Cadimi là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học về Cadimi

Định nghĩa Cadimi

Cadimi (Cd) là một nguyên tố kim loại nặng, có màu trắng bạc, mềm và dễ uốn, thuộc nhóm 12 trong bảng tuần hoàn hóa học. Nó thường xuất hiện dưới dạng tạp chất trong quặng kẽm, đồng hoặc chì, và được chiết xuất như một sản phẩm phụ trong quá trình luyện kim. Không giống như các nguyên tố vi lượng thiết yếu, cadimi không có vai trò sinh lý cần thiết trong cơ thể con người hay động vật, và ngược lại, nó được coi là một trong những chất độc hại nhất đối với sức khỏe và môi trường.

Cadimi thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nhờ khả năng chống ăn mòn và dẫn điện tốt, điển hình là trong sản xuất pin nickel-cadmium (Ni-Cd), lớp phủ kim loại (mạ cadimi), chất màu vô cơ, và hợp kim nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, do mối liên hệ chặt chẽ với nhiều bệnh lý nghiêm trọng như ung thư và tổn thương thận, việc sử dụng cadimi ngày càng bị kiểm soát nghiêm ngặt.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), cadimi là một chất gây ung thư nhóm 1, nghĩa là có đủ bằng chứng khoa học chứng minh khả năng gây ung thư ở người. Việc tiếp xúc kéo dài hoặc ở nồng độ cao với cadimi, dù qua đường hô hấp hay tiêu hóa, đều có thể dẫn đến tích tụ mãn tính trong mô cơ thể, đặc biệt là gan và thận.

Đặc điểm hóa lý

Cadimi là kim loại chuyển tiếp có số nguyên tử 48 và khối lượng nguyên tử 112.41. Dưới điều kiện tiêu chuẩn, nó tồn tại ở trạng thái rắn, dễ dát mỏng và có ánh kim bạc. Cadimi có điểm nóng chảy tương đối thấp, chỉ 321.07°C, và điểm sôi là 767°C – thấp hơn nhiều so với các kim loại nặng khác như đồng hay chì.

Một số đặc điểm vật lý và hóa học quan trọng của cadimi được trình bày trong bảng dưới đây:

Thuộc tính	Giá trị
Ký hiệu hóa học	Cd
Số nguyên tử	48
Điểm nóng chảy	321.07°C
Điểm sôi	767°C
Mật độ	8.65 g/cm³
Hóa trị phổ biến	+2

Cadimi có tính mềm, dễ bị oxi hóa trong không khí ẩm, tạo thành lớp oxit CdO trên bề mặt. Dưới dạng hợp chất, nó thường tồn tại trong muối như cadimi sunfua (CdS), cadimi clorua (CdCl₂), và cadimi oxit (CdO) – trong đó nhiều hợp chất có màu sắc đặc trưng, được dùng làm chất tạo màu trong sơn và nhựa.

Ứng dụng công nghiệp

Cadimi có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, mặc dù đã bị hạn chế đáng kể trong vài thập kỷ qua. Trong quá khứ, cadimi được sử dụng rộng rãi nhờ đặc tính ổn định, dẫn điện và chống ăn mòn vượt trội. Các lĩnh vực sử dụng chính bao gồm:

• Pin nickel-cadmium (Ni-Cd): Sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện tử di động, mặc dù hiện nay phần lớn đã bị thay thế bởi pin lithium-ion.
• Lớp mạ cadimi: Dùng để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, đặc biệt trong ngành hàng không và quân sự.
• Chất tạo màu: Cadimi sunfua và cadimi selenide được dùng để tạo ra các sắc tố màu vàng, đỏ, cam trong nhựa, thủy tinh và sơn.
• Hợp kim: Cadimi được thêm vào hợp kim có điểm nóng chảy thấp dùng trong các cầu chì nhiệt và que hàn.

Tuy nhiên, nhiều quốc gia thuộc Liên minh Châu Âu (EU) và Hoa Kỳ đã áp đặt lệnh cấm hoặc giới hạn nghiêm ngặt việc sử dụng cadimi trong sản phẩm tiêu dùng để giảm thiểu rủi ro phơi nhiễm qua da hoặc miệng, đặc biệt ở trẻ em.

