El cadmio es un elemento químico de símbolo “Cd” y número atómico 48. Es un metal blando de color blanco azulado que pertenece al grupo de los metales de transición en la tabla periódica. Descubierto en 1817 por el químico alemán Friedrich Stromeyer, el cadmio ha encontrado desde entonces varias aplicaciones industriales a pesar de su toxicidad conocida.

En su forma pura, el cadmio es relativamente raro en la corteza terrestre y se encuentra en bajas concentraciones. Sin embargo, a menudo se encuentra como un componente menor en el zinc, Lead y cobre minerales, de los cuales se extrae como subproducto durante el proceso de refinación. Debido a su capacidad para formar aleaciones con otros metales y su resistencia a la corrosión, el cadmio se ha utilizado históricamente en diversas industrias.

Uno de los usos históricos significativos del cadmio fue en pigmentos, particularmente para crear colores amarillo, naranja y rojo brillantes en pinturas y cerámicas. Sin embargo, debido a su alta toxicidad y posibles riesgos para la salud, su uso en este sentido ha disminuido significativamente en los últimos tiempos.

En las industrias modernas, el cadmio se emplea principalmente en la producción de baterías de níquel-cadmio (NiCd). Estas baterías fueron ampliamente utilizadas en electrónica portátil y otras aplicaciones debido a su alta densidad de energía y larga vida. Sin embargo, en respuesta a las preocupaciones ambientales y la naturaleza peligrosa del cadmio, otras tecnologías de baterías, como las baterías de iones de litio, se han vuelto más frecuentes.

Aparte de las baterías, el cadmio tiene aplicaciones en la galvanoplastia, donde se utiliza para proporcionar una capa protectora sobre varios metales. También se utiliza en algunos tipos de semiconductores y células fotovoltaicas para la conversión de energía solar.

Uno de los aspectos más críticos del cadmio es su toxicidad. El cadmio y sus compuestos son altamente tóxicos para los humanos y muchos otros organismos vivos. La exposición prolongada al cadmio puede provocar problemas de salud graves, que afectan particularmente a los riñones y los huesos. La inhalación de vapores de cadmio o la ingestión de alimentos o agua contaminados con cadmio son rutas comunes de exposición para los humanos.

Debido a su naturaleza peligrosa, muchos países han implementado regulaciones estrictas sobre el uso y eliminación de cadmio y productos que contienen cadmio para proteger la salud humana y el medio ambiente.

En conclusión, el cadmio es un elemento único con propiedades industriales beneficiosas y riesgos significativos para la salud y el medio ambiente. Comprender sus propiedades, fuentes e impactos potenciales es esencial para garantizar un uso y manejo responsables para salvaguardar la salud humana y preservar el medio ambiente.

Propiedades químicas del cadmio

El cadmio (Cd) es un metal de transición con varias propiedades químicas distintas. Aquí hay algunas características clave del cadmio desde un punto de vista químico:

  1. Número atómico y masa: El cadmio tiene un número atómico de 48 y una masa atómica de aproximadamente 112.41 g/mol.
  2. Configuración electrónica: La configuración electrónica del cadmio es [Kr] 4d^10 5s^2, lo que significa que tiene dos electrones en su capa más externa.
  3. Electrones de valencia: El cadmio tiene dos electrones de valencia en su capa más externa, ubicada en el orbital 5s.
  4. Estados de oxidación: El estado de oxidación más común del cadmio es +2, donde pierde sus dos electrones de valencia para formar iones Cd^2+. El cadmio también puede existir en otros estados de oxidación, como +1 y +3, pero son menos comunes.
  5. reactividad: El cadmio es un metal relativamente reactivo, pero no es tan reactivo como los metales alcalinos o algunos otros metales de transición. Forma fácilmente compuestos con otros elementos.
  6. Resistencia a la Corrosión: Una de las propiedades notables del cadmio es su excelente resistencia a la corrosión. Esta propiedad lo hace valioso en diversas aplicaciones industriales, en particular para enchapar metales para protegerlos de la corrosión.
  7. Formación de Complejos: El cadmio puede formar complejos estables con varios ligandos debido a su capacidad para donar sus dos electrones de valencia. Estos complejos tienen aplicaciones en química analítica y procesos industriales.
  8. Reacción con Oxígeno: El cadmio reacciona fácilmente con el oxígeno del aire, formando una fina capa de óxido en su superficie. Esta capa de óxido proporciona cierta protección contra una mayor corrosión.
  9. Solubilidad: Algunos compuestos de cadmio, particularmente las sales, son solubles en agua. La solubilidad depende del compuesto y las condiciones específicas.
  10. Toxicidad: El cadmio y sus compuestos son altamente tóxicos para los humanos y otros organismos vivos. La toxicidad se atribuye principalmente a su capacidad para interferir con varios procesos biológicos y su tendencia a acumularse en el cuerpo con el tiempo.

