• facebook
  • whatsapp
  • telegram

లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రం

నిత్య జీవితంలో లోహాలు ముఖ్యపాత్ర పోషిస్తున్నాయి. వంటపాత్రలు, ఆభరణాలు, విద్యుత్ తీగలు మొదలైన వస్తువుల తయారీకి లోహాలు ఉపయోగపడతాయి. ప్రకృతిలో లభించే ధాతువుల నుంచి లోహాలను సంగ్రహించే వివిధ పద్ధతులను వివరించే శాస్త్రాన్ని 'లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రం' అంటారు.
* 'కంచు' అనేది రాగి, తగరంల మిశ్రమ లోహం. ప్రస్తుతం లభ్యమయ్యే మూలకాల్లో 75% కంటే ఎక్కువ మూలకాలు లోహాలే.
* లోహాల ప్రధాన వనరు 'భూపటలం' (Earth crust). సముద్ర జలంలో కూడా సోడియం క్లోరైడ్, మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ లాంటి కరిగే లవణాలు కొన్ని ఉంటాయి.
* బంగారం (Au), వెండి (Ag), రాగి (Cu) లాంటి కొన్ని లోహాల చర్యాశీలత తక్కువ. కాబట్టి అవి ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛాస్థితిలో లభ్యమవుతాయి. ప్రకృతిలో లభించే లోహ మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలను లోహ ఖనిజాలు (Minerals) అంటారు. కొన్ని ప్రాంతాల్లో ఈ లోహ ఖనిజాలు చాలా ఎక్కువ శాతం లోహాన్ని కలిగి, వాటి నుంచి లాభదాయకమైన లోహాన్ని రాబట్టడానికి అనువుగా ఉంటాయి. ఇలా లోహం పొందడానికి అత్యంత అనుకూలమైన ఖనిజాలను 'ధాతువులు' (Ores) అంటారు.


కొన్ని ముఖ్యమైన ధాతువులు - ఫార్ములాలు - లోహాలు 


 

ధాతువుల నుంచి లోహ సంగ్రహణం 

   లోహాలను వాటి ధాతువుల నుంచి సంగ్రహించి వేరుచేయడంలో మూడు ముఖ్యమైన దశలుంటాయి. అవి:
     1. ముడి ఖనిజ సాంద్రీకరణ       2. ముడి లోహ నిష్కర్షణ         3. లోహాన్ని శుద్ధి చేయడం
* ముడి ఖనిజ సాంద్రీకరణ: భూపటలం నుంచి మైనింగ్ ద్వారా పొందిన ధాతువులో సాధారణంగా మట్టి, ఇసుక లాంటి మలినాలు చాలా పెద్ద మొత్తంలో కలిసి ఉంటాయి. ఈ మలినాలను 'ఖనిజ మాలిన్యం' (Gangue) అంటారు. ఖనిజ మాలిన్యాన్ని ధాతువు నుంచి వేరు చేయడానికి కింది పద్ధతులు ఉపయోగిస్తారు.
ఎ) చేతితో ఏరివేయడం (Hand Picking): రంగు, పరిమాణం లాంటి ధర్మాల్లో ధాతువు, మలినాలకు మధ్య వ్యత్యాసం ఉంటే ఈ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. ఈ పద్ధతిలో ధాతుకణాలను చేతితో ఏరివేయడం ద్వారా ఇతర మలినాల నుంచి ధాతువును వేరుచేయవచ్చు.
బి) నీటితో కడగటం (Washing): ఈ పద్ధతిలో ధాతువును బాగా చూర్ణం చేసి నీటి ప్రవాహంతో కడుగుతారు. దీని వల్ల తేలికగా ఉన్న మలినాలు నీటి ప్రవాహంలో కొట్టుకుపోతాయి. బరువైన, శుద్ధమైన ముడి ఖనిజ కణాలు నిలిచిపోతాయి.
సి) ప్లవన ప్రక్రియ (Froath Floatation): ఈ పద్ధతి ముఖ్యంగా సల్ఫైడ్ ధాతువుల నుంచి ఖనిజ మాలిన్యాలను తొలగించడానికి అనువుగా ఉంటుంది. ఈ పద్ధతిలో ఖనిజాన్ని మెత్తని చూర్ణంగా చేసి, పైన్ ఆయిల్, నీరు ఉన్న తొట్టెలో ఉంచుతారు. గాలిని ఈ తొట్టెలోకి ఎక్కువ పీడనంతో పంపి నీటిలో నురుగు వచ్చేలా చేస్తారు. ఏర్పడిన నురుగు ఖనిజ కణాలను పైతలానికి తీసుకువెళ్తుంది. మాలిన్య కణాలు తొట్టె అడుగు భాగానికి చేరుకుంటాయి. ఈ విధంగా ఖనిజాన్ని వేరుచేస్తారు.
డి) అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతి (Magnetic Seperation): ముడి ఖనిజం గానీ ఖనిజ మాలిన్యం గానీ ఏదో ఒకటి అయస్కాంత పదార్థం అయి ఉంటే వాటిని విద్యుదయస్కాంతాలను ఉపయోగించి వేరు చేస్తారు.