Độc tính và ảnh hưởng sức khỏe

Cadimi là một chất độc hệ thống, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ thể người qua cả ba đường phơi nhiễm chính: hô hấp, tiêu hóa và qua da (ít phổ biến hơn). Một khi xâm nhập vào cơ thể, cadimi tích tụ chủ yếu tại gan, thận và xương, với thời gian bán rã sinh học có thể lên đến hàng thập kỷ.

Các ảnh hưởng sức khỏe chính được ghi nhận gồm:

• Hệ hô hấp: Phơi nhiễm qua hít thở hơi hoặc bụi cadimi có thể gây viêm phế quản mãn, khí thũng, và ung thư phổi.
• Thận: Cadimi tích lũy tại ống thận gây tổn thương chức năng lọc, dẫn đến tiểu đạm, giảm chức năng bài tiết và suy thận mạn tính.
• Xương: Phơi nhiễm kéo dài gây mất xương, loãng xương, và gãy xương tự phát do canxi bị đào thải tăng.
• Ung thư: Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) xếp cadimi và hợp chất của nó vào nhóm 1 – chất gây ung thư ở người.

Theo Cơ quan An toàn và Sức khỏe Lao động Hoa Kỳ (OSHA), giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp với cadimi là 5 µg/m³ không khí trung bình trong 8 giờ làm việc. Việc vượt quá ngưỡng này yêu cầu triển khai các biện pháp bảo hộ cá nhân nghiêm ngặt và theo dõi y tế định kỳ.

Con đường phơi nhiễm

Con người có thể bị phơi nhiễm cadimi qua ba con đường chính: hô hấp, tiêu hóa và qua da (ít phổ biến hơn). Trong đó, hô hấp và tiêu hóa là hai con đường gây ảnh hưởng sức khỏe đáng kể nhất, đặc biệt trong môi trường công nghiệp hoặc khu vực ô nhiễm kim loại nặng.

Hít phải bụi cadimi hoặc khói có chứa cadimi (ví dụ khi hàn, mạ điện hoặc tái chế pin chứa Cd) có thể gây viêm phế quản cấp tính, viêm phổi hóa chất, và nếu phơi nhiễm lâu dài dẫn đến tổn thương phổi mạn tính và ung thư. Đường tiêu hóa – chủ yếu thông qua ăn thực phẩm và uống nước bị nhiễm cadimi – là nguồn phơi nhiễm chính cho cộng đồng dân cư không tiếp xúc nghề nghiệp.

• Thực phẩm nhiễm cadimi: Các loại rau lá, gạo, động vật có vỏ (sò, hến), và gan động vật thường chứa nồng độ cadimi cao hơn mức trung bình nếu trồng hoặc nuôi trong vùng đất/nước ô nhiễm.
• Hút thuốc lá: Là nguồn phơi nhiễm phổ biến – một điếu thuốc lá chứa khoảng 1–2 µg cadimi và đến 10% lượng này có thể được hấp thu qua phổi.
• Nước uống: Cadimi có thể ngấm vào mạch nước ngầm từ rác thải công nghiệp hoặc phân bón chứa phosphate.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phụ nữ có nguy cơ hấp thụ cadimi qua đường tiêu hóa cao hơn nam giới, đặc biệt trong thời kỳ thiếu sắt – vì quá trình hấp thu cadimi trong ruột tăng lên khi thiếu khoáng chất thiết yếu như sắt hoặc kẽm.

Ảnh hưởng môi trường

Cadimi không bị phân hủy sinh học mà tích lũy trong hệ sinh thái, đặc biệt ở đất và nước. Nguồn phát thải cadimi chủ yếu là từ hoạt động luyện kim, sản xuất phân bón phosphate, pin, nhựa và khí thải công nghiệp. Khi vào đất, cadimi làm thay đổi cấu trúc vi sinh vật, ức chế sự phát triển của cây trồng, đồng thời tích tụ trong mô thực vật và động vật qua chuỗi thức ăn.

Thực vật dễ hấp thụ cadimi, đặc biệt ở vùng đất chua, đất ngập nước, hoặc đất sử dụng phân bón chứa Cd trong thời gian dài. Những cây trồng như lúa, rau bina, khoai tây, cà rốt... dễ bị nhiễm, và việc tiêu thụ lâu dài các thực phẩm này có thể gây phơi nhiễm mãn tính ở người.

