లోహసంగ్రహణ శాస్త్రం

      ప్రకృతిలో లభించే ధాతువుల నుంచి లోహ సంగ్రహణ పద్ధతులను వివరించే శాస్త్రాన్ని లోహసంగ్రహణ శాస్త్రం అంటారు.
* సాధారణంగా లోహాలు ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో అరుదుగా, సమ్మేళన రూపంలో ఎక్కువగా లభిస్తుంటాయి. ఈ సమ్మేళనాల నుంచి లోహాలను సంగ్రహించడం, వాటిని శుద్ధి చేయడం, వివిధ మిశ్రమ లోహాలను తయారు చేయడం లోహశాస్త్రం పరిధిలోకి వచ్చే అంశాలు.
* ప్రస్తుతం లభ్యమయ్యే మూలకాల్లో 75% కంటే ఎక్కువ లోహాలే.
* లోహాల ప్రధాన వనరు భూపటలం.
* సముద్ర జలంలో సోడియం క్లోరైడ్, మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ లాంటి కొన్ని కరిగే లవణాలు ఉంటాయి.
* బంగారం (Au), వెండి (Ag), ప్లాటినం (Pt), రాగి (Cu) లాంటి కొన్ని లోహాలకు చర్యాశీలత తక్కువ కాబట్టి అవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభ్యమవుతాయి.
* భూపటలంలో దొరికే మలినాలతో కూడిన లోహ సమ్మేళనాన్ని లోహ ఖనిజం అంటారు. ఖనిజాలను గనుల నుంచి తవ్వడం ద్వారా భూమి ఉపరితలం పైకి తీస్తారు.
* తక్కువ ఖర్చుతో లోహాన్ని పొందడానికి అత్యంత అనుకూలమైన ఖనిజాన్ని ధాతువు లేదా ముడి ఖనిజం అంటారు. పారిశ్రామికంగా ఏ ఖనిజం నుంచి లోహాన్ని లాభదాయకంగా వేరుచేయగలమో ఆ ఖనిజాన్ని ఆ లోహ ధాతువు (ore) అంటారు.
ఉదా: అల్యూమినియం లోహం Al₂O₃. 2 H₂O బాక్సైట్‌గా, Al₂O₃. 2 SiO₂. 2 H₂O బంకమన్నుగా లభిస్తుంది. కానీ ఈ రెండింటిలో Al₂O₃. 2 H₂O (బాక్సైట్)ను మాత్రమే అల్యూమినియం సంగ్రహణానికి ఉపయోగిస్తారు. కాబట్టి దీన్ని అల్యూమినియం ధాతువుగా పరిగణిస్తారు.
* బాక్సైట్ ధాతువులో 50% - 70% అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ ఉంటుంది.
* లోహ ధాతువులో కలిసి ఉన్న మలినాలను ఖనిజ మలినం 'గాంగ్' అంటారు.
* భారతదేశంలో ఇనుము, మాంగనీస్, రాగి, బంగారం, అల్యూమినియం, తగరం, క్రోమియం, సీసం, జింక్ లాంటి లోహాలకు సంబంధించిన ముఖ్య ఖనిజాలు లభిస్తున్నాయి. ఇవే కాకుండా సున్నపురాయి, మోనజైట్ ఖనిజాలు కూడా దొరుకుతున్నాయి.
* తెలంగాణ, ఆంధ్రప్రదేశ్ రాష్ట్రాల్లో మాంగనీస్, రాగి, జింక్, బేరియం, బెరైటీస్, బంగారం, సున్నపురాయి, యురేనియం లాంటి లోహాలకు సంబంధించిన ఖనిజాలు లభ్యమవుతాయి.

* ఆక్సిజన్ భూమి వల్కలంలో ఉన్న మూలకాలన్నింటిలో అత్యధిక స్థానాన్ని (46.6%) ఆక్రమిస్తోంది. ఆక్సిజన్ తర్వాత వచ్చే మూలకం సిలికాన్. ఇది ఎక్కువ పరిమాణంలో ఆక్సిజన్‌తో కలిసి సంయోగ పదార్థంగా ఏర్పడుతుంది.

* K, Na, Ca, Mg, Al లాంటి లోహాల క్రియాశీలత చాలా ఎక్కువ. కాబట్టి అవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛాస్థితిలో లభించవు.
* Zn, Fe, Pb, Cu లాంటి లోహాల క్రియాశీలత మధ్యస్థంగా ఉంటుంది. కాబట్టి అవి వాటి సల్ఫైడ్‌లు, ఆక్సైడ్‌లు, కార్బొనేట్‌ల రూపంలో భూపటలంపై లభిస్తాయి.
* Au, Ag, Pt లాంటి లోహాల క్రియాశీలత చాలా తక్కువ. కాబట్టి అవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభిస్తాయి.