Debido a su toxicidad, el uso y la exposición al cadmio están estrictamente regulados para proteger la salud humana y el medio ambiente. Las industrias que trabajan con cadmio o materiales que contienen cadmio deben seguir estrictas pautas de seguridad para minimizar el riesgo de exposición a este metal peligroso.

Ocurrencia y fuentes de cadmio

Greenockita

El cadmio es relativamente raro en la corteza terrestre y se encuentra en bajas concentraciones. No se encuentra como metal nativo, pero se encuentra comúnmente como un componente menor en varios minerales y minerales. Estas son las principales ocurrencias y fuentes de cadmio:

  1. Minerales de zinc, plomo y cobre: La principal fuente de cadmio es un subproducto durante la extracción y refinación de minerales de zinc, plomo y cobre. El cadmio a menudo está presente en estos minerales como impurezas. Cuando se extraen estos metales, el cadmio también se extrae y se separa durante el proceso.
  2. Esfalerita (Blenda de zinc): La fuente mineral más importante de cadmio es la esfalerita, que es un mineral de sulfuro de zinc (ZnS). La esfalerita puede contener cantidades variables de cadmio como impureza, y cuando se extrae zinc de la esfalerita, también se obtiene cadmio.
  3. Greenockita: La greenockita es un mineral raro que es una fuente directa de cadmio. Es un mineral de sulfuro de cadmio (CdS) y se forma como mineral secundario en ciertas hidrotermales. yacimientos de mineral.
  4. Minerales que contienen cadmio: El cadmio también se puede encontrar en cantidades mínimas en otros minerales, incluida la wurtzita (otro sulfuro de zinc), así como en ciertos minerales de fosfato y minerales de hierro, níquel y cobalto.
  5. Fertilizantes de fosfato: En algunos casos, el cadmio puede estar presente en los fertilizantes fosfatados. La presencia de cadmio en los fertilizantes puede conducir a su acumulación en el suelo, lo que podría afectar los cultivos y los alimentos.
  6. Emisiones Industriales: El cadmio se libera al medio ambiente a través de procesos industriales como la minería, la fundición y la quema de combustibles fósiles. Estas actividades pueden liberar polvo y humos que contienen cadmio, lo que genera una posible contaminación ambiental.
  7. Residuos y Vertederos: La eliminación inadecuada de productos que contienen cadmio, como baterías y desechos electrónicos, puede contribuir a la contaminación por cadmio en el suelo y las masas de agua.
  8. Natural Desgaste: El cadmio también puede liberarse al medio ambiente a través de procesos naturales, incluida la erosión de rocas y minerales que contienen cadmio.

Una vez liberado en el medio ambiente, el cadmio puede persistir durante largos períodos y puede transportarse por el aire y el agua. Puede contaminar el suelo, los cuerpos de agua y la cadena alimentaria, lo que presenta riesgos significativos para la salud humana y el ecosistema. Debido a su naturaleza tóxica, la gestión y el control de las fuentes de cadmio y su eliminación segura son cruciales para prevenir efectos adversos tanto en la salud humana como en el medio ambiente.

