metal este folosit pentru placarea cu cadmiu a produselor din oțel, deoarece poartă pe suprafața sa o peliculă de oxid care are un efect protector. Ideea este că în apa de mareși într-un număr de alte medii, placarea cu cadmiu este mai eficientă decât galvanizarea. Cadmiul are o istorie îndelungată de utilizare în medicina homeopatică (tratament de bază cu plante medicinale și microdoze – așa-numitele „Suplimente alimentare în alimentație” – suplimente alimentare și hrana animalelor). Compușii de cadmiu sunt, de asemenea, folosiți pe scară largă - sulfura de cadmiu este folosită pentru a face vopsea galbenă și sticlă colorată, iar fluoroboratul de cadmiu este un flux folosit pentru lipirea aluminiului și a altor metale.
Cadmiul a fost găsit în organismul vertebratelor (oase, ligamente, tendoane și mușchi), s-a constatat că afectează metabolismul carbonului, activitatea unui număr de enzime și sinteza acidului hipuric în ficat. Cu toate acestea, compușii de cadmiu sunt otrăvitori, iar metalul în sine este cancerigen. Inhalarea vaporilor din oxidul de cadmiu CdO este deosebit de periculoasă; Pătrunderea cadmiului în tractul gastrointestinal este, de asemenea, dăunătoare, dar nu au fost înregistrate cazuri de otrăvire fatală, acest lucru se datorează cel mai probabil faptului că organismul caută să scape de toxină (vărsături).
Proprietăți biologice
Se dovedește că cadmiul este prezent în aproape toate organismele vii - în organismele terestre conținutul de cadmiu este aproximativ egal cu 0,5 mg la 1 kg de masă, în organismele marine (bureți, celenterate, echinoderme, viermi din Oceanul Pacific) - de la 0,15 la 3 mg/kg, Conținutul de cadmiu din plante este de aproximativ 10-4% (pe bază de substanță uscată). În ciuda prezenței cadmiului în majoritatea organismelor vii, semnificația sa fiziologică specifică nu a fost pe deplin stabilită (hormonul de creștere). Oamenii de știință au putut afla că acest element afectează metabolismul carbohidraților, sinteza acidului hipuric în ficat, activitatea unui număr de enzime, precum și metabolismul zincului, cuprului, fierului și calciului în organism (o piatră preferată). a culturistilor care construiesc masa musculara si iti intaresc oasele in sport – in microdoze).
Greenockite (galben). Vulcan creț, o. Iturup, Insulele Kurile, Rusia. Foto: A.A. Evseev.
Poate fi emis pentru talc, sulf și alte minerale asemănătoare greenoctitei
Există o sugestie, susținută de cercetări, că cantitățile microscopice de cadmiu din alimente pot stimula creșterea corpului la mamifere. Din acest motiv, oamenii de știință au considerat de mult cadmiul ca fiind microelemente condițional esențiale, adică vitale, dar toxic în anumite doze. În corp persoană sănătoasă conține o cantitate mică de cadmiu. Cântat în epopeele antice grecești și romane - Cadmea(loc comertul cu otraviîn sud-estul Europei („Scut pe Porțile Constantinopolului”, Istanbul), în Grecia (porturi și amfiteatre) și pe Marea Mediterană lângă Turcia – un drog). Pe argou mineri și mineri de piatră cadmiu numit " venin de șarpe" (jargon).
Cadmiul este unul dintre cele mai multe metale grele toxice- în Rusia (metrologie) este clasificat ca clasa de pericol 2 - substanțe foarte periculoase - care include antimoniu, stronțiu, fenol și alte substanțe toxice (echivalent ADR mărfuri periculoase nr. 6 – otravă, craniu și oase într-un romb). În buletinul Federației Ruse privind siguranța mediului și tehnologiile de transport a otrăvurilor „Probleme de siguranță chimică” din 29 aprilie 1999, cadmiul apare ca „cel mai periculos ecotoxic la începutul mileniului”!
Ca și alte metale grele, cadmiul este o otravă cumulativă, adică se poate acumula în organism - timpul său de înjumătățire variază de la 10 la 35 de ani. Până la vârsta de cincizeci de ani, corpul uman este capabil să acumuleze de la 30 la 50 mg de cadmiu. Principalele „site-uri de depozit” pentru cadmiu sunt corpul uman sunt rinichii, care conțin de la 30 la 60% din cantitatea totală a acestui metal din organism, și ficatul (20-25%). Într-o măsură mai mică, următoarele sunt capabile să acumuleze cadmiu: pancreasul, splina, oasele tubulare și alte organe și țesuturi. Cadmiul este prezent în cantități mici chiar și în sânge. Cu toate acestea, spre deosebire de plumb sau mercur, cadmiul nu pătrunde în creier.
În cea mai mare parte, cadmiul din organism este într-o stare legată - în complex cu proteina metalotioneina - acesta este un fel de mecanism de apărare, reacția organismului la prezența unui metal greu. În această formă, cadmiul este mai puțin toxic, cu toate acestea, chiar și în forma sa legată nu devine inofensiv - acumulându-se de-a lungul anilor, acest metal poate duce la perturbarea rinichilor și la o probabilitate crescută de formare a pietre la rinichi. Mult mai periculos este cadmiul, care se află în formă ionică, deoarece este chimic foarte apropiat de zinc și este capabil să-l înlocuiască în reacții biochimice, acționând ca un pseudo-activator sau, dimpotrivă, un inhibitor al proteinelor și enzimelor care conțin zinc.
