• facebook
  • whatsapp
  • telegram

లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రం

      ప్రకృతిలో లభించే ధాతువుల నుంచి లోహాలను సంగ్రహించే వివిధ పద్ధతులను వివరించే శాస్త్రాన్ని లోహశాస్త్రం అంటారు.
* కంచు - రాగి, తగరం మిశ్రమ లోహం.
* ప్రస్తుతం లభ్యమయ్యే మూలకాల్లో 75% కంటే ఎక్కువ మూలకాలు లోహాలే.
* చర్యాశీలత తక్కువ గల బంగారం, వెండి, రాగి లాంటి లోహాలు ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభిస్తాయి.
* ప్రకృతిలో లభించే లోహ మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలను 'లోహ ఖనిజాలు' అంటారు.
* లోహం పొందడానికి అత్యంత అనుకూలమైన ఖనిజాలను 'ధాతువులు' అంటారు.
 

* బాక్సైట్‌లో 50 - 70% అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ ఉంటుంది.
* K, Na, Ca, Mg, Al ల చర్యాశీలత అధికం. ఇవి స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభించవు.

* Zn, Fe, Pb లాంటి లోహాల చర్యాశీలత మధ్యస్థంగా ఉంటుంది. ఇవి వాటి సల్ఫెడ్, ఆక్సైడ్, కార్బొనేట్‌ల రూపంలో భూపటలంపై లభిస్తాయి.
* బంగారం, వెండి లాంటివి తక్కువ చర్యాశీలతను కలిగి ఉంటాయి. కాబట్టి ఇవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభిస్తాయి.
* లోహాలను వాటి ధాతువుల నుంచి సంగ్రహించడంలో ముఖ్యంగా మూడు దశలు ఉంటాయి.
1) ముడి ఖనిజ సాంద్రీకరణ
2) ముడి లోహ నిష్కర్షణ
3) లోహాన్ని శుద్ధి చేయడం

 

1. ముడి ఖనిజ సాంద్రీకరణ:
* పాక్షికంగా ఖనిజ మాలిన్యాన్ని ధాతువు నుంచి వేరుచేసే ప్రక్రియను ధాతు సాంద్రీకరణం అంటారు. వివిధ సాంద్రీకరణ పద్ధతులు
ఎ) చేతితో ఏరివేయడం
బి) నీటితో కడగడం
సి) ప్లవన క్రియ
డి) అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతి

* ప్లవన క్రియను సల్ఫైడ్ ధాతువుల నుంచి ఖనిజ మాలిన్యాన్ని వేరు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.
* అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతిలో విద్యుదయస్కాంతాలను ఉపయోగిస్తారు.

 

2. ధాతువు నుంచి ముడి లోహ నిష్కర్షణ:
* లోహాల చర్యాశీలత ఆధారంగా వాటిని క్షయకరణం చెందిస్తారు.
* లోహాల సంగ్రహణకు అనువైన పద్ధతి 'వాటి ద్రవరూప సమ్మేళనాలను విద్యుత్ విశ్లేషణ చేయడం'.
ఉదా: NaCl నుంచి సోడియంను పొందడానికి NaCl జలద్రావణాన్ని విద్యుత్ విశ్లేషణ చేస్తారు.
2 Na+ + 2 e
- 
 2 Na కాథోడ్ వద్ద
2 Cl
- 
Cl2  + 2 e- ఆనోడ్ వద్ద
* పై పద్ధతిలో ధాతువు ద్రవీభవన స్థానం తగ్గించడానికి సరైన మలినాలను కలుపుతారు.
* మధ్యతరహా చర్యాశీలత గల లోహాల సంగ్రహణకు ధాతువులను క్షయకరణం చెందించే ముందు వాటిని ఆక్సైడ్‌లుగా తప్పక మార్చాలి.
* అధిక పరిమాణం గల గాలిలో సల్ఫైడ్ ధాతువులను బాగా వేడి చేయడం ద్వారా ఆక్సైడ్‌లుగా మారుస్తారు. దీన్ని భర్జనం [Roasting] అంటారు.
ఉదా: 2 PbS + 3 O
 2 PbO + 2 SO2
* అధిక చర్యాశీలత గల లోహాలతో లోహ సంగ్రహణం చేసేటప్పుడు థర్మైట్ చర్యలకు గురి చేస్తారు.
* థర్మైట్ ప్రక్రియలో ఆక్సైడ్‌లు, అల్యూమినియం మధ్య చర్య జరుగుతుంది.
* ఈ చర్యల్లో అధిక మొత్తంలో ఉష్ణం విడుదల అవుతుంది. ఇవి ఉష్ణమోచక చర్యలు. ఏర్పడిన లోహాలు ద్రవ స్థితిలో ఉంటాయి.