Minerales de cadmio

El cadmio se encuentra comúnmente como una impureza en varios minerales en lugar de presentarse como un mineral primario en sí mismo. Los minerales de cadmio más importantes se asocian típicamente con minerales de zinc, plomo y cobre. Estos son algunos de los principales minerales de cadmio:

  1. Esfalerita (Blenda de zinc) – Fórmula química: (Zn,Fe)S La esfalerita es la fuente mineral más importante de cadmio. Es un mineral de sulfuro de zinc y comúnmente contiene pequeñas cantidades de cadmio como impureza. Cuando se extrae zinc de la esfalerita durante el proceso de refinación, también se obtiene cadmio como subproducto.
  2. Greenockita – Fórmula química: CdS La greenockita es un mineral raro y es la única fuente mineral directa de cadmio. Es un mineral de sulfuro de cadmio y se forma como mineral secundario en ciertos minerales hidrotermales. XNUMX%. Debido a su color amarillo brillante, la greenockita a veces se usa como un mineral menor de cadmio y como mineral de colección.
  3. Wurtzita – Fórmula química: (Zn,Fe)S La wurtzita es otro mineral de sulfuro de zinc que puede contener cadmio como impureza, similar a la esfalerita. Es menos común que la esfalerita, pero aún puede ser una fuente de cadmio durante la extracción de zinc.
  4. Hawleyita – Fórmula química: CdS Hawleyita es un mineral de sulfuro de cadmio raro que puede formarse como mineral secundario en ambientes hidrotermales de baja temperatura. Por lo general, se encuentra asociado con otros minerales de cadmio y minerales de zinc.
  5. cadmita – Fórmula química: CdCO3 La cadmita es un mineral de carbonato de cadmio, pero es relativamente raro. Se puede encontrar como mineral secundario en las zonas de oxidación de algunos yacimientos de minerales ricos en cadmio.
  6. Monteponita – Fórmula química: CdO La monteponita es un mineral de óxido de cadmio raro, y su aparición está estrechamente asociada con otros minerales de cadmio y minerales de zinc.

Es importante tener en cuenta que los minerales de cadmio normalmente no se extraen específicamente por su contenido de cadmio. En cambio, el cadmio se obtiene principalmente como subproducto durante la extracción y refinación de minerales de zinc, plomo y cobre. La concentración de cadmio en estos minerales puede variar, y los minerales específicos que contienen cadmio dependen de las condiciones geológicas del yacimiento.

Minería y Extracción de Mineral de Cadmio

La minería y extracción de mineral de cadmio implica varios pasos y procesos para obtener cadmio como subproducto valioso. La principal fuente de cadmio es una impureza en los minerales de zinc, plomo y cobre. Aquí hay una descripción general del proceso típico de minería y extracción de cadmio:

