鎘小白游學(xué)記

謝榕杰，朱亞先

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門361005

大家好！我的名字叫做鎘，據(jù)我的族譜介紹，我的家族位于元素王國中的ds區(qū)第五排，占據(jù)著第十二街。這條街在我來之前只住著汞和鋅兩位老人家，汞老被發(fā)現(xiàn)于1500年前的古埃及墓中[1]。鋅老早于公元1637年就被中國人記載[2]。而我作為家族里的第三代傳人，一般在鋅礦或汞礦中伴生，以鋅礦為主，在自然界中少得可憐，看起來平平無奇。但正是平凡的我，卻有著不平凡的經(jīng)歷。

我在800華氏度左右時(shí)會汽化逸出[3]，所以在高溫?zé)捴其\、汞時(shí)，我總不被發(fā)現(xiàn)。1817年我終于遇到了我的伯樂：F. Stromeyer，他在碳酸鋅中發(fā)現(xiàn)了我，并讓我以一種新元素的身份出現(xiàn)在了世人眼前，在元素王國中排位48號[4]。

剛出生的我身體柔軟，銀白色的長禮服是我童年時(shí)期的最愛。我的禮服顏色不是一成不變的，偶爾會散發(fā)著淡藍(lán)色的光澤，而潮濕的空氣會將禮服緩慢氧化，逐漸失去光澤；在熱一些的天氣下，禮服的材料會變成棕紅色的氧化鎘，五顏六色的禮服給我的童年增添了不少樂趣[5]。

我一天天長大，為能掌握更多知識，拓展視野，我計(jì)劃出門游學(xué)一日。出門前家人送給了我一個(gè)感應(yīng)器，里面裝著百科全書。

1 第一站：單質(zhì)世界

我游學(xué)的第一站是接觸元素王國的其他單質(zhì)。我?guī)е业淖o(hù)衛(wèi)隊(duì)——12個(gè)價(jià)電子，他們分成兩隊(duì)，前面10個(gè)是4d貼身保鏢，后面是2個(gè)5s偵察兵護(hù)衛(wèi)。按著地圖所指示的方向，我穿過d區(qū)，跨過主族和副族的分界線來拜見氫老大。

氫老大熱情地握著我的手，并通過廣播召集元素王國里的各種元素單質(zhì)前來參加我的歡迎會。

歡迎會上有著一個(gè)神奇的儀器，“你先站到左邊”。氫老大邊說邊一個(gè)箭步跳上右側(cè)。

“嘟—”儀器亮起了紅燈，“哎，看來我和你通過簡單結(jié)合沒法形成新的物質(zhì)呀?！睔淅洗蟮脑捳Z中充滿了遺憾。

“還有誰愿意上來嘗試一下嗎？”氫老大對著臺下說。

話音剛落，活潑的鹵素兄弟沖上了臺。

氟作為大哥先站了上去，儀器“?！钡匾宦暳疗鹆司G燈，顯示板背景變成了白色，板中央出現(xiàn)了CdF2的字樣，“氟化鎘可由碳酸鎘和氫氟酸溶液制備[6]……”百科全書發(fā)出來聲音。

百科全書的聲音瞬間被臺下的掌聲覆蓋。

氯、溴、碘也依次站了上去，均顯示出白色背景。鹵素兄弟的性質(zhì)果然如此相似啊！

臺下坐著的其他非金屬元素也躍躍欲試，氧小姐站上去以后出現(xiàn)了棕紅色的背景；硒妹妹站上去也顯示紅色背景；而到硫哥哥站上去的時(shí)候，背景出現(xiàn)了兩種顏色：檸檬黃色和桔紅色，看來硫化鎘是雙胞胎兄弟呀。

“怎么都是非金屬元素呀？有金屬元素愿意上來試一下嗎？”

銀作為金屬元素代表被推舉上臺，這時(shí)顯示屏上除了出現(xiàn)Ag-Cd，還出現(xiàn)了一行特殊的字：合金?！般y鎘合金有很好的耐腐蝕性，鎘含量為17%的銀鎘合金中含有金屬間化合物AgCd[7]。”百科全書的聲音又響起來了……

越來越多的元素走上臺，各式各樣的鎘的化合物被發(fā)現(xiàn)并送往人類世界探索其用途。

2 第二站：飲料代言人爭霸賽

從氫老大家里出來后，我經(jīng)過元素王國里的一家商店門口。

“商店門口怎么這么多人呢？”我抓住剛從店里走出來的金兄弟問道。

“店里在舉辦單質(zhì)飲料挑戰(zhàn)賽，只要能與店內(nèi)5種招牌飲料中的2種反應(yīng)就可以成為飲料代言人，還可以獲得前往人族世界游歷的獎勵呢。不過……”

