কার্বন (C)-এর ধাতুবিদ্যা এবং শিল্প নিষ্কাশন

প্রাকৃতিক উপস্থিতি ও প্রধান আকরিক

কার্বন একটি অনন্য মৌল, যা একটি অধাতু, এবং এর শিল্প “নিষ্কাশন” সাধারণত ধাতুর জন্য ব্যবহৃত ধ্রুপদী ধাতুবিদ্যাগত পথ অনুসরণ করে না। পরিবর্তে, এটি বিভিন্ন প্রাকৃতিক জমা এবং সংশ্লেষিত রূপ থেকে প্রাপ্ত হয়। এটি পৃথিবীর ভূত্বকের ১৫তম সর্বাধিক প্রচুর পরিমাণে প্রাপ্ত মৌল।

মৌলিক রূপ

কার্বন প্রাকৃতিকভাবে বিভিন্ন অ্যালোট্রপিক রূপে বিদ্যমান:

• হীরা: একটি স্ফটিকাকার অ্যালোট্রপ, যা পরিচিত প্রাকৃতিক পদার্থগুলির মধ্যে অন্যতম কঠিন। কিম্বারলাইট পাইপ এবং পলল জমাতে পাওয়া যায়।
• গ্রাফাইট: একটি নরম, কালো, পিচ্ছিল স্ফটিকাকার অ্যালোট্রপ। বিশ্বজুড়ে রূপান্তরিত শিলায় পাওয়া যায়।
• অ্যামোরফাস কার্বন (অনিয়তাকার কার্বন): এই শব্দটি বিভিন্ন অ-স্ফটিকাকার রূপকে বোঝায়, যেমন:
  • কয়লা: একটি দাহ্য কালো বা বাদামী-কালো পাললিক শিলা, যা মৃত উদ্ভিদ পদার্থ থেকে গঠিত হয়। কার্বনের পরিমাণ অনুসারে পিট, লিগনাইট, সাব-বিটুমিনাস, বিটুমিনাস এবং অ্যানথ্রাসাইট-এ শ্রেণীবদ্ধ করা হয়।
  • ল্যাম্পব্ল্যাক/কার্বন ব্ল্যাক: হাইড্রোকার্বনের অসম্পূর্ণ দহন থেকে শিল্পগতভাবে উৎপাদিত।

সম্মিলিত রূপ

কার্বন অসংখ্য যৌগের একটি মৌলিক উপাদান:

• কার্বনেট আকরিক:
  • চুনাপাথর (ক্যালসিয়াম কার্বনেট, CaCO_3): অনেক শিলা, ঝিনুক এবং মুক্তার একটি প্রাথমিক উপাদান।
  • ডলোমাইট (ক্যালসিয়াম ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট, CaMg(CO_3)_2): একটি শিলা গঠনকারী খনিজ।
  • ম্যাগনেসাইট (ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট, MgCO_3): ম্যাগনেসিয়ামের উৎস।
  • সিডেরাইট (আয়রন(II) কার্বনেট, FeCO_3): একটি লোহার আকরিক।
• হাইড্রোকার্বন:
  • পেট্রোলিয়াম এবং প্রাকৃতিক গ্যাস: হাইড্রোকার্বনের জটিল মিশ্রণ, যা জৈব রাসায়নিক পদার্থ এবং জ্বালানীর প্রধান কার্বন উৎস হিসাবে কাজ করে।
• বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড (CO_2): পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান এবং সালোকসংশ্লেষণের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
• জৈব পদার্থ: সমস্ত জীবিত প্রাণী এবং তাদের ডেরিভেটিভগুলিতে কার্বন থাকে।

দ্রষ্টব্য: ধাতুর বিপরীতে, কার্বন ঐতিহ্যগত অর্থে “আকরিক” থেকে নিষ্কাশিত হয় না যেখানে একটি ধাতব যৌগকে বিজারিত করা হয়। এর শিল্প উৎসগুলি মূলত মৌলিক কার্বনের ভূ-তাত্ত্বিক জমা বা কার্বন-যুক্ত যৌগ থেকে রূপান্তর।

আকরিকের ঘনীকরণ (কার্বনেসিয়াস পদার্থের উপকার সাধন)

“আকরিকের ঘনীকরণ” শব্দটি সাধারণত ফ্রথ ফ্লোটেশন, গ্র্যাভিটি সেপারেশন, বা ম্যাগনেটিক সেপারেশনের মতো প্রক্রিয়াগুলিকে বোঝায় যা ধাতব আকরিকগুলিতে ধাতুর পরিমাণ বাড়ানোর জন্য প্রয়োগ করা হয়। কার্বন-ভিত্তিক কাঁচামালগুলির জন্য, এই প্রক্রিয়াগুলি সরাসরি মৌলিক কার্বন নিষ্কাশনের জন্য প্রয়োগ করা হয় না, বরং কার্বনেসিয়াস জ্বালানীর গুণমান উন্নত করতে বা গ্যাং থেকে মৌলিক কার্বন (যেমন, গ্রাফাইট, হীরা) আলাদা করতে ব্যবহৃত হয়।