Cadmiul se leagă de materialul citoplasmatic și nuclear al celulelor unui organism viu și le deteriorează, modifică activitatea multor hormoni și enzime, ceea ce se explică prin capacitatea sa de a lega grupările sulfhidril (-SH). În plus, cadmiul, datorită apropierii razelor ionice de calciu și cadmiu, este capabil să înlocuiască calciul în țesutul osos. Situația este aceeași și cu fierul, pe care și cadmiul îl poate înlocui. Din acest motiv, lipsa de calciu, zinc și fier în organism poate duce la o absorbție crescută a cadmiului din tractului gastrointestinal până la 15-20%. Se crede că o doză zilnică inofensivă de cadmiu pentru un adult este de 1 mcg de cadmiu la 1 kg de greutate corporală, cantități mari de cadmiu sunt extrem de periculoase pentru sănătate.
Care sunt mecanismele prin care cadmiul și compușii săi pătrund în organism? Otrăvirea apare atunci când bea apă (MPC pentru apă potabilă este de 0,01 mg/l), contaminate cu deșeuri care conțin cadmiu, precum și la consumul de legume și cereale cultivate pe terenuri situate în apropierea rafinăriilor de petrol și a întreprinderilor metalurgice. Consumul de ciuperci din astfel de zone este deosebit de periculos, deoarece, potrivit unor informații, acestea sunt capabile să acumuleze mai mult de 100 mg de cadmiu per kg de greutate proprie. Fumatul este o altă sursă de cadmiu care pătrunde în organism, atât pentru fumătorul însuși, cât și pentru oamenii din jur, deoarece metalul se găsește în fumul de tutun.
Semnele caracteristice ale intoxicației cronice cu cadmiu sunt, după cum am menționat mai devreme, afectarea rinichilor, durerile musculare, distrugerea oaselor și anemia. Acut intoxicații alimentare Expunerea la cadmiu apare atunci când se iau doze mari mari cu alimente (15-30 mg) sau apă (13-15 mg). În acest caz, se observă semne de gastroenterită acută - vărsături, durere și crampe în regiunea epigastrică, cu toate acestea, cazurile de otrăvire fatală cu compuși de cadmiu care intră în organism cu alimente sunt necunoscute științei, dar conform estimărilor OMS, un singur letal. doza poate fi de 350-3500 mg.
Mult mai periculoasă este otrăvirea cu cadmiu la inhalarea vaporilor săi (CdO) sau a prafului care conține cadmiu (de regulă, acest lucru se întâmplă în industriile asociate cu utilizarea cadmiului) - similar cu mercurul lichid și cinabrul roșu (în ceea ce privește toxicitatea). Simptomele unei astfel de intoxicații includ edem pulmonar, dureri de cap, greață sau vărsături, frisoane, slăbiciune și diaree. Au fost înregistrate decese în urma unor astfel de otrăviri.
Antidotul pentru otrăvirea cu cadmiu este seleniul, care ajută la reducerea absorbției de cadmiu (funcționează la fotocopiatoare și imprimante din centrele de date moderne și reumple cartușe pentru echipamentele de birou). Cu toate acestea, este încă necesar un aport echilibrat de seleniu, acest lucru se datorează faptului că excesul său în organism duce la o scădere a conținutului de sulf (formează sulfură de sulf - o leagă), iar acest lucru va duce cu siguranță la faptul că cadmiul va fi din nou absorbit de organism.
Fapte interesante
S-a stabilit că o țigară conține de la 1 la 2 micrograme de cadmiu. Se dovedește că o persoană care fumează un pachet de țigări (20 de bucăți) pe zi primește aproximativ 20 mcg de cadmiu! Pericolul constă și în faptul că absorbția cadmiului prin plămâni maxim- de la 10 la 20%, astfel, corpul fumătorului absoarbe de la 2 la 4 mcg de cadmiu la fiecare pachet de țigări! Efectul cancerigen al nicotinei conținute în fumul de tutun este de obicei asociat cu prezența cadmiului și nu este reținut nici măcar de filtrele de carbon - cancer pulmonar.
Un exemplu de intoxicație cronică cu cadmiu cu numeroase decese a fost descris la sfârșitul anilor 50 ai secolului al XX-lea. În Japonia, au fost înregistrate cazuri de boală, pe care locuitorii locali au poreclit-o „Itai-Itai” („boala italiană”), care poate fi tradusă și în dialectul local prin „oh-oh, cât de dureros!” (otrăvire). Simptomele bolii au fost durerea lombară severă, care, după cum sa dovedit mai târziu, a fost cauzată de leziuni renale ireversibile; dureri musculare severe. Răspândirea pe scară largă a bolii și evoluția ei severă au fost cauzate de poluarea ridicată a mediului din Japonia la acea vreme și de dieta specifică japonezilor (orezul și fructele de mare acumulează cantități mari de cadmiu). S-a constatat că cei cu această boală consumau zilnic circa 600 mcg de cadmiu!
În ciuda faptului că cadmiul este recunoscut drept una dintre cele mai toxice substanțe, acesta și-a găsit aplicație și în medicină! Deci, introdus în piept Pentru un pacient care suferă de insuficiență cardiacă, o baterie cu nichel-cadmiu furnizează energie pentru un stimulator mecanic cardiac. Comoditatea unei astfel de baterii este că pacientul nu trebuie să se întindă pe masa de operație pentru a o reîncărca sau înlocui. Pentru o viață neîntreruptă a bateriei, este suficient să porți o jachetă specială magnetizată doar o oră și jumătate o dată pe săptămână.
Cadmiul este folosit în homeopatie, medicina experimentală, iar mai recent a fost folosit în crearea de noi medicamente antitumorale.
