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カドミウム (Cd) 鉱石

カドミウムは、記号「Cd」、原子番号 48 の化学元素です。周期表の遷移金属グループに属する、青みがかった白色の柔らかい金属です。 カドミウムは、1817 年にドイツの化学者フリードリッヒ ストロマイヤーによって発見され、その後、その毒性が知られているにもかかわらず、さまざまな産業用途が発見されました。

純粋な形では、カドミウムは地殻中に比較的まれであり、低濃度で存在します。 ただし、亜鉛には微量成分として含まれることが多く、 つながる, 鉱石から精製プロセス中に副産物として抽出されます。 カドミウムは、他の金属と合金を形成する能力と耐腐食性により、歴史的にさまざまな産業で使用されてきました。

カドミウムの重要な歴史的用途の XNUMX つは顔料、特に塗料やセラミックで明るい黄色、オレンジ、赤色を作成するために使用されていました。 しかし、その高い毒性と潜在的な健康リスクのため、この点での使用は最近では大幅に減少しています。

現代の産業では、カドミウムは主にニッケルカドミウム (NiCd) 電池の製造に使用されています。 これらのバッテリーは、エネルギー密度が高く寿命が長いため、ポータブル電子機器やその他の用途で広く使用されていました。 しかし、環境への懸念とカドミウムの危険な性質に対応して、リチウムイオン電池などの他の電池技術がより普及してきました。

電池以外にも、カドミウムは電気メッキにも応用されており、さまざまな金属に保護コーティングを施すために使用されます。 また、太陽エネルギー変換用の一部の種類の半導体や太陽電池でも使用されます。

カドミウムの最も重要な側面の XNUMX つはその毒性です。 カドミウムとその化合物は、人間や他の多くの生物に対して非常に有毒です。 カドミウムへの長期曝露は、特に腎臓と骨に影響を及ぼす重篤な健康上の問題を引き起こす可能性があります。 カドミウム煙の吸入、またはカドミウムに汚染された食品や水の摂取は、人間の一般的な暴露経路です。

その危険な性質のため、多くの国では人間の健康と環境を保護するために、カドミウムおよびカドミウム含有製品の使用と廃棄に関して厳しい規制を実施しています。

結論として、カドミウムは、有益な工業的特性と重大な健康および環境リスクの両方を備えたユニークな元素です。 その特性、発生源、潜在的な影響を理解することは、人間の健康を守り、環境を保護するために責任ある使用と取り扱いを保証するために不可欠です。

カドミウムの化学的性質

カドミウム (Cd) は、いくつかの異なる化学的特性を持つ遷移金属です。 化学的な観点から見たカドミウムの主な特徴は次のとおりです。

  1. 原子番号と質量: カドミウムの原子番号は 48、原子質量は約 112.41 g/mol です。
  2. 電子配置: カドミウムの電子配置は [Kr] 4d^10 5s^2 で、最外殻に XNUMX つの電子を持っています。
  3. 価電子: カドミウムは、5s 軌道にある最外殻に XNUMX つの価電子を持っています。
  4. 酸化状態: カドミウムの最も一般的な酸化状態は +2 で、2 つの価電子を失って Cd^1+ イオンを形成します。 カドミウムは、+3 や +XNUMX などの他の酸化状態でも存在しますが、あまり一般的ではありません。
  5. 反応性: カドミウムは比較的反応性の高い金属ですが、アルカリ金属や他の遷移金属ほど反応性はありません。 他の元素と容易に化合物を形成します。
  6. 耐食性: カドミウムの注目すべき特性の XNUMX つは、その優れた耐腐食性です。 この特性により、さまざまな産業用途、特に金属を腐食から保護するメッキに価値があります。
  7. 複合体の形成: カドミウムは XNUMX つの価電子を供与する能力があるため、さまざまな配位子と安定した錯体を形成できます。 これらの錯体は、分析化学および工業プロセスに応用されています。
  8. 酸素との反応: カドミウムは空気中の酸素と容易に反応し、表面に薄い酸化層を形成します。 この酸化物層は、さらなる腐食に対するある程度の保護を提供します。
  9. : 一部のカドミウム化合物、特に塩は水に可溶です。 溶解度は特定の化合物と条件によって異なります。
  10. 毒性: カドミウムとその化合物は人間や他の生物に対して非常に有毒です。 この毒性は主に、さまざまな生物学的プロセスを妨害する能力と、時間の経過とともに体内に蓄積する傾向に起因します。

