Кадмий металлический

Кадмий металлический — мягкий серебристо-белый металл с характерным голубоватым отливом, относящийся к группе тяжёлых цветных металлов. По химическим свойствам кадмий близок к цинку, однако отличается от него более высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в морской воде. Промышленный металлический кадмий выпускается в виде чушек, прутков, слитков и стержней в соответствии с требованиями ГОСТ 1467 (технический кадмий) и ГОСТ 22860 (кадмий высокой чистоты). Металл востребован в гальваническом производстве, аккумуляторной промышленности, ядерной энергетике, металлургии сплавов и полупроводниковой технике.

Физические свойства металлического кадмия

Кадмий — элемент 48 периодической системы (II группа, 5 период), атомная масса 112,411 а. е. м. Кристаллическая решётка — гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Металл легко поддаётся механической обработке: режется ножом, прокатывается в листы и протягивается в проволоку. На воздухе при нормальных условиях кадмий покрывается тонкой оксидной плёнкой, которая замедляет дальнейшее окисление.

Параметр	Значение
Атомный номер	48
Атомная масса	112,411 а. е. м.
Плотность (20 °C)	8,65 г/см³
Температура плавления	321,07 °C
Температура кипения	767 °C
Кристаллическая решётка	ГПУ (гексагональная плотноупакованная)
Твёрдость по Бринеллю	≈ 20 HB

Относительно низкая температура плавления (321 °C) делает кадмий удобным компонентом легкоплавких сплавов и припоев. Высокая плотность (8,65 г/см³) и значительное сечение захвата тепловых нейтронов обуславливают применение в ядерной энергетике.

Химические свойства кадмия

При нормальных условиях компактный кадмий устойчив на воздухе благодаря защитной оксидной плёнке. При нагревании выше 300 °C металл активно окисляется с образованием оксида кадмия CdO — токсичного бурого порошка. В разбавленных кислотах (HCl, H₂SO₄) кадмий растворяется с выделением водорода. В щелочах практически не растворяется, что выгодно отличает кадмиевые покрытия от цинковых при эксплуатации в щелочных средах.

Основная степень окисления кадмия — +2. Соединения кадмия (хлорид, сульфат, нитрат) хорошо растворимы в воде и применяются при приготовлении гальванических электролитов для кадмирования.

Марки кадмия по ГОСТ 1467 — технические условия

ГОСТ 1467 устанавливает требования к техническому металлическому кадмию, предназначенному для промышленного применения. Стандарт предусматривает четыре марки, различающиеся содержанием основного металла и допустимой суммой примесей.

Марка	Массовая доля Cd, %, не менее	Сумма примесей, %, не более
Кд0	99,997	0,003
Кд0А	99,99	0,01
Кд1	99,95	0,05
Кд2	99,9	0,1

Марка Кд0 применяется в производствах, где критична минимальная концентрация примесей, — например, в полупроводниковой технике и прецизионных сплавах. Кд0А наиболее распространена в гальваническом производстве и при изготовлении кадмиевых анодов для кадмирования. Марки Кд1 и Кд2 используются в менее ответственных областях: в сплавах общего назначения, легкоплавких припоях и в качестве компонента аккумуляторных масс.

Формы поставки кадмия по ГОСТ 1467

Технический металлический кадмий поставляется в следующих формах:

Форма поставки	Параметры
Чушки	Масса 10 ± 1 кг, 4 ± 0,5 кг или 0,5 ± 0,1 кг
Прутки	Диаметр 8 ± 1 мм

Чушки кадмия — основная товарная форма для металлургических и гальванических предприятий. Прутки удобны при загрузке в анодные корзины гальванических ванн и при дозированном расходе металла в небольших объёмах.

Кадмий высокой чистоты по ГОСТ 22860

ГОСТ 22860 распространяется на кадмий высокой чистоты, применяемый в полупроводниковой промышленности, оптике и научных исследованиях. Высокочистый кадмий обозначается маркой Кд0000, что в международной классификации соответствует чистоте 6N (99,9999 % Cd).

Формы поставки высокочистого кадмия

По ГОСТ 22860 кадмий высокой чистоты поставляется в следующих формах:

Форма поставки	Параметры
Слитки	Масса 0,5 кг, 1 кг или 10 кг
Стержни	Длина не более 150 мм, масса 0,2 кг
Дендриты	По согласованию с потребителем

Дендритная форма поставки характерна для продукта, полученного методом электрорафинирования. Дендриты удобны для дальнейшей переплавки, так как обеспечивают высокую чистоту при минимальном контакте с атмосферой.

Требования к качеству поверхности кадмиевых чушек и слитков

Согласно ГОСТ 1467, поверхность чушек кадмия не должна иметь глубоких трещин и посторонних включений, видимых невооружённым глазом. Допускаются неглубокие усадочные раковины на верхней грани чушки. Наличие механических повреждений (сколов, вмятин), не выходящих за пределы допускаемых отклонений по массе, браковочным признаком не является.

Для кадмия высокой чистоты по ГОСТ 22860 требования к поверхности более жёсткие: не допускаются загрязнения, окислы и следы коррозии, способные повлиять на содержание примесей в металле.