金垂頭喪氣：“我的性質(zhì)太穩(wěn)定了，沒有挑戰(zhàn)成功……”

“那我去試試！”我沖上前，一躍上臺。

店內(nèi)一張桌子上擺放著5杯元素王國的特制飲料：鹽酸水、火堿茶、海水混合汁、碳酸汽水、硝酸銀拿鐵。

“開始吧!”工作人員拿起攝像機(jī)對準(zhǔn)我。

我拿起鹽酸水抿了一口，衣服瞬間變?yōu)闊o色透明，我立刻感受到身體內(nèi)有兩股電荷。

“Cd + 2HCl = CdCl2+ H2，氯化鎘為無色的離子晶體，正負(fù)離子相互吸引?！卑倏迫珪⒖探獯鹆宋业囊苫?。

“第一杯挑戰(zhàn)成功?！?/p>

我迫不及待地端起第二杯飲料火堿茶一飲而盡，然而沒有變化。

第三杯海水混合汁亦沒有變化。

第四杯碳酸汽水還是沒有變化。

我充滿期待地緩緩舉起最后一杯飲料——硝酸銀拿鐵，能否去人族世界游歷就看此一試了。我猛灌一口，衣服馬上變成了鑲著黑珍珠的白西裝。

“Cd + 2AgNO3= Cd(NO3)2+ 2Ag，硝酸鎘為白色晶體，而反應(yīng)生成的銀粉呈現(xiàn)黑色?！卑倏迫珪俅谓庹f。

“成功了！成功了！”我興奮得站到去往人族世界的傳送門上。

3 第三站：日本之旅

我被傳送到日本的一個(gè)村莊，村莊里的村民有些奇怪。不少村民腰、手、腳疼痛，行動困難，有的骨骼軟化、萎縮，四肢彎曲、脊柱變形。

我穿過人群，時(shí)不時(shí)能聽到他們大喊：“痛死了！好痛??！”。

“阿嚏！”突然有一個(gè)人打了個(gè)噴嚏，立馬有兩個(gè)保安扶住了他。

為啥打個(gè)噴嚏都要人扶著呢？

緊接著的一幕讓我吃驚地合不攏嘴，只見那個(gè)剛打完噴嚏的人的骨頭處出現(xiàn)了歪曲，很明顯，這個(gè)人骨折了。

打個(gè)噴嚏都能骨折？

我對眼前的這一幕滿懷疑惑，于是我趕緊打開百科全書尋找答案。

原來這里是1930年的日本富山縣。

因?yàn)閼?zhàn)爭需求，神岡礦山開采重點(diǎn)由銀轉(zhuǎn)向鉛和鋅，在鋅的產(chǎn)量大幅度提高的同時(shí)，排放的含鎘煙塵、礦渣和廢水也大幅度增加[8]。

“工廠的廢水未經(jīng)嚴(yán)格處理都直接排到我這里，隨著水體的流動，整條河都被污染了。河水中富含鎘，導(dǎo)致生活在其中的魚和蝦也富含了鎘，鎘通過食物鏈傳遞與積累，人類怎么能獨(dú)善其身呢？”河水痛苦地訴說著。

土壤接著說：“我們土壤因?yàn)樾枰銈兒铀虧?，也因此富含了鎘。土壤中水溶性的鎘主要以離子態(tài)或絡(luò)合態(tài)存在[9]，易被植物吸收、富集。通過食物鏈，最終也流向了人類餐桌啊?！?/p>

空氣也憤憤不平：“工業(yè)生產(chǎn)除了產(chǎn)生含鎘廢水，還產(chǎn)生了含鎘廢氣。這些飄塵鎘毒，可懸浮于空氣中達(dá)數(shù)年，隨呼吸可直達(dá)肺的深處沉積，通過血液傳輸至全身，對身體危害甚大[10]?！?/p>

“鎘進(jìn)入人體后會取代骨骼中的鈣離子，還會干擾維生素D的代謝，骨膠原無法正常固化成熟,進(jìn)而產(chǎn)生骨質(zhì)疏松和骨骼萎縮等多種不良反應(yīng)。這就是痛痛病。鎘中毒不止對骨骼有害，對神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟等也有損傷[11]?！贬t(yī)生接著解釋：

“而鎘的半衰期為10-30年，且有著較顯著的生物富集作用，即使人們停止接觸鎘，過去積累的鎘仍然會停留在人體內(nèi)，引發(fā)慢性鎘中毒?！?/p>

看到自己給人類帶來這么大的痛苦，我深感慚愧。我拿起感應(yīng)器，看到了在世界的其他地方，鎘污染一直困擾著人們的生活和健康，直至21世紀(jì)仍未徹底解決。