গ্রাফাইট জমার জন্য

গ্রাফাইট রূপান্তরিত শিলায় পাওয়া যায়। উপকার সাধনের ধাপগুলি প্রায়শই অন্তর্ভুক্ত করে:

• ক্রাশিং এবং গ্রাইন্ডিং: গ্রাফাইট ফ্লেক্স মুক্ত করতে আকরিককে একটি সূক্ষ্ম গুঁড়োতে পরিণত করা।
• ফ্রথ ফ্লোটেশন: এটি প্রাকৃতিক ফ্লেক গ্রাফাইট ঘনীভূত করার প্রাথমিক পদ্ধতি। গ্রাফাইট প্রাকৃতিকভাবে হাইড্রোফোবিক এবং একটি ফ্রোথের মধ্যে বায়ু বুদবুদের সাথে বেছে বেছে সংযুক্ত হয়, হাইড্রোফিলিক গ্যাং খনিজ (যেমন, কোয়ার্টজ, সিলিকেট) থেকে আলাদা হয়।
• গ্র্যাভিটি সেপারেশন: সূক্ষ্ম গ্রাফাইটের জন্য কম সাধারণ, তবে কিছু জমাতে মোটা ফ্লেক্সের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।

কয়লার জন্য

কয়লার উপকার সাধনের লক্ষ্য হল এর ক্যালরি মূল্য উন্নত করতে এবং নির্গমন কমাতে অজৈব অপদ্রব্য (ছাই, সালফার, আর্দ্রতা) অপসারণ করা।

• ক্রাশিং এবং স্ক্রিনিং: কয়লার আকার নির্ধারণ করা।
• ধোয়া (গ্র্যাভিটি সেপারেশন): কয়লা (হালকা) এবং গ্যাং (ভারী, যেমন, শেল, পাইরাইট) এর মধ্যে ঘনত্বের পার্থক্য ব্যবহার করে। কৌশলগুলির মধ্যে জিগ, হেভি মিডিয়া সাইক্লোন এবং স্পাইরাল অন্তর্ভুক্ত।
• ফ্রথ ফ্লোটেশন: সূক্ষ্ম কয়লার কণার জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে কয়লা ভাসে এবং অপদ্রব্য ডুবে যায়।

হীরার জন্য

হীরা নিষ্কাশনে কিম্বারলাইট বা পলল জমা থেকে তাদের আলাদা করা জড়িত:

• ক্রাশিং: আকরিকের আকার হ্রাস করা।
• ধোয়া এবং হেভি মিডিয়া সেপারেশন: হীরা বেশিরভাগ গ্যাং খনিজগুলির চেয়ে ঘন, যা ভারী তরল স্নানে (যেমন, ফেরোসিলিকন সাসপেনশন) পৃথকীকরণের অনুমতি দেয়।
• এক্স-রে সর্টিং: হীরা এক্স-রশ্মির অধীনে ফ্লুরো করে, যা অন্যান্য খনিজ থেকে তাদের আলাদা করার জন্য এয়ার জেটগুলি ট্রিগার করতে সনাক্ত করা যেতে পারে।

অশুদ্ধ ধাতুতে বিজারণ

এই ধাপটি কার্বনের জন্য প্রযোজ্য নয়। কার্বন একটি অধাতু, এবং এর আকরিক থেকে “অশুদ্ধ ধাতুতে বিজারণ” ধারণাটি কার্বন রসায়নের আওতার বাইরে। কার্বন হয় তার মৌলিক রূপে (হীরা, গ্রাফাইট) পাওয়া যায় যা খনন করা হয়, অথবা এটি শিল্পগতভাবে বিভিন্ন কার্বন পণ্য (যেমন, কার্বন ব্ল্যাক, সিন্থেটিক গ্রাফাইট) হিসাবে উৎপাদিত হয় যা তাপীয় পচন বা কার্বন-যুক্ত যৌগ (যেমন, হাইড্রোকার্বন) থেকে সংশ্লেষণের প্রক্রিয়া জড়িত, কার্বনের “আকরিক” থেকে মৌলিক কার্বনে রাসায়নিক বিজারণ দ্বারা নয়।

উদাহরণস্বরূপ, শিল্প কার্বন পণ্যগুলি নির্মিত হয়:

• কার্বন ব্ল্যাক: সীমিত অক্সিজেনে হাইড্রোকার্বনের (যেমন, তেল, প্রাকৃতিক গ্যাস) অসম্পূর্ণ দহন বা তাপীয় পচন দ্বারা উৎপাদিত হয়।
• সিন্থেটিক গ্রাফাইট: অ্যামোরফাস কার্বন পদার্থ (যেমন পেট্রোলিয়াম কোক) একটি বৈদ্যুতিক চুল্লিতে খুব উচ্চ তাপমাত্রায় (2500-3000 °C) উত্তপ্ত করে নির্মিত হয়, যার ফলে গ্রাফিটাইজেশন হয়।