* ఐరన్ ఆక్సైడ్, Al తో చర్య జరిపినప్పుడు ఏర్పడిన ఇనుము ద్రవాన్ని విరిగిన రైలు కమ్మీలు, పగిలిన యంత్ర పరికరాలను అతికించడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఈ చర్యనే 'థర్మైట్ చర్య' అంటారు.
Fe2O3 + 2 Al 
 2 Fe + Al2O3 + ఉష్ణశక్తి
* చర్యాశీలత దిగువ శ్రేణిలో ఉన్నవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభిస్తాయి.
లోహాలను వేడిమి చర్యతో క్షయీకరించడం లేదా జలద్రావణాల నుంచి స్థానభ్రంశం చెందించడం ద్వారా సంగ్రహిస్తారు.

 

iii) లోహ శుద్ధి:
      అపరిశుద్ధ లోహం నుంచి శుద్ధ లోహం పొందే ప్రక్రియను లోహ శోధనం లేదా లోహ శుద్ధి అంటారు.
ఇది ప్రధానంగా 4 పద్ధతుల్లో జరుగుతుంది.
A) స్వేదనం [Distillation]
B) పోలింగ్ [Poling]
C) గలనం చేయడం [Liquation]
D) విద్యుత్ విశ్లేషణ [Electrolysis]

 

A) స్వేదనం:
     జింక్, పాదరసం లాంటి అల్పబాష్పశీల లోహాలు, అధిక బాష్పశీల లోహాలను మలినాలుగా కలిగి ఉంటే స్వేదనం ద్వారా శుద్ధి చేస్తారు. ద్రవ స్థితిలో ఉన్న నిష్కర్షణం చేసిన లోహాలను స్వేదనం చేసి శుద్ధ లోహాన్ని పొందుతారు.

 

B) పోలింగ్:
     ద్రవ స్థితిలోని లోహాలను పచ్చి కర్రలతో బాగా కలుపుతారు. ఇలా చేయడం ద్వారా మలినాలు వాయు రూపంలో వేరుపడటం లేదా చిక్కని నురగలా లోహ ఉపరితలంపై ఏర్పడతాయి. కాపర్ (రాగి)ను ఈ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు.
¤ కర్రల నుంచి వెలువడిన క్షయకరణ వాయువులు కాపర్ ఆక్సీకరణం చెందకుండా కాపాడతాయి.

 

C) గలనం చేయడం:
     ఈ పద్ధతిలో అల్ప ద్రవీభవన స్థానాలున్న లోహాలను వేడిచేసి వాలుగా ఉన్న తలంపై జారేలా చేస్తారు. అప్పుడు లోహం కరిగి కిందికి రావడం ద్వారా అధిక ద్రవీభవన స్థానాలున్న మలినాలు వేరుపడతాయి.

 

D) విద్యుత్ విశ్లేషణం:
      అపరిశుద్ధ లోహాన్ని ఆనోడ్‌గా, పరిశుద్ధ లోహాన్ని కాథోడుగా ఉపయోగిస్తారు. విద్యుత్ విశ్లేషణలో అదే లోహానికి చెందిన ద్రవస్థితి గల లోహ లవణాన్ని విద్యుత్ విశ్లేష్యంగా తీసుకుంటారు.
¤ జింక్, కాపర్‌ను ఈ పద్ధతిలో సంగ్రహిస్తారు.

