లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రం  

 వెలికి తీసి.. వేరుపరిచి.. శుద్ధిచేసి!

వంటపాత్రలు, వాహనాలు మొదలు రక రకాల యంత్రాలు, ఆధునిక రోబోల నుంచి చంద్రయాన్‌ రోవర్‌ల వరకు అన్నీ వివిధ లోహాలతో తయారైనవే. అయితే ఆ లోహాలన్నీ యథాతథంగా లభించవు. ముడి ఖనిజాల నుంచి వెలికితీసి, శుద్ధి చేసి, తగిన ప్రాసెసింగ్‌ చేసిన తర్వాత మాత్రమే అవసరమైన రూపంలో అందుతాయి. ఒక్కో లోహానికి ఒక్కో నిర్దిష్ట స్వభావం, ఉపయోగం ఉంటుంది. ప్రకృతిలో లభించే ధాతువుల నుంచి ఈ లోహాలను సంగ్రహించే పద్ధతులను లోహ సంగ్రహణ శాస్త్రం వివరిస్తుంది. వాటి సేకరణ, సంగ్రహణ, శుద్ధి, మిశ్రమాల తయారీ విధానాలు, రకాలు, ప్రయోజనాలు, లభ్యమయ్యే వనరులపై పరీక్షార్థులకు అవగాహన అవసరం.

 

సమ్మేళనాల రూపంలో భూమిలో లభించే లోహాలను ఖనిజాలు అంటారు. చాలా మూలకాలు ఒక దానితో మరొకటి కలిసి భూమి పొరల్లో సంయోగ పదార్థాలుగా ఉంటాయి. సహజంగా లభించే లోహ సంయోగ పదార్థాల నుంచి లోహాన్ని వేరుచేసే పద్ధతిని లోహ నిష్కర్షణ అంటారు. ప్రకృతిలో లభించే సమ్మేళనాల్లో రసాయనికంగా, వాణిజ్యపరంగా లోహ నిష్కర్షణకు అత్యంత అనుకూలమైన ఖనిజాలను ధాతువులు అంటారు.

ప్రస్తుతం లభ్యమయ్యే వాటిలో 75% కంటే ఎక్కువ మూలకాలు లోహాలే. ధాతువులో సాధారణంగా బంకమన్ను, ఇసుక లాంటి మలినాలు, వ్యర్థ రసాయన పదార్థాలు ఉంటాయి. వీటన్నింటినీ కలిపి ఖనిజ మాలిన్యం అంటారు. మలినాలను తొలగించడానికి లోహసంగ్రహణంలో వాడే పదార్థాన్ని ద్రవకారి అంటారు. ఇది గాంగ్‌తో కలిసి బయటకు విడుదల చేసే పదార్థాన్ని లోహమలం అంటారు.

లోహాలు - ప్రధాన ధాతువులు: 

ఐరన్‌: హెమటైట్‌(Fe₂O₃)మాగ్నటైట్‌(Fe₃O₄)ఐరన్‌ పైరైట్స్‌( FeS₂)

సోడియం: రాక్‌సాల్ట్‌ (NaCl), చిలీసాల్ట్‌పీటర్‌ (NaNO₃),

కాపర్‌: కాపర్‌ పైరైట్స్‌(CuFeS₂), మాలకైట్‌ [CuCO₃Cu(OH)₂]

అల్యూమినియం: బాక్సైట్‌(Al₂O₃.-2H₂O),క్రయోలైట్‌ [Na₃AlF₆]

అర్జెంటైనం: అర్జెంటైట్‌(Ag₂S),, హార్న్‌ సిల్వర్‌ (AgCl)

జింక్‌: జింకైట్‌(ZnO)కాలమిన్‌(ZnCO₃)

సీసం: గెలీనా(PbS)

మాంగనీస్‌: పైరోల్‌సైట్‌(MnO₂)

టిన్‌: కాసిటరైట్‌(SnO₂)

మెర్క్యురీ: సిన్నబార్‌(HgS)

క్రోమియం: క్రోమైట్‌(FeOCr₂O₃)

కాల్షియం: సున్నపురాయి(CaCO₃),, జిప్సం(CaSO₄.-2H₂O)

మెగ్నీషియం: కార్నలైట్‌ (KClMgCl₂ 6H₂O డోలమైట్‌(MgCO₃.CaCO₃) ఎప్సం లవణం(MgSO₄.-7H₂O) మాగ్నసైట్‌ (MgCO₃)

బేరియం: బైరటీస్‌(BaSO₄)

థోరియం: మోనోజైట్‌ 

యురేనియం: పిచ్‌బ్లెండ్‌(UO₂)

ధాతువు నుంచి లోహాలను సంగ్రహించడం: ఇందులో మూడు దశలు ఉంటాయి. 