* లోహాలను వాటి చర్యాశీలతల అవరోహణ క్రమంలో అమర్చితే వచ్చే శ్రేణిని చర్యాశీలత శ్రేణి అంటారు.
* ధాతువుల నుంచి లోహ నిష్కర్షణం ముఖ్యంగా మూడు దశల్లో జరుగుతుంది.
i. ముడి ఖనిజ సాంద్రీకరణ (ధాతువును గాఢత చెందించడం)
ii. ముడి లోహ నిష్కర్షణ (ముడి లోహాన్ని సంగ్రహించడం)
iii. లోహాన్ని శుద్ధి చేయడం
* నిరుపయోగమైన మలినాలను ధాతువుల నుంచి వేరుచేసే పద్ధతిని ధాతువును గాఢత చెందించడం లేదా ముడి ఖనిజాన్ని సాంద్రీకరణం చేయడం అంటారు.
* ధాతువును సాంద్రీకరించడానికి ఉపయోగించే కొన్ని భౌతిక పద్ధతులు
     i) చేతితో ఏరివేయడం
     ii) నీటితో కడగడం
     iii) ప్లవన ప్రక్రియ
     iv) అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతి
* రంగు, పరిమాణం లాంటి ధర్మాల్లో వ్యత్యాసం ఉంటే చేతితో ఏరివేయడం ద్వారా ధాతువును గాఢత చెందిస్తారు.
* ధాతువు, మలినాలకు మధ్య సాంద్రతలో తేడా ఉన్నప్పుడు నీటితో కడగడం ద్వారా ధాతువును శుద్ధి చేస్తారు. ధాతువును బాగా చూర్ణం చేసి వాలుగా ఉన్న తలంపై ఉంచుతారు. పైనుంచి వచ్చే నీటి ప్రవాహంతో కడుగుతారు. అప్పుడు తేలికగా ఉన్న మలినాలు నీటి ప్రవాహంలో కొట్టుకుపోతాయి. బరువైన శుద్ధమైన ముడి ఖనిజ కణాలు నిలిచిపోతాయి.
* ఆక్సైడ్, కార్బొనేట్ ధాతువులను గాఢత చెందించడానికి సాపేక్ష సాంద్రత పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.
* సల్ఫైడ్ ధాతువులను ప్లవన ప్రక్రియ ద్వారా గాఢత చెందిస్తారు. ఈ ప్రక్రియలో ఖనిజాన్ని మెత్తని చూర్ణంగా చేసి, నీటితో ఉన్న తొట్టెలో ఉంచుతారు. గాలిని ఈ తొట్టెలోకి ఎక్కువ పీడనంతో పంపి నీటిలో నురుగు వచ్చేలా చేస్తారు. ఈ విధంగా ఏర్పడిన నురుగు ఖనిజ కణాలను పైతలానికి తీసుకుపోతుంది. తొట్టె అడుగు భాగానికి మాలిన్య కణాలు చేరుకుంటాయి. నురుగు తేలికగా ఉండటం వల్ల తెట్టులా ఏర్పడుతుంది. నురుగును దాని నుంచి వేరుచేసి ఆరబెట్టి ధాతు కణాలను పొందవచ్చు. ప్లవన ప్రక్రియలో నురుగు రావడానికి నీటికి పైన్ నూనె లేదా యూకలిప్టస్ నూనెను కలుపుతారు.
* ముడి ఖనిజం లేదా ఖనిజ మాలిన్యం ఏదో ఒకటి అయస్కాంత పదార్థం అయి ఉంటే వాటిని విద్యుదయస్కాంతాలను ఉపయోగించి వేరు చేస్తారు. టిన్‌స్టోన్ లాంటి ధాతువును విద్యుదయస్కాంత పద్ధతి ద్వారా శుద్ధి చేస్తారు.
* టిన్‌స్టోన్ నుంచి ఓల్‌ఫ్రమైట్‌ను విద్యుత్ అయస్కాంత పద్ధతి ద్వారా శుద్ధి చేస్తారు.
* మోనజైట్ నుంచి థోరియంను విద్యుత్ అయస్కాంత పద్ధతి ద్వారా వేరు చేస్తారు.
* బాక్సైట్ ధాతువును సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణంలో కరిగించి ద్రావణం నుంచి Al(OH)₃ ను అవక్షేపించి ఎర్రగా కాల్చితే తిరిగి Al2O3 లభిస్తుంది. ఈ పద్ధతిని లీచింగ్ అంటారు. లీచింగ్ ఒక రసాయన పద్ధతి. ఇందులో ధాతువు రసాయన స్వభావాన్ని అనుసరించి తగిన కారకాన్ని ఉపయోగించి, ధాతువును మాత్రమే ద్రావణంలో కరిగేలా చేస్తారు. కరగకుండా మిగిలిపోయిన మలినాలను వడపోత ద్వారా వేరు చేస్తారు. ధాతువును ద్రావణం నుంచి అనుకూల రీతిలో వేరు చేస్తారు.
 

ముడి లోహాన్ని సంగ్రహించడం: సాధారణంగా ధాతువులో లోహం ధనత్మాక భాగమై, ధనాత్మక ఆక్సీకరణ స్థితిలో ఉంటుంది. కాబట్టి స్వాభావిక లోహాన్ని సంగ్రహించే ప్రక్రియ క్షయకరణ చర్యగా ఉంటుంది.