 

లోహ క్షయం:
     ఇనుము తుప్పు పట్టడం, వెండి వస్తువులు కాంతి విహీనమవడం (సిల్వర్ సల్ఫైడ్), రాగి వస్తువులపై పచ్చటి పొర (కాపర్ కార్బొనేట్) లాంటివి లోహ క్షయానికి ఉదాహరణలు.
* లోహ క్షయం విద్యుత్ రసాయన దృగ్విషయం.
* వాతావరణంలోని ఆక్సిజన్‌తో ఫెర్రస్ అయాన్లు [Fe2+
] ఆక్సీకరణం చెంది ఫెర్రిక్ అయాన్లు [Fe3+]గా మారి హైడ్రేటెడ్ ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ [Fe2O3 x H2O] రూపంలో తుప్పుగా మారుతుంది.
* లోహక్షయాన్ని నివారించడానికి లోహ ఉపరితలాన్ని పెయింట్, కొన్ని రసాయనాలతో కప్పి ఉంచాలి. ఉదా: బైస్పినాల్.

* ఒక లోహ ధర్మాలను పెంపొందించాలంటే దాన్ని మిశ్రమ లోహంగా మార్చడం ఒక మంచి పద్ధతి.
* ఇనుము + నికెల్ + క్రోమియంతో మిశ్రమం చేస్తే స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఏర్పడుతుంది. ఇది తుప్పు పట్టదు.
* 22 కారెట్ బంగారం అంటే 22 భాగాల శుద్ధ బంగారం, 2 భాగాల వెండి లేదా రాగి.
* 24 కారెట్ శుద్ధ బంగారం చాలా మృదువుగా ఉంటుంది.
* అల్ప చర్యాశీలత కలిగి ఉండి వాతావరణంలో తామే ముందుగా చర్య జరిపి వస్తువును రక్షించే లోహాలతో (Sn, Zn లాంటివి) లోహ వస్తువును కప్పి ఉంచడం ద్వారా లోహక్షయాన్ని నివారించవచ్చు.
* Zn, Mg లాంటి లోహాలు తమకు తామే క్షయం చెంది వస్తువును క్షయం కాకుండా చేస్తాయి.

 

లోహ సంగ్రహణంలో వాడే ముఖ్య పద్ధతులు:
ప్రగలనం:

* ఇది ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ.
* ఈ ప్రక్రియలో ధాతువును ద్రవకారి, ఇంధనంతో కలిపి వేడి చేస్తారు.
* ప్రగలన ప్రక్రియ బ్లాస్ట్ కొలిమిలో జరుగుతుంది.
* హెమటైట్ ధాతువు విషయంలో సున్నంను ద్రవకారిగా, కోక్‌ను ఇంధనంగా ఉపయోగిస్తారు.
2 C + O2
 2 CO
Fe2O3 + 3 CO
 2 Fe + 3 CO2
CaCO3  CaO + CO2
CaO + SiO2
 CaSiO3

భర్జనం:
* ధాతువును ఆక్సిజన్ లేదా గాలి సమక్షంలో అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడిచేస్తారు.
* ఈ ప్రక్రియలో పొందిన ఉత్పన్నాలు ఘన స్థితిలో లభిస్తాయి.
* సాధారణంగా భర్జన ప్రక్రియకు రివర్బరేటరీ కొలిమిని ఉపయోగిస్తారు.
2 ZnS + 3 O2
 2 ZnO + 2 SO2

భస్మీకరణం:
* ధాతువును గాలి లేదా ఆక్సిజన్ అందుబాటులో లేకుండా వేడిచేయడాన్ని భస్మీకరణం అంటారు.
ఉదా: MgCO3
 MgO + CO2
         CaCO3
 CaO + CO2

ద్రవకారి:
    ధాతువులోని మలినాలు (గాంగ్) తొలగించడానికి ధాతువుకు బయటి నుంచి కలిపిన పదార్థాన్ని 'ద్రవకారి' అంటారు.
* గాంగ్ SiO2 లాంటి ఆమ్ల పదార్థమైతే ద్రవకారిగా CaO లాంటి క్షారాన్ని

