ప్ర‌శ్న‌లు - జ‌వాబులు

1.  ప్లవన ప్రక్రియ గురించి లఘు వ్యాఖ్య రాయండి. 
జ: ప్లవన ప్రక్రియలో సల్ఫైడ్ ధాతువును మెత్తగా చూర్ణం చేసి, దానికి నీరు, పైన్ నూనె, సోడియం ఇథైల్ గ్జాంథేట్‌లను ఒక తొట్టిలోకి తీసుకుంటారు. గ్యాంగ్ నీటిలో, ధాతువు కణాలు నూనెలో తడుస్తాయి. వీటిలోకి గాలిని నింపి పదార్థాన్ని బాగా గిలకరించడంతో గ్యాంగ్ కణాలు నీటి అడుగుభాగానికి చేరతాయి. ధాతుకణాలు నూనెతో కలిసి, నురగగా నీటి మీద తేలతాయి.     

పైన్ నూనె నీటి తలతన్యతను తగ్గిస్తే, సోడియం ఇథైల్ గ్జాంథేట్ ధాతు కణాలపై పూతగా ఏర్పడి వాటిని నురగతో అంటుకునేలా చేస్తుంది. సున్నపురాయి, Na2CO3 లతో పాటు pH విలువ అనుకూలంగా ఉండేలా చేస్తారు. కాపర్ పైరైట్‌లు, ఐరన్ పైరైట్‌లు, గెలీనా, జింక్ బ్లెండ్, సినబార్ లాంటి సల్ఫైడ్ ధాతువులను ఈ పద్ధతిలో గాఢత చెందిస్తారు.

2.   ఎ) ప్రగలనం     బి) భస్మీకరణం    సి) భర్జనం పై లఘు వ్యాఖ్య రాయండి.
జ: ప్రగలనం: భర్జనం చేసిన ధాతువులను కోక్ లేదా CO, ద్రవకారితో కలిపి వేడిచేసి, లోహాలను ద్రవస్థితిలో వేరుచేసే ఉష్ణ రసాయన చర్య.    
         PbO  +  C  →    Pb  +  CO 
         Fe₂O₃ +  3 CO   →    2 Fe  +  3 CO₂
భస్మీకరణం: గాలి తగలకుండా కార్బొనేట్, బై కార్బొనేట్ ధాతువులను వాటి ద్రవీభవన స్థానాల కంటే దిగువకు వేడి చేసి వాటి ఆక్సైడ్‌లను పొందే ప్రక్రియ.  భస్మీకరణ ప్రక్రియలో ధాతువు మెత్తగా గుల్ల బారుతుంది. బాష్పశీల మలినాలైన P, S, As తొలగిపోతాయి.
                                                         
            ZnCO₃   →   ZnO  +  CO₂
                                                        
            2 NaHCO₃   →  Na₂CO₃ + CO + H₂O
భర్జనం: గాలి ఎక్కువగా తగిలేలా ధాతువును దాని ద్రవీభవన స్థానాల కంటే దిగువకు బాగా వేడి చేసే ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో సల్ఫైడ్ ధాతువులను ఆక్సైడ్‌లుగా లేదా (ఆక్సీకరణ భర్జనం), సల్ఫేట్‌లుగా లేదా (సల్ఫేటైజింగ్ భర్జనం), క్లోరైడ్‌లుగా (క్లోరైడైజింగ్ భర్జనం) మారుస్తారు.
           2 ZnS  +  3 O₂  →     2 ZnO  +  2 SO₂

3.  బ్లాస్ట్ కొలిమి పని విధానాన్ని తెలపండి.
జ:

బ్లాస్ట్ కొలిమి: ఇది 100 అడుగుల ఎత్తు, 25 అడుగుల వ్యాసం ఉండే స్తూపాకార కొలిమి. దీన్ని స్టీలు పలక లేదా చేత ఇనుముతో తయారు చేస్తారు. లోపలి గోడలకు అగ్గిమట్టితో తయారైన ఇటుకల పూత వేస్తారు. ఛార్జిని లోపలికి ప్రవేశపెట్టడానికి కొలిమి పైభాగంలో డబుల్ శంకువు, గిన్నె అమరిక ఉంటుంది. అడుగు భాగంలో ఉండే ట్వయర్స్ అనే సన్నటి గొట్టాల ద్వారా వేడి గాలిని కొలిమిలోకి పంపుతారు. కొలిమి భిన్న ప్రాంతాల్లో ఉష్ణోగ్రతలు 400ºC నుంచి 1500ºC వరకు ఉంటాయి.

