Eigenschaften, Vorkommen und Verwendung
Silberweiß und hochglanzpolierend, Cadmium ist fast so weich wie Zinn und, gibt wie Zinn ein Knistern aus, wenn es gebogen wird; es kann zu Blättern ausgerollt werden. Cadmium schmilzt und kocht bei relativ niedrigen Temperaturen; sein Dampf ist tiefgelb und einatomig. Das Metall ist in trockener Luft permanent, wird in feuchter Luft mit dem Oxid beschichtet, verbrennt beim Erhitzen bis zur Rötung und ist in Mineralsäuren leicht löslich. Eine Vergiftung entsteht durch Einatmen von Cadmiumdampf oder -staub. Der deutsche Chemiker Friedrich Stromeyer entdeckte das Element (1817) in einer Zinkcarbonatprobe, und im selben Jahr entdeckte K.S.L. Hermann und J.C.H. Roloff fand Cadmium in einer Probe von Zinkoxid. Beide Zinkverbindungen wurden untersucht, weil ihre Reinheit als Arzneimittel verdächtig war.
Cadmium ist ein seltenes Element (etwa 0,2 Gramm pro Tonne in der Erdkruste) und kommt in wenigen Mineralien und in geringen Mengen in anderen Erzen vor, insbesondere Zinkerze, aus denen es als Nebenprodukt entsteht. Das Hauptzinkerz, die Zinkmischung oder der Sphalerit besteht hauptsächlich aus Zinksulfid, das 0,1 bis 0,3 Prozent Cadmium enthält. Alle Methoden der Zinkherstellung beginnen mit der Umwandlung des Sulfids in Zinkoxid durch Rösten: Das Cadmium wird in den Dämpfen konzentriert, die in verschiedenen Schritten behandelt werden, bis ein Produkt mit über 99,9 Prozent Cadmium erhalten wird. Einige Bleierze enthalten auch geringe Mengen Cadmium, und wenn es in ausreichender Menge vorhanden ist, wird es durch einen Arbeitszyklus gewonnen, der dem von Zinkhütten verwendeten ähnlich ist. Zinkproduzenten, die das elektrolytische Verfahren anwenden, gewinnen Cadmium auf etwas andere Weise zurück, aber auch hier ist das Prinzip dasselbe, beginnend mit dem Rösten von Zinksulfid, gefolgt von der Behandlung der Rauchstäube. Das meiste Cadmium wird in einem dieser drei Prozesse gewonnen. China, Südkorea, Kanada, Japan und Kasachstan waren zu Beginn des 21. Jahrhunderts weltweit führend bei der Cadmiumveredelung.
Das meiste produzierte Cadmium wird auf Stahl, Eisen, Kupfer, Messing und andere Legierungen galvanisiert, um sie zu schützen vor Korrosion. Die Cadmiumbeschichtung ist besonders beständig gegen Alkali-Angriffe. Cadmium ähnelt physikalisch Zink, ist jedoch dichter und weicher. Das plattierte Cadmium hat eine geringere Korngröße als Elektrozinkbeschichtungen, und Ablagerungen sind tendenziell gleichmäßiger und glatter. Infolgedessen bieten dünne Cadmiumbeschichtungen einen guten Schutz und werden daher trotz ihres hohen Preises häufig zum Schutz von Präzisionsteilen eingesetzt. Die Beständigkeit gegenüber Meeresatmosphäre ist auch der von Zink überlegen.
Eine wichtige Anwendung von Cadmium ist seine Verwendung als Anode mit Nickel- oder Silberoxid als Kathode und einem Kalilauge-Elektrolyten in wiederaufladbaren elektrischen Speicherbatterien für Anwendungen mit geringerem Gewicht. Eine längere Lebensdauer und Stabilität bei Lagerung im entladenen Zustand sind wünschenswert wie in Flugzeugen. Cadmium verbindet sich mit vielen Schwermetallen, um Legierungen zu ergeben; Am wichtigsten sind Lagerlegierungen und niedrigschmelzende Legierungen, die zum Löten verwendet werden. Die geringen Mengen an Cadmium, die den Schwermetallen zugesetzt werden, verstärken sie. Ein Prozent, das Kupfer zugesetzt wird, erhöht seine Festigkeit und Härte bei nur geringer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit. Cadmium ist mit Zink legiert und bildet Lote mit guter Scherfestigkeit. Da es thermische Neutronen effizient absorbiert, wird es in Steuerstäben für einige Kernreaktoren verwendet.