Metalul lemnului, care conține 50% bismut, 12,5% staniu, 25% plumb, 12,5% cadmiu, poate fi topit în apă clocotită. Aliajul a fost inventat în 1860 de inginerul B. Lemnul Mai multe fapte interesante sunt asociate cu acest nivel scăzut. -aliaj de topire: în primul rând, primele litere ale componentelor aliajului Wood formează abrevierea „CEERA”, iar în al doilea rând, invenția este atribuită și omonimului lui B. Wood - fizicianul american Robert Williams Wood, care s-a născut opt ani mai târziu ( Semeni de aceeași vârstă s-au bătut la Comisia Superioară de Atestare).
Nu cu mult timp în urmă, cadmiul din sistemul periodic a intrat în „armamentul” polițiștilor și criminologilor: cu ajutorul unui strat subțire de cadmiu pulverizat pe suprafața examinată, este posibilă identificarea amprentelor umane.
Oamenii de știință au stabilit acest lucru fapt interesant: staniul de cadmiu în atmosfera zonelor rurale are o rezistență la coroziune semnificativ mai mare decât în atmosfera zonelor industriale. O astfel de acoperire eșuează mai ales rapid dacă conținutul de dioxid de sulf sau anhidride sulfurice din aer este mare.
În 1968, unul dintre angajații serviciilor de sănătate din SUA (Dr. Carroll) a descoperit o legătură directă între mortalitatea cauzată de boli cardiovasculareși conținutul de cadmiu din atmosferă. El a ajuns la aceste concluzii după ce a analizat date din 28 de orașe. În patru dintre ele - New York, Chicago, Philadelphia și Indianapolis - conținutul de cadmiu din aer era mai mare decât în alte orașe; Proporția deceselor din cauza bolilor de inimă a fost, de asemenea, mai mare aici.
Pe lângă măsurile „standard” de limitare a emisiilor de cadmiu în atmosferă, apă și sol (filtre și purificatoare în întreprinderi, eliminarea locuințelor și a câmpurilor de cultură din astfel de întreprinderi), oamenii de știință dezvoltă și altele noi promițătoare. Așa că oamenii de știință au plantat zambile de apă în golful râului Mississippi, crezând că cu ajutorul lor vor putea purifica apa de elemente precum cadmiul și mercurul.
Poveste
Istoria cunoaște multe „descoperiri” care au fost făcute în timpul inspecțiilor, inspecțiilor și auditurilor fictive. Cu toate acestea, astfel de descoperiri sunt mai mult de natură criminală decât științifică. Și totuși, a existat un caz când revizuirea care a început a dus în cele din urmă la descoperirea unui nou element chimic. Acest lucru s-a întâmplat în Germania la începutul secolului al XIX-lea. Medicul de raion R. Rolov a verificat farmaciile din raionul său, în timpul auditului - într-o serie de farmacii de lângă Magdeburg - a descoperit oxid de zinc, aspect care a stârnit suspiciuni și a sugerat conținutul de arsenic (farmacolit). Pentru a confirma ipotezele, Rolov a dizolvat medicamentul confiscat în acid și a trecut hidrogen sulfurat prin soluție, ceea ce a condus la formarea unui precipitat galben similar cu sulfura de arsen. Toate articolele suspecte au fost imediat scoase de la vânzare. medicamente- unguente, pulberi, emulsii, pulberi.
Un astfel de pas l-a revoltat pe proprietarul fabricii din Shenebek, care producea toate medicamentele respinse de Rolov. Acest antreprenor, german, fiind de profesie chimist, și-a efectuat propria examinare a produsului. După ce a încercat întregul arsenal de experimente cunoscut la acea vreme pentru detectarea arsenului, s-a convins că produsele sale sunt pure în acest sens și că culoarea galbenă a oxidului de zinc, care a derutat auditorul, era dată de fier.
După ce a raportat rezultatele experimentelor sale lui Rolov și autorităților statului Hanovra, Herman a cerut o examinare independentă și o „reabilitare” completă a produsului său. Ca urmare, s-a decis să se afle opinia profesorului Strohmeyer, care conducea Departamentul de Chimie de la Universitatea din Göttingen și care a fost și inspector general al tuturor farmaciilor hanovriene. Desigur, Strohmeier a fost trimis pentru testare nu numai oxidului de zinc, ci și a altor preparate de zinc din fabrica Schenebeck, inclusiv carbonat de zinc, din care s-a obținut acest oxid.
Prin calcinarea carbonatului de zinc ZnCO3, Friedrich Strohmeyer a obținut un oxid, dar nu alb, așa cum ar fi trebuit, ci gălbui. În urma cercetărilor ulterioare, s-a dovedit că preparatele nu conțineau nici arsenic, așa cum presupunea Rolov, nici fier, așa cum credea Herman. Motivul pentru culoarea neobișnuită a fost un metal complet diferit - necunoscut anterior și foarte asemănător ca proprietăți cu zincul. Singura diferență a fost că hidroxidul său, spre deosebire de Zn(OH)2, nu era amfoter, dar avea proprietăți de bază pronunțate.
Strohmeyer a numit noul metal cadmiu, sugerând asemănarea puternică a noului element cu zinc - cuvântul grecesc καδμεια (kadmeia) a desemnat de mult minereuri de zinc (de exemplu, smithsonite ZnCO3) și oxid de zinc. La rândul său, acest cuvânt provine de la numele fenicianului Cadmus, care, conform legendei, a fost primul care a găsit o piatră de zinc și a descoperit capacitatea acesteia de a da cuprului (atunci când este topit din minereu) o culoare aurie. Potrivit miturilor antice grecești, a existat un alt Cadmus - un erou care l-a învins pe Dragon și a construit fortăreața Cadmeus pe pământurile inamicului pe care l-a învins, în jurul căruia a crescut ulterior Teba, marele oraș cu șapte porți. În limbile semitice, „kadmos” înseamnă „est” sau „șarpe” (Fergana, Kârgâzstan, Asia Centrală - există locuri în care șerpii se acumulează), ceea ce poate că derivă numele mineralului din locurile de extracție sau export din unele esturi. tara sau provincie.