 M²⁺ + 2 e^-   M⁰ 
* ఆక్సైడ్ ధాతువును సులభంగా క్షయకరణ చర్యకు గురి చేయవచ్చు. కాబట్టి ఇతర సల్ఫైడ్, క్లోరైడ్, కార్బొనేట్ ధాతువులను సాధారణంగా ఆక్సైడ్‌లుగా మారుస్తారు.
* లోహాన్ని ధాతువుల నుంచి సంగ్రహించడానికి కింది ప్రక్రియల్లో ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు. అవి:
   i) భస్మీకరణం (Calcination)
   ii) భర్జనం (Roasting)
   iii) ప్రగలనం (Smelting)
 

భస్మీకరణం: i) ధాతువును గాలి లేకుండా బాగా వేడిచేసి బాష్పశీల మలినాలను తొలగించడాన్ని భస్మీకరణం అంటారు.
ii) భస్మీకరణం ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో ధాతువును గాలి లేదా ఆక్సిజన్ అందుబాటులో లేకుండా వేడిచేయడం వల్ల ధాతువు విఘటనం చెందుతుంది.
 ఉదా:MgCO₃        MgO    +   CO₂
     (ఘ)                      (ఘ)      (వా)
CaCO₃          CaO     +   CO₂
(ఘ)                      (ఘ)       (వా)
iii) భస్మీకరణంలో సేంద్రియ పదార్థాలు, తేమ, కార్బొనేట్ - కార్బన్‌డైఆక్సైడ్‌గా ధాతువు నుంచి తొలగిపోతాయి.

భర్జనం:
i) ధాతువును గాలి సమక్షంలో తీవ్రంగా వేడి చేయడాన్ని భర్జనం అంటారు.
ii) భర్జనం ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో ధాతువును ఆక్సిజన్ లేదా గాలి సమక్షంలో అధిక ఉష్ణోగ్రత (లోహ ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత) వద్ద వేడి చేస్తారు.
iii) ఈ ప్రక్రియలో పొందిన ఉత్పన్నాలు (సల్ఫైడ్ ధాతువు నుంచి పొందే లోహ ఆక్సైడ్ లాంటివి) ఘన స్థితిలో ఉంటాయి. సాధారణంగా భర్జన ప్రక్రియకు రివర్బరేటరీ కొలిమిని వాడతారు.
iv) సాధారణంగా సల్ఫైడ్ ధాతువును ఆక్సైడ్‌గా మార్చడానికి ఈ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తారు.
     2 ZnS    +    3 O₂         2 ZnO   +   2 SO₂
    (ఘ)            (వా)                (ఘ)            (వా)

ప్రగలనం:
i) ఒక ధాతువును ద్రవకారి (Flux) కలిపి లేదా కలపకుండా అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడిచేయడం ద్వారా లోహం లేదా దాని సల్ఫైడ్ మిశ్రమాన్ని ద్రవ స్థితిలో పొందడాన్ని ప్రగలనం అంటారు.
ii) ప్రగలనంలో సాధారణంగా ధాతువు క్షయకరణానికి గురవుతుంది.
iii) ప్రగలనం ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో ధాతువును ద్రవకారి, ఇంధనాలతో కలిపి బాగా వేడిచేస్తారు. ఉష్ణం చాలా తీవ్రంగా ఉండటం వల్ల ధాతువు లోహంగా క్షయకరణం చెందుతుంది. ఫలితంగా లోహాన్ని ద్రవ స్థితిలో పొందవచ్చు.
iv) ప్రగలన ప్రక్రియను 'బ్లాస్ట్ కొలిమి' అనే ప్రత్యేకంగా నిర్మించిన కొలిమిలో నిర్వహిస్తారు.
v) ప్రగలన ప్రక్రియలో ధాతువులోని మలినాలు (Gangue) ద్రవకారి (Flux)తో చర్యపొంది సులువుగా తొలగించగల లోహ మలంగా (slag) ఏర్పడతాయి.
vi) హెమటైట్ (Fe₂O₃) ధాతువు విషయంలో కోక్‌ను ఇంధనంగా, సున్నపురాయిని (CaCO₃) ద్రవకారిగా వాడతారు.
 

ద్రవకారి: ధాతువులోని మలినాలను (గాంగ్) తొలగించడానికి దానికి బయటి నుంచి కలిపిన పదార్థాన్ని 'ద్రవకారి' అంటారు. గాంగ్ SiO₂ లాంటి ఆమ్ల పదార్థమైతే, దానికి ద్రవకారిగా CaO లాంటి క్షార పదార్థాన్ని; గాంగ్ క్షార స్వభావం కలిగి ఉంటే (FeO లాంటివి) SiO₂ లాంటి ఆమ్ల స్వభావం ఉన్న పదార్థాన్ని ద్రవకారిగా కలుపుతారు.

* అపరిశుద్ధ లోహం నుంచి శుద్ధ లోహాన్ని పొందే ప్రక్రియను లోహశోధనం లేదా లోహశుద్ధి అంటారు.
* లోహాన్ని శుద్ధి చేసే పద్ధతి లోహం, దానిలోని మలినాల స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
* లోహాలను శుద్ధి చేయడానికి ఉపయోగించే పద్ధతులు
     1) స్వేదనం      2) పోలింగ్      3) గలనం చేయడం      4) విద్యుద్విశ్లేషణం