 

ధాతువు నుంచి ముడిలోహ సంగ్రహణం 

        ధాతువు నుంచి ముడిలోహాన్ని సంగ్రహిస్తారు. తర్వాత చర్యాశీలత ఆధారంగా దాన్ని క్షయకరణం చేసి లోహంగా మారుస్తారు. లోహాలను వాటి చర్యాశీలతల అవరోహణ క్రమంలో అమర్చితే వచ్చే శ్రేణిని 'చర్యాశీలత శ్రేణి' అని పిలుస్తారు.
ఎ) చర్యాశీలత శ్రేణిలో ఎగువ భాగంలో ఉన్న లోహాల సంగ్రహణం: K, Na, Ca, Mg, Al లాంటి లోహాలను చర్యాశీలత శ్రేణిలో ఎగువ భాగంలో ఉన్న లోహాల శ్రేణి అంటారు. వీటి లోహ ధాతువులను సాధారణ క్షయకరణ పద్ధతులను వాడి లోహ నిష్కర్షణ చేయలేం. ఎందుకంటే, ఈ చర్యకు కావాల్సిన ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువ, ఖర్చుతో కూడింది. కాబట్టి విద్యుత్ విశ్లేషణ పద్ధతులను అవలంబిస్తారు. అయితే వీటి జల ద్రావణాల విద్యుద్విశ్లేషణ కూడా అంత అనువుగా ఉండదు. ఎందుకంటే దానిలోని నీరు లోహ అయాన్ల కంటే ముందుగానే కాథోడ్ చుట్టూ ఆవరిస్తుంది. కాబట్టి ఈ లోహాలను సంగ్రహించడానికి అనువైన పద్ధతి వాటి ద్రవరూప సమ్మేళనాలను (Fused compounds) విద్యుద్విశ్లేషణ చేయడం.
ఉదా: NaCl నుంచి 'Na' (సోడియం)ను పొందడం.
బి) చర్యాశీలత శ్రేణిలో మధ్యలో ఉన్న లోహాల సంగ్రహణం: Zn, Fe, Pb, Cu లాంటి లోహాలను చర్యాశీలత శ్రేణిలో మధ్య భాగంలో ఉన్న లోహాల శ్రేణి అంటారు. వీటి లోహ ధాతువులు సాధారణంగా సల్ఫైడ్‌లు, కార్బొనేట్‌ల రూపంలో ఉంటాయి. ఈ లోహ ధాతువులను క్షయకరణం చెందించడం వల్ల లోహాలను పొందొచ్చు.
* అధిక పరిమాణం ఉన్న గాలిలో సల్ఫైడ్ ధాతువులను బాగా వేడిచేయడం ద్వారా ఆక్సైడ్‌లుగా మారుస్తారు. ఈ పద్ధతిని 'భర్జనం' (Roasting) అంటారు.
ఉదా: 2 PbS + 3 O2   2 PbO + 2 SO2
సి) చర్యాశీలత శ్రేణిలో దిగువన ఉన్న లోహాల నిష్కర్షణ: Ag (సిల్వర్), Au (బంగారం), Pt (ప్లాటినం) లోహాలను చర్యాశీలత శ్రేణిలో దిగువన ఉన్న లోహాలు అంటారు. ఇవి స్వేచ్ఛాస్థితిలో ఉంటాయి. వాటి చర్యాశీలత చాలా తక్కువ. కాబట్టి ఇలాంటి లోహాలను వేడిమి చర్యతో క్షయీకరింపచేయడం ద్వారా లేదా వీటి జల ద్రావణాల నుంచి స్థానభ్రంశం చెందించడం ద్వారా పొందవచ్చు.