* గాంగ్ FeO లాంటి క్షార పదార్థమైతే ద్రవకారిగా SiO2 లాంటి ఆమ్ల స్వభావం ఉన్న పదార్థాన్ని ద్రవకారిగా ఉపయోగిస్తారు.
CaO + SiO2
  CaSiO3
FeO + SiO2
  FeSiO3

కొలిమి:
లోహ నిష్కర్షణలో ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియలు జరిగే పరికరమే 'కొలిమి'.
దీనిలో ప్రధానంగా 3 భాగాలుంటాయి.
1. హెర్త్ (Hearth)
2. చిమ్నీ (Chimney)
3. అగ్గి గది (Fire Box)
* హెర్త్‌లో ధాతువును వేడి చేస్తారు. చిమ్నీ వ్యర్థ వాయువులను బయటకు పంపుతుంది. అగ్గి గది ఇంధనాన్ని మండించడానికి ఉపయోగపడుతుంది.
* బ్లాస్ట్ కొలిమిలో అగ్గి గది, హెర్త్ రెండూ ఒకే పెద్ద చాంబర్‌లో ఉంటాయి.
* రివర్బరేటరీ కొలిమిలో అగ్గి గది, హెర్త్ విడిగా ఏర్పాటు చేస్తారు.

 

పరిశ్రమల రసాయనశాస్త్రం
* మానవుడి దైనందిన జీవితానికి అవసరమయ్యే రసాయన ఉత్పన్నాలను, అభివృద్ధి చెందే అంశాలను 'పారిశ్రామిక రసాయనశాస్త్రుం' తెలియజేస్తుంది.
* వైద్య రంగం, లోహ సంగ్రహణ, ప్రయోగశాలల్లో పారిశ్రామిక రసాయనశాస్త్రం ఎంతో ప్రాముఖ్యతను సంతరించుకుంది.
* ఇది ప్రధానంగా
1) సిమెంట్
2) ప్లాస్టర్ ఆఫ్ పారిస్
3) గాజు
4) మందుల పరిశ్రమ
5) పంచదార
6) ఆల్కహాల్
7) ఎరువులు
8) సబ్బులు, డిటర్జెంట్లు
9) ఆహార పరిశ్రమ మొదలైనవి.

 

1. సిమెంట్:
* భవనాలు, వంతెనలు, నదీ అడ్డుకట్టలు, ఆనకట్టలు మొదలైన వాటి నిర్మాణంలో ఉపయోగించే అతి ముఖ్యమైన పదార్థం.
¤* సిమెంట్‌ను 1824లో జె.ఏస్పిడిన్ అనే ఒక తాపీ మేస్త్రీ కనుక్కున్నాడు.
* గట్టిపడిన సిమెంట్ పదార్థం పోర్ట్‌లాండ్ అనే ప్రదేశంలో దొరికే రాయి లాంటి బలమైంది కాబట్టి దీన్ని పోర్ట్‌లాండ్ సిమెంట్ అంటారు.
* సున్నపు రాయి, బంకమన్ను నుంచి సిమెంటును తయారుచేస్తారు. చివరగా జిప్సం కలిపితే నాణ్యమైన సిమెంట్ తయారవుతుంది.

 

సిమెంట్ తయారీ:
* సున్నపురాయి, బంకమన్నులను పొడిచేసి తగు నిష్పత్తిలో కలుపుతారు. దీన్ని స్లర్రీ అంటారు. ముడి స్లర్రీని ప్రగలన చూర్ణం అంటారు.
* ప్రగలన చూర్ణాన్ని తిరుగుడు కొలిమిలో 1700 - 1900 సెంటీగ్రేడుల వరకు వేడి చేస్తారు. ఇది నీటిని, కార్బన్‌డయాక్సైడ్‌ను కోల్పోయి బూడిద రంగు గల గట్టి బంతుల రూపంలో ఏర్పడుతుంది. దీన్ని క్లింకర్ సిమెంట్ అంటారు.
* క్లింకర్ సిమెంట్ 90% వరకు కాల్షియం సిలికేట్‌లు, కాల్షియం అల్యూమినేట్‌లను కలిగి ఉంటుంది.