స్వేదనం (Distillation): జింక్, పాదరసం లాంటి అల్ప/ అధిక బాష్పశీల లోహాలను మలినాలుగా కలిగి ఉంటే అలాంటి లోహాల శుద్ధిలో ఈ పద్ధతి చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. ద్రవ స్థితిలో ఉన్న నిష్కర్షించిన లోహాలను స్వేదనం చేసి శుద్ధ లోహాన్ని పొందుతారు.
పోలింగ్ (Poling): ద్రవ స్థితిలో ఉన్న లోహాన్ని పచ్చి కర్రలతో బాగా కలుపుతారు. ఇలా చేయడం ద్వారా మలినాలు వాయువు రూపంలో వేరుపడటం లేదా చిక్కని నురగలా ద్రవరూప లోహ ఉపరితలంపై ఏర్పడటం జరుగుతుంది. బ్లిస్టర్ కాపర్‌ను ఈ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు. కర్రల నుంచి వెలువడిన క్షయకరణ వాయువులు కాపర్ ఆక్సీకరణం చెందకుండా కాపాడతాయి.
గలనం చేయడం (Liquation): ఈ పద్ధతిలో టిన్ లాంటి అల్ప ద్రవీభవన స్థానాలున్న లోహాలను వేడిచేసి వాలుగా ఉన్న తలంపై జారేలా చేస్తారు. అప్పుడు లోహం కరిగి కిందికి కారడం ద్వారా అధిక ద్రవీభవన స్థానాలున్న మలినాలు వేరుపడతాయి.
విద్యుత్ శోధనం (Electrolytic Refining): ఈ పద్ధతిలో అపరిశుద్ధ లోహాన్ని ఆనోడ్‌గా, శుద్ధ లోహాన్ని కాథోడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు. విద్యుద్విశ్లేషణ తొట్టెలో అదే లోహానికి చెందిన ద్రవ స్థితిలోని లోహ లవణాన్ని విద్యుద్విశ్లేష్యంగా తీసుకుంటారు. మనకు కావాల్సిన లోహం కాథోడ్ వద్ద శుద్ధ స్థితిలో నిక్షిప్తమవుతుంది. మలినాలు ఆనోడ్ మడ్‌గా ఆనోడ్ వద్ద అడుగుకు చేరుతాయి.
ఆనోడ్ వద్ద:  M  M⁺ⁿ  + n e^-
కాథోడ్ వద్ద:  M⁺ⁿ  + n e^-    M
       (M = శుద్ధ లోహం)   (n = 1, 2, 3, ......)
       అపరిశుద్ధ కాపర్‌ను ఈ పద్ధతి ద్వారా శుద్ధి చేస్తారు.

* రాగి, జింక్, లెడ్, నికెల్ అనేక లోహాలను వాటి జలద్రావణాల విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ ద్వారా శుద్ధిచేస్తారు. లోహపు అయాన్‌లు ధనాత్మకమై ఉంటాయి. అందువల్ల రుణ ధృవంతో ఆకర్షితం అవుతాయి.
* ధాతువుల నుంచి లోహ నిష్కర్షణం ఆ లోహ చర్యాశీలతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
* K, Na, Ca, Mg, Al లోహాలను వాటి ద్రవ సమ్మేళనాలను విద్యుద్విశ్లేషణం చేయడం ద్వారా నిష్కర్షణం చేస్తారు.
* ద్రవ NaCl ను స్టీల్ కాథోడ్, గ్రాఫైట్ ఆనోడ్ సహాయంతో విద్యుద్విశ్లేషణం చేసినప్పుడు కాథోడ్ వద్ద సోడియం లోహం నిక్షిప్తమవుతుంది. ఆనోడ్ వద్ద క్లోరిన్ విడుదలవుతుంది.
       NaCl    

   Na⁺    +    Cl^-
కాథోడ్ వద్ద:   2 Na⁺ +  2 e^-   2 Na
ఆనోడ్ వద్ద:   2 Cl^-   Cl₂ +  2 e^-

* Zn, Fe, Pb, Cu లోహాలను క్షయకరణ పద్ధతుల ద్వారా నిష్కర్షణం చేస్తారు.
* సల్ఫైడ్ ధాతువులను అధిక గాలితో తీవ్రంగా వేడిచేసినప్పుడు వాటి ఆక్సైడ్‌లు ఏర్పడతాయి. ఈ ఆక్సైడ్‌లను తగిన క్షయకరణితో క్షయకరణం జరిపినప్పుడు లోహాలు ఏర్పడతాయి.
      2 PbS + 3 O₂ 2 PbO + 2 SO₂
* లోహ ఆక్సైడ్‌లను కోక్‌తో క్షయకరణం చేసినప్పుడు లోహాలు ఏర్పడతాయి.

* లోహ ఆక్సైడ్‌లను కార్బన్ మోనాక్సైడ్‌తో క్షయకరణం చేసినప్పుడు లోహాలు లభిస్తాయి.

