鎘小白游學記

謝榕杰，朱亞先

廈門大學化學化工學院，福建 廈門361005

大家好！我的名字叫做鎘，據我的族譜介紹，我的家族位于元素王國中的ds區第五排，占據著第十二街。這條街在我來之前只住著汞和鋅兩位老人家，汞老被發現于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，卻有著不平凡的經歷。

我在800華氏度左右時會汽化逸出[3]，所以在高溫煉制鋅、汞時，我總不被發現。1817年我終于遇到了我的伯樂：F. Stromeyer，他在碳酸鋅中發現了我，并讓我以一種新元素的身份出現在了世人眼前，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期的最愛。我的禮服顏色不是一成不變的，偶爾會散發著淡藍色的光澤，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，我計劃出門游學一日。出門前家人送給了我一個感應器，里面裝著百科全書。

1 第一站：單質世界

我游學的第一站是接觸元素王國的其他單質。我帶著我的護衛隊——12個價電子，他們分成兩隊，前面10個是4d貼身保鏢，后面是2個5s偵察兵護衛。按著地圖所指示的方向，我穿過d區，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前來參加我的歡迎會。

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

“嘟—”儀器亮起了紅燈，“哎，看來我和你通過簡單結合沒法形成新的物質呀。”氫老大的話語中充滿了遺憾。

“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“叮—”地一聲亮起了綠燈，顯示板背景變成了白色，板中央出現了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候，背景出現了兩種顏色：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，這時顯示屏上除了出現Ag-Cd，還出現了一行特殊的字：合金。“銀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現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。

“店里在舉辦單質飲料挑戰賽，只要能與店內5種招牌飲料中的2種反應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：“我的性質太穩定了，沒有挑戰成功……”

“那我去試試！”我沖上前，一躍上臺。

店內一張桌子上擺放著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對準我。

我拿起鹽酸水抿了一口，衣服瞬間變為無色透明，我立刻感受到身體內有兩股電荷。

“Cd + 2HCl = CdCl2+ H2，氯化鎘為無色的離子晶體，正負離子相互吸引。”百科全書立刻解答了我的疑惑。

“第一杯挑戰成功。”

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，而反應生成的銀粉呈現黑色。”百科全書再次解說。

“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，時不時能聽到他們大喊：“痛死了！好痛啊！”。

“阿嚏！”突然有一個人打了個噴嚏，立馬有兩個保安扶住了他。

為啥打個噴嚏都要人扶著呢？

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

打個噴嚏都能骨折？

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。

因為戰爭需求，神岡礦山開采重點由銀轉向鉛和鋅，在鋅的產量大幅度提高的同時，排放的含鎘煙塵、礦渣和廢水也大幅度增加[8]。

“工廠的廢水未經嚴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，人類怎么能獨善其身呢？”河水痛苦地訴說著。

土壤接著說：“我們土壤因為需要你們河水滋潤，也因此富含了鎘。土壤中水溶性的鎘主要以離子態或絡合態存在[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。”

空氣也憤憤不平：“工業生產除了產生含鎘廢水，還產生了含鎘廢氣。這些飄塵鎘毒，可懸浮于空氣中達數年，隨呼吸可直達肺的深處沉積，通過血液傳輸至全身，對身體危害甚大[10]。”

“鎘進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,進而產生骨質疏松和骨骼萎縮等多種不良反應。這就是痛痛病。鎘中毒不止對骨骼有害，對神經系統、腎臟等也有損傷[11]。”醫生接著解釋：

“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，引發慢性鎘中毒。”

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世紀仍未徹底解決。

我只會危害人類嗎？我存在的價值在哪里呢？我低下頭思索著。

4 第四站：鎘工業基地

傳送門又將我送到了一個工業區——鎘工業基地。

鎘大哥正站在門口等我：“我先帶你參觀一下鎘單質車間。”

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法保護內部金屬，常用于飛機和一些軍用零件上，耐腐蝕性好；我們在合金中也是抗拉強度和耐磨性的擔當，在飛機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，還可作為原子反應堆的中子吸收控制棒呢[12]。”

“可是鎘在地殼中分布很散，單質難以制備吧？”

鎘大哥聽出了我的疑惑，“咱們鎘的化學性質與鋅姐姐相似，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，然后再進行精煉。傳統的精鎘生產有兩種方法：‘全濕法電解工藝’和‘濕法-火法聯合工藝’[13]。”

“我聽說第一種方法的除雜流程很復雜，不適合處理雜質含量高的鎘原料；第二種方法曾出現過鎘蒸氣的泄漏，會影響到工人的生產安全。”我忘不了在日本的經歷，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精鎘的新方法，請看這兒。”

我順著鎘大哥手指的方向，看到了一個工作區：真空精餾技術區。

“銅、鉛、鋅和鎘的關系密切，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而其他雜質留在殘留物中，從而來實現鎘的精煉。”

“你們如何做到環保呢？”我迫不及待地追問。

“請看這張圖。”鎘大哥打開了流程圖(圖1)，詳細地給我講解了鎘煙氣的處理。

圖1 鎘煙氣的處理

我看到基地嚴格遵守環保要求，對鎘廢物進行規范處理，不禁豎起了大拇指。

緊接著，我來到了鎳鎘電池車間。

這個車間更像一間陳列室。里面陳列著二十多年前“大哥大”、飛機發動機、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，“小弟與鎳聯手開發的鎳鉻電池，體積小、容量大、經濟耐用而被廣泛使用……”

“老師曾經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，記憶效應強、帶來環境污染等，隨著技術的進步，曾經叱咤風云的它們如今已被鋰離子電池取代。現在這個車間已經停止生產了，只是作為陳列館供參觀，紀念它們為人類做出的貢獻[14]。”

不遠處，皮膚灰黑的碲化鎘向我招手。于是，我告別鎘大哥，走進半導體車間。

“我可由碲化氫與氯化鎘在溶液中制得。我是半導體，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；我還可以被用作發光二極管磷光體[15]。”

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，我心里踏實了，原來鎘是人類的好朋友啊！

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歷：鎘小白游學記。