  1. Exploración y Selección del Sitio: El primer paso es identificar posibles depósitos de mineral que puedan contener cadmio. Los geólogos y las empresas mineras utilizan diversas técnicas de exploración, como estudios geofísicos, perforación y mapeo geológico, para evaluar la presencia y extensión de minerales que contienen cadmio en los depósitos de mineral.
  2. Desarrollo de la mina: Una vez que se identifica un depósito de mineral adecuado, el sitio pasa por la fase de desarrollo de la mina. Esto implica la construcción de caminos de acceso, el desarrollo de túneles subterráneos o minas a cielo abierto y el establecimiento de infraestructura para las operaciones mineras.
  3. Extracción de mineral: El mineral de cadmio normalmente se extrae junto con los minerales de zinc, plomo o cobre. Según el depósito de mineral específico, se pueden utilizar diferentes métodos de minería, como la minería subterránea para depósitos de mineral profundos o la minería a cielo abierto para cuerpos de mineral poco profundos.
  4. Trituración y molienda de minerales: El mineral extraído luego se tritura y se muele hasta convertirlo en un polvo fino para aumentar su área de superficie para el procesamiento posterior. Este paso permite la liberación eficiente de los minerales valiosos, incluido el cadmio.
  5. Flotación: El mineral triturado y molido pasa por un proceso llamado flotación. En este proceso, se agregan productos químicos y reactivos a la lechada de mineral para crear condiciones en las que los minerales valiosos (como zinc, plomo y sulfuros de cobre) se separan selectivamente de otros minerales no valiosos.
  6. Concentración: El proceso de flotación da como resultado un concentrado que contiene varios metales, incluido el cadmio. El concentrado se procesa aún más para aumentar el contenido de cadmio y eliminar las impurezas.
  7. Rostizar: El concentrado puede someterse a tostado, un proceso de alta temperatura en el que se calienta en presencia de aire u oxígeno. El tostado convierte los minerales de sulfuro de cadmio (como la greenockita) en óxido de cadmio (CdO).
  8. Reducción y Fundición: El concentrado tostado se mezcla con carbón y se calienta en un horno para reducir el óxido de cadmio a cadmio metálico. El cadmio se vaporiza y luego se condensa para formar cadmio metálico.
  9. Refinación: El cadmio metálico obtenido puede someterse a un refinado adicional para eliminar las impurezas restantes y garantizar su pureza.
  10. Recuperación de subproductos: El objetivo principal de la extracción de mineral de cadmio es obtener otros metales valiosos como zinc, plomo o cobre. El cadmio se considera un subproducto valioso de este proceso y su extracción es económicamente viable debido a sus aplicaciones industriales.
  11. Consideraciones Ambientales: A lo largo de todo el proceso de minería y extracción, se toman medidas para mitigar los impactos ambientales, como la contaminación por polvo y agua. Las prácticas de minería responsable incluyen la recuperación y rehabilitación del sitio minero para minimizar los efectos ambientales a largo plazo.

Debido a la naturaleza tóxica del cadmio y su impacto potencial en la salud humana y el medio ambiente, se deben seguir los protocolos y reglamentos de seguridad adecuados durante todo el proceso de minería y extracción para proteger a los trabajadores y el ecosistema circundante.

Procesamiento y refinación de mineral de cadmio

El procesamiento y la refinación del mineral de cadmio involucran varios pasos para extraer el cadmio en su forma pura. Como se mencionó anteriormente, el cadmio generalmente se obtiene como subproducto durante la extracción de minerales de zinc, plomo o cobre. Aquí hay una descripción general del proceso típico de procesamiento y refinación de cadmio:

  1. Preparación de mineral: El mineral de cadmio primero se tritura y se muele en un polvo fino para aumentar su área de superficie para el procesamiento posterior. Este paso permite la liberación eficiente de los minerales valiosos, incluido el cadmio.
  2. Flotación: El mineral triturado y molido pasa por un proceso llamado flotación. En este proceso, se agregan productos químicos y reactivos a la lechada de mineral para crear condiciones en las que los minerales valiosos (como zinc, plomo y sulfuros de cobre) se separan selectivamente de otros minerales no valiosos.
  3. Concentración: El proceso de flotación da como resultado un concentrado que contiene varios metales, incluido el cadmio. El concentrado se procesa aún más para aumentar el contenido de cadmio y eliminar las impurezas.
  4. Rostizar: El concentrado puede someterse a tostado, un proceso de alta temperatura en el que se calienta en presencia de aire u oxígeno. El tostado convierte los minerales de sulfuro de cadmio (como la greenockita) en óxido de cadmio (CdO).
  5. Reducción: El concentrado tostado, que contiene óxido de cadmio, se mezcla con carbón (normalmente en forma de coque) y se calienta en un horno. El carbono actúa como agente reductor, reaccionando con el óxido de cadmio para producir vapor de cadmio metálico.
  6. Condensación y Colección: El vapor de cadmio producido durante el proceso de reducción se enfría y se condensa en forma sólida. Este cadmio condensado se recolecta y se procesa más.
  7. Refinación: El cadmio metálico obtenido puede someterse a un refinado adicional para eliminar las impurezas restantes y garantizar su pureza. Se pueden usar varias técnicas de refinación, tales como:
    • Refinación electrolítica: La electrólisis se emplea para purificar aún más el cadmio metálico. El cadmio se disuelve en un electrolito adecuado y se hace pasar una corriente eléctrica a través de la solución, lo que hace que los iones de cadmio migren al cátodo y depositen cadmio puro.
    • Zona de Refinación: El refinado por zonas es otro método utilizado para refinar el cadmio. En esta técnica, una zona calentada se mueve a través del cadmio, lo que hace que las impurezas migren hacia el final de la muestra, donde se eliminan, dejando una muestra de cadmio purificada.
  8. Producto final: El resultado final del procesamiento y refinación del mineral de cadmio es cadmio metálico de alta pureza, listo para usar en diversas aplicaciones industriales.