* సల్ఫైడ్ ధాతువు నుంచి రాగిని సంగ్రహించేటప్పుడు ఆ ధాతువును గాలిలో పాక్షిక భర్జనం చేసి ఆక్సైడ్‌గా మారుస్తారు. ఇంకా మిగిలి ఉన్న లోహ సల్ఫైడ్ లోహ ఆక్సైడ్‌తో చర్యపొంది లోహాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఈ చర్యను సల్ఫైడ్ ధాతువుల స్వయం క్షయకరణం అంటారు.
2 Cu₂S + 3 O₂ 2 Cu₂O + 2 SO₂
2 Cu₂O + Cu₂S  6 Cu + SO₂

* అధిక చర్యాశీలత ఉన్న లోహాలను క్షయకరణులుగా ఉపయోగించి తక్కువ చర్యాశీలత ఉన్న లోహాలను వాటి సమ్మేళనాల నుంచి స్థానభ్రంశం చెందిస్తారు.
  TiCl₄  + 2 Mg      Ti + 2 MgCl₂
  TiCl₄  +  4 Na       Ti  + 4 NaCl 

* అల్యూమినియం పొడితో లోహ ఆక్సైడ్‌లను క్షయకరణం జరిపే ప్రక్రియను థర్మైట్ చర్య అంటారు.
* గాఢత చెందించిన ఆక్సైడ్ ధాతువు, అల్యూమినియం పొడి మిశ్రమాన్ని థర్మైట్ అంటారు.
* థర్మైట్ చర్యలో అల్యూమినియం లోహం క్షయకరణిగా ఉపయోగపడుతుంది.
* Fe, Cr లాంటి లోహాలను అల్యూమినో - థర్మిక్ పద్ధతి ద్వారా నిష్కర్షణం చేస్తారు.
    Fe₂O₃ + 2 Al  Al₂O₃ + 2 Fe  +  Heat (ఉష్ణశక్తి)
    Cr₂O₃ + 2 Al   Al₂O₃ + 2 Cr  +  ఉష్ణశక్తి

* విరిగిన రైలు కమ్మీలు (పట్టాలు), పగిలిన యంత్ర పరికరాలను అతికించడానికి థర్మైట్ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తారు.
* తక్కువ చర్యాశీలత ఉన్న లోహ ఆక్సైడ్‌లను వేడిమి చర్యతో క్షయీకరింపజేయడం ద్వారా లేదా వీటి జలద్రావణాల నుంచి స్థానభ్రంశం చెందించడం ద్వారా లోహాలను పొందవచ్చు.
* సిన్నబార్ (HgS) ను గాలిలో మండించినప్పుడు అది మొదట HgO గా మారుతుంది. దీన్ని ఇంకా వేడి చేస్తే పాదరసం ఏర్పడుతుంది.
2 HgS + 3 O₂

 2 HgO + 2 SO₂
2 HgO              2 Hg + O₂

* గాఢత చెందించిన అర్జెంటైట్ (Ag₂S) ధాతువును KCN ద్రావణంలో కరిగించినప్పుడు డైసైనార్జియేట్ (I) అయాన్‌లు ఏర్పడతాయి. ఈ అయాన్‌లు జింక్ డస్ట్ చూర్ణంతో చర్య జరిపి Ag అవక్షేపాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.
   Ag₂S + 4 CN^-  2 [Ag(CN)₂]^- + S^2-
   2 [Ag(CN)₂]^-  +   Zn   [Zn(CN)₄]^2- + 2 Ag
      (జ.ద్రా.)          (ఘ)               (జ.ద్రా.)         (ఘ)
* ఇనుము లోహం సాధారణంగా స్వాభావిక స్థితిలో లభించదు. రక్తంలోని హిమోగ్లోబిన్‌లో ఇనుము ఘటక పదార్థంగా ఉంటుంది. ఇనుము సమ్మేళన రూపంలో జంతువులు, మొక్కల కణజాలాల్లో కూడా ఉంటుంది.
* ఇనుము లోహ సంగ్రహణలో కింది ఖనిజాలు ముఖ్యమైనవి.

మాగ్నటైట్	-	Fe3O4
హెమటైట్	-	Fe2O3
లియొనైట్	-	Fe2O3 . 3 H2O
సెడిరైట్	-	Fe2CO3
ఐరన్ పైరైట్స్	-	FeS2

* ఇనుము లోహ సంగ్రహణలో దుక్క ఇనుము తయారీ ముఖ్యమైంది. దుక్క ఇనుము తయారీలో కింది దశలు ఉంటాయి.
 

a) ధాతువును గాఢత చెందించడం: సాధారణంగా హెమటైట్ (ఆక్సైడ్ ఖనిజాన్ని) ఒక అంగుళం పరిమాణంలో ఉన్న ముక్కలుగా చేసి వాటిని నీటిలో కడుగుతారు. ఈ పద్ధతిలో రాళ్లు, ఇసుక, మట్టి లాంటి మలినాలు తొలగిపోతాయి.
 

b) భస్మీకరణం: భస్మీకరణంలో ధాతువును ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడిచేయడం ద్వారా వియోగం చెంది బాష్పశీల మలినాలైన సల్ఫర్, ఆర్సెనిక్, కార్బన్ డై ఆక్సైడ్, తేమ తొలగిపోతాయి. దీనిలో ఫెర్రస్ ఆక్సైడ్ ఉంటే అది ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్‌గా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది. ధాతువు గుల్లబారుతుంది.