În 1818, Friedrich Strohmeyer a publicat descriere detaliată un metal ale cărui proprietăţi le studiase deja bine. În formă liberă element nou Era un metal alb, moale și nu foarte rezistent, acoperit deasupra cu o peliculă maronie de oxid. Destul de curând, așa cum se întâmplă adesea, prioritatea lui Strohmeyer în descoperirea cadmiului a început să fie contestată, dar toate afirmațiile au fost respinse. Ceva mai târziu, un alt chimist, Kersten, a găsit un nou element în minereul de zinc din Silezia și l-a numit mellin (din latinescul mellinus - „galben ca gutuia”). Motivul acestui nume a fost culoarea precipitatului format sub influența hidrogenului sulfurat.
Spre supărarea lui Kersten, „mellinul” s-a dovedit a fi „cadmiul” lui Strohmeyer. Chiar mai târziu, au fost propuse și alte nume pentru al patruzeci și optsprezecelea element: în 1821, John a propus numirea noului element „claprotium” - în onoarea faimosului chimist Martin Klaproth, descoperitorul uraniului, zirconiului și titanului, și lui Gilbert „junonium”. - după asteroidul descoperit în 1804 Juno. Dar oricât de mari au fost serviciile lui Klaproth pentru știință, numele său nu era destinat să câștige un loc în lista elementelor chimice: cadmiul a rămas cadmiu. Adevărat, în literatura chimică rusă din prima jumătate a secolului al XIX-lea, cadmiul a fost adesea numit cadmiu.
Fiind în natură
Cadmiul este un element de obicei rar și destul de dispersat, conținutul mediu al acestui metal în scoarța terestră (clark) este estimat la aproximativ 1,3 * 10–5% sau 1,6 * 10–5% în masă, se dovedește că în litosfera de cadmiu este de aproximativ 130 mg/T. Există atât de puțin cadmiu în adâncurile planetei noastre încât chiar și germaniul, care este considerat rar, este de 25 de ori mai abundent! Cadmiul are aproximativ aceleași proporții cu alte metale rare: beriliu, cesiu, scandiu și indiu. Cadmiul este aproape în abundență de antimoniu (2 * 10–5%) și de două ori mai comun decât mercurul (8 * 10–6%).
Cadmiul se caracterizează prin migrarea în apele subterane fierbinți împreună cu zincul (cadmiul se găsește ca impuritate izomorfă în multe minerale și întotdeauna în mineralele zincului) și alte elemente calcofile, adică elemente chimice, predispus la formarea de sulfuri naturale, selenide, telururi, sulfosaruri si uneori gasite in stare nativa. În plus, cadmiul este concentrat în sedimentele hidrotermale. Rocile vulcanice sunt destul de bogate în cadmiu, conținând până la 0,2 mg de cadmiu per kg; dintre rocile sedimentare sunt cele mai bogate în cel de-al patruzeci și opta element de argilă - până la 0,3 mg/kg (pentru comparație, calcarele conțin cadmiu 0,035 mg/kg, gresii - 0,03 mg/kg). Conținutul mediu de cadmiu în sol este de 0,06 mg/kg.
De asemenea, acest metal rar este prezent în apă - în formă dizolvată (sulfat de cadmiu, clorură, azotat de cadmiu) și în formă în suspensie ca parte a complexelor organo-minerale. În condiții naturale, cadmiul pătrunde în apele subterane ca urmare a leșierii minereurilor de metale neferoase, precum și ca urmare a descompunerii plantelor și organismelor acvatice capabile să-l acumuleze. De la începutul secolului XX, factorul predominant în pătrunderea cadmiului în ape și sol a fost contaminarea antropică a apelor naturale cu cadmiu. Conținutul de cadmiu din apă este influențat semnificativ de pH-ul mediului (în mediu alcalin, cadmiul precipită sub formă de hidroxid), precum și de procesele de sorbție. Din același motiv antropic, cadmiul este prezent și în aer.
În mediul rural, conținutul de cadmiu în aer este de 0,1-5,0 ng/m3 (1 ng sau 1 nanogram = 10-9 grame), în orașe - 2-15 ng/m3, în zonele industriale - de la 15 la 150 ng/ m3. Eliberarea principală de cadmiu în aerul atmosferic se datorează faptului că mulți cărbuni arși în centralele termice conțin acest element. Precipitând din aer, cadmiul intră în apă și sol. Creșterea conținutului de cadmiu din sol este facilitată de utilizarea îngrășămintelor minerale, deoarece aproape toate conțin impurități minore ale acestui metal. Din apă și sol, cadmiul pătrunde în plante și organismele vii și poate fi „furnizat” oamenilor mai departe de-a lungul lanțului trofic.
Cadmiul are propriile sale minerale: howliit, otavit CdCO3, montemponit CdO (conține 87,5% Cd), greenockite CdS (77,8% Cd), xantocroit CdS(H2O)x (77,2% Cd) cadmoselit CdSe (47% Cd). Cu toate acestea, ele nu formează propriile zăcăminte, ci sunt prezente ca impurități în minereurile de zinc, cupru, plumb și polimetalice (mai mult de 50), care sunt principala sursă de producție industrială a cadmiului. Mai mult, rolul principal îl au minereurile de zinc, unde concentrația de cadmiu variază de la 0,01 la 5% (în sfalerita ZnS). În majoritatea cazurilor, conținutul de cadmiu în sfalerit nu depășește 0,4 – 0,6%. Cadmiul se acumulează în galenă (0,005 - 0,02%), stanită (0,003 - 0,2%), pirita (până la 0,02%), calcopirită (0,006 - 0,12%), din aceste sulfuri se extrage cadmiul.