* సన్నగా, పొడిగా చేసిన క్లింకర్ సిమెంటుకు 2 - 3% వరకు జిప్సమ్ కలుపుతారు.
* సిమెంట్ గట్టితనాన్ని జిప్సమ్ నిర్ణయిస్తుంది.
* ఈ క్లింకర్‌ను చల్లబరిచి, సన్నని పొడిగా చేసి 2 - 3% వరకు జిప్సమ్‌ను కలిపి సిమెంట్‌ను తయారుచేసి గాలి చొరబడని సంచుల్లో నింపి రవాణా చేస్తారు.
* సిమెంటులో 2% ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ ఉండటం వల్ల అది బూడిద రంగులో ఉంటుంది.
* ఐరన్ లేని సిమెంట్ తెల్లగా ఉంటుంది.

 

2. ప్లాస్టర్ ఆఫ్ పారిస్:
* కాల్షియం సల్ఫేట్ హెమీ హైడ్రేట్ మిశ్రమాన్ని 'ప్లాస్టర్ ఆఫ్ పారిస్' అంటారు.
* జిప్సమ్‌ను వేడి చేస్తే ప్లాస్టర్ ఆఫ్ పారిస్' ఏర్పడుతుంది.
* దీన్ని ఎముకలు అతికించడానికి వాడే బాండేజ్‌ల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు.
* విగ్రహాల తయారీలో, దంత నమూనాల తయారీలో, ఫాల్స్ రూఫింగ్ వేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.

 

పింగాణీ/ మృణ్మయ/ సిరామిక్స్
¤ 'సిరామిక్స్' అనే పదం 'కెరామోనో' అనే గ్రీకు పదం నుంచి పుట్టింది. దీని అర్థం కుండలు.
¤ సిరామిక్స్ తయారీకి వాడే పదార్థాలు: 1) బంకమన్ను 2) ఫెల్‌స్ఫార్ అనే ఖనిజం 3) ఇసుక

* బంకమన్ను, ఫెల్‌స్పార్ ముఖ్యంగా అల్యూమినా, సిలికాలను కలిగి ఉంటాయి.
* మృణ్మయ పాత్రలను రెండు రకాలుగా విభజించవచ్చు.

 

సిరామిక్స్ తయారీ:
¤ సాధారణ బంకమన్ను నుంచి టెర్రాకోట వస్తువులు తయారవుతాయి. టెర్రాకోట వస్తువులు అంటే సచ్ఛిద్ర పాత్రలైన కుండలు, కూజాలు, సాధారణ ఇటుకలు, పైకప్పు పెంకులు మొదలైనవి. వీటి తయారీలో 1100oC వరకు మాత్రమే పెంచుతుంది. అందువల్ల ఇవి అంత గట్టిగా ఉండవు.
¤ మృత్తికా పాత్రలు అనేవి ఎర్ర బంకమన్ను, బూడిద రంగు గల బంకమన్ను నుంచి తయారవుతాయి. వీటి తయారీలో 1450 - 1800oC వరకు పెరుగుతుంది. అందువల్ల ఇవి చాలా గట్టిగా ఉంటాయి.

 

3. గాజు
* గాజు పారదర్శక లేదా పారభాసిక పదార్థం. అది అస్ఫటిక పదార్థం. గాజు ఘన రూపంలో కనిపిస్తున్న నిజమైన ఘన పదార్థం కాదు. ఇది శీతలీకరణం చెందిన ద్రవం. గాజు ద్రవాన్ని త్వరగా చల్లబరచడం ద్వారా దాని స్నిగ్ధత అధికమైన ఘన రూపాన్ని సంతరించుకుంటుంది. అందువల్ల గాజును అతి శీతలీకరణం చెందిన ద్రవం అంటారు. గాజు రసాయనికంగా సోడియం సిలికేట్, కాల్షియం సిలికేట్, సిలికాల మిశ్రమం.
* గాజు తయారీ మూడు దశల్లో జరుగుతుంది.