 

లోహశుద్ధి 
        అపరిశుద్ధ లోహం నుంచి శుద్ధలోహాన్ని పొందే ప్రక్రియను లోహ శోధనం (లేదా) లోహశుద్ధి అంటారు. ఆయా లోహాల్లో ఉన్న మలినాలను బట్టి శుద్ధి చేసే పద్ధతులు వేర్వేరుగా ఉంటాయి. అవి:
1. స్వేదనం (Distillation): జింక్, పాదరసం లాంటి అల్ప బాష్పశీల లోహాలు, అధిక బాష్పశీల లోహాలను మలినాలుగా కలిగి ఉంటే అలాంటి లోహాల శుద్ధికి ఈ పద్ధతి చాలా ఉపయోగకరం. ద్రవస్థితిలో ఉన్న, నిష్కర్షించిన లోహాలను స్వేదనం చేసి, శుద్ధ లోహాన్ని పొందుతారు.
2. పోలింగ్ (Polling): ద్రవస్థితిలో లోహాన్ని పచ్చికర్రలతో బాగా కలుపుతారు. ఇలా చేయడం ద్వారా మలినాలు వాయువు రూపంలో వేరైపోతాయి.
3. గలనం చేయడం (Liquation): ఈ పద్ధతిలో అల్ప ద్రవీభవన స్థానాలున్న లోహాలను, అధిక ద్రవీభవన స్థానాలున్న మలినాలను వేరుచేస్తారు.
4. విద్యుత్‌శోధనం (Electrolysis): ఈ పద్ధతిలో అపరిశుద్ధ లోహాన్ని ఆనోడ్‌గా, శుద్ధలోహాన్ని కాథోడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు. అదే లోహానికి చెందిన ద్రవస్థితిలో ఉన్న లోహ లవణాన్ని విద్యుత్ విశ్లేష్యం (Electrolyte)గా తీసుకుంటారు. శుద్ధమైన లోహం కాథోడ్ వద్ద, మలినాలు ఆనోడ్ వద్ద ఏర్పడతాయి.

 

లోహక్షయం 
       ఇనుము తుప్పుపట్టడం, వెండి వస్తువులు కాంతి విహీనమవడం, రాగి, కంచు వస్తువులపై పచ్చని పొర ఏర్పడటం లాంటివి లోహక్షయానికి కొన్ని ఉదాహరణలు.
* లోహక్షయాన్ని నివారించడానికి లోహ వస్తువులను వాతావరణంతో స్పర్శ లేకుండా చేయాలి. లోహ ఉపరితలాన్ని పెయింట్‌తో లేదా బైస్పినాల్ లాంటి రసాయనాలతో పూత వేయడం ద్వారా దీన్ని నివారించవచ్చు.
థర్మైట్ చర్య (Thermite Process): థర్మైట్ ప్రక్రియలో ఆక్సైడ్‌లు, అల్యూమినియం మధ్య చర్య జరుగుతుంది. అధిక చర్యాశీలత ఉన్న లోహాలను తక్కువ చర్యాశీలత ఉన్న లోహాలను వాటి ధాతువుల నుంచి స్థానభ్రంశం చేయడానికి క్షయకారిణులుగా ఉపయోగిస్తారు. ఈ చర్యలు ఉష్ణమోచక చర్యలు. కాబట్టి విరిగిన రైలు కమ్మీలు, పగిలిన యంత్ర పరికరాలను అతికించడానికి ఉపయోగిస్తారు.
ఉదా:
    1) Fe2O3 + 2 Al 
  2 Fe + Al2O3 + ఉష్ణశక్తి
    2) Cr2O3 + 2 Al 
 2 Cr + Al2O3 + ఉష్ణశక్తి
* లోహ సంగ్రహణంలో వాడే కొన్ని ముఖ్యమైన పద్ధతులు:

