ধাতুবিদ্যা এবং সালফার (S) এর শিল্প নিষ্কাশন

প্রাকৃতিক উপস্থিতি এবং প্রধান আকরিক

সালফার প্রকৃতিতে মুক্ত (মৌলিক) এবং যৌগিক উভয় অবস্থাতেই ব্যাপকভাবে বিদ্যমান।

মুক্ত (মৌলিক) অবস্থা

• এর মজুত প্রধানত আগ্নেয়গিরি অঞ্চল, লবণ গম্বুজ (যেমন, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের উপসাগরীয় উপকূল বরাবর, মেক্সিকো) এবং পাললিক শিলাতে পাওয়া যায়। এই মজুতগুলি স্ফটিকাকার সালফার দ্বারা গঠিত।

যৌগিক অবস্থা

সালফার অসংখ্য যৌগের একটি উপাদান, যার মধ্যে রয়েছে:

• সালফাইড আকরিক:
  • গ্যালেনা (সীসা সালফাইড, PbS)
  • জিঙ্ক ব্লেন্ড (জিঙ্ক সালফাইড, ZnS)
  • আয়রন পাইরাইটস (আয়রন(II) ডিসালফাইড, FeS₂)
  • কপার পাইরাইটস (কপার আয়রন সালফাইড, CuFeS₂)
  • সিনাবার (মার্কারি সালফাইড, HgS)
  • আর্জেন্টাইট (সিলভার সালফাইড, Ag₂S)
• সালফেট আকরিক:
  • জিপসাম (ক্যালসিয়াম সালফেট ডাইহাইড্রেট, CaSO₄·2H₂O)
  • ইপসম লবণ (ম্যাগনেসিয়াম সালফেট হেপ্টাহাইড্রেট, MgSO₄·7H₂O)
  • ব্যারাইটস (বেরিয়াম সালফেট, BaSO₄)
• জৈব যৌগ:
  • কয়লা, পেট্রোলিয়াম এবং প্রাকৃতিক গ্যাসে বিদ্যমান থাকে, প্রায়শই হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) বা জৈব সালফার যৌগ হিসাবে।

আকরিকের ঘনত্বকরণ

মৌলিক সালফার মজুতের জন্য, ঐতিহ্যবাহী আকরিক ঘনত্বকরণ কৌশল যেমন ফ্রোথ ফ্লোটেশন বা গ্র্যাভিটি সেপারেশন সাধারণত ব্যবহার করা হয় না। প্রাথমিক শিল্প নিষ্কাশন পদ্ধতি, ফ্রাশ প্রক্রিয়া, সরাসরি গলিত অবস্থায় মৌলিক সালফার নিষ্কাশন করে, যা কার্যকরভাবে এটিকে চারপাশের গ্যাং থেকে পৃথক করে।

যৌগিক অবস্থা থেকে পুনরুদ্ধার করা সালফারের জন্য:

• হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) থেকে: H₂S, যা প্রায়শই প্রাকৃতিক গ্যাস বা পেট্রোলিয়ামে পাওয়া যায়, অ্যামাইন (যেমন, মনোইথানলামাইন) ব্যবহার করে অন্যান্য গ্যাস থেকে বেছে বেছে শোষিত হয়। H₂S তখন গরম করে ডিসর্ব করা হয় এবং আরও প্রক্রিয়াকরণের জন্য (ক্লাউস প্রক্রিয়া) পাঠানো হয়। এটি রাসায়নিক ঘনত্বকরণের একটি রূপ হিসাবে কাজ করে।
• সালফাইড আকরিক থেকে: যখন জিঙ্ক বা সীসার মতো ধাতুগুলি তাদের সালফাইড আকরিক (যেমন, ZnS, PbS) থেকে নিষ্কাশন করা হয়, তখন আকরিকগুলিকে সাধারণত ধাতব অক্সাইড এবং সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) উৎপন্ন করার জন্য রোস্ট করা হয়। এই SO₂ তখন সালফিউরিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত হতে পারে অথবা, কিছু ক্ষেত্রে, মৌলিক সালফারে বিজারিত হতে পারে। এখানে, সালফার একটি মূল্যবান উপজাত, এবং এর “ঘনত্বকরণ” ফ্লু গ্যাস থেকে SO₂ কে পৃথক করাকে বোঝায়।

অপরিশোধিত ধাতুতে বিজারণ (মৌলিক সালফারের নিষ্কাশন)

মৌলিক সালফার প্রাপ্তির দুটি প্রধান শিল্প পদ্ধতি হলো ফ্রাশ প্রক্রিয়া (মৌলিক সালফার মজুতের জন্য) এবং ক্লাউস প্রক