カドミウムの毒性のため、人間の健康と環境を保護するために、カドミウムの使用と暴露は厳しく規制されています。 カドミウムまたはカドミウム含有物質を取り扱う産業は、この有害な金属への曝露のリスクを最小限に抑えるために、厳格な安全ガイドラインに従う必要があります。

カドミウムの発生と発生源

グリーノカイト

カドミウムは地殻内では比較的まれであり、低濃度で存在します。 自然金属としては見出されませんが、さまざまな金属の微量成分として一般的に見られます。 ミネラル そして鉱石。 カドミウムの主な発生源と発生源は次のとおりです。

  1. 亜鉛、鉛、銅の鉱石: カドミウムの主な供給源は、亜鉛、鉛、銅の鉱石の抽出および精製中の副生成物です。 カドミウムはこれらの鉱石中に不純物として存在することがよくあります。 これらの金属が抽出されると、その過程でカドミウムも抽出および分離されます。
  2. スファレライト (閃亜鉛鉱): カドミウムの最も重要な鉱物源は、硫化亜鉛鉱物 (ZnS) である閃亜鉛鉱です。 閃亜鉛鉱には不純物としてさまざまな量のカドミウムが含まれている可能性があり、閃亜鉛鉱から亜鉛を抽出するとカドミウムも得られます。
  3. グリーノカイト: グリーンノックトはカドミウムの直接供給源である希少な鉱物です。 これは硫化カドミウム鉱物 (CdS) であり、特定の熱水で二次鉱物として形成されます。 鉱床.
  4. カドミウム含有鉱物: カドミウムは、ウルツ鉱 (別の硫化亜鉛) を含む他の鉱物や、特定のリン酸塩鉱物や鉄-ニッケル-コバルト鉱石にも微量に含まれています。
  5. リン酸肥料: 場合によっては、リン酸肥料にカドミウムが含まれることがあります。 肥料にカドミウムが含まれると土壌に蓄積し、作物や食品に影響を与える可能性があります。
  6. 産業排出物: カドミウムは、採掘、製錬、化石燃料の燃焼などの産業プロセスを通じて環境中に放出されます。 これらの活動により、カドミウムを含む粉塵や煙が放出され、環境汚染の可能性があります。
  7. 廃棄物と埋め立て地: バッテリーや電子廃棄物などのカドミウム含有製品の不適切な廃棄は、土壌や水域のカドミウム汚染を引き起こす可能性があります。
  8. ナチュラル 風化: カドミウムは、風化などの自然過程を通じて環境中に放出されることもあります。 そしてカドミウムを含むミネラル。

カドミウムは環境中に放出されると長期間残留し、空気や水を通じて輸送される可能性があります。 土壌、水域、食物連鎖を汚染し、人間の健康と生態系に重大なリスクをもたらす可能性があります。 カドミウムは有毒な性質を持っているため、人間の健康と環境の両方への悪影響を防ぐためには、カドミウム供給源の管理と制御、およびその安全な処分が極めて重要です。

カドミウム鉱物

カドミウムは、一次鉱物自体として発生するのではなく、さまざまな鉱物中の不純物として一般に見られます。 最も重要なカドミウム鉱物は、通常、亜鉛、鉛、銅の鉱石に関連付けられています。 主なカドミウム鉱物の一部を以下に示します。

  1. スファレライト (閃亜鉛鉱) – 化学式: (Zn,Fe)S 閃亜鉛鉱はカドミウムの最も重要な鉱物源です。 これは硫化亜鉛鉱物であり、通常、不純物として少量のカドミウムが含まれています。 精製プロセス中に閃亜鉛鉱から亜鉛が抽出されると、副生成物としてカドミウムも得られます。
  2. グリーノカイト – 化学式: CdS グリーンノックイトは希少な鉱物であり、カドミウムの唯一の直接的な鉱物源です。 これは硫化カドミウム鉱物であり、特定の熱水鉱石の二次鉱物として形成されます。 預金。 グリーンックカイトは、その鮮やかな黄色のため、カドミウムのマイナーな鉱石として、またコレクターの鉱物として使用されることがあります。
  3. ウルツァイト – 化学式: (Zn,Fe)S ウルツ鉱は、閃亜鉛鉱と同様に、不純物としてカドミウムを含む可能性がある別の硫化亜鉛鉱物です。 閃亜鉛鉱ほど一般的ではありませんが、それでも亜鉛抽出中にカドミウムの供給源となる可能性があります。
  4. ホーレイト – 化学式: CdS ホーレイアイトは、低温熱水環境で二次鉱物として形成される希少な硫化カドミウム鉱物です。 通常、他のカドミウム鉱物や亜鉛鉱石と一緒に発見されます。
  5. カドマイト – 化学式: CdCO3 カドマイトは炭酸カドミウム鉱物ですが、比較的まれです。 これは、カドミウムに富むいくつかの鉱床の酸化ゾーンで二次鉱物として発見されます。
  6. モンテポナイト – 化学式: CdO モンテポナイトは希少な酸化カドミウム鉱物であり、その産生は他のカドミウム鉱物や亜鉛鉱石と密接に関連しています。

