製品紹介
バー
ビーズと球体
ボルト＆ナット
坩堝
ディスク
繊維
映画
フレーク
フォーム
フォイル
顆粒
ハニカム
インク
ラミネート
しこり
メッシュ
メタライズド・フィルム
プレート
粉類
ロッド
シーツ
単結晶
スパッタリングターゲット
チューブ
洗濯機
ワイヤー
コンバータと計算機
私たちのために書く
カドミウム元素特性と用途
カドミウムの紹介
カドミウム（原子番号48、略号Cd）は青みがかった白色の柔らかい金属で、その類まれな物理的特性と徹底的な毒性によって区別される。カドミウムは19世紀に初めて単離され、以来、電池から顔料に至るまで、さまざまな工業プロセスにおける重要な材料として浮上してきた。主に亜鉛製錬の副産物として製造され、2022年の世界生産量は約23,000トンで、主に中国、韓国、日本などの国に集中している。その毒性のため、カドミウムはほとんどの産業で厳しく規制されている。
カドミウムの化学的性質
カドミウムは+2の酸化状態(Cd²⁺)を示す傾向があり、その化学的挙動のほとんどをカバーしている。他の遷移元素に比べて非常に不活性ですが、カドミウムは酸素、硫黄、ハロゲンと反応して、酸化カドミウム（CdO）や硫化カドミウム（CdS）などの化合物を生成します。このような化合物は、電気めっき、顔料、半導体の基礎となっている。
主な化学的特性は以下の通り：
- 保護皮膜の形成により徐々に酸化されるが、室温の空気中で反応しにくい。
- 電気化学に参加できる酸溶解性。
- 特に硫黄やセレンとの組み合わせで、きらびやかな着色化合物を形成する吸収能力。
化学的な詳細については、スタンフォード先端材料（SAM）を参照。
主な産業応用例と統計
1.ニッケル・カドミウム（Ni-Cd）電池
- ニッケル・カドミウム電池は、携帯電子機器、電動工具、航空技術に広く使用されている。
- 典型的な1.2VのNi-Cd電池は、重量比で約5-10％のカドミウムを含んでいる。
安定性が高く、数百回の充放電サイクルに耐えることができるが、環境問題への懸念から使用量が減少している。例えば、欧州連合は電池指令（2006/66/EC）でNi-Cd電池の適用を制限した。
2.プラスチック、セラミック、ガラス顔料
- CdSは発色の強い黄色顔料を、CdSeは赤橙色顔料を生成する。
- 事例CdS顔料は1990年代に建築用プラスチックに応用され、20年以上劣化せずに色落ちしない商品を提供した。
- RTEs顔料は現在規制されており、ほとんどの国の消費者製品におけるカドミウム含有量は0.01%未満に制限されている。
3.電気めっきと耐食性
カドミウム電気めっきは、その高い耐食性、特に海洋環境下での耐食性から、航空宇宙や防衛分野で使用されている。
例カドミウムでコーティングされた軍用ファスナーは1,000時間以上塩水噴霧腐食に耐えるが、亜鉛メッキの代替品は200～300時間で故障する。
4.半導体と光電池
- テルル化カドミウム（CdTe）は薄膜太陽電池に使用され、シリコンに代わる効率的でコスト効果の高い材料である。
- 事例データ：CdTe太陽電池モジュールは、標準的な試験条件下で最大22%の効率を達成し、ワットあたりの生産コストは結晶シリコンよりも低い。
環境と健康への懸念
カドミウムは動物や人間にとって猛毒である。少量のカドミウムに長期間さらされると、以下を引き起こす：
-腎臓障害と骨の脱灰
-呼吸器疾患および肺がん（カドミウムの粉塵やヒュームの吸入による）。
-特に葉物野菜、穀類、貝類に多い。
カドミウムの危険性は、環境上の出来事を通じて露呈する：
-日本の「イタイイタイ病」（1960年代）では、カドミウム汚染米が200人以上の犠牲者に深刻な骨と腎臓の病気を引き起こした。
- 例えば、EPA（米国環境保護庁）は廃水中のカドミウムを0.005mg/Lに制限しており、生態系や人体への害を防ぐためには、いかに厳しい管理が必要かを示している。
こうしたリスクのため、産業界はカドミウムを含まない代替品への移行を進めている。例えば、Ni-Cd代替電池のリチウムイオン電池や、プラスチックや塗料の非カドミウム顔料などである。しかし、高性能の太陽電池や特殊な電気めっきの用途では、カドミウムのユニークな特性により、カドミウムに代わるものはありません。
よくある質問
カドミウムの原子番号は何番ですか？
カドミウムの原子番号は48で、遷移金属の一種です。
カドミウムの毒性は？
カドミウムは非常に毒性が強く、長期間の暴露は腎臓、骨、肺に損傷を与えます。人体や環境へのリスクを制限するため、規制量が大幅に決められている。
現在の主な工業用途は？
ニッケル・カドミウム電池、顔料、カドミウム電気メッキ、CdTe太陽電池が依然として重要な用途である。
カドミウムの製造方法は？
主に亜鉛製錬の副産物として製造され、一般的には焙煎、蒸留、電解プロセスによって製造される。
より安全な代替品はありますか？
あります。NiMHとリチウムイオンがNi-Cdの代わりとなり、非カドミウム顔料が環境への暴露を減らします。しかし、航空宇宙用コーティングやCdTe太陽電池のような特定の高性能用途では、カドミウムが必要とされます。
Chin Trento