Cadmiul se poate acumula în plante (mai ales în ciuperci) și în organismele vii (în special în organismele acvatice, din acest motiv, cadmiul poate fi găsit în rocile sedimentare marine - șisturi (Mansfeld, Germania);
Aplicație
Principalul consumator de cadmiu este producerea de surse de energie chimică: baterii nichel-cadmiu și argint-cadmiu, celule plumb-cadmiu și mercur-cadmiu în baterii de rezervă, celule Weston normale. Bateriile nichel-cadmiu (ACN) utilizate în industrie sunt una dintre cele mai populare printre alte surse de curent chimic.
Plăcile negative ale acestor baterii sunt realizate din ochiuri de fier cu cadmiu ca agent activ, iar plăcile pozitive sunt acoperite cu oxid de nichel. Electrolitul este o soluție de hidroxid de potasiu (hidroxid de potasiu). Bateriile alcaline nichel-cadmiu sunt mai fiabile decât bateriile cu plumb-acid. Sursele de energie chimică care utilizează cadmiu se caracterizează printr-o durată lungă de viață, funcționare stabilă și caracteristici electrice ridicate. În plus, reîncărcarea acestor baterii durează mai puțin de o oră! Cu toate acestea, ACH-urile nu pot fi reîncărcate fără o descărcare completă preliminară și, în acest sens, sunt, desigur, inferioare bateriilor cu hidrură metalică.
O altă zonă largă de aplicare a cadmiului este aplicarea de acoperiri de protecție anticorozivă pe metale (placare cu cadmiu). Acoperirea cu cadmiu protejează în mod fiabil produsele din fier și oțel împotriva coroziunii atmosferice. În trecut, placarea cu cadmiu se facea prin scufundarea metalului în cadmiu topit, procesul modern este realizat în întregime electrolitic. Cele mai critice părți ale aeronavei, navelor, precum și piesele și mecanismele concepute pentru a funcționa în climă tropicală sunt supuse la placare cu cadmiu.
Se știe că unele proprietăți ale zincului și cadmiului sunt similare, totuși, acoperirea cu cadmiu are anumite avantaje față de acoperirea galvanizată: în primul rând, este mai rezistentă la coroziune și, în al doilea rând, este mai ușor să o faci uniformă și netedă. În plus, spre deosebire de zinc, cadmiul este stabil într-un mediu alcalin. Placa de cadmiu este folosită destul de larg, dar există o zonă în care utilizarea acoperirii cu cadmiu este strict interzisă - aceasta este industria alimentară. Acest lucru se datorează toxicității ridicate a cadmiului.
Până la un anumit punct, distribuția acoperirilor cu cadmiu a fost limitată dintr-un alt motiv - atunci când cadmiul este aplicat electrolitic pe o piesă din oțel, hidrogenul conținut în electrolit poate pătrunde în metal și, după cum se știe, acest element provoacă fragilizarea hidrogenului în oțeluri de înaltă rezistență, ducând la distrugerea neașteptată a metalului sub sarcină. Problema a fost rezolvată de oamenii de știință sovietici de la Institutul de Chimie Fizică al Academiei de Științe a URSS. S-a dovedit că o adăugare nesemnificativă de titan (un atom de titan la o mie de atomi de cadmiu) protejează o piesă de oțel placată cu cadmiu de apariția fragilizării hidrogenului, deoarece titanul absoarbe tot hidrogenul din oțel în timpul procesului de acoperire.
Aproximativ o zecime din producția mondială de cadmiu este cheltuită pentru producția de aliaje. Punctul de topire scăzut este unul dintre motivele pentru utilizarea pe scară largă a cadmiului în aliajele cu punct de topire scăzut. Astfel, de exemplu, este aliajul din lemn care conține 12,5% cadmiu. Astfel de aliaje sunt folosite ca lipituri, ca material pentru producerea de piese turnate subțiri și complexe, în sistemele automate de protecție împotriva incendiilor și pentru lipirea sticlei pe metal. Lipiturile care conțin cadmiu sunt destul de rezistente la fluctuațiile de temperatură.
O altă caracteristică distinctivă a aliajelor de cadmiu este proprietățile lor ridicate anti-frecare. Astfel, un aliaj care conține 99% cadmiu și 1% nichel este utilizat pentru fabricarea rulmenților care funcționează în motoare de automobile, avioane și marine. Deoarece cadmiul nu este suficient de rezistent la acizi, inclusiv la acizi organici conținuti în lubrifianți, aliajele de rulmenți pe bază de cadmiu sunt acoperite cu indiu. Aliarea cuprului cu mici adaosuri de cadmiu (mai puțin de 1%) face posibilă realizarea de fire mai rezistente la uzură pe liniile electrice de transport. Astfel de adaosuri nesemnificative de cadmiu pot crește semnificativ rezistența și duritatea cuprului, practic fără a-i deteriora proprietățile electrice. Amalgamul de cadmiu (o soluție de cadmiu în mercur) este folosit în tehnologia dentară pentru realizarea obturațiilor dentare.