カドミウム鉱物は通常、カドミウム含有量を目的として採掘されるわけではないことに注意することが重要です。 代わりに、カドミウムは主に、亜鉛、鉛、銅鉱石の抽出および精製中に副生成物として得られます。 これらの鉱物中のカドミウムの濃度はさまざまであり、カドミウムを含む特定の鉱物は鉱床の地質条件によって異なります。

カドミウム鉱石の採掘と抽出

カドミウム鉱石の採掘と抽出には、貴重な副産物としてカドミウムを得るためにいくつかのステップとプロセスが含まれます。 カドミウムの主な供給源は、亜鉛、鉛、銅の鉱石中の不純物としてです。 カドミウムの典型的な採掘および抽出プロセスの概要は次のとおりです。

  1. 探索とサイトの選択: 最初のステップは、カドミウムを含む可能性のある鉱床を特定することです。 地質学者や鉱山会社は、地球物理学的調査、掘削、地質図作成などのさまざまな探査技術を使用して、鉱床内のカドミウム含有鉱物の存在と範囲を評価します。
  2. 鉱山開発: 適切な鉱床が特定されると、その場所は鉱山開発段階に入ります。 これには、アクセス道路の建設、地下トンネルまたは露天掘り鉱山の開発、採掘作業のためのインフラストラクチャの確立が含まれます。
  3. 鉱石の採掘: カドミウム鉱石は通常、亜鉛、鉛、または銅の鉱石と一緒に抽出されます。 特定の鉱床に応じて、深い鉱床の地下採掘や浅い鉱体の露天掘りなど、さまざまな採掘方法が使用される場合があります。
  4. 鉱石の粉砕と粉砕: 抽出された鉱石は、その後の処理のために表面積を増やすために粉砕され、微粉末に粉砕されます。 このステップにより、カドミウムなどの貴重なミネラルを効率的に放出できます。
  5. 浮選: 砕かれて粉砕された鉱石は、浮遊選鉱と呼ばれるプロセスを受けます。 このプロセスでは、化学薬品と試薬が鉱石スラリーに添加され、貴重な鉱物 (硫化亜鉛、鉛、硫化銅など) が他の非価値のある鉱物から選択的に分離される条件が作成されます。
  6. 集中: 浮遊選鉱プロセスにより、カドミウムを含むさまざまな金属を含む濃縮物が得られます。 濃縮物はさらに処理されてカドミウム含有量が増加し、不純物が除去されます。
  7. 焙煎: 濃縮物は、空気または酸素の存在下で加熱される高温プロセスである焙煎を受ける場合があります。 焙煎すると、硫化カドミウム鉱物(グリーンノックトなど)が酸化カドミウム(CdO)に変換されます。
  8. 還元と精錬: 焙煎した濃縮物を炭素と混合し、炉で加熱して酸化カドミウムを金属カドミウムに還元します。 カドミウムは蒸発し、その後凝縮してカドミウム金属を形成します。
  9. 精錬: 得られたカドミウム金属は、残留不純物を除去して純度を確保するためにさらに精製することができます。
  10. 副産物の回収: カドミウム鉱石の採掘の主な目的は、亜鉛、鉛、銅などの他の貴重な金属を入手することです。 カドミウムはこのプロセスの貴重な副産物と考えられており、その抽出は産業用途に適しているため経済的に実行可能です。
  11. 環境への配慮: 採掘および抽出プロセス全体を通じて、粉塵や水質汚染などの環境への影響を軽減するための対策が講じられています。 責任ある採掘活動には、長期的な環境への影響を最小限に抑えるための採掘場の埋め立てと修復が含まれます。

カドミウムの有毒な性質と人間の健康と環境への潜在的な影響のため、労働者と周囲の生態系を保護するために、採掘と抽出の全プロセスを通じて適切な安全プロトコルと規制に従う必要があります。