Упаковка и маркировка металлического кадмия

Чушки кадмия по ГОСТ 1467 укладываются в деревянные ящики, металлические контейнеры или формируются в пакеты. Каждая чушка маркируется клеймом с указанием знака предприятия-изготовителя, марки металла, номера партии и даты выпуска. Аналогичная информация дублируется на ярлыке, закреплённом на каждой упаковочной единице.

Кадмий высокой чистоты (слитки, стержни, дендриты) дополнительно помещается в герметичные полиэтиленовые пакеты для предотвращения загрязнения поверхности. По согласованию с потребителем возможны особые требования к упаковке или маркировке, которые оговариваются при оформлении заказа.

Транспортирование и хранение кадмия

Металлический кадмий перевозят всеми видами крытого транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на конкретном виде транспорта. Кадмий в контейнерах допускается транспортировать на открытом подвижном составе. Пакетированный кадмий перевозят только в крытых транспортных средствах.

Хранение осуществляется в крытых складских помещениях, исключающих воздействие атмосферных осадков. Кадмий высокой чистоты хранят в условиях, исключающих контакт с агрессивными средами и пылью.

Области применения металлического кадмия

Кадмирование — антикоррозионные покрытия

Кадмирование — процесс нанесения кадмиевого покрытия на поверхность металлических изделий (преимущественно из стали) для защиты от коррозии. Кадмиевое покрытие обладает рядом преимуществ по сравнению с цинковым: более высокая стойкость в морской воде и в среде авиационных топлив, лучшая паяемость, меньшее контактное электрическое сопротивление. По этим причинам кадмирование широко применяется в авиационной, судостроительной и радиоэлектронной промышленности.

Для кадмирования применяют кадмиевые аноды марок Кд0А и Кд1, а также непосредственно кадмий металлический в виде чушек для приготовления электролитов.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Значительная доля производимого кадмия расходуется на изготовление отрицательных электродов никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов. Активная масса отрицательного электрода содержит гидроксид кадмия Cd(OH)₂ или оксид кадмия CdO. NiCd-аккумуляторы отличаются способностью работать при низких температурах, высокой токоотдачей и длительным сроком службы, что делает их востребованными в авиации, железнодорожном транспорте и системах аварийного электроснабжения.

Кадмиевые сплавы и припои

Кадмий входит в состав ряда легкоплавких сплавов (Вуда, Липовица и др.) и припоев. Добавка кадмия снижает температуру плавления сплава, улучшает смачиваемость и текучесть припоя. Кадмийсодержащие припои применяются для пайки алюминия, меди и медных сплавов в тех случаях, когда требуется пониженная температура пайки.

Кадмий также является легирующим элементом в кадмиевой меди (медно-кадмиевый сплав) — материале для контактных проводов электрифицированных железных дорог и для изготовления коллекторных пластин электрических машин. Добавка кадмия повышает прочность и износостойкость меди при сохранении высокой электропроводности.

Ядерная энергетика

Кадмий обладает одним из наибольших сечений захвата тепловых нейтронов среди стабильных элементов (порядка 2 520 барн для изотопа ¹¹³Cd). Это свойство используется при изготовлении поглощающих стержней и элементов защиты ядерных реакторов. В реакторах на тепловых нейтронах кадмий применяется в виде пластин и листов, а также в составе сплавов системы серебро — индий — кадмий.

Полупроводниковые соединения на основе кадмия

Из кадмия высокой чистоты синтезируют полупроводниковые соединения II–VI групп: теллурид кадмия (CdTe), сульфид кадмия (CdS), селенид кадмия (CdSe). Теллурид кадмия применяется в тонкоплёночных солнечных элементах и детекторах ионизирующего излучения. Сульфид и селенид кадмия используются в фотоэлементах и люминесцентных материалах. Для этих целей применяется исключительно кадмий марки Кд0000 по ГОСТ 22860.

Кадмиевые полуфабрикаты

Из металлического кадмия производят полуфабрикаты промышленного назначения: кадмиевые листы и плиты (для ядерной техники и гальваники), прутки и проволоку (для анодов и специальных конструкций). Кадмиевая медь поставляется в виде прутков, проволоки и полос. Мы также осуществляем поставку указанных полуфабрикатов.

Токсичность кадмия и требования охраны труда

Кадмий и его соединения относятся к веществам 1 класса опасности (чрезвычайно опасные). Наибольшую угрозу представляют пары и аэрозоли оксида кадмия, образующиеся при нагревании металла выше 300 °C. Хроническое воздействие соединений кадмия поражает почки, лёгкие и костную ткань. Международное агентство по изучению рака (IARC) относит кадмий и его соединения к канцерогенам группы 1 (доказанная канцерогенность для человека).

При работе с металлическим кадмием обязательно соблюдение следующих мер:

Фактор	Требование
Вентиляция	Местная вытяжная вентиляция на рабочих местах, связанных с нагревом или обработкой кадмия
Средства защиты	Респиратор, защитные перчатки, спецодежда; при пайке и плавке — противогаз
Контроль воздуха	Регулярный мониторинг концентрации аэрозолей кадмия в воздухе рабочей зоны
Утилизация отходов	Отходы кадмия подлежат сбору и сдаче на специализированную переработку

При холодной механической обработке (резке, штамповке) и при хранении при нормальных условиях компактный металлический кадмий не создаёт опасных уровней экспозиции. Основной риск возникает при нагреве, шлифовке и при работе с пылевидным кадмием.