1) ఖనిజ సాంద్రీకరణ: పాక్షికంగా ఖనిజ మాలిన్యాన్ని ధాతువు నుంచి వేరుచేసే పక్రియను శుభ్రపరచడం లేదా ధాతు సాంద్రీకరణం అంటారు. 

ఎ) నీటితో కడగటం: ముడిఖనిజం, అందులోని మలినం సాంద్రతలో ఉన్న భేదం మీద ఆధారపడి ఉంటాయి. 

బి) చేతితో ఏరడం: రంగు, పరిమాణం లాంటి ధర్మాల్లో ధాతువు మలినాలకు వ్యత్యాసం ఉంటే ఈ పద్ధతిని వాడతారు. 

సి) అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతి: ముడిఖనిజం, దానిలోని మలినం అయస్కాంత ధర్మం మీద ఆధారపడి ఉంటాయి. టిన్‌స్టోన్‌ ముడిఖనిజం నుంచి అయస్కాంత స్వభావం ఉన్న వోల్ఫ్రమైట్‌ మలినాలను ఈ పద్ధతిలో తీసి టిన్‌స్టోన్‌ను శుద్ధి చేస్తారు.

డి) ప్లవన ప్రక్రియ: సల్ఫైడ్‌ ఖనిజాల నుంచి ఖనిజ మాలిన్యాన్ని తొలగించడానికి ఈ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. గెలీనాను(PbS)  ఈ ప్రక్రియలో శుద్ధి చేస్తారు.

ఇ) నిక్షాళనం: మాలిన్యం కాకుండా ముడిఖనిజం మాత్రమే ఏదైనా ఒక ద్రావణిలో కరిగితే నిక్షాళన పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. ఉదా: బాక్సైట్‌ నుంచి అల్యూమినియం నిక్షాళనం

2) సాంద్రీకరించిన ఖనిజం నుంచి లోహాన్ని వేరుచేయడం: దీనిలో రెండు దశలు ఉంటాయి. 

ఎ) భర్జనం: ఇది ఒక ఉష్ణరసాయన ప్రక్రియ. దీనిలో ధాతువును ఆక్సిజన్‌ లేదా గాలి సమక్షంలో అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద రివర్బరేటరీ కొలిమిలో వేడి చేస్తారు. 

బి) భస్మీకరణం: ఇది ఒక ఉష్ణరసాయన ప్రక్రియ. దీనిలో ధాతువును గాలి/ఆక్సిజన్‌ అందుబాటులో లేకుండా వేడి చేయడం వల్ల అది విఘటనం చెందుతుంది. 

3) లోహశుద్ధి: దీనిలో ఆరు దశలు ఉంటాయి.

ఎ) స్వేదనం: ఈ పద్ధతిలో అల్ప బాష్పశీల స్థానాలున్నZn, Cd, Hgలను శుద్ధి చేస్తారు.

బి) పోలింగ్‌: గలన స్థితిలో ఉండే లోహాన్ని పచ్చికర్రలతో కలియబెడతారు. దీనిలోని మాలిన్యాలు వాయువులు/తెట్టుగా ఏర్పడతాయి. ఈ పద్ధతిలో బ్లిస్టర్‌ కాపర్‌ను శుద్ధి చేస్తారు.

సి) గలనం చేయడం: ఈ పద్ధతిలో అల్ప ద్రవీభవన స్థానం ఉన్న టిన్‌ లాంటి లోహాన్ని అధిక ద్రవీభవన స్థానం ఉన్న మాలిన్యం నుంచి వేరు చేస్తారు.

డి) విద్యుత్తు శోధనం: అపరిశుద్ధ లోహాన్ని ఆనోడ్‌గా తీసుకుంటారు. లోహం క్యాథోడ్‌ మీద శుద్ధ రూపంలో నిక్షిప్తమవుతుంది. ఈ పద్ధతిలో Cu, Ag, Au, Cr, Zn లను శుద్ధి చేస్తారు.

ఇ) మండల శోధనం: అధిక స్వచ్ఛత ఉన్న Si, Ge, B, Ga, In  లాంటి సెమీకండక్టర్లను ఈ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు.

ఎఫ్‌) బాష్ప ప్రావస్థ శోధనం: నికెల్, జిర్కోనియం, టైటానియం, థోరియం, యురేనియంలను ఈ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు.

ఇనుము లోహ సంగ్రహణం:  ఇనుమును హెమటైట్‌ ధాతువు నుంచి సంగ్రహిస్తారు. ఈ లోహ సంగ్రహణంలో సిలికా మలినాలను తొలగించడానికి సున్నపురాయిని ద్రవకారిగా, కోక్‌ను క్షయకరణిగా వాడతారు. వీటిని కొలిమిలో 400⁰Cనుంచి 1600⁰Cవరకు వేడి చేస్తారు. దీనిలో కొన్ని దశలున్నాయి.