În anii patruzeci ai secolului al XX-lea, cadmiul a căpătat un nou rol - din el au început să fie fabricate tije de control și de urgență ale reactoarelor nucleare. Motivul pentru care se află cadmiul cel mai scurt timp posibil a devenit un material strategic, a fost că absoarbe neutronii termici foarte bine. Dar primele reactoare de la începutul „epocii atomice” au funcționat exclusiv pe neutroni termici. Mai târziu s-a dovedit că reactoarele cu neutroni rapizi sunt mai promițătoare atât pentru energie, cât și pentru producerea de combustibil nuclear - 239Pu, iar cadmiul este neputincios împotriva neutronilor rapizi, nu îi întârzie. În vremurile reactoarelor cu neutroni termici, cadmiul și-a pierdut rolul dominant, făcând loc borului și compușilor săi (în realitate, cărbunele și grafitul).
Aproximativ 20% din cadmiu (sub formă de compuși) este folosit pentru producerea coloranților anorganici. Sulfura de cadmiu CdS este un colorant mineral important, numit anterior galben de cadmiu. Deja la începutul secolului al XX-lea, se știa că se poate obține galben de cadmiu în șase nuanțe, de la galben lămâie la portocaliu. Vopselele rezultate sunt rezistente la alcalii slabi și la acizi și sunt complet insensibile la hidrogen sulfurat.
Vopselele pe bază de CdS au fost folosite în multe domenii - pictură, imprimare, vopsire pe porțelan și au fost folosite pentru a acoperi vagoanele de pasageri, ferindu-le de fumul locomotivei. Coloranții care conțin sulfură de cadmiu au fost utilizați în producția de textile și săpun. Cu toate acestea, în prezent, sulfura de cadmiu destul de scumpă este adesea înlocuită cu coloranți mai ieftini - cadmopon (un amestec de sulfură de cadmiu și sulfat de bariu) și litopon de zinc-cadmiu (compoziție, precum cadmoponul, plus sulfură de zinc).
Un alt compus de cadmiu, seleniura de cadmiu CdSe, este folosit ca vopsea rosie. Cu toate acestea, compușii de cadmiu și-au găsit aplicația nu numai în producția de coloranți - sulfura de cadmiu, de exemplu, este folosită și pentru producerea de celule solare cu film, a căror eficiență este de aproximativ 10-16%. În plus, CdS este un material termoelectric destul de bun, care este utilizat ca componentă a materialelor semiconductoare și a fosforilor. Uneori, cadmiul este folosit în tehnologia criogenică, ceea ce se datorează conductivității sale termice maxime (față de alte metale) aproape de zero absolut (vid).
Productie
Principalii „furnizori” de cadmiu sunt produse secundare ale prelucrării minereurilor de zinc, cupru-zinc și plumb-zinc. În ceea ce privește mineralele proprii ale cadmiului, singurul de interes în obținerea cadmiului este greenockite CdS, așa-numita „cadmium blende”. Greenockite este extras împreună cu faerita în timpul dezvoltării minereurilor de zinc. În timpul procesului de rafinare, cadmiul se acumulează în produsele secundare ale procesului, din care este apoi recuperat.
Când se prelucrează minereurile polimetalice, așa cum sa discutat mai devreme, cadmiul este adesea un produs secundar al producției de zinc. Acestea sunt fie turte de cupru-cadmiu (precipitate metalice obtinute ca urmare a purificarii solutiilor de sulfat de zinc ZnSO4 prin actiunea prafului de zinc), care contin de la 2 la 12% Cd, fie poussiers (fractii volatile formate in timpul distilarii zincului). ), conţinând de la 0,7 la 1,1% cadmiu.
Concentratele obținute din purificarea de rectificare a zincului sunt cele mai bogate în al patruzeci și optsprezecelea element pot conține până la 40% cadmiu. Din turte de cupru-cadmiu și alte produse cu un conținut ridicat de cadmiu, este de obicei levigat cu acid sulfuric H2SO4 în timp ce se aerisește cu aer. Procesul se desfășoară în prezența unui agent oxidant - minereu de mangan sau nămol de mangan reciclat din băile de electroliză.
În plus, cadmiul este extras din praful de topire de plumb și cupru (care poate conține 0,5 până la 5% și, respectiv, 0,2 până la 0,5% cadmiu). În astfel de cazuri, praful este de obicei tratat cu acid sulfuric concentrat H2SO4, iar apoi sulfatul de cadmiu rezultat este levigat cu apă. Din soluția rezultată de sulfat de cadmiu se precipită un burete de cadmiu prin acțiunea prafului de zinc, după care este dizolvat în acid sulfuric și soluția este purificată de impurități prin acțiunea carbonatului de sodiu Na2CO3 sau a oxidului de zinc ZnO; posibilă utilizarea metodelor de schimb ionic.
Cadmiul metalic este izolat prin electroliză pe catozi de aluminiu sau prin reducere cu zinc (înlocuirea oxidului de cadmiu CdO din soluțiile de CdSO4 cu zinc) folosind reactoare separatoare centrifugale. Rafinarea cadmiului metalic implică de obicei topirea metalului sub un strat de alcali (pentru a îndepărta zincul și plumbul), iar Na2CO3 poate fi utilizat; prelucrarea topiturii cu aluminiu (pentru a îndepărta nichelul) și clorură de amoniu NH4Cl (pentru îndepărtarea taliului).
Cadmiul de puritate mai mare se obține prin rafinare electrolitică cu purificarea intermediară a electrolitului, care se realizează prin schimb de ioni sau extracție; rectificarea metalelor (de obicei sub presiune redusă), topirea zonelor sau alte metode de cristalizare. Prin combinarea metodelor de purificare de mai sus se poate obține cadmiu metalic cu un conținut de impurități principale (zinc, cupru și altele) de numai 10-5% în greutate. În plus, metodele de electrotransfer în cadmiu lichid, electrorafinarea într-o topitură de hidroxid de sodiu NaOH și electroliza amalgamului pot fi utilizate pentru a purifica cadmiul. Când topirea zonei este combinată cu transferul electric, împreună cu purificarea, poate avea loc și separarea izotopilor de cadmiu.