c) ప్రగలనం: భస్మీకరణం చెందిన ధాతువును ప్రగలనం చర్యకు గురిచేస్తారు. ఇందులో ధాతువు కార్బన్, సున్నపురాయి (ద్రవకారి) సమక్షంలో క్షయకరణం చెందుతుంది. ఈ ప్రక్రియ బ్లాస్టు కొలిమిలో జరుగుతుంది. కొలిమి ముఖద్వారం నుంచి చార్జిని కొలిమిలోకి ప్రవేశపెడతారు. అప్పుడు బ్లాస్టు కొలిమిలో కింది చర్యలు వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వేర్వేరు భాగాల్లో జరుగుతాయి.
i) ఫర్నేసు అడుగున ఉన్న అధిక ఉష్ణోగ్రత వల్ల కోక్ ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌గా మారుతుంది.
    C + O₂ CO₂ + 97 k.cal
ii) ఏర్పడిన కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ఫర్నేసు పైభాగాన్ని చేరుతూ 150°C వద్ద క్షయకరణానికి గురవుతుంది.
    CO₂ + C  2 CO − 39 k.cal
iii) ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ 600°C వద్ద ఫెర్రస్ ఆక్సైడ్‌గా క్షయకరణం చెందుతుంది.
     Fe₂O₃ + CO  2 FeO + CO₂
iv) ఏర్పడిన ఫెర్రస్ ఆక్సైడ్ ఇనుప లోహంగా 750°C వద్ద క్షయకరణం చెందుతుంది.
2 FeO + 2 CO  2 Fe + 2 CO₂
    750°C వద్ద ఏర్పడిన ఇనుప లోహం ఘనస్థితిలో ఉంటుంది. గుల్లబారిన ఈ ఇనుమును స్పాంజ్ ఇనుము అంటారు. ఈ విధంగా ఏర్పడిన ఇనుము నెమ్మదిగా ఫర్నేసు అడుగు భాగంలో ద్రవస్థితిలో చేరుతుంది. ఈ స్థితిలో కార్బన్, ఫాస్ఫరస్, మాంగనీస్, సిలికా ద్రవస్థితిలో అడుగున చేరే ఇనుముతో కలిసి దుక్క ఇనుము (Cast Iron) గా తయారవుతాయి. ద్రవకారిగా కలిపిన సున్నపురాయి వియోగం చెంది కార్బన్ డై ఆక్సైడ్, కాల్షియం ఆక్సైడ్‌గా మారుతాయి.
       CaCO₃ CaO + CO₂
     ఏర్పడిన కాల్షియం ఆక్సైడ్ ధాతువులోని సిలికాతో కలసి లోహమలం లేదా తెట్టు (Slag) కాల్షియం సిలికేటుగా ఏర్పడుతుంది.
       CaO + SiO₃

 CaSiO₃
    కాల్షియం సిలికేట్ తేలికైన పదార్థం కాబట్టి ద్రవస్థితిలోని ఇనుముపై తేలుతుంది. కింద ఉన్న ఇనుమును గాలి సమక్షంలోకి రానీయకుండా, ఆక్సీకరణం చెందకుండా పొరలా ఏర్పడుతుంది. ద్రవస్థితిలో ఇనుమును మరో ద్వారం నుంచి వెలుపలికి తీస్తారు.
    ఘనీభవించిన ఈ ఇనుమును దుక్క ఇనుము లేదా ఇనుము అంటారు.
* దుక్క ఇనుములో 3% - 4% కార్బన్ ఉంటుంది. ఈ ఇనుమును తిరిగి ద్రవస్థితికి తెచ్చి సంఘటనంలో మార్పుల ద్వారా చల్లబరచి చేత ఇనుము, స్టీలు తయారుచేస్తారు.
* చేత ఇనుము (Wrought Iron)ను శుద్ధమైన ఇనుముగా పరిగణించవచ్చు. ఇందులో 0.5 శాతానికి మించి మలినాలు ఉండవు. ఆ మలినాల్లో 0.2% కార్బన్ ఉంటుంది. ఇందులో ఇతర మలినాలు సల్ఫర్, ఫాస్ఫరస్, సిలికాన్, మాంగనీస్. దుక్క ఇనుమును రివర్బరేటరీ కొలిమి హెర్తుపై ఉంచి శుద్ధి చేస్తారు.
1. చిమ్నీ
2. హెర్తు
3. ఇంధనపు గది
        ఈ పద్ధతిని పుడలింగ్ అంటారు. ఈ పద్ధతిలో మలినాలు తొలిగే కొద్దీ ఇనుము ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. అందువల్ల ద్రవస్థితిలో ఇనుము ముద్దగా తయారవుతుంది. ఈ స్థితిలో ఇనుమును గుండ్రని బంతుల రూపంలో బయటికి తీస్తారు. ఈ విధంగా తయారైన ఇనుమును చేత ఇనుము అంటారు.
* చేత ఇనుమును గొలుసులు, బోల్టులు, మేకులు తయారు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.

* ఉక్కు: ఉక్కులో కార్బన్ శాతం 0.1 - 1.5 వరకు ఉంటుంది. ఇందులో కార్బన్ శాతం దుక్క ఇనుము, చేత ఇనుముకు మధ్యస్తంగా ఉంటుంది. ఇనుము పెళుసుదనం కార్బన్ శాతంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కార్బన్ శాతం పెరిగితే పెళుసుదనం పెరుగుతుంది.

