ВВЕДЕНИЕ
К числу кадмийсодержащих материалов, получаемых в качестве побочных продуктов при переработке цинка, свинца и меди, относится пыль, образующаяся в печах для обжига, в сушильных печах и в установках для спекания. Сюда же относятся цинковая пыль, получаемая при дистилляции цинка, кадмиевая фракция получая конечный продукт — кадмий высокой чистоты. Кадмий высокой чистоты для специальных целей может быть получен при использовании методов вакуумной дистилляции, зонной рекристаллизации, ионного обмена и других.
Глава 1. КАДМИЙ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА
КА́ДМИЙ (лат. Cadmium), Cd (читается «кадмий»), химический элемент с атомным номером 48, атомная масса 112,41.
Природный кадмий состоит из восьми стабильных изотопов: 106Cd (1,22% ), 108Cd (0,88%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,07%), 113Cd (12,26%), 114Cd (28,85%) и 116Cd (12,75%). Расположен в 5 периоде в группе IIВ периодической системы элементов. Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s2p6d105s2. Степень окисления +2 (валентность II).
Радиус атома 0,154 нм, радиус иона Cd 2+0,099 нм. Энергии последовательной ионизации — 8,99, 16,90, 37,48 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,69.
История открытия. Открыт немецким профессором Ф. Штромейером в 1817. Провизоры Магдебурга при изучении оксида цинка ZnO заподозрили в нем примесь мышьяка. Ф. Штромейер выделил из ZnO коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом и получил серебристо-белый металл, который получил название кадмий (от греческого kadmeia — цинковая руда).
Нахождение в природе. Содержание в земной коре 1,35·10–5 % по массе, в воде морей и океанов 0,00011 мг/л. Известно несколько очень редких минералов, например, гринокит GdS, отавит CdCO3, монтепонит CdO. Кадмий накапливается в полиметаллических рудах: сфалерите (0,01-5%), галените (0,02%), халькопирите (0,12%), пирите (0,02%), блеклых рудах и станнине (до 0,2%).
Получение. Основные источники кадмия — промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают СdSO4 в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковую пыль:
CdSO4 + Zn = ZnSO4 + Cd
Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца. Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточной очисткой электролита или методом зонной плавки.
Физические и химические свойства
Кадмий — серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решеткой (а = 0,2979, с = 0,5618 нм). Температура плавления 321,1 °C, кипения 766,5 °C, плотность 8,65 кг/дм3. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск — это трутся друг о друга микрокристаллики металла. Стандартный электродный потенциал кадмия —0,403 В, в ряду стандартных потенциалов он расположен до водорода.
В сухой атмосфере кадмий устойчив, во влажной постепенно покрывается пленкой оксида CdO. Выше температуры плавления кадмий горит на воздухе с образованием оксида CdO бурого цвета:
2Сd + O2 = 2CdO
Пары кадмия реагируют с парами воды с образованием водорода:
Cd + H2O = CdO + H2
По сравнению со своим соседом по группе IIB — Zn кадмий медленнее реагирует с кислотами:
Сd + 2HCl = CdCl2 + H2
Легче всего реакция протекает с азотной кислотой:
3Cd + 8HNO3 = 3Cd(NO3)2 + 2NO– + 4H2O
Со щелочами кадмий не реагирует.
В реакциях может выступать в качестве мягкого восстановителя, например в концентрированных растворах он способен восстанавливать нитрат аммония до нитрита NH4NO2:
NH4NO3 + Cd = NH4NO2 + CdO
Кадмий окисляется растворами солей Cu (II) или Fe (III):
Cd + CuCl2 = Cu + CdCl2;
2FeCl3 + Cd = 2FeCl2 + CdCl2
Выше температуры плавления кадмий реагирует с галогенами с образованием галогенидов:
Cd + Cl2 = CdCl2
С серой и другими халькогенами образует халькогениды:
Cd + S = CdS
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором кадмий не реагирует. ............
