ম্যাগনেসিয়াম (Mg) এর ধাতুবিদ্যা এবং শিল্প নিষ্কাশন

প্রাকৃতিক প্রাচুর্য ও প্রধান আকরিকসমূহ

ম্যাগনেসিয়াম পৃথিবীর ভূত্বকের অষ্টম সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল এবং সমুদ্রজলে দ্রবীভূত তৃতীয় সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল। এর উচ্চ বিক্রিয়াশীলতার কারণে এটি সর্বদা যৌগিক অবস্থায় থাকে।

• সমুদ্রজল এবং ব্রাইন: দ্রবীভূত ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইড (MgCl₂) এর একটি বড় ভান্ডার।
• ম্যাগনেসাইট: MgCO₃ (ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট)।
• ডলোমাইট: MgCO₃·CaCO₃ (ম্যাগনেসিয়াম এবং ক্যালসিয়ামের মিশ্র কার্বনেট)।
• কার্নালাইট: KCl·MgCl₂·6H₂O (পটাশিয়াম ক্লোরাইড এবং ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইডের hydrated ডাবল সল্ট)।
• অ্যাসবেস্টস: ক্রাইসোটাইল Mg₃Si₂O₅(OH)₄ এর মতো সিলিকেট খনিজ।

আকরিকের ঘনত্বকরণ

ম্যাগনেসিয়ামের প্রাথমিক শিল্প উৎসগুলি হল সমুদ্রজল, ব্রাইন এবং ডলোমাইট। ঘনত্বকরণ প্রক্রিয়া উৎসের উপর নির্ভর করে ভিন্ন হয়।

সমুদ্রজল থেকে (ডাউ প্রক্রিয়ার নীতি)

1. ম্যাগনেসিয়াম হাইড্রোক্সাইডের অধঃক্ষেপণ: সমুদ্রজল (যার মধ্যে দ্রবীভূত MgCl₂ থাকে) চুনজল (Ca(OH)₂) দিয়ে ট্রিট করা হয়, যা চুনাপাথর (CaCO₃ → CaO + CO₂) গরম করে এবং ভিজিয়ে (CaO + H₂O → Ca(OH)₂) তৈরি করা হয়। MgCl₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) → Mg(OH)₂(s) + CaCl₂(aq) ম্যাগনেসিয়াম হাইড্রোক্সাইড অত্যন্ত অদ্রবণীয় এবং অধঃক্ষিপ্ত হয়।
2. ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইডে রূপান্তর: অধঃক্ষিপ্ত Mg(OH)₂ কে ফিল্টার করে, ধুয়ে হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (HCl) এর সাথে বিক্রিয়া করানো হয়। Mg(OH)₂(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)
3. নিরুদন: উৎপন্ন MgCl₂ দ্রবণকে বাষ্পীভূত করে সাবধানে নিরূদিত (anhydrous) MgCl₂ প্রাপ্ত করা হয়। hydrolysis প্রতিরোধের জন্য সম্পূর্ণ নিরুদন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ: MgCl₂·6H₂O(s) → MgCl₂(s) + 6H₂O(g) (hydrolysis দমন করতে HCl গ্যাসের পরিবেশে উত্তপ্ত করার প্রয়োজন হয়: MgCl₂ + 2H₂O → MgO + 2HCl)।

ডলোমাইট থেকে

1. ক্যালসিনেশন: ডলোমাইট (MgCO₃·CaCO₃) উচ্চ তাপমাত্রায় ক্যালসিনেশন করা হয় ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড এবং ক্যালসিয়াম অক্সাইডের মিশ্রণ তৈরির জন্য। MgCO₃·CaCO₃(s) → MgO(s) + CaO(s) + 2CO₂(g)
2. ক্লোরাইডে রূপান্তর: মিশ্র অক্সাইডগুলি তখন উপরে বর্ণিত HCl ব্যবহার করে MgCl₂-তে রূপান্তরিত হতে পারে, অথবা MgO Pidgeon প্রক্রিয়ায় (তাপীয় বিজারণ) ব্যবহার করা যেতে পারে।

অশুদ্ধ ধাতুতে বিজারণ

ম্যাগনেসিয়ামের শিল্প বিজারণ প্রাথমিকভাবে ইলেকট্রোলাইসিস দ্বারা সম্পন্ন হয়। তাপীয় বিজারণ পদ্ধতিও ব্যবহৃত হয়, তবে প্রাথমিক উৎপাদনের জন্য কম।

ইলেকট্রোলাইটিক বিজারণ (ডাউ প্রক্রিয়া)