ఎ) ప్రగలనం (Smelting): ఇది ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ. ఇది బ్లాస్ట్ కొలిమిలో జరుగుతుంది. ప్రగలన ప్రక్రియలో ధాతువులోని మలినాలు (Gangue), ద్రవకారి (Flux) తో చర్య జరిపి సులువుగా తొలగించగల లోహమలం (Slag)గా ఏర్పడతాయి.
ఉదా: హెమటైట్ (Fe2O3) ధాతువు విషయంలో కోక్ (C) ను ఇంధనంగా, సున్నపురాయి (CaCO3)ని ద్రవకారిగా ఉపయోగిస్తారు.
బి) భర్జనం (Roasting): ఇది ఒక ఉష్ణ రసాయన ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో ధాతువును గాలి లేదా ఆక్సిజన్ సమక్షంలో అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడిచేస్తారు. సాధారణంగా భర్జన ప్రక్రియకు రివర్బరేటరీ కొలిమిని వాడతారు.
సి) భస్మీకరణం (Calcination): భస్మీకరణం ఒక ఉష్ణరసాయన ప్రక్రియ. ఈ ప్రక్రియలో ధాతువులను గాలి (లేదా) ఆక్సిజన్ అందుబాటులో లేకుండా వేడిచేయడం వల్ల ధాతువు విఘటనం చెందుతుంది.
డి) ద్రవకారి (Flux): ధాతువులోని మలినాలను తొలగించడానికి ధాతువుకు బయటి నుంచి కలిపిన పదార్థాన్ని ద్రవకారి అంటారు.

 

కొలిమి - రకాలు 
     లోహ నిష్కర్షణలో ఉష్ణరసాయన ప్రక్రియలను వేడి చేయడానికి వాడే పరికరాన్ని కొలిమి అంటారు. ఇవి ప్రధానంగా 3 రకాలు. అవి 1. బ్లాస్ట్ కొలిమి 2. రివర్బరేటరీ కొలిమి 3. రిటార్ట్ కొలిమి.
* కొలిమిలో ముఖ్యంగా 3 భాగాలుంటాయి. అవి:
1. హార్త్ (Hearth): ధాతువును వేడిచేయడానికి ఉద్దేశించిన కొలిమి లోపలి ప్రాంతాన్ని హార్త్ అంటారు.
2. చిమ్నీ (Chimney): వ్యర్థ వాయువులు కొలిమి నుంచి బయటకు వెళ్లే మార్గాన్ని చిమ్నీ అంటారు.
3. అగ్గి గది (Fire box): కొలిమిలో ఇంధనాన్ని మండించడానికి ఏర్పాటు చేసిన భాగాన్ని అగ్గి గది అంటారు.
* బ్లాస్ట్ కొలిమిలో అగ్గి గది, హార్త్ రెండూ కలిసి ఉంటాయి. రివర్బరేటరీ కొలిమిలో అగ్గి గది, హార్త్ విడిగా ఉంటాయి. కానీ రిటార్ట్ కొలిమిలో అగ్గి గదికి, హార్త్‌కు మధ్య ప్రత్యక్షంగా ఎలాంటి సంబంధం ఉండదు. 

Posted Date : 13-10-2020

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.

 

కానిస్టేబుల్స్‌ : ప్రిలిమ్స్

పాత ప్రశ్నప‌త్రాలు

 

విద్యా ఉద్యోగ సమాచారం

 

నమూనా ప్రశ్నపత్రాలు

 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