カドミウム鉱石の加工・精製

カドミウム鉱石の処理と精製には、カドミウムを純粋な形で抽出するためのいくつかの手順が含まれます。 前述したように、カドミウムは通常、亜鉛、鉛、または銅鉱石の抽出中に副生成物として得られます。 カドミウムの一般的な処理および精製プロセスの概要は次のとおりです。

  1. 鉱石の準備: カドミウム鉱石は、最初に破砕され、微粉末に粉砕され、その後の処理のために表面積が増加します。 このステップにより、カドミウムなどの貴重なミネラルを効率的に放出できます。
  2. 浮選: 砕かれて粉砕された鉱石は、浮遊選鉱と呼ばれるプロセスを受けます。 このプロセスでは、化学薬品と試薬が鉱石スラリーに添加され、貴重な鉱物 (硫化亜鉛、鉛、硫化銅など) が他の非価値のある鉱物から選択的に分離される条件が作成されます。
  3. 集中: 浮遊選鉱プロセスにより、カドミウムを含むさまざまな金属を含む濃縮物が得られます。 濃縮物はさらに処理されてカドミウム含有量が増加し、不純物が除去されます。
  4. 焙煎: 濃縮物は、空気または酸素の存在下で加熱される高温プロセスである焙煎を受ける場合があります。 焙煎すると、硫化カドミウム鉱物(グリーンノックトなど)が酸化カドミウム(CdO)に変換されます。
  5. 削減: 酸化カドミウムを含む焙煎濃縮物を炭素 (通常はコークスの形) と混合し、炉で加熱します。 炭素は還元剤として作用し、酸化カドミウムと反応して金属カドミウム蒸気を生成します。
  6. 凝縮と収集: 還元プロセス中に生成されたカドミウム蒸気は冷却され、固体の形に凝縮されます。 この凝縮されたカドミウムは収集され、さらに処理されます。
  7. 精錬: 得られたカドミウム金属は、残留不純物を除去して純度を確保するためにさらに精製することができます。 次のようないくつかの精製手法を使用できます。
    • 電解精製: カドミウム金属をさらに精製するために電気分解が使用されます。 カドミウムは適切な電解質に溶解され、溶液に電流が流れると、カドミウム イオンが陰極に移動し、純粋なカドミウムが堆積します。
    • ゾーンリファイン: ゾーン精製はカドミウムを精製するために使用されるもう XNUMX つの方法です。 この技術では、加熱ゾーンがカドミウム中を移動し、不純物がサンプルの端に向かって移動し、そこで不純物が除去され、精製されたカドミウムサンプルが残ります。
  8. 最終製品: カドミウム鉱石の処理と精製の最終結果は、さまざまな産業用途ですぐに使用できる高純度のカドミウム金属です。

加工と精製のプロセス全体を通じて、作業者の安全を確保し、環境を保護し、カドミウムとその化合物に関連する潜在的な危険を管理するために、厳格な安全プロトコルと環境規制に従う必要があります。

カドミウム鉱石の埋蔵量と生産量n

カドミウムは通常、一次金属として採掘されることはなく、亜鉛、鉛、銅の鉱石の抽出および加工中に副生成物として得られます。 その結果、カドミウム鉱石の埋蔵量は、これらの卑金属の埋蔵量と関連付けられることがよくあります。

カドミウム鉱石の埋蔵量と生産量は、亜鉛、鉛、銅の需要、技術の進歩、鉱山経済、環境規制などのさまざまな要因の影響を受けます。 カドミウムの入手可能性は、これらの要因と世界市場の状況に基づいて年ごとに変動する可能性があります。

中国、オーストラリア、カナダ、ペルー、米国は歴史的に亜鉛、鉛、銅鉱石の重要な生産国であり、世界のカドミウム生産にも貢献しています。 さらに、他の一部の国では、金属採掘活動の副産物としてカドミウムの生産量が少ない可能性があります。

カドミウムの生産にはその毒性のため厳しい規制があり、安全な取り扱い、廃棄、環境保護を確保するための措置が講じられていることに注意することが重要です。

カドミウムの産業利用

カドミウムは、その毒性にもかかわらず、その独特の特性によりさまざまな産業用途が見出されています。 ただし、カドミウムに関連する健康と環境への懸念により、これらの用途の多くは時間の経過とともに減少するか、代替品に移行していることに注意することが重要です。 カドミウムの歴史的および現在の産業用途の一部を以下に示します。