我只會危害人類嗎？我存在的價(jià)值在哪里呢？我低下頭思索著。

4 第四站：鎘工業(yè)基地

傳送門又將我送到了一個(gè)工業(yè)區(qū)——鎘工業(yè)基地。

鎘大哥正站在門口等我：“我先帶你參觀一下鎘單質(zhì)車間。”

鎘大哥邊走邊說；“我們可以附著在鋼鐵的表面通過犧牲陽極保護(hù)法保護(hù)內(nèi)部金屬，常用于飛機(jī)和一些軍用零件上，耐腐蝕性好；我們在合金中也是抗拉強(qiáng)度和耐磨性的擔(dān)當(dāng)，在飛機(jī)的軸承中也有我們的身影；而且我們截面大，可以俘獲大量的熱中子，還可作為原子反應(yīng)堆的中子吸收控制棒呢[12]?！?/p>

“可是鎘在地殼中分布很散，單質(zhì)難以制備吧？”

鎘大哥聽出了我的疑惑，“咱們鎘的化學(xué)性質(zhì)與鋅姐姐相似，所以在成礦作用過程中常隨著閃鋅礦被富集，鋅姐姐被提取后剩下鎘渣。工人伯伯將鋅姐姐和硫酸加入鎘渣中置換出粗鎘，然后再進(jìn)行精煉。傳統(tǒng)的精鎘生產(chǎn)有兩種方法：‘全濕法電解工藝’和‘濕法-火法聯(lián)合工藝’[13]?！?/p>

“我聽說第一種方法的除雜流程很復(fù)雜，不適合處理雜質(zhì)含量高的鎘原料；第二種方法曾出現(xiàn)過鎘蒸氣的泄漏，會影響到工人的生產(chǎn)安全?！蔽彝涣嗽谌毡镜慕?jīng)歷，皺著眉頭。

鎘大哥停下腳步，“所以我們這幾年在嘗試一種清潔生產(chǎn)精鎘的新方法，請看這兒?！?/p>

我順著鎘大哥手指的方向，看到了一個(gè)工作區(qū)：真空精餾技術(shù)區(qū)。

“銅、鉛、鋅和鎘的關(guān)系密切，常膩歪在一起，我們基地目前主要是利用不同金屬的飽和蒸氣壓的差異，通過真空蒸餾使鎘揮發(fā)而其他雜質(zhì)留在殘留物中，從而來實(shí)現(xiàn)鎘的精煉?！?/p>

“你們?nèi)绾巫龅江h(huán)保呢？”我迫不及待地追問。

“請看這張圖?！辨k大哥打開了流程圖(圖1)，詳細(xì)地給我講解了鎘煙氣的處理。

圖1 鎘煙氣的處理

我看到基地嚴(yán)格遵守環(huán)保要求，對鎘廢物進(jìn)行規(guī)范處理，不禁豎起了大拇指。

緊接著，我來到了鎳鎘電池車間。

這個(gè)車間更像一間陳列室。里面陳列著二十多年前“大哥大”、飛機(jī)發(fā)動機(jī)、電動剃須刀、電動玩具等，陳列室中間擺放著不同大小的鎳鎘電池：大型袋式、圓柱密封式、小型紐扣式……

鎘大哥道，“小弟與鎳聯(lián)手開發(fā)的鎳鉻電池，體積小、容量大、經(jīng)濟(jì)耐用而被廣泛使用……”

“老師曾經(jīng)講過它的充放電原理：Cd + 2NiO(OH) + 2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2”我連忙說。

“但是，它也有致命的缺點(diǎn)，記憶效應(yīng)強(qiáng)、帶來環(huán)境污染等，隨著技術(shù)的進(jìn)步，曾經(jīng)叱咤風(fēng)云的它們?nèi)缃褚驯讳囯x子電池取代。現(xiàn)在這個(gè)車間已經(jīng)停止生產(chǎn)了，只是作為陳列館供參觀，紀(jì)念它們?yōu)槿祟愖龀龅呢暙I(xiàn)[14]?！?/p>

不遠(yuǎn)處，皮膚灰黑的碲化鎘向我招手。于是，我告別鎘大哥，走進(jìn)半導(dǎo)體車間。

“我可由碲化氫與氯化鎘在溶液中制得。我是半導(dǎo)體，禁帶寬度與地表的太陽光譜相配，可見光照射在我身上會產(chǎn)生電流。因此，太陽能電池常歡迎我去做客；我還可以被用作發(fā)光二極管磷光體[15]?！?/p>

接下來，我還參觀了用于涂料、太陽能電池的電子傳輸層的硫化鎘車間[16]，可用于做信號彈的鹵化鎘車間等。

看著鎘有這么多的用途，我心里踏實(shí)了，原來鎘是人類的好朋友??！

暮色降臨，我通過傳送門回到了家中。我拿起筆記錄下自己這一天的經(jīng)歷：鎘小白游學(xué)記。