Cadimi trong nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh, gây rối loạn trao đổi chất, giảm sinh sản và biến đổi cấu trúc tế bào. Do đó, nó được xếp vào nhóm chất ô nhiễm môi trường nguy hiểm (priority pollutant) theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA).

Quy định và giới hạn

Nhiều tổ chức y tế và môi trường trên thế giới đã đặt ra các giới hạn tiếp xúc và nồng độ tối đa cho phép của cadimi trong không khí, nước và thực phẩm. Các mức này nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và người lao động trong môi trường có nguy cơ.

Tổ chức	Giới hạn	Phạm vi áp dụng
OSHA (Mỹ)	5 µg/m³	Không khí tại nơi làm việc (TWA 8h)
WHO	0.003 mg/L	Nước uống
Codex Alimentarius	0.1–0.4 mg/kg	Thực phẩm (tuỳ loại)
EU RoHS	0.01% theo trọng lượng	Thiết bị điện – điện tử

Quy định của Liên minh Châu Âu thông qua chỉ thị RoHS (Restriction of Hazardous Substances) cấm sử dụng cadimi trong thiết bị điện tử tiêu dùng và các sản phẩm có khả năng tiếp xúc trực tiếp với người dùng như đồ chơi, trang sức và mỹ phẩm.

Phòng ngừa và kiểm soát

Phòng ngừa phơi nhiễm cadimi là yếu tố then chốt trong quản lý an toàn hóa chất công nghiệp. Trong môi trường nghề nghiệp, cần trang bị đầy đủ khẩu trang, găng tay và thông gió cơ học để giảm thiểu hít phải bụi hoặc khói cadimi. Kiểm tra sức khỏe định kỳ, bao gồm đánh giá chức năng thận và đo nồng độ cadimi niệu hoặc máu, là phương pháp giám sát hữu hiệu cho người lao động.

Đối với cộng đồng, các biện pháp sau được khuyến cáo:

• Không trồng trọt, chăn nuôi tại khu vực gần bãi thải hoặc nhà máy luyện kim.
• Giám sát dư lượng cadimi trong đất, nước và nông sản.
• Chọn mua thực phẩm từ nguồn tin cậy, có chứng nhận an toàn vệ sinh thực phẩm.
• Giảm tiêu thụ thuốc lá để hạn chế phơi nhiễm cá nhân.

Song song đó, chính sách thay thế cadimi bằng nguyên liệu thân thiện hơn như kẽm hoặc thiếc trong các sản phẩm tiêu dùng cũng đang được khuyến khích nhằm giảm tải tổng thể lượng phát thải kim loại nặng ra môi trường.

Trường hợp điển hình: Bệnh Itai-Itai

“Itai-Itai” là tiếng Nhật nghĩa là “đau quá đau quá”, tên gọi của căn bệnh đặc trưng do ngộ độc cadimi được ghi nhận tại tỉnh Toyama, Nhật Bản vào những năm 1950. Người dân sống dọc sông Jinzu bị nhiễm cadimi do nước tưới ruộng bị ô nhiễm từ nhà máy luyện kim đổ thải, dẫn đến triệu chứng đau xương dữ dội, gãy xương tự phát, tổn thương thận và tử vong cao.

Đây là một trong những ví dụ đầu tiên và điển hình về bệnh lý môi trường do phơi nhiễm cadimi, đã góp phần thúc đẩy việc ban hành các chính sách kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng nghiêm ngặt tại Nhật Bản và các nước phát triển.

Kết luận

Cadimi là một nguyên tố kim loại nặng có ứng dụng công nghiệp quan trọng nhưng đồng thời mang độc tính cao đối với sức khỏe con người và môi trường. Việc tiếp xúc lâu dài, dù ở liều thấp, cũng có thể dẫn đến tổn thương thận, xương, hệ hô hấp và tăng nguy cơ ung thư. Để bảo vệ sức khỏe cộng đồng, các biện pháp phòng ngừa, kiểm soát và giám sát cadimi cần được thực hiện nghiêm túc ở cả cấp cá nhân, cộng đồng và chính sách.