గాజు తయారీకి వాడే ముడి పదార్థాలు సోడా యాష్, సున్నపురాయి, ఇసుక. వీటిని అవసరమైన పాళ్లలో కలపగా ఏర్పడ్డ మిశ్రమపు పొడిని 'బాబ్' అంటారు. దీనికి కొన్ని పగిలిన గాజు ముక్కలు కలుపుతారు. ఈ మొత్తం మిశ్రమాన్ని 1000 సెం.గ్రే. వద్ద కొలిమిలో వేడి చేస్తే ద్రవ గాజు ఏర్పడుతుంది.
'గాజు గాల్' అనే గాజుపై తేలియాడే మలినాలను తొలగిస్తారు.
చల్లబడిన ద్రవగాజును ప్రత్యేక పద్ధతిలో చల్లార్చడాన్ని 'మంద శీతలీకరణం' అంటారు. దీనివల్ల గాజుకు అధిక బలం లభిస్తుంది.
చల్లబడిన ద్రవ గాజును మూసల్లో వేసి అవసరమైన ఆకృతుల్లో గాజును తయారుచేస్తారు.
గాజు తయారీకి బాబ్ (సోడాయాష్, సున్నపురాయి, ఇసుక)లో గల పదార్థాల పాళ్లలో మార్పు చేయడం లేదా బాబ్‌కు ఇతర రసాయన పదార్థాలు కలుపుతారు. ఇలా మార్పులు చేయడం వల్ల కోరుకున్న లక్షణాలున్న గాజు లభిస్తుంది.
 

గ్లాస్ బ్లోయింగ్:
     గాజును వేడిచేసి మెత్తబరచి దాని లోపలికి గాలిని ఊది కోరిన ఆకృతి గల గాజు వస్తువులు తయారుచేసే సాంకేతిక నైపుణ్యాన్ని 'గ్లాస్ బ్లోయింగ్' అంటారు.


4. మందుల పరిశ్రమ
    రోగ నిరోధానికి, నిర్ధారణకు, నిర్మూలనకు వాడే పదార్థాలను 'మందులు' అంటారు.
* రూపంలో మార్పు చెందించి, రోగికి ఇచ్చే మందును 'ఔషధం' అంటారు.
ఉదా: సిరప్, ఇంజక్షన్, మాత్రలు మొదలైనవి.

Posted Date : 04-03-2021

గమనిక : ప్రతిభ.ఈనాడు.నెట్లో వచ్చే ప్రకటనలు అనేక దేశాల నుండి, వ్యాపారస్తులు లేదా వ్యక్తుల నుండి వివిధ పద్ధతులలో సేకరించబడతాయి. ఆయా ప్రకటనకర్తల ఉత్పత్తులు లేదా సేవల గురించి ఈనాడు యాజమాన్యానికీ, ఉద్యోగస్తులకూ ఎటువంటి అవగాహనా ఉండదు. కొన్ని ప్రకటనలు పాఠకుల అభిరుచిననుసరించి కృత్రిమ మేధస్సు సాంకేతికతతో పంపబడతాయి. ఏ ప్రకటనని అయినా పాఠకులు తగినంత జాగ్రత్త వహించి, ఉత్పత్తులు లేదా సేవల గురించి తగిన విచారణ చేసి, తగిన జాగ్రత్తలు తీసుకొని కొనుగోలు చేయాలి. ఉత్పత్తులు / సేవలపై ఈనాడు యాజమాన్యానికి ఎటువంటి నియంత్రణ ఉండదు. కనుక ఉత్పత్తులు లేదా సేవల నాణ్యత లేదా లోపాల విషయంలో ఈనాడు యాజమాన్యం ఎటువంటి బాధ్యత వహించదు. ఈ విషయంలో ఎటువంటి ఉత్తర ప్రత్యుత్తరాలకీ తావు లేదు. ఫిర్యాదులు తీసుకోబడవు.

 

పేపర్ - II

పాత ప్రశ్నప‌త్రాలు

 

విద్యా ఉద్యోగ సమాచారం

 

నమూనా ప్రశ్నపత్రాలు

 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