Producția globală de cadmiu este în mare măsură legată de amploarea producției de zinc și a crescut semnificativ în ultimele decenii - conform datelor din 2006, în lume au fost produse aproximativ 21 de mii de tone de cadmiu, în timp ce în 1980 această cifră era de doar 15 mii de tone. Creșterea consumului de cadmiu continuă și astăzi. Principalii producători ai acestui metal sunt considerați a fi țări asiatice: China, Japonia, Coreea, Kazahstan. Acestea reprezintă 12 mii de tone din producția totală.
Rusia, Canada și Mexic pot fi considerate, de asemenea, mari producători de cadmiu. Deplasarea producției de masă de cadmiu către Asia se datorează faptului că în Europa s-a înregistrat o reducere a utilizării cadmiului, iar în regiunea asiatică, dimpotrivă, cererea de elemente de nichel-cadmiu este în creștere, ceea ce obligă mulți pentru a transfera producția în țările asiatice.
Proprietăți fizice
Cadmiul este un metal alb-argintiu care strălucește în albastru când este proaspăt tăiat, dar se estompează când este expus la aer datorită formării unei pelicule de oxid de protecție. Cadmiul este un metal destul de moale - este mai dur decât staniul, dar mai moale decât zincul și este foarte posibil să îl tăiați cu un cuțit. În combinație cu moliciunea sa, cadmiul are calități atât de importante pentru industrie precum maleabilitatea și ductilitatea - este perfect rulat în foi și tras în sârmă și poate fi lustruit fără probleme.
Când este încălzit peste 80 o C, cadmiul își pierde elasticitatea, atât de mult încât poate fi ușor zdrobit în pulbere. Duritatea Mohs a cadmiului este de două, iar duritatea Brinell (pentru o probă recoaptă) este de 200-275 MPa. Rezistenta la tractiune 64 MN/m2 sau 6,4 kgf/mm2, alungire relativa 50% (la temperatura de 20 o C), limita de curgere 9,8 MPa.
Cadmiul are o rețea cristalină compactă hexagonală, cu perioade: a = 0,296 nm, c = 0,563 nm, raport c/a = 1,882, z = 2, energie rețea cristalină 116 µJ/kmol. Grupa spațială C6/mmm, rază atomică 0,156 nm, rază ionică Cd2+ 0,099 nm, volum atomic 13,01∙10-6 m3/mol.
O tijă din cadmiu pur, atunci când este îndoită, emite un sunet de trosnet slab ca staniul („țipăt de staniu”) - acestea sunt microcristale ale metalului care se freacă unele de altele, dar orice impurități din metal distrug acest efect. În general, din punct de vedere al proprietăților sale fizice, chimice și farmacologice, cadmiul aparține grupului de metale grele, fiind cel mai asemănător zincului și mercurului.
Punctul de topire al cadmiului (321,1 °C) este destul de scăzut și poate fi comparabil cu punctele de topire ale plumbului (327,4 °C) sau taliului (303,6 °C). Se deosebește însă de temperaturile de topire ale metalelor cu proprietăți similare – mai mici decât cele ale zincului (419,5 o C), dar mai mari decât ale staniului (231,9 o C). Punctul de fierbere al cadmiului este, de asemenea, scăzut - doar 770 o C, ceea ce este destul de interesant - pentru plumb, ca majoritatea celorlalte metale, diferența dintre punctele de topire și de fierbere este mare.
Deci punctul de fierbere al plumbului (1.745 o C) este de 5 ori mai mare decât punctul de topire, iar staniul, al cărui punct de fierbere este de 2.620 o C, este de 11 ori mai mare decât punctul de topire! În același timp, zincul, asemănător cadmiului, are un punct de fierbere de numai 960 o C la un punct de topire de 419,5 o C. Coeficientul de dilatare termică pentru cadmiu este de 29,8 * 10-6 (la o temperatură de 25 o C. ). Sub 0,519 K, cadmiul devine supraconductor. Conductivitatea termică a cadmiului la 0 o C este de 97,55 W/(m * K) sau 0,233 cal/(cm * sec * o C).
Căldura specifică a cadmiului (la o temperatură de 25 o C) este egală cu 225,02 J/(kg * K) sau 0,055 cal/(g * o C). Coeficientul de temperatură al rezistivității electrice a cadmiului în intervalul de temperatură de la 0 o C la 100 o C este egal cu 4,3 * 10-3, rezistivitatea electrică a cadmiului (la o temperatură de 20 o C) este de 7,4 * 10-8 ohm * m (7,4 * 10-6 ohmi * cm). Cadmiul este diamagnetic, susceptibilitatea sa magnetică este de -0,176,10-9 (la o temperatură de 20 o C). Potențialul standard al electrodului este de -0,403 V. Electronegativitatea cadmiului este de 1,7. Secțiune transversală efectivă de captare termică a neutronilor 2450-2900-10 ~ 28 m2. Funcția de lucru a electronilor = 4,1 eV.
Densitatea (la temperatura camerei) a cadmiului este de 8,65 g/cm3, ceea ce face posibilă clasificarea cadmiului ca metal greu. Conform clasificării lui N. Reimers, metalele cu o densitate mai mare de 8 g/cm3 ar trebui considerate grele. Astfel, metalele grele includ Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Și deși cadmiul este mai ușor decât plumbul (densitate 11,34 g/cm3) sau mercur (13,546 g/cm3), este mai greu decât staniul (7,31 g/cm3).