ముఖద్వారం ద్వారా వ్యర్థ వాయువులు బయటకు వెళ్తాయి. కొలిమి అడుగు భాగంలో హార్త్ ఉంటుంది. దీనిలోకి వచ్చే పదార్థాలు ద్రవస్థితిలో ఉంటాయి. ద్రవలోహాన్ని, స్లాగ్‌ని తీయడానికి వేర్వేరు మార్గాలున్నాయి. బ్లాస్ట్ కొలిమిలో Cu, Pb, Fe ధాతువులను ప్రగలనం చెందిస్తారు.

4 మార్కుల ప్రశ్నలు

1. కాపర్ పైరైటిస్ నుంచి కాపర్ నిష్కర్షణను వివరించండి.
జ: ధాతువును ప్లవన ప్రక్రియ ద్వారా గాఢత చెందిస్తారు. దీన్ని రివర్బరేటరీ కొలిమి హార్త్‌పై భర్జనం చేస్తారు.
            Cu₂S . Fe₂S₃ + O₂  → Cu₂S + 2 FeS + SO₂
            2 Cu₂S + 3 O₂  →2 Cu₂O + 2 SO₂
            2 FeS + 3 O₂  → 2 FeO + 2 SO₂
భర్జనం చేసిన ధాతువుకు కోక్, సిలికాను కలిపి బ్లాస్ట్ కొలిమిలో ప్రగలనం చేస్తారు.
            2 FeS + 3 O₂  → 2 FeO + 2 SO₂
            FeO + SiO₂  → FeSiO₃
            Cu₂O +  FeS  → Cu₂S + FeO
తర్వాత వచ్చిన 'మాటేను 'బొబ్బల కాపర్‌గా మారుస్తారు.
            2 Cu₂O + Cu₂S  → 6 Cu + SO₂
బొబ్బల కాపర్‌ను విద్యుద్విశ్లేషణం చేస్తే 100% శుద్ధ కాపర్ లభిస్తుంది.

2. జింక్ బ్లెండ్ నుంచి జింకు నిష్కర్షణను వివరించండి.
జ: జింక్‌ను ముఖ్యంగా జింకు బ్లెండ్ (ZnS) నుంచి నిష్కర్షణ చేస్తారు. మెత్తగా చూర్ణం చేసిన ధాతువును నీటిలో కడగటం, విద్యుదయస్కాంతంతో వేరుచెయ్యడం, ప్లవన ప్రక్రియ ద్వారా గాఢత చెందిస్తారు. దీన్ని భర్జనం చేసి ZnOగా మారుస్తారు.
             ZnS + 2 O₂  → ZnSO₄
             2 ZnSO₄  → 2 ZnO + 2 SO₂ + O₂
             2 ZnS + 3 O₂  → 2 ZnO + 2 SO₂
బెల్జియన్ విధానంలో 1673 K వద్ద రిటార్టులో ZnO ను కోక్‌తో క్షయకరణం చేస్తారు.

               
రిటార్టుల్లో ఏర్పడే 'జింక్ స్పెల్టర్‌'లో Cd, Pb మలినాలు కొద్దిగా ఉంటాయి. కాబట్టి ఈ విధంగా వచ్చిన జింకును విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు.

3. బాక్సైట్ నుంచి అల్యూమినియం నిష్కర్షణను వివరించండి.
జ: ఎర్ర బాక్సైట్ (ఐరన్ ఆక్సైడ్ మలినాలు) లేదా తెల్ల బాక్సైట్ (SiO₂ మలినాలు) నుంచి అల్యూమినియంను నిష్కర్షణ చేస్తారు. చూర్ణం చేసిన ధాతువును 35 - 36 బార్‌ల పీడనం, 473 - 523 K ఉష్ణోగ్రత వద్ద NaOH తో చర్య జరిపి (నిక్షాళనం) సోడియం అల్యూమినేట్‌ను పొందుతారు.
             Al₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O →   2 Na[Al(OH)₄]
సోడియం అల్యూమినేట్‌ను CO₂ తో తటస్థీకరిస్తారు.
             2 Na Al(OH)₄ + CO₂→   Al₂O₃ . x H₂O + 2 NaHCO₃.
ఆర్ద్ర Al₂O₃ ను వడబోసి, ఆరబెట్టి 1470 K వరకు వేడి చేస్తే శుద్ధ Al₂O₃ వస్తుంది.