  1. バッテリー: 歴史的に、カドミウムは充電式ニッケルカドミウム (NiCd) 電池に広く使用されてきました。 NiCd バッテリーは、エネルギー密度が高く、再充電できるため、カメラ、携帯電話、ラップトップなどのポータブル電子機器で一般的に使用されていました。 しかし、近年、環境への懸念からニッカド電池の使用は減少し、リチウムイオン電池などの他の電池技術に大部分が置き換えられています。
  2. 電気めっき:カドミウムは耐食性に優れているため、電気めっき用途に適しています。 腐食を防止し、表面の外観を改善するために、鋼などのさまざまな金属の保護コーティングとして使用されます。 しかし、環境と健康への懸念から、カドミウム電気めっきは現在ではあまり一般的ではありません。
  3. 顔料・色素: 過去には、カドミウム化合物は、明るい黄色、オレンジ色、赤色を生成するために、塗料、コーティング、プラスチックの顔料として使用されていました。 しかし、カドミウムベースの顔料はその毒性により使用が大幅に減少しており、代替の無毒な顔料に大部分が置き換えられています。
  4. 合金: カドミウムは他の金属と合金化して特性を向上させることができます。 たとえば、カドミウムは、はんだや可溶合金などの一部の低融点合金の成分として使用されます。
  5. 半導体関連装置: 硫化カドミウム (CdS) は、光電池 (太陽電池)、光センサー、光電池などの特定の光電子デバイスで使用されている半導体材料です。 ただし、現在では、これらの用途には代替半導体材料がより一般的に使用されています。
  6. 安定剤と添加剤: カドミウム化合物は、プラスチックや特定の工業プロセスの安定剤や添加剤として使用されています。 しかし、健康と環境への懸念からその使用は減少しています。

カドミウムの毒性の性質により、これらの用途の多くはますます厳しい監視に直面していることを繰り返し述べることが重要です。 これに応じて、さまざまな業界でカドミウムの使用を削減または廃止し、より安全な代替品に置き換える取り組みが行われてきました。 これらの取り組みは、人間の健康を保護し、環境汚染を防止し、持続可能な実践を促進することを目的としています。

キーポイントのまとめ

  1. カドミウム: カドミウムは、化学記号「Cd」、原子番号 48 の青白い柔らかい金属です。遷移金属であり、地球の地殻では比較的まれです。
  2. 発生: カドミウムは、一次鉱物としてではなく、亜鉛、鉛、銅の鉱石中に不純物として一般的に存在します。 カドミウムの主な供給源は、これらの卑金属の抽出および精製時の副産物として得られます。
  3. 産業用途: カドミウムは歴史的に、電池 (ニッケル カドミウム電池)、電気メッキ、塗料用顔料など、さまざまな産業用途に使用されてきました。 しかし、これらの用途の多くは環境や健康への懸念から減少しています。
  4. 毒性: カドミウムとその化合物は人間や他の生物に対して非常に有毒です。 カドミウムへの長期曝露は、特に腎臓と骨に影響を及ぼす深刻な健康上の問題を引き起こす可能性があります。 カドミウム含有物質の環境への放出を防ぐには、カドミウム含有物質の適切な取り扱いと廃棄が重要です。
  5. 環境影響:カドミウム含有廃棄物や産業排出物の不適切な処理は、土壌、水域、食物連鎖におけるカドミウム汚染を引き起こし、生態系や人間の健康に影響を与える可能性があります。
  6. 法規制: 多くの国では、人間の健康と環境を保護するために、カドミウムおよびカドミウム含有製品の使用と廃棄に関して厳格な規制を実施しています。
  7. 副産物: カドミウムは主に、亜鉛、鉛、銅鉱石の抽出および加工中に貴重な副産物として得られます。
  8. 代替品への移行: その毒性のため、多くの業界は、ニッケルカドミウム電池をリチウムイオン電池に置き換えたり、塗料に無毒の顔料を使用したりするなど、カドミウムベースの製品の代替品を模索してきました。
  9. 採掘と精製: カドミウム鉱石は通常、亜鉛、鉛、または銅の鉱石と一緒に抽出されます。 このプロセスには、高純度のカドミウム金属を得るために、鉱石の調製、浮遊選鉱、濃縮、焙焼、還元、凝縮、精製が含まれます。
  10. 安全性と持続可能性: カドミウムの責任ある採掘、加工、取り扱いは、労働者の安全を確保し、環境を保護し、カドミウムとその化合物に関連する潜在的な危険を管理するために不可欠です。

全体として、カドミウムの特性、供給源、用途、リスクを理解することは、責任ある慣行を採用し、人間の健康と環境をその有害な影響から守るために非常に重要です。

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