A lo largo de todo el proceso de procesamiento y refinación, se deben seguir estrictos protocolos de seguridad y normas ambientales para garantizar la seguridad de los trabajadores, proteger el medio ambiente y gestionar los peligros potenciales asociados con el cadmio y sus compuestos.

Reservas y producción de mineral de cadmion

El cadmio normalmente no se extrae como metal primario, sino que se obtiene como subproducto durante la extracción y el procesamiento de minerales de zinc, plomo y cobre. Como resultado, las reservas de mineral de cadmio a menudo se asocian con las reservas de estos metales básicos.

Las reservas y la producción de mineral de cadmio están influenciadas por varios factores, incluida la demanda de zinc, plomo y cobre, los avances tecnológicos, la economía minera y las regulaciones ambientales. La disponibilidad de cadmio puede variar de un año a otro según estos factores y las condiciones del mercado mundial.

Históricamente, China, Australia, Canadá, Perú y los Estados Unidos han sido algunos de los productores importantes de minerales de zinc, plomo y cobre y, por lo tanto, también contribuyen a la producción mundial de cadmio. Además, algunos otros países pueden tener una menor producción de cadmio como subproducto de sus actividades de minería de metales.

Es importante tener en cuenta que la producción de cadmio está sujeta a regulaciones estrictas debido a su naturaleza tóxica, y se toman medidas para garantizar una manipulación, eliminación y protección ambiental seguras.

Usos industriales del cadmio

El cadmio, a pesar de su naturaleza tóxica, ha encontrado varias aplicaciones industriales debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que muchas de estas aplicaciones han disminuido o han cambiado a alternativas con el tiempo debido a las preocupaciones ambientales y de salud asociadas con el cadmio. Estos son algunos de los usos industriales históricos y actuales del cadmio:

  1. Baterías: Históricamente, el cadmio se usaba ampliamente en baterías recargables de níquel-cadmio (NiCd). Las baterías de NiCd se usaban comúnmente en dispositivos electrónicos portátiles, como cámaras, teléfonos celulares y computadoras portátiles, debido a su alta densidad de energía y capacidad de recarga. Sin embargo, en los últimos años, el uso de baterías de NiCd ha disminuido debido a preocupaciones ambientales y han sido reemplazadas en gran medida por otras tecnologías de baterías, como las baterías de iones de litio.
  2. galvanoplastia: El cadmio tiene una excelente resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de galvanoplastia. Se utiliza como revestimiento protector para diversos metales, como el acero, para evitar la corrosión y mejorar el aspecto de la superficie. Sin embargo, la galvanoplastia con cadmio ahora es menos común debido a preocupaciones ambientales y de salud.
  3. Pigmentos: En el pasado, los compuestos de cadmio se usaban como pigmentos en pinturas, revestimientos y plásticos para producir colores amarillo, naranja y rojo brillantes. Sin embargo, el uso de pigmentos a base de cadmio ha disminuido significativamente debido a su toxicidad y han sido reemplazados en gran medida por pigmentos alternativos no tóxicos.
  4. aleaciones: El cadmio se puede alear con otros metales para mejorar sus propiedades. Por ejemplo, el cadmio se usa como componente en algunas aleaciones de bajo punto de fusión, como soldaduras y aleaciones fusibles.
  5. Semiconductores: El sulfuro de cadmio (CdS) es un material semiconductor que se ha utilizado en ciertos dispositivos optoelectrónicos, como células fotovoltaicas (células solares), sensores de luz y fotocélulas. Sin embargo, los materiales semiconductores alternativos ahora se usan más comúnmente para estas aplicaciones.
  6. Estabilizantes y Aditivos: Los compuestos de cadmio se han utilizado como estabilizadores y aditivos en plásticos y ciertos procesos industriales. Sin embargo, su uso ha disminuido debido a preocupaciones ambientales y de salud.