             
శుద్ధ Al₂O₃ కు CaF₂ ను (గలన ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడానికి), Na₃AlF₆ ను (వాహకతను పెంచడానికి) కలుపుతారు. ఈ మిశ్రమాన్ని కార్బన్ లైనింగ్ ఉన్న స్టీలు పాత్రలోకి తీసుకుంటారు. కార్బన్ లైనింగ్‌ను కాథోడ్‌గా, గ్రాఫైట్‌ను ఆనోడ్‌గా తీసుకుని విద్యుద్విశ్లేషణ చేస్తే శుద్ధ Al వస్తుంది.
 2 Al₂O₃ + 3 C →  4 Al + 3 CO₂
ఆనోడ్ వద్ద:  Al⁺³ + 3_e⁻→  Al
కాథోడ్ వద్ద: C + 2 O⁻2  → CO₂ + 4e−

ముఖ్యమైన ప్రశ్నలు

1. కింది మిశ్రమ లోహాల సంఘటనాన్ని తెలపండి.
ఎ) ఇత్తడి   బి) జర్మన్ సిల్వర్
జ: ఎ) ఇత్తడి: 60% Cu, 40% Zn, 
    బి) జర్మన్ సిల్వర్: 25 - 40% Cu, 25 - 35% Zn, 40 - 50% Ni

2. ప్లవన ప్రక్రియ విధానంలో ఎ) బుడగ సేకర్తలు   బి) స్థిరీకరణులు అంటే ఏమిటి?
జ:  ఎ) బుడగ సేకర్తలు: ఖనిజ కణాలను నీటిలో తడవకుండా ఉంచే పదార్థాలు.
        ఉదా: పైన్ నూనె, సోడియం ఇథైల్ గ్జాంథేట్.
     బి) స్థిరీకరణులు: నురుగును స్థిరంగా ఉంచే పదార్థాలు.
        ఉదా: ఎనిలీన్, క్రిసాల్.

3. ప్లవన ప్రక్రియ విధానంలో 'నిమ్నకారులు' అంటే ఏమిటి?
జ: రెండు విభిన్న సల్ఫైడ్ ఖనిజాల మిశ్రమాన్ని వేరుచేసే రసాయన పదార్థాలను 'నిమ్నకారులు' అంటారు. ఇవి మిశ్రమంలో ఉండే ఒక సల్ఫైడ్‌ను మాత్రమే నురుగులోనికి రానిచ్చి, మరో సల్ఫైడ్‌ను నురుగులోకి రానీయకుండా చేస్తాయి.
ఉదా: NaCN నిమ్నకారి ZnS (నురుగులోకి రాదు), PbS ను (నురుగులోకి వస్తుంది) వాటి మిశ్రమం నుంచి వేరు చేస్తుంది.

4. 'మాటే', 'బొబ్బల (బ్లిస్టర్) కాపర్' అంటే ఏమిటి?
జ: రివర్బరేటరీ కొలిమి నుంచి వెలువడిన Cu₂S (ఎక్కువ శాతం ఉంటుంది), FeS (చాలా తక్కువ శాతం ఉంటుంది) ల గలన ద్రవాన్ని 'మాటే' అంటారు. బెస్సిమర్ కన్వర్టర్‌లో బొబ్బల రూపంలో ఉన్న కాపర్‌ను (SO₂ వెలువడటం వల్ల) 'బొబ్బల (బ్లిస్టర్) కాపర్' అంటారు.

5. ఎ) జింకు బి) కాపర్ లోహాల రెండు ఉపయోగాలు తెలపండి.
జ: ఎ) జింకు ఉపయోగాలు: * ఇనుమును గాల్వనైజేషన్ చేయడానికి
                                    * ఇత్తడి, జర్మన్ సిల్వర్ మిశ్రమ లోహాల తయారీకి

బి) కాపర్ ఉపయోగాలు: * విద్యుత్ పరిశ్రమలో తీగెల తయారీకి
                                * ఇత్తడి, కంచు మిశ్రమ లోహాల తయారీకి

6. ఎ) ఐరన్ బి) అల్యూమినియం లోహాల రెండు ఉపయోగాలు తెలపండి.
జ: ఎ) ఐరన్ ఉపయోగాలు: * పోత ఇనుముతో స్టవ్‌లు, రైలుబోగీలను పోత పోయడానికి
                                    * చేత ఇనుము, స్టీలు తయారీకి
    బి) అల్యూమినియం ఉపయోగాలు: * పలుచటి అల్యూమినియం పొరను చాక్లెట్లను చుట్టేందుకు
                                                  * విద్యుత్ తీగలు, కేబుళ్ల తయారీలో

7. ఎ) పోత ఇనుము బి) చేత ఇనుము యొక్క రెండు ఉపయోగాలను తెలపండి.
జ: ఎ) పోత ఇనుము ఉపయోగాలు: * స్టవ్ (పొయ్యి), రైలుబోగీలను పోత పొయ్యడానికి
                                               * చేత ఇనుము, స్టీలు తయారీకి
    బి) చేత ఇనుము ఉపయోగాలు: * తీగెలు, గొలుసుల తయారీకి
                                              * లంగర్లు, బోల్టుల తయారీకి

