氧化镉的应用

背景及概述^[1][2]

氧化镉化学式CdO。绿黄、赤褐或蓝黑色晶体或粉末，不溶于水，可溶于稀酸和铵盐。用于银焊料、制玻璃、电极、抗线虫剂、有机反应催化剂、陶釉和镀镉。对镉或其化合物高温加工时会产生CdO烟雾。烟雾或粉尘都影响健康。烟雾：大鼠吸入LD₅₀500mg/m3(10min)，人吸入最小致死浓度为2500mg/m³。

粉尘：大鼠吸入最小致死浓度为10mg/m³，人吸入最小致死浓度为500μg/m³ (5年)。吸入高浓度时，咽喉刺激、头痛、眩晕、呕吐、下痢，继而呼吸困难、胸痛等呼吸器官症状，重时心绞痛，能在2天内死亡。长时间吸入低浓度时导致肺气肿、蛋白尿、糖尿、氨基酸尿等肺、肾功能损害。我国规定作业环境空气中最高容许浓度为0.1mg/m³。

性质^[2]

1）CdO 的晶体结构

CdO 是一种直接窄带隙 n 型半导体氧化物，其禁带宽度为 2.2 e V，对应的吸收边波长在 550 nm 附近，处于太阳光谱在可见光波段能量最强值 510 nm 附近。通常情况下，CdO 为红棕色结晶。分子质量约为 128.4 g·mol-1，密度达 8.15 g·cm-3，熔点约为 1427  ℃，沸点约为 1559 ℃，具有较好的化学稳定性和热稳定性。CdO几乎不溶于水，呈弱碱性，易溶于酸与铵盐溶液。

CdO 具有 3 种不同的晶体结构，分别为纤锌矿(Cs Cl)结构、岩盐(立方 Na Cl)结构和闪锌矿结构。根据固体物理理论可知，岩盐结构是 CdO 晶体的热力学和动力学稳定态的最稳定结构，而其在自然界也是以岩盐结构稳定存在的；纤锌矿与岩盐结构相近，其每分子内聚能仅差约 0.0035 e V，也是一种稳定的结构，所以有希望在实验上获得稳定的纤锌矿结构 CdO；而闪锌矿结构每分子内聚能要比岩盐结构高约 0.0252 eV，因此，与纤锌矿和岩盐结构相比，闪锌矿结构的CdO 是不稳定的。

图 1.1 为立方 Na Cl 型和 Cs Cl 型晶体结构示意图。岩盐结构的 CdO 晶体由Cd 和 O 两种原子分别组成的两套面心立方格子沿 1/2 [100]方向套构而成，属于Fm3m空间群，对称性为 OH-5，晶格常数 a=4.6958 Å。室温下，在对 CdO 施加了大约 90.6 GPa 的压强后，其晶体结构由立方 NaCl 型转变为 Cs Cl 型。CdO 晶体是以离子键和共价键为主的混合键晶体，其中离子键成分约为 53.5 %。

2）CdO 的光学性能

CdO 是一种新型的半导体氧化物，它的禁带宽度约为 2.2 e V。CdO 薄膜透明呈浅黄色，在可见光范围(380~780 nm)内具有较高的光学透过率(80 %~90 %)。CdO 本身不能作为复合中心，故不具有发光特性，这与其具有间接带隙有关。通常情况下，CdO 薄膜的透过率主要受制备方法、掺杂物种类、生长温度、反应气体分压、衬底材料、退火条件及膜厚效应等因素的影响。

用途^[3-4]

氧化镉可用 作分析试剂、催化剂，也用于高纯镉盐、镀镉 液和陶瓷釉彩的制备等。其应用如下：

1. 制备一种氧化镉镁合金透明导电薄膜，

该薄膜采用磁控溅射技术，设计合理的溅射参数制备而成。磁控溅射的靶材为氧化镉和氧化镁，薄膜中镁的原子数百分比组分含量值x为：0≤x<0.5；薄膜厚度为：170—290nm。本发明研究认为，增大薄膜中镁的含量，可实现薄膜在短波范围的截止波长继续向短波方向的拓展，从而拓宽其光学带隙，有效提高短波范围的光透过性能，使其在太阳辐射波长375—1800nm之间，光谱透过率达到75%以上，而镁组分含量与靶材溅射功率、靶材和基片之间的距离、及与薄膜沉积时间长短相关。

本发明以磁控溅射方法调节薄膜中Mg的含量，操作简便，只要控制好设计参数，便能工业化规范生产，使之在太阳能电池、光电探测等光电功能材料和器件领域中获得良好的应用前景。

2. 制备一种以银-氧化镉为基础的电接触材料，

它是在一种银基体或主要含银的合金基体中含有氧化镉，其成分范围为：Ag80—88%，CdO12—20%，Ni0.1—0.2%，各组成的总和为100%，其生产工艺为：将银锭、镉锭和镍锭置于熔炼炉中熔炼成铸锭，加工成碎屑，经高温高压氧化得到一种银氧化镉材料，碎屑在钢模中成型，然后在高温中挤压成一定规格的条材，再经拉拔便得到线材产品。本发明节约了贵金属银8%，且工艺流程短，设备投资少。

制备 ^[5-6]

方法1：一种高纯氧化镉的制备方法，其特征在于，该制备方法的步骤是：

1)碳酸镉的制备：将分析纯硝酸镉与蒸馏水配成5％6％的硝酸镉溶液，用28％的高纯氨水将此溶液调至 pH 7.58，静置56h，过滤，将滤液移入白搪瓷缸中，然后向溶液中按硝酸镉与碳酸铵的重 量比为1∶2.53加入分析纯碳酸铵，至无沉淀为止，即生成碳酸沉淀，静置23h，然后洗涤，抽干，移入刚玉锅里，干燥，温度100120℃，取出粉碎，得到高纯碳酸镉粉末A；

2)高纯氧化镉的制备：将步骤(1)得到的A进行煅烧，温度300400℃，恒温12h；继续升温至480520℃，恒温3.54h；停止加热，冷却至120℃，干燥，抽真空冷却，取出得到高纯氧化镉。

方法2：一种含砷含镉烟尘的综合回收方法，包含以下主要步骤：将含镉烟尘加硫酸溶液中，所用硫酸浓度为30~120g/L，浸出温度为20~80℃，浸出时间为0.5~12h。

反应后过滤得到硫酸镉溶液；在所得硫酸镉溶液中按Fe与As的物质的量之比为1：1~4加入铁盐，加入双氧水或通入空气，氢氧化钠溶液调节溶液pH值为4~9，在10~95℃下氧化0.5~12h，过滤得到除砷后溶液，在除砷后溶液中加入有机磷类萃取Zn2+，静置分层后分离得到含镉的萃余液；在所得的萃余液中，调节Cd2+浓度为0.025 ~0.5mol/L，按镉与尿素的物质的量之比为1：1~1：7加入尿素，使用氢氧化钠溶液调节溶液pH为6~11后加入高压反应釜中，在120~230℃下反应2~24h转化为碳酸镉后取出、过滤、水洗、400~550℃下焙烧为0.5~ 6h得到氧化镉粉末。

主要参考资料

[1] 环境科学大辞典

[2] 氧化镉基纳米结构薄膜的制备及应用性能研究

[3] CN201310051743.7氧化镉镁合金透明导电薄膜及其制备方法

[4] CN95111070.5以银一氧化镉为基础的电接触材料及其生产工艺

[5] CN201110254866.1 一种高纯氧化镉的制备方法

[6]  CN201410666987.0 一种锌冶炼含镉烟尘制备氧化镉的方法