এই প্রক্রিয়াগুলি “অশুদ্ধ ধাতুতে বিজারণ” নয় বরং কার্বন রূপের সংশ্লেষণ বা রূপান্তর।

শোধন ও বিশোধন

যেহেতু কার্বন “অশুদ্ধ ধাতুতে বিজারণ” এর মধ্য দিয়ে যায় না, তাই এর “শোধন” বলতে এর প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত বা শিল্পগতভাবে উৎপাদিত মৌলিক রূপগুলির বিশুদ্ধতা বৃদ্ধিকে বোঝায়।

প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের জন্য

উচ্চ বিশুদ্ধতা অর্জনের জন্য (যেমন, পারমাণবিক, বৈদ্যুতিক বা উন্নত উপাদান অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য), প্রাকৃতিক গ্রাফাইট আরও বিশোধন করা হয়:

• অ্যাসিড ট্রিটমেন্ট: ঘনীভূত অ্যাসিড (যেমন, HCl, HF, H_2SO_4) ব্যবহার করা হয়, প্রায়শই সম্মিলিতভাবে, সিলিকেট, ধাতব এবং অন্যান্য অ্যাসিড-দ্রবণীয় অপদ্রব্য দ্রবীভূত ও অপসারণ করতে। এই প্রক্রিয়ার পরে ধোয়া এবং শুকানো যেতে পারে।
• তাপীয় বিশোধন: গ্রাফাইটকে একটি নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডলে (যেমন, নাইট্রোজেন, আর্গন) বা ভ্যাকুয়ামে খুব উচ্চ তাপমাত্রায় (2800-3000 °C পর্যন্ত) উত্তপ্ত করা। এই তাপমাত্রায়, অনেক ধাতব এবং অধাতব অপদ্রব্য (যেমন, অক্সাইড, কার্বাইড) হয় উদ্বায়ী হয় বা গলে যায় এবং অপসারণ করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিটি অতি-উচ্চ বিশুদ্ধ গ্রাফাইট অর্জনের জন্য কার্যকর।

সিন্থেটিক গ্রাফাইট এবং কার্বন ব্ল্যাকের জন্য

এই শিল্পজাত পণ্যগুলি তাদের চূড়ান্ত ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে নির্দিষ্ট বিশুদ্ধতা স্তরে নির্মিত হয়।

• সিন্থেটিক গ্রাফাইট: বিশুদ্ধতা মূলত কাঁচামালের বিশুদ্ধতা (যেমন, পেট্রোলিয়াম কোক) এবং গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়া পরামিতি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। বিশেষ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য পোস্ট-গ্রাফিটাইজেশন বিশোধনে প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের মতো একই অ্যাসিড বা তাপীয় ট্রিটমেন্ট জড়িত থাকতে পারে।
• কার্বন ব্ল্যাক: বিশুদ্ধতা ফিডস্টক এবং উৎপাদন প্রক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত। উচ্চ-বিশুদ্ধ গ্রেডগুলি অবশিষ্ট হাইড্রোকার্বন অপসারণের জন্য নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডলে আরও তাপীয় ট্রিটমেন্টের মধ্য দিয়ে যেতে পারে।

হীরার জন্য

ধাতুবিদ্যাগত অর্থে “শোধন” না হলেও, নিষ্কাশন পরবর্তী ট্রিটমেন্ট রুক্ষ পাথর পরিষ্কার এবং প্রস্তুত করার উপর মনোযোগ দেয়:

• অ্যাসিড ধোয়া: হীরা প্রায়শই শক্তিশালী অ্যাসিড (যেমন, হাইড্রোফ্লুরিক অ্যাসিড, হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড, নাইট্রিক অ্যাসিড) দিয়ে ট্রিটমেন্ট করা হয় যা লেগে থাকা গ্যাং খনিজ এবং পৃষ্ঠের অপদ্রব্য অপসারণ করতে।
• পালিশ করা এবং কাটা: রত্ন-মানের হীরার জন্য, এতে মুখ তৈরি করতে এবং উজ্জ্বলতা বাড়াতে দক্ষ কারিগরী জড়িত। শিল্পজাত হীরা ঘর্ষণকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ক্রাশ এবং আকার করা যেতে পারে।

কার্বনের শোধন প্রক্রিয়াগুলি এর অ্যালোট্রপিক রূপ এবং উদ্দেশ্যমূলক প্রয়োগের জন্য নির্দিষ্ট, যা কর্মক্ষমতার জন্য কাঙ্ক্ষিত বিশুদ্ধতা স্তর অর্জনের লক্ষ্য রাখে।