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镉的性质、用途及提取镉的原料 2009-6-17 15:01:08    浏览: 次   我要评论
[导读]镉是元素周期表第五周期第ⅡB族元素,为重有色金属。元素符号Cd,原子序数48,相对原子质量112.41,银白带蓝色光泽的金属。1817年德国人司脱马耶从碳酸锌中发现一种新元素,与此同时海尔曼和罗洛夫也自氧化锌中发现了这种新元素。

    镉是元素周期表第五周期第ⅡB族元素,为重有色金属。元素符号Cd,原子序数48,相对原子质量112.41,银白带蓝色光泽的金属。1817年德国人司脱马耶从碳酸锌中发现一种新元素,与此同时海尔曼和罗洛夫也自氧化锌中发现了这种新元素。根据拉丁文“Cadima”(菱锌矿)命名为Cadmium。

    最早报道生产镉的国家是德国,1852年约生产100kg镉,1918年产量已超过100t。以后,美国成为镉的主要生产国,1930年产量多于1000t,1940年接近3000t,占当时世界镉产量的70%。1977年世界镉产量达最高值1.9793万t,1989年市场经济国家精镉产量为1.617万t,消费量超过生产量约2300t。

    镉是一种具有延性的金属。晶体结构为六角晶系,硬度比锌软,其主要物理性质列于表1。镉有8种天然的稳定因素,还有11种不稳定的人工放射性同位素。

表1  镉的重要物理性质

性质

数值

性质

数值

熔点T/K

593.9

热导率λ/(W·m-1·K-1

96.8(300K)

沸点T/K

1038

电阻率ρ/(Ω·m)

6.86×10-8(273K)

熔华热Q/(kJ·mol-1

6.11

磁化率x/(m3·kg-1

-2.21×10-9(S)

气化热Q/(kJ·mol-1

100.0

摩尔体积Vm/cm3

13.00

密度ρ/(kg·m-3

8650(293K)

线胀系数α/k-1

29.8×10-6

7996(熔点液体)

电子亲和势(Me-Me)A/(kJ·mol-1

-26

 

    镉的化学性质与锌类似,在常温下不与干燥空气作用,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,而溶于大多数酸中,如硫酸、盐酸和硝酸,并生成相应的镉盐,但溶解速度比锌慢。镉极易溶于浓硝酸铵溶液,可利用这种溶液从铜和铁的镀镉件上将镉剥下。氧化镉和氢氧化镉与相应的锌化合物不同,不溶于过量的氢氧化钠,在酸性硫酸盐溶液中镉离子可被金属锌置换。镉在所有稳定化合物中都呈二价状态,其离子无色。镉可形成配位离子如Cd(NH342、Cd(CN)42-、和CdI42

    镉是一种有毒物质,被镉污染的空气比被污染的食物对人体的危害更为严重。它进入人体后主要损害人的肾脏,也会引起泡性肺气肿。要严格控制含镉废气、废水的排放。空气中含镉尘的极限值为200μg/m3,氧化镉烟雾的极限值为100μg/m3。含镉大于0.5×10-4%的废水不许排放。

    1919年镉开始用作铁和钢防锈的电镀层。到1941年此项应用已成为它的主要用途。但由于成本高和产生的毒性废物需经特殊处理,镉在电镀中的用量在逐渐下降,镉的各种用途和市场消费量见表2。镉的主要用途是生产镍镉电池,日本用于镍镉电池的消费量约占镉消费量的80%。

表2  镉的主要用途和消费量

用途

消费量

1977~1980

1989~1990

质量分数w/%

m/t

质量分数w/%

m/t

电池

23

3450

55

10175

颜料

27

4050

20

3700

电镀

34

5100

10

1850

稳定剂

12

1800

10

1850

其他

4

600

5

925

共计

15000

18500

 

    镉是一种较稀有的元素,它的地壳丰度在汞和银之间,为1.6×10-6%,海水含镉1×10-8%,估计世界镉储量约54万t。镉在自然界中以硫化镉矿物存在,没有单独矿床,常与铅矿共生,在选矿过程中大部分被选入锌精矿。有些锌精矿含镉达1%~2%,一般在0.06%~0.5%之间。绝大多数的金属镉来自锌冶炼过程的中间产品。在湿法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、铅冶炼厂产出的富镉尘等都是提镉的主要原料。镍镉和铁镉蓄电池的极板等工业废料常作为提镉的二次原料。

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