ఓపెన్‌హెర్త్ విధానంలో ఉక్కు ఉత్పత్తి:
i) ఈ విధానంలో దుక్క ఇనుము, రద్దీనుము, ధాతువు హెమటైట్, కాల్షియం ఆక్సైడ్‌ను ఓపెన్‌హెర్త్ ఫర్నేసు హెర్తుపై ద్రవస్థితిలోకి వచ్చేవరకు వేడి చేస్తారు. హెర్తు పైకప్పు పెద్దదిగా, తక్కువ ఎత్తులో ఉంటుంది. దీనిపై సిలికా(Sio₂) లేక డాలమైట్ (CaO . MgO) పూత ఉంటుంది. దుక్క ఇనుములోని కర్బన శాతం ఆక్సీకరణ చర్య వల్ల క్రమేపీ తగ్గుతుంది.
ii) దుక్క ఇనుములోని కర్బనం, సిలికాన్ శాతం ఇనుప రద్దీ కలపడం వల్ల తగ్గిపోతుంది. సల్ఫర్‌ను 1500°C ఉష్ణోగ్రత వరకు వేడిచేయడం వల్ల అది సల్ఫర్ డై ఆక్సైడ్‌గా తొలగిపోతుంది. సిలికాన్, ఫాస్ఫరస్, SiO₂, P₂O₅ లుగా ఆక్సీకరణం చెందుతాయి. ఇవి రెండూ కాల్షియం ఆక్సైడ్‌తో చర్య జరిపి తెట్టు (లోహ మలం)ను ఏర్పరుస్తాయి.
    SiO₂ + CaO  CaSiO₃ తెట్టు
    P₂O₅ + 3 CaO  Ca₃(PO₄)₂ తెట్టు
  ఏర్పడిన ద్రవస్థితిలోని ఉక్కును కడ్డీలుగా తయారుచేస్తారు.
 

* ఓపెన్‌హెర్త్ విధానంలోని ఉపయోగాలు:
a) ఉష్ణాన్ని వ్యర్థం కాకుండా రెండో దశలో ఉపయోగించడం వల్ల పునరుత్పాదక సూత్రం ఈ విధానంలో వినియోగమై ఇంధనాన్ని పొదుపు చేస్తుంది.
b) ఏర్పడిన ఉక్కు సంఘటనాన్ని, ఉష్ణాన్ని నియంత్రణ చేయవచ్చు.
c) ఈ విధానంలో ఏర్పడిన ఉక్కు నాణ్యత గల ఉన్నత ధర్మాలను కలిగి ఉంటుంది.
‣ ఉక్కును గడియారపు స్ప్రింగులు, రైలు పట్టాలు, యుద్ధ సామగ్రి, శస్త్రచికిత్స సాధనాలు, బ్లేడులు లాంటివాటి తయారీలో ఉపయోగిస్తారు.
* లోహ ధర్మాలున్న రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మూలకాల సజాతీయ మిశ్రమాన్ని మిశ్రమ లోహం అంటారు. ఉక్కు, ఇనుము, కార్బన్‌ల మిశ్రమ లోహం.
లోహానికి ఉదాహరణ: స్టెయిన్‌లెస్ స్టీలు, నికెల్ స్టీలు.
‣ లోహక్షయం అనేది ఒక ఉపరితల ప్రక్రియ.
‣ లోహం తిరిగి తన సంయోగ స్థితిలోకి మార్పు చెందే ప్రక్రియను లోహక్షయం అంటారు.
‣ లోహ క్షయం ఒక రిడాక్స్ చర్య. దీనిలో తేమ సమక్షంలో లోహాలు ఆక్సిజన్‌తో ఆక్సీకరణం చెందుతాయి.
‣ ఇనుము తుప్పుపట్టడం, వెండి వస్తువులు కాంతి విహీనమవడం; రాగి, కంచు వస్తువులపై ఆకుపచ్చని పొర ఏర్పడటం లాంటివి లోహ క్షయానికి కొన్ని ఉదాహరణలు.
‣ ఇనుము, ఉక్కు వాటి ఉపరితలంపై ఎరుపు రంగు గల ఇనుప ఆక్సైడ్‌గా ఏర్పడుతుంది. దీన్నే తుప్పు అంటారు.
‣ లోహక్షయంలో లోహం ఆక్సిజన్‌కు ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడం ద్వారా ఆక్సీకరణం చెంది దాని ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.
‣ నీరు, గాలి సమక్షంలో ఇనుము లోహ క్షయం చెందుతుంది.
‣ ఇనుమును గాలి, తేమ సమక్షంలో ఉంచినప్పుడు దాని ఉపరితలంపై గోధుమ రంగు పొర ఏర్పడుతుంది. దీన్నే తుప్పు అంటారు. తుప్పులో ఆర్ద్ర ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ (Fe2O3 . x H2O) ఉంటుంది.
‣ ఇనుప వస్తువుల ఉపరితలంపై ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతంలో క్షయం జరిగేటప్పుడు అక్కడ ఆక్సీకరణం జరిగి, ఆ ప్రాంతం ఆనోడ్‌గా ప్రవర్తిస్తుంది.
ఆనోడ్ వద్ద: 2 Fe  2 Fe²⁺ + 4 e^-
» ఆనోడ్ వద్ద విడుదలైన ఎలక్ట్రాన్‌లు లోహం ద్వారా వేరే ప్రాంతం వద్దకు పోయి హైడ్రోజన్ అయాన్ (H⁺) సమక్షంలో ఆక్సిజన్‌ను క్షయకరిస్తాయి. ఈ ప్రాంతం కాథోడ్‌గా వ్యవహరిస్తుంది.
కాథోడ్ వద్ద: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- 