এটি ম্যাগনেসিয়াম উৎপাদনের প্রধান পদ্ধতি।

1. ইলেকট্রোলাইট: নিরূদিত (anhydrous) MgCl₂ কে NaCl এবং CaCl₂ (বা KCl) এর সাথে গলানো হয়। এই লবণগুলি নিম্নলিখিত উদ্দেশ্যে কাজ করে:
   • ইলেকট্রোলাইট মিশ্রণের গলনাঙ্ক হ্রাস করে (বিশুদ্ধ MgCl₂ এর 714°C থেকে প্রায় 450°C পর্যন্ত)।
   • বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে।
   • ইলেকট্রোলাইটের ঘনত্ব হ্রাস করে, যা গলিত ম্যাগনেসিয়ামকে ভাসতে এবং সহজে সংগ্রহ করতে সাহায্য করে।
2. কোষের নকশা: একটি ইলেকট্রোলাইটিক কোষ সাধারণত একটি ইস্পাতের ট্যাঙ্ক নিয়ে গঠিত যা রিফ্র্যাক্টরি উপাদান দিয়ে আবৃত থাকে। গ্রাফাইট রড অ্যানোড হিসাবে এবং ইস্পাতের প্লেট ক্যাথোড হিসাবে কাজ করে।
3. ইলেকট্রোলাইসিস: প্রায় 700°C তাপমাত্রায় গলিত ইলেকট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে ডাইরেক্ট কারেন্ট (DC) চালিত করা হয়।
   • ক্যাথোডে (ইস্পাত): ম্যাগনেসিয়াম আয়ন ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং গলিত ম্যাগনেসিয়াম ধাতুতে বিজারিত হয়। Mg²⁺(l) + 2e⁻ → Mg(l)
   • অ্যানোডে (গ্রাফাইট): ক্লোরাইড আয়ন ইলেকট্রন ত্যাগ করে এবং ক্লোরিন গ্যাসে জারিত হয়। 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻
4. সংগ্রহ: গলিত ম্যাগনেসিয়াম, ইলেকট্রোলাইটের চেয়ে হালকা হওয়ায়, উপরে ভেসে ওঠে এবং পর্যায়ক্রমে সাইফন করে সরিয়ে নেওয়া হয়। ক্লোরিন গ্যাস একটি মূল্যবান উপজাত হিসাবে সংগ্রহ করা হয় এবং HCl উৎপাদনে পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে।

তাপীয় বিজারণ (পিজন প্রক্রিয়া)

এই প্রক্রিয়ায় ফেরোসিলিকন (FeSi) দ্বারা MgO (ক্যালসিন করা ডলোমাইট বা ম্যাগনেসাইট থেকে প্রাপ্ত) এর বিজারণ জড়িত।

1. বিক্রিয়ক: ক্যালসিন করা ডলোমাইট (MgO·CaO) ফেরোসিলিকনের (লোহা এবং সিলিকনের একটি সংকর ধাতু) সাথে মেশানো হয়।
2. বিক্রিয়া: মিশ্রণটিকে একটি ভ্যাকুয়াম ফার্নেসে উচ্চ তাপমাত্রায় (1100-1200°C) উত্তপ্ত করা হয়। সিলিকন MgO কে বিজারিত করে, এবং CaO সিলিকার জন্য একটি স্ক্যাভেঞ্জার হিসাবে কাজ করে, যা সাম্যাবস্থাকে ডানদিকে স্থানান্তরিত করে। 2(MgO·CaO)(s) + SiFe(s) → 2Mg(g) + Ca₂SiO₄(s) + Fe(s)
3. পাতন: এই তাপমাত্রায় ম্যাগনেসিয়াম বাষ্পীভূত হয় এবং ফার্নেসের একটি শীতল অংশে ঘনীভূত হয়ে অশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়াম তৈরি করে। এই প্রক্রিয়াটি শক্তি-নিবিড় এবং সাধারণত ছোট আকারের উৎপাদন বা নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য ব্যবহৃত হয়।

পরিশোধন এবং বিশুদ্ধিকরণ

ইলেকট্রোলাইসিস বা তাপীয় বিজারণ থেকে প্রাপ্ত অশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়ামের বিশুদ্ধতা সাধারণত 99-99.8% হয়। উচ্চতর বিশুদ্ধতা অর্জনের জন্য আরও পরিশোধন করা হয়।

1. পাতন: উচ্চ-বিশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়াম পাওয়ার জন্য এটি সবচেয়ে সাধারণ পদ্ধতি।
   • অশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়ামকে একটি ভ্যাকুয়াম ফার্নেসে তার স্ফুটনাঙ্ক (1091°C) পর্যন্ত উত্তপ্ত করা হয়।
   • ম্যাগনেসিয়াম বাষ্পীভূত হয়, লোহা, সিলিকন এবং দ্রবীভূত ক্লোরাইডের মতো কম উদ্বায়ী অপদ্রব্য রেখে যায়।
   • বিশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়াম বাষ্প তখন ফার্নেসের একটি শীতল অংশে ঘনীভূত হয়ে 99.99% পর্যন্ত বিশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়াম ধাতু উৎপন্ন করে।
2. ফ্লাক্স পরিশোধন: গলিত অশুদ্ধ ম্যাগনেসিয়ামকে নির্দিষ্ট ফ্লাক্স (ক্লোরাইড এবং ফ্লোরাইডের মিশ্রণ, যেমন MgCl₂-BaCl₂-CaF₂) দিয়ে ট্রিট করা যেতে পারে। এই ফ্লাক্সগুলি নন-মেটালিক অন্তর্ভুক্তিসমূহ এবং কিছু ধাতব অপদ্রব্য অপসারণে সাহায্য করে, যা স্ল্যাগ (‘dross’) গঠন করে এবং গলিত ম্যাগনেসিয়াম থেকে আলাদা হয়ে যায়। এটি প্রায়শই আরও পরিশোধনের আগে একটি প্রাথমিক ধাপ।
3. পুনর্ব্যবহার: ম্যাগনেসিয়াম ধাতুর একটি উল্লেখযোগ্য অংশ স্ক্র্যাপের পুনর্ব্যবহারের মাধ্যমে প্রাপ্ত হয়, যার মধ্যে ফ্লাক্স পরিশোধন এবং পাতনের অনুরূপ গলানো এবং পরিশোধন প্রক্রিয়া জড়িত।