8. ఎ) నికెల్ స్టీల్ బి) స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ లోహాల రెండు ఉపయోగాలను తెలపండి.
జ: ఎ) నికెల్ స్టీల్ ఉపయోగాలు: * కొలత టేపులు, ఆటోమొబైల్ విడిభాగాల తయారీకి
                                          * లోలకం, కేబుళ్ల తయారీకి
    బి) స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఉపయోగాలు: * కలాలు, వంట పాత్రల తయారీకి
                                                  * సైకిళ్లు, ఆటోమొబైల్ విడిభాగాల తయారీకి

9. 'పోలింగ్' అంటే ఏమిటి?
జ: గలన ద్రవంపై కర్బన పొడిని చల్లి, దీన్ని పచ్చికర్రలతో కలియబెట్టి లోహాక్సైడ్ మలినాలను లోహాలుగా క్షయీకరించే పద్ధతిని పోలింగ్ అంటారు.
ఉదా: టిన్, కాపర్ లోహాల శోధనం

10. 'గాంగ్' (మ్యాట్రిక్స్), 'లోహమలం' అంటే ఏమిటి?
జ: గాంగ్: ఖనిజంలో ఉండే ఇసుక, బంకమట్టి లాంటి వ్యర్థ పదార్థాలను 'గాంగ్' అంటారు.
    లోహమలం: గాంగ్‌తో ద్రవకారి చర్య జరిపి తేలిగ్గా గలనం చెందే పదార్థాన్ని 'లోహమలం' అంటారు.
      గాంగ్ + ద్రవకారి  → లోహమలం

11. 'ఎల్లింగ్‌హామ్' పటాల రెండు అవధులను తెలపండి.
జ: * చర్య ఎంత వేగంగా జరుగుతుందనే విషయాన్ని చెప్పదు.
    * అన్ని సందర్భాల్లో క్రియాజనకాలు, క్రియాజన్యాలు సమతాస్థితిలో (ముఖ్యంగా ఘనస్థితిలో) ఉండవు.
    కానీ G = RT ln K (K అనేది సమతా స్థితి స్థిరాంకం)

12. కాపర్ నిష్కర్షణను, దాని ఆక్సైడ్ ముడి ఖనిజం నుంచి క్షయకరణం చెయ్యడం కంటే పైరటీస్ నుంచి చెయ్యడమే ఎక్కువ కష్టం. ఎందువల్ల?
జ: Cu₂S యొక్క ప్రమాణ గిబ్స్ సంశ్లేషణోష్ణం H₂S, CS₂ ల సంశ్లేషణోష్ణం కంటే ఎక్కువ. కాగా Cu₂O ప్రమాణ గిబ్స్ సంశ్లేషణోష్ణం, CO₂ కంటే తక్కువ. అందుకే Cuను దాని ఆక్సైడ్ ఖనిజం నుంచి నిష్కర్షణ చెయ్యడం తేలిక.

13. 'మండల శోధనం' అంటే ఏమిటి?
జ: సిలికాన్, గాలియం, జెర్మేనియం మూలకాలను ఈ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు. ఇందులో 'పాక్షిక స్ఫటికీకరణం' సూత్రం ఇమిడి ఉంది. మలినాలుండే లోహాపు కడ్డీపై వేడి చేసే ప్రేరణ వేష్ఠనాన్ని తీసుకుని కొద్ది కొద్దిగా జరుపుతూ వెళ్తే శుద్ధ లోహం స్ఫటికీకరణం చెందుతుంది. మలినాలు గలన లోహంలో మిగిలి, చివరకు కడ్డీ చివరి భాగానికి చేరుతాయి.

14. అల్యూమినియం విద్యుత్ లోహసంగ్రహణంలో గ్రాఫైట్ కడ్డీ పాత్ర ఏమిటి?
జ: హాల్- హెరాల్ట్ విధానంలో గ్రాఫైట్‌ను ఆనోడ్‌గా తీసుకుంటారు. ఆనోడ్ వద్ద వెలువడే O₂ గ్రాఫైట్‌తో చర్య జరిపి CO, CO₂ లను ఇస్తుంది. Al సంగ్రహణంలో కార్బన్ ఆనోడ్‌లో సగం ఖర్చయిపోతుంది. ఇక్కడ జరిగే చర్యలు

C + O^-2  → CO + 2 e-
C + 2 O^-2  → CO₂ + 2 e-