Proprietăți chimice
În compușii chimici, cadmiul prezintă întotdeauna valența 2 (configurarea stratului electronic exterior 5s2) - adevărul este că în atomii elementelor subgrupului secundar al celui de-al doilea grup (zinc, cadmiu, mercur), ca și în atomii de elementele subgrupului de cupru, subnivelul d al celui de-al doilea strat exterior de electroni este complet umplut. Cu toate acestea, pentru elementele subgrupului de zinc, acest subnivel este deja destul de stabil și îndepărtarea electronilor din acesta necesită o cheltuială foarte mare de energie. Altul trăsătură caracteristică elemente din subgrupa zincului, ceea ce le apropie de elementele subgrupului de cupru este tendința lor de a forma complexe.
După cum sa menționat deja, cadmiul se află în aceeași grupă a tabelului periodic cu zinc și mercur, ocupând un loc intermediar între ele, din acest motiv seria proprietăți chimice toate aceste elemente sunt similare. De exemplu, oxizii și sulfurile acestor metale sunt practic insolubile în apă.
În aer uscat, cadmiul este stabil, dar în aer umed, pe suprafața metalului se formează încet o peliculă subțire de oxid de CdO, protejând metalul de oxidarea ulterioară. Când este încălzit puternic, cadmiul arde, transformându-se și în oxid de cadmiu - o pulbere cristalină de la maro deschis la maro închis (diferența este schema de culori parțial datorită dimensiunii particulelor, dar în mare parte rezultat al defectelor rețelei), densitatea CdO 8,15 g/cm3; peste 900 o C, oxidul de cadmiu este volatil, iar la 1.570 o C sublimeaza complet. Vaporii de cadmiu reacţionează cu vaporii de apă pentru a elibera hidrogen.
Acizii reacţionează cu cadmiul pentru a forma săruri ale acestui metal. Acidul azotic HNO3 dizolvă ușor cadmiul, eliberând oxid de azot și formând nitrat, care dă hidratului Cd(NO3)2 * 4H2O. Dintre alți acizi - clorhidric și sulfuric diluat - cadmiul înlocuiește lent hidrogenul, acest lucru se explică prin faptul că, în seria de tensiune, cadmiul este mai departe decât zincul, dar înaintea hidrogenului. Spre deosebire de zinc, cadmiul nu interacționează cu soluțiile alcaline. Cadmiul reduce azotatul de amoniu NH4NO3 în soluții concentrate la nitrat de amoniu NH4NO2.
Deasupra punctului de topire, cadmiul se combină direct cu halogenii, formând compuși incolori - halogenuri de cadmiu. CdCl2, CdBr2 si CdI2 sunt foarte usor solubile in apa (53,2% in greutate la 20 o C) fluorura de cadmiu CdF2 este mult mai greu de dizolvat (4,06% in greutate la 20 o C), care este complet insolubila in etanol. Poate fi obtinut prin actiunea fluorului asupra unui metal sau a acidului fluorhidric asupra carbonatului de cadmiu. Clorura de cadmiu se obține prin reacția cadmiului cu acid clorhidric concentrat sau prin clorurarea metalului la 500 o C.
Bromura de cadmiu este produsă prin bromurarea metalului sau prin acțiunea bromurii de hidrogen asupra carbonatului de cadmiu. Când este încălzit, cadmiul reacționează cu sulful pentru a forma sulfură de CdS (de la galben lămâie la roșu portocaliu), insolubilă în apă și acizi diluați. Când cadmiul este fuzionat cu fosfor și arsen, se formează fosfuri și arseniuri ale compozițiilor Cd3P2 și, respectiv, CdAs2 și cu antimoniu - antimoniură de cadmiu. Cadmiul nu reacționează cu hidrogenul, azotul, carbonul, siliciul și borul. Hidrura de CdH2 și nitrura de Cd3N2, care se descompun ușor la încălzire, au fost obținute indirect.
Soluțiile de săruri de cadmiu au o reacție acidă datorită hidrolizei alcalinele caustice precipită din ele hidroxidul alb Cd(OH)2. Când este expus la soluții alcaline foarte concentrate, se transformă în hidroxocadmate, cum ar fi Na2. Hidroxidul de cadmiu reacţionează cu amoniacul formând complecşi solubili:
Cd(OH)2 + 6NH3 * H2O → (OH)2 + 6H2O
În plus, Cd(OH)2 intră în soluție sub influența cianurilor elementelor alcaline. Peste 170 o C se descompune în CdO. Interacțiunea hidroxidului de cadmiu cu peroxidul de hidrogen (peroxidul) într-o soluție apoasă duce la formarea de peroxizi (peroxizi) de diferite compoziții.
Utilizarea materialelor de pe site-ul web http://i-think.ru/
ADR 6.1
Substante toxice (otrava)
Risc de otrăvire prin inhalare, contact cu pielea sau ingerare. Periculoase pentru mediul acvatic sau sistemul de canalizare (asemănător cu mărfurile periculoase ADR pentru transportul mercurului, mai puțin periculoase)
Folosiți o mască atunci când părăsiți vehiculul în caz de urgență
Diamant alb, număr ADR, craniu negru și oase încrucișate
ADR Pește
Substanțe periculoase pentru mediu (ecologie, inclusiv materiale în topire, solubile, pulverulente și curgătoare)
Periculoase pentru mediul acvatic sau sistemul de canalizare (asemănător cu mărfurile periculoase ADR pentru transportul mercurului, mai puțin periculoase)