هرآنچه باید در رابطه با فلز کادمیوم بدانید!

کادمیوم (Cadmium) یک عنصر شیمیایی با نماد Cd و عدد اتمی 48 است. کادمیوم یک فلز نرم به رنگ نقره ای- سفید است که از نظر شیمیایی شبیه به دو فلز پایدار دیگر در گروه 12 یعنی روی و جیوه است.

این فلز مانند روی، در اکثر ترکیبات خود حالت اکسیداسیون +2 را نشان می دهد و مانند جیوه نقطه ذوب کمتری نسبت به فلزات انتقالی در گروه 3 تا 11 دارد. میانگین غلظت کادمیوم در پوسته زمین بین 0.1 تا 0.5 قسمت در میلیون (ppm) است.

این فلز در سال 1817 به طور هم زمان توسط استرومایر و هرمان دو دانشمند آلمانی به عنوان ناخالصی در کربنات روی کشف شد.

حقایقی در رابطه با فلز کادمیوم:
کادمیوم به عنوان یک جزء در بیشتر سنگ معدن های روی وجود دارد و در واقع یک محصول جانبی تولید روی است. این فلز برای مدت طولانی به عنوان آبکاری مقاوم در برابر خوردگی روی فولاد مورد استفاده قرار می گرفت و از ترکیبات آن به عنوان رنگدانه های قرمز، نارنجی و زرد برای رنگ آمیزی شیشه و تثبیت پلاستیک استفاده می شود.

این ماده به عنوان یک فلز مهم در تولید باتری های قابل شارژ نیکل- کادمیوم (Ni-Cd) و به عنوان یک پوشش محافظت در برابر خوردگی برای آهن و فولاد استفاده می شود.

کاربردهای رایج صنعتی برای کادمیوم امروزه در باتری ها، آلیاژها، روکش ها (آبکاری)، سلول های خورشیدی، تثبیت کننده های پلاستیک و رنگدانه ها است. این فلز همچنین در راکتورهای هسته ای و به عنوان جذب کننده نوترون مورد استفاده قرار می گیرد.

مصرف این فلز به طور کلی در حال کاهش است زیرا سمی است و در اروپا جزء فلزات خطرناک دسته بندی می شود. در حال حاضر باتری های نیکل-کادمیوم با باتری های نیکل- هیدرید فلزی و باتری های لیتیوم یون جایگزین شده اند.

یکی از معدود کاربردهای جدید این فلز در پنل های خورشیدی تلورید کادمیوم است. افزایش سرمایه گذاری در تولید انرژی خورشیدی در آینده باعث استفاده بیشتر از این فلز خواهد شد. چین، کره جنوبی و ژاپن تولید کنندگان پیشرو این فلز در جهان هستند و به دنبال آن آمریکای شمالی قرار دارد.

اگرچه این ترکیب هیچ عملکرد بیولوژیکی شناخته شده ای در موجودات بالاتر دارد، اما آنزیم انهیدراز کربنیک وابسته به کادمیوم در دیاتومهای دریایی یافت شده است.

ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی کادمیوم:
این فلز از بسیاری جهات شبیه به روی است اما ترکیبات پیچیده ای را تشکیل می دهد. برخلاف اکثر فلزات دیگر، کادمیوم در برابر خوردگی مقاوم است و به عنوان صفحه محافظ روی سایر فلزات استفاده می شود. این ماده در آب نامحلول است و قابل اشتعال نیست. با این حال، در فرم پودر شده می تواند بسوزد و دود سمی ایجاد کند.

اگرچه کادمیوم معمولاً در حالت اکسیداسیون +2 است، اما در حالت 1+ نیز وجود دارد. این فلز و همنوعان آن همیشه فلزات انتقالی محسوب نمی شوند به این دلیل که آنها فاقد پوسته های الکترونیکی d یا f تا حدودی پر شده در حالت عنصری یا اکسیداسیون هستند.

این فلز در هوا می سوزد و اکسید کادمیوم آمورف قهوه ای (CdO) را تشکیل می دهد. شکل کریستالی این ترکیب قرمز تیره است که در هنگام گرم شدن، همانند اکسید روی تغییر رنگ می دهد.

اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک و اسید نیتریک با تشکیل کلرید کادمیوم (CdCl2)، سولفات کادمیوم (CdSO4) یا نیترات کادمیوم (Cd (NO3) 2) این فلز را حل می کند. این ترکیب کمپلکس هایی با نوکلئازها، اسیدهای آمینه و ویتامین ها تشکیل می دهد.

کاربردهای فلز کادمیوم:
باتری های Ni-Cd:
باتری های Ni-Cd به دلیل مقاومت در برابر سوء استفاده برقی، دوام بالا، قابلیت اطمینان و تطبیق پذیری کاربرد گسترده ای دارند.

این باتری ها در طیف گسترده ای از اندازه ها، ظرفیت ها و شکل ها تولید می شود و انتخاب آنها بسته به کاربرد و بار جریان مورد نیاز صورت می گیرد. این باتری ها در دو نوع صنعتی و پروتابل در دسترس هستند.

موارد استفاده باتری های صنعتی شامل کاربرد در راه آهن مانند استارت لوکوموتیو، ترمز اضطراری، روشنایی، تهویه مطبوع، چراغ های سیگنالینگ و هشدار دهنده است. سایر کاربردها شامل سیستم های دزدگیر، روشنایی اضطراری، ارتباطات نظامی، ذخیره انرژی خورشیدی، تجهیزات ناوبری، تجهیزات نظامی و سالن های بیمارستان است.