స్పాంజి ఇనుము: 750^OC వద్ద తయారైన ఇనుము.

దుక్క ఇనుము: 1600⁰C వద్ద బ్లాస్ట్‌ కొలిమిలో నుంచి లభించే ఐరన్‌. దీనిలో 4% కార్బన్‌ ఉంటుంది.

పోత ఇనుము: దుక్క ఇనుము, బొగ్గు, వేడిగాలిని ఉపయోగించి దీన్ని తయారుచేస్తారు. దీనిలో 3% కార్బన్‌ ఉంటుంది.

చేత ఇనుము: హెమటైట్‌తో పూత పూసిన రివర్బరేటరీ కొలిమిలో పోత ఇనుములోని మాలిన్యాలను ఆక్సీకరణం చెందించడం ద్వారా వాణిజ్యపరంగా అతి శుద్ధమైన చేత ఇనుము లభిస్తుంది.* ఓపెన్‌ హార్త్‌ కొలిమిని ఉపయోగించి దుక్క ఇనుము ద్వారా స్టీల్‌ను తయారు చేస్తారు.

మిశ్రమ లోహాలు: రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లోహాల సజాతీయ మిశ్రమాన్ని మిశ్రమ లోహం అంటారు. మానవుడు తయారుచేసిన మొదటి మిశ్రమ లోహం కంచు. దీనిలో రాగి, తగరం లోహాలు ఉంటాయి.

మిశ్రమ లోహాలు-అంశీభూతాలు-ఉపయోగాలు: 

నిక్రోమ్‌: ఇనుము + నికెల్‌ + క్రోమియం + మాంగనీస్‌.* హీటర్‌లో ఫిలమెంట్‌గా, నాణ్యమైన విద్యుత్తు తీగల తయారీలో వాడతారు.

ఇన్వార్‌: నికెల్‌ + ఇనుము. * లోలకాలు, శ్రుతి దండాలు, మీటర్‌ స్కేలు తయారీలో వినియోగిస్తారు.

ఆల్నికో: ఇనుము + అల్యూమినియం + నికెల్‌ + కోబాల్ట్‌. * అయస్కాంతాల తయారీ.

టైప్‌మెటల్‌: లెడ్‌ + యాంటీమొని + స్టాన్నమ్‌. * ఫ్యూజ్‌ తీగల తయారీ.

ఉడ్స్‌ మెటల్‌: బిస్మత్‌ + లెడ్‌ + స్టాన్నమ్‌ + కాడ్మియం. * అగ్నిమాపక అలారం.

సోల్డర్‌ మెటల్‌: టిన్‌ + లెడ్‌ + యాంటీమొని. * తీగలను సోల్డరింగ్‌ చేయడానికి, లోహపు పగుళ్లు పూడ్చడానికి వినియోగిస్తారు.

డ్యూరాల్యుమిన్‌: అల్యూమినియం + కాపర్‌ + మాంగనీస్‌ + మెగ్నీషియం. * విమానాల విడిభాగాలు, ప్రెషర్‌ కుక్కర్‌ల తయారీ. .

మాగ్నాలియం: అల్యూమినియం + మెగ్నీషియం .* మోటారు, విమాన విడిభాగాల తయారీ.

అల్యూమినియం బ్రాంజ్‌: కాపర్‌ + అల్యూమినియం ఆభరణాలు, నాణేల తయారీ.

స్టెయిన్‌లెస్‌ స్టీల్‌: ఐరన్‌ + నికెల్‌ + క్రోమియం. *సైకిళ్లు, మోటారు భాగాలు, శస్త్రచికిత్స సాధనాలు, వంటపాత్రల తయారీ.

జర్మన్‌ సిల్వర్‌: రాగి + నికెల్‌ + జింక్‌. *చెంచాలు, పాత్రలు, బొమ్మల తయారీ.

బెల్‌మెటల్‌: రాగి + టిన్‌. *గంటల తయారీ..

కంచు: రాగి + టిన్‌. * పాత్రలు, నాణేలు, విగ్రహాల తయారీ.

గన్‌మెటల్‌: రాగి + టిన్‌ + జింక్‌. *బేరింగ్‌లు, తుపాకుల తయారీ..

ఇత్తడి: రాగి + జింక్‌. *యంత్ర విడిభాగాలు, పాత్రల తయారీ.

ఉక్కు: ఇనుము + కార్బన్‌ + మాంగనీస్‌. *పాత్రలు, యంత్ర భాగాలు, వాహనాల విడిభాగాల తయారీ.