Es importante reiterar que muchas de estas aplicaciones se han enfrentado a un escrutinio cada vez mayor debido a la naturaleza tóxica del cadmio. En respuesta, se han realizado esfuerzos para reducir o eliminar el uso de cadmio en varias industrias y reemplazarlo con alternativas más seguras. Estos esfuerzos tienen como objetivo proteger la salud humana, prevenir la contaminación ambiental y promover prácticas sostenibles.

Resumen de puntos clave

  1. Cadmio: El cadmio es un metal blando de color blanco azulado con el símbolo químico “Cd” y el número atómico 48. Es un metal de transición y es relativamente raro en la corteza terrestre.
  2. Aparición: El cadmio se encuentra comúnmente como una impureza en los minerales de zinc, plomo y cobre, en lugar de presentarse como un mineral primario. Las principales fuentes de cadmio son un subproducto durante la extracción y refinación de estos metales base.
  3. Usos industriales: Históricamente, el cadmio se ha utilizado en varias aplicaciones industriales, incluidas las baterías (baterías de níquel-cadmio), la galvanoplastia y los pigmentos para pinturas. Sin embargo, muchos de estos usos han disminuido debido a preocupaciones ambientales y de salud.
  4. Toxicidad: El cadmio y sus compuestos son altamente tóxicos para los humanos y otros organismos vivos. La exposición prolongada al cadmio puede causar serios problemas de salud, afectando particularmente los riñones y los huesos. El manejo y la eliminación adecuados de los materiales que contienen cadmio son cruciales para evitar su liberación al medio ambiente.
  5. Impacto medioambiental: La eliminación inadecuada de desechos que contienen cadmio y las emisiones industriales pueden conducir a la contaminación por cadmio en el suelo, los cuerpos de agua y la cadena alimentaria, lo que afecta los ecosistemas y la salud humana.
  6. Regulación: Muchos países han implementado normas estrictas sobre el uso y la eliminación de cadmio y productos que contienen cadmio para proteger la salud humana y el medio ambiente.
  7. Subproducto: El cadmio se obtiene principalmente como subproducto valioso durante la extracción y procesamiento de minerales de zinc, plomo y cobre.
  8. Cambiar a alternativas: Debido a su toxicidad, muchas industrias han buscado alternativas a los productos a base de cadmio, como la sustitución de las baterías de níquel-cadmio por baterías de iones de litio y el uso de pigmentos no tóxicos en las pinturas.
  9. Minería y Refinación: El mineral de cadmio normalmente se extrae junto con los minerales de zinc, plomo o cobre. El proceso involucra la preparación del mineral, flotación, concentración, tostado, reducción, condensación y refinación para obtener cadmio metálico de alta pureza.
  10. Seguridad y Sostenibilidad: La extracción, el procesamiento y la manipulación responsables del cadmio son esenciales para garantizar la seguridad de los trabajadores, proteger el medio ambiente y gestionar los peligros potenciales asociados con el cadmio y sus compuestos.

En general, comprender las propiedades, las fuentes, los usos y los riesgos asociados con el cadmio es fundamental para adoptar prácticas responsables y proteger la salud humana y el medio ambiente de sus efectos nocivos.