باتری های پروتابل در تجهیزات الکترونیکی مانند تلفن های همراه، ابزارهای قابل حمل، اسباب بازی ها، دوربین فیلمبرداری و سایر لوازم خانگی بی سیم استفاده می شوند. آنها همچنین برای تهیه پشتیبان حافظه در تجهیزات محاسباتی، ارتباطات نظامی و غیرنظامی، روشنایی اضطراری و بسیاری از کاربردهای مشابه دیگر استفاده می شوند.

آبکاری:
آبکاری کادمیوم، 6٪ از تولید جهانی این فلز را مصرف می کند و در صنعت هواپیما برای کاهش خوردگی اجزای فولادی از این فلز استفاده می شود. این پوشش توسط نمک های کرومات غیرفعال می شود.

پوشش های کادمیوم در آهن، فولاد، برنج و آلومینیوم استفاده می شود و در بسیاری از شرایط و به ویژه در محیط های دریایی و قلیایی مقاومت فوق العاده ای در برابر خوردگی ایجاد می کند.این فلز نیز مانند روی، در صورت آسیب دیدن پوشش با محافظت از مناطق کوچک به عنوان محافظ قربانی عمل می کند.

جدا از محافظت در برابر خوردگی، پوشش های کادمیوم ضریب اصطکاک را کاهش داده و در نتیجه باعث روانکاری خوب، هدایت الکتریکی خوب و محافظت در برابر خوردگی گالوانیک (به ویژه در هنگام تماس با آلومینیوم) شده و با قابلیت لحیم کاری آسان در طیف گسترده ای از برنامه های مهندسی در تمام صنایع استفاده می شوند.

پوشش های کادمیوم به ویژه در صنایع هوا و فضا و تجهیزات نظامی مورد استفاده قرار می گیرند که در آنها از پیچ های پلاستیکی و سایر اتصال دهنده ها در تجهیزات هواپیما، شاسی، اتصالات و سایر اجزای سازنده استفاده می شود.

به دلیل ترکیبی از خواص مختلف این ماده در چتر نجات نیز استفاده می شوند. کاربردهای این فلز در هوافضا و ارتش آنقدر مهم است که جایگزینی آن ممکن است ایمنی عملیاتی را به خطر اندازد.

استفاده به عنوان رنگدانه:
رنگدانه های کادمیوم رنگ های معدنی پایداری هستند که می توانند در طیف وسیعی از سایه های درخشان زرد، نارنجی، قرمز و مارون تولید شوند.

آنها عمدتاً برای رنگ آمیزی پلاستیک های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند که در دمای بالا پردازش می شوند، زیرا این رنگدانه ها قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت های بالا و تخریب ناپذیر هستند. آنها همچنین در سرامیک، عینک سازی و رنگهای ویژه کاربردهای چشمگیری دارند.

کاربرد در پلاستیک ها:
بیشتر رنگدانه های کادمیوم در پلاستیک ها استفاده می شود. این رنگدانه ها در اکثر پلیمرها به خوبی پراکنده می شوند تا رنگ آمیزی خوبی داشته باشند و از شدت رنگ بالا و استحکام رنگی خوبی برخوردار هستند.

این رنگدانه ها در محلول های آلی نامحلول هستند و در برابر قلیاها مقاومت خوبی دارند و در اکثر موارد ماندگاری خوبی در تمام طول عمر پلاستیک ارائه می دهند. در نتیجه از رنگدانه های کادمیوم در طیف گسترده ای از محصولات پلاستیکی استفاده می شود.

در حال حاضر، کاربرد اصلی آنها در پلیمرهای پیچیده ای است که در دماهای بالاتر پردازش می شوند و به دوام و عملکرد فنی بی نظیر یک رنگدانهاحتیاج دارند.

استفاده از آنها در بسیاری از نایلون ها، آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی کربنات ها، پلی اتیلن های با چگالی بالا، رزین های سیلیکون و سایر پلیمرهای ترموپلاستیک مدرن که در دماهای بالا پردازش می شوند، الزامی است.

رنگ های ارائه شده توسط این فلز به طور گسترده در محصولاتی شامل تلفن، لوله و اتصالات گازی، کابل های برق، جعبه های نوشیدنی و رادیاتور و وسایل نقلیه موتوری استفاده می شود.

خطرات و عوارض فلز کادمیوم:
قرار گرفتن در معرض این فلز می تواند در همه بخش های صنعت رخ دهد اما بیشترین آن در صنعت ساخت و ساز است. همچنین ممکن است کارگران هنگام ذوب و پالایش فلزات و ساخت باتری، پلاستیک، روکش و پانل های خورشیدی در معرض این فلز قرار بگیرند.

در حال حاضر صنعت بازیافت باتری Ni-Cd در حال گسترش است و نگرانی هایی در رابطه با قرار گرفتن در معرض این فلز وجود دارد. آبکاری، ماشینکاری، جوشکاری و نقاشی عملیات هایی هستند که باعث قرار گرفتن در معرض کادمیوم می شوند.

ممکن است کارگران درگیر در عملیات دفن زباله و بازیافت قطعات الکترونیکی یا بازیافت پلاستیک در نیز در معرض این فلز قرار بگیرند. کارگران کمپوست و جمع آوری زباله نیز به طور بالقوه در معرض گرد و غباری هستند که ممکن است حاوی کادمیوم باشد. سوزاندن زباله های شهری منبع دیگری از قرار گرفتن در معرض این فلز سمی است.

کادمیوم و ترکیبات آن بسیار سمی هستند و قرار گرفتن در معرض آنها می تواند سرطان زا باشد. این ترکیب سیستم های قلبی و عروقی، کلیوی، دستگاه گوارش، عصبی، تولید مثل و تنفس بدن را هدف قرار می دهد بنابراین بسیار آسیب رسان و خطرناک است.