Распространение и трансформация

Кадмий

Источники и пути поступления Cd

Кадмий - относительно редкий элемент (0.2 мг/кг в земной коре) и не найден в чистом виде в природе. Он содержится главным образом в ассоциациях с рудами сульфида цинка, свинца и меди. Впервые коммерчески кадмий был получен лишь в двадцатом веке. Кадмий является побочным продуктом цинковой промышленности; его производство, таким образом, определено производством цинка.

До первой мировой войны кадмий от цинковых и других заводов цветных металлов поступал в окружающую среду, что привело к неконтролируемому её загрязнению кадмием в течение многих десятилетий.

Среднее ежегодное производство кадмия во всем мире увеличилось с 20 тонн в 1920-ых приблизительно к 12 000 тонн в период 1960–1969, 17 000 тонн в 1970–1984; с 1987 производство составляло приблизительно 20 000 тонн (2,3).

Применение кадмия в последние годы претерпело существенные изменения. В прошлом кадмии главным образом использовался в гальванопокрытии металлов и в пигментах или стабилизаторах для пластмасс. В 1960 году технические покрытия и сектор металлизации составляли более чем половину потребляемого кадмия во всем мире, но в 1990 это направление применения кадмия уменьшилось до 8 %. В настоящее время на производство никелевокадмииевых батарей расходуется 55 % продукции кадмия, и ожидается что их производство расширится в связи с увеличивающимся использованием перезаряжающихся батарей и их потенциальным использованием для электрических транспортных средств. Например, спрос на кадмий в никелевокадмииевых батареях изменялся от 3000 тонн в 1980 г. до 9000 тонн в 1990. Этот быстрый рост более чем возместил снижение тенденций для пигментов (20 %), металлизации (8 %) и стабилизаторов (10 %).

Кадмий стал необходимым компонентом современной технологии. Он пользуется большим спросом в электронике, коммуникации, производстве электроэнергии и авиакосмической промышленности (4,5). В Европейском союзе и во всем мире, приблизительно 85-90 % эмиссии кадмия в атмосферный воздух является результатом антропогенных источников, главным из которых являются плавление и очистка цветных металлы, сжигание ископаемого топлива и муниципальных отходов. Естественным источником кадмия в окружающей среде является вулканическая эмиссия. Полная атмосферная эмиссия кадмия в западной Европе была оценена в 1144 тонн/год в 1982 году. Считается, что с использованием лучшей доступной технологией управления эмиссией кадмия это количество может быть сокращенный на 34 % в 1990-ых

В государствах-членах Европейского союза атмосферная эмиссия кадмия в 1990 составляла 158 тонн/год. Она распределена следующим образом: естественная эмиссия - 9.3 %; промышленность цветного металла - 20.4 %; нефтяное сгорание - 17.9 %; сжигание отходов-17.5 %; железо- и сталелитейная промышленность, 15.3 %; сжигание угля, 13.4 %; производство цемента - 4.4 %; и другие - 1.8 %.

Тяжелый металл кадмий представляет собой один из самых опасных токсикантов среды (например, он значительно токсичнее свинца). В природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах – именно поэтому его отравляющее действие было выявлено лишь недавно. Дело в том, что только в 2...3 последних десятилетия он стал находить все большее техническое применение. Он содержится в мазуте и дизельном топливе (и освобождается при его сжигании!), его используют в качестве присадки к сплавам, при нанесении гальванических покрытий (кадмирование неблагородных металлов), для получения кадмиевых пигментов, нужных при производстве лаков, эмалей и керамики, в качестве стабилизатора для пластмасс (например, поливи-нилхлорида) в электрических батареях и т.д. В результате всего этого, а также при сжигании кадмийсодержащих пластмассовых отходов кадмий может попадать в воздух. По данным Хясянена (Häsänen), в Балтийское море ежегодно поступает 200 тонн кадмия, в том числе 45% – из воздуха. А во всем мире, судя по имеющимся сведениям, в окружающую среду ежегодно выбрасывается примерно 5000 тонн.

Большая часть кадмия, который находится в воздухе, связана с твердыми примесями в атмосфере, размер частиц которых пригоден для дыхания (диаметр 0.1–1 мкм). Кадмий поступает в атмосферу в основном в виде оксида кадмия и из некоторых источников в виде сульфида кадмия (при сжигании угля и производстве цветного металла) или хлорид кадмия.

Время жизни кадмия в воздухе относительно небольшое (от нескольких дней до нескольких недель), но этого времени достаточно для дальнего переноса кадмия в атмосфере.

Распространение и трансформация

Кадмий накапливается, в первую очередь, в грибах, во многих растениях (особенно зерновых, овощных и стручковых культурах, а также орехах) и животных (прежде всего, водных). В растения тяжелый металл проникает из почвы. Одним почвам изначально свойственно повышенное содержание кадмия, другие загрязнены промышленными отходами или обработаны удобрениями, содержащими кадмий. Вместе с водой и питательными веществами корни растений всасывают и кадмий. А затем многое зависит от вида растения, от того, сколько кадмия из стебля попадает в листья и в плодовые тела. Так, килограмм пшеницы содержит в среднем 30 микрограммов кадмия, а рожь - втрое меньше.

Кадмий почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает различными путями в пищевые цепи человека и животных. Чаще всего причиной повышенного содержания кадмия в пище бывают промышленные газообразные выбросы. Известные до сих пор данные о максимальной аккумуляции кадмия в пищевых продуктах относятся к свиным почкам, где находили до 2 мг/кг Cd. Двустворчатые моллюски могут аккумулировать кадмий, повышая его концентрацию в миллион раз по сравнению с его содержанием в морской воде.

Однако больше всего кадмия мы получаем с растительной пищей. Дело в том, что кадмий чрезвычайно легко переходит из почвы в растения: последние поглощают до 70% кадмия из почвы и лишь 30% – из воздуха. Особенно большую опасность представляют в этом отношении грибы, которые часто могут накапливать кадмий в исключительно высоких концентрациях. Так, например, в луговых шампиньонах было найдено до 6 мг/кг Cd (вообще же в шампиньонах находили до 170 мг/кг). Луговые шампиньоны аккумулируют главным образом кадмий, а наряду с этим также свинец и ртуть; у других видов грибов дело может обстоять иначе: например, пестрый гриб-зонтик накапливает в первую очередь Pb и Hg и в сравнительно меньших количествах – Cd. В то время как степень загрязнения продовольственных продуктов свинцом и ртутью значительно ниже международных норм допустимой нагрузки, загрязнение кадмием, согласно произведенным до сих пор (еще неполным) оценкам, близко к соответствующим предельным уровням.