 2 H₂O
* ఇనుము తుప్పు పట్టడంలో జరిగే మొత్తం చర్య
   2 Fe   +    O₂   +   4 H⁺    2 Fe²⁺   +   2 H₂O
(ఘ.)      (వా.)      (జ.ద్రా.)                (జ.ద్రా.)           (ద్ర.)
       వాతావరణంలోని ఆక్సిజన్ ఫెర్రస్ అయాన్‌లను (Fe)గా ఆక్సీకరణం చేసి ఫెర్రిక్ అయాన్‌లుగా మార్పు చేసి హైడ్రేటెడ్ ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ (Fe₂O₃. x H₂O) రూపంలో తుప్పుగా మార్పు చెందుతుంది.
‣ తుప్పు పట్టడం అనే ధర్మం వివిధ లోహాల స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని లోహాలు స్వతహాగా తుప్పు పట్టకుండా ఉండగలవు. కానీ ఇనుము, ఉక్కు లాంటి లోహాలు చాలా త్వరగా తుప్పు పడతాయి.
‣ లోహ వస్తువుల ఉపరితల వాతావరణంతో స్పర్శలో లేకుండా నివారించడమనేది లోహక్షయ నివారణ సాధారణ పద్ధతుల్లో ఒకటి. లోహక్షయాన్ని నివారించడానికి లోహ ఉపరితలాన్ని పెయింట్ లేదా కొన్ని రసాయనాల (బైస్ఫినాల్)తో కప్పి ఉంచాలి.
‣ లోహాలను తుప్పు పట్టకుండా కాపాడటానికి కింది పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు.
      ఎ) గాల్వనైజింగ్      బి) ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్       సి) మిశ్రమ లోహం తయారీ.
‣ గాల్వనైజింగ్ పద్ధతిలో ఇనుముపై జింక్ పూతగా ఏర్పడుతుంది.
‣ ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ పద్ధతిలో అవసరమైన లోహాన్ని ఇనుముపై నిక్షిప్తం చేస్తారు. ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ పద్ధతిలో ఒక ధన ధృవం, రుణ ధృవం ఉంటాయి. కావాల్సిన లోహపు పూత రుణ ధృవంపై నిక్షిప్తం అవుతుంది.
‣ ఉక్కు తుప్పు నిరోధక స్వభావం దానిలోని 20% క్రోమియం వల్ల వస్తుంది. ఈ మిశ్రమ లోహాన్ని స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ అంటారు.
‣ మిశ్రమ స్టీల్‌లో కార్బన్‌తో పాటు వివిధ పరిమాణాల్లో కావాల్సిన లోహాలను కలిపి మిశ్రమ లోహాలుగా తయారుచేస్తారు. మిశ్రమ లోహాలు ఎక్కువ నాణ్యతను కలిగి ఉండి, తుప్పు పట్టడాన్ని నిరోధించే ప్రత్యేక ధర్మాలు కలిగి ఉంటాయి.
‣ లోహ ఉపరితలాలను పైన పేర్కొన్న విధానాల్లోనే కాకుండా పెయింట్ వేయడం వల్ల కూడా తుప్పు పట్టకుండా కాపాడవచ్చు. పెయింట్‌లు వివిధ రకాలుగా ఉంటాయి. ఇందులో సేంద్రియ, నిరేంద్రియ పదార్థాలు, త్వరగా మండే స్వభావం ఉన్న సేంద్రియ ద్రావణి, తైలాలు ఉంటాయి.
‣ లోహ నిష్కరణలో ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియలను చేయడానికి వాడేదే కొలిమి.
‣ కొలిమిలో ప్రధానంగా మూడు భాగాలుంటాయి. అవి:
       1) హార్త్       2) చిమ్నీ      3) అగ్గి గది
‣ బ్లాస్ట్ కొలిమిలో అగ్గి గది, హార్త్ ఒక పెద్ద గదిలో ఉంటాయి. దీనిలో ధాతువు, ఇంధనాన్ని నింపుతారు.
‣ రివర్బరేటరీ కొలిమిలో హార్త్, అగ్గిగది రెండూ వేరుగా ఉంటాయి. కానీ ఇంధనాన్ని మండించినప్పుడు వెలువడిన వేడి బాష్పం హార్త్‌లో ఉన్న ధాతువును వేడి చేస్తుంది.
‣ రిటార్ట్ కొలిమిలో హార్త్, అగ్గిగదికి మధ్య ప్రత్యక్షంగా ఎలాంటి సంబంధం ఉండదు. మంటలు కూడా ధాతువును వేడిచేయవు.
‣ భస్మీకరణం, భర్జనం ప్రక్రియలు రివర్బరేటరీ కొలిమిలో జరుగుతాయి.
‣ బ్లాస్ట్ కొలిమిలో ప్రగలన ప్రక్రియను నిర్వహిస్తారు.

లోహాల ఉనికి లభించే స్వభావం:

కొన్ని సాధారణ ధాతువులు:

మిశ్రమ లోహాలు వాటి ఉపయోగాలు:

లోహ సంగ్రహణశాస్త్రం మైండ్ మ్యాపింగ్