జీ-అల్లాయ్‌: అల్యూమినియం + కాపర్‌ + నికెల్‌ + మెగ్నీషియం. * విమానాల విడిభాగాల తయారీ.

లోహాలు - ప్రత్యేకతలు: 

ఇనుము: మనిషి అధికంగా ఉపయోగించే లోహం

కాపర్‌: మానవుడు మొదటగా ఉపయోగించిన లోహం.

లిథియం: లోహాలన్నింటిలోకి తేలికైంది.

ఆస్మియం: అధిక సాంద్రత ఉన్న లోహం.

టంగ్‌స్టన్‌: అత్యంత కఠినమైన లోహం.

జిర్కోనియం: వేడి చేస్తే సంకోచించే లోహం.

కాల్షియం: మనిషి శరీరంలో అధికంగా ఉండే లోహం.

మాంగనీస్‌: మనిషి శరీరంలో తక్కువగా ఉండే లోహం.

అల్యూమినియం: భూమి పొరల్లో అధికంగా ఉండే లోహం.

వెండి: అధిక ఉష్ణ, విద్యుత్తు వాహకత ఉన్న లోహం.

పాదరసం: లోహ అమాల్గంలలో ఉండే లోహం.

గాలియం: వేసవి ద్రవంగా పిలిచే లోహం.

ఆర్సినిక్‌: పాము కరిస్తే శరీరంలోకి ప్రవేశించే లోహం.

మాంగనీస్‌: స్త్రీ, పురుష ప్రత్యుత్పత్తికి అవసరమైన లోహం.

జింక్‌: పిల్లలు, ఆవుల కంటిలో ఉండే లోహం.

కోబాల్ట్‌: విటమిన్‌ (బి12)లో ఉండే లోహం.

నికెల్‌: నూనెల హైడ్రోజనీకరణంలో వాడే ఉత్ప్రేరకం.

సోడియం, పొటాషియం: కత్తితో సులభంగా కోయగలిగిన లోహాలు.

మాదిరి ప్రశ్నలు

 

1. బాక్సైట్‌ ఏ లోహం ధాతువో గుర్తించండి.

1) జింక్‌       2) సీసం      3) తగరం      4) అల్యూమినియం

 

2. కిందివాటిలో పాదరసం ధాతువును తెలపండి.

1) క్రోమియం     2) బేరియం     3) జింక్‌     4) సిన్నబార్‌ 

 

3. బ్లిస్టర్‌ కాపర్‌ను శుద్ధి చేయడానికి ఉపయోగించే పద్ధతి?

1) పోలింగ్‌     2) స్వేదనం  

3) గలనం చేయడం    4) మండల శోధనం

 

4. 1600⁰C వద్ద బ్లాస్ట్‌ కొలిమి నుంచి తయారుచేసిన ఇనుము?

1) స్పాంజి ఇనుము    2) దుక్క ఇనుము   3) పోత ఇనుము   4) చేత ఇనుము

 

 

5. హీటర్‌లో ఫిలమెంట్‌గా, ఎలక్ట్రిక్‌ కుక్కర్‌లో హీట్‌ ఎలిమెంట్‌గా ఉపయోగించే పదార్థం?

1) ఇన్వార్‌     2) ఆల్నికో    3) నిక్రోమ్‌     4) ఉక్కు

 

 

6. పాత్రలు, నాణేలు, విగ్రహాల తయారీలో ఉపయోగించే లోహం?

1) బెల్‌మెటల్‌    2) కంచు     3) గన్‌మెటల్‌    4) ఇత్తడి

 

7. మానవుడు మొదటగా ఉపయోగించిన లోహం?

1) కాపర్‌     2) ఇనుము     3) అల్యూమినియం     4) వెండి

 

8. పాము కరిచినప్పుడు శరీరంలోనికి ప్రవేశించే లోహం?

1) గాలియం      2)  మాంగనీస్‌     3) ఆర్సినిక్‌    4) జిర్కోనియం

 

9. స్త్రీ, పురుషుల్లో ప్రత్యుత్పత్తికి తప్పనిసరిగా ఉండే లోహం?

1) మాంగనీస్‌     2) జింక్‌     3) మెగ్నీషియం    4)  కాల్షియం

 

 

10. గెలీనాను ఏ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు?

1) చేతితో ఏరడం  2) అయస్కాంత వేర్పాటు

3) నిక్షాళనం      4) ప్లవన ప్రక్రియ

సమాధానాలు

1-4, 2-4, 3-1, 4-2, 5-3, 6-2, 7-1, 8-3, 9-1, 10-4.

- రచయిత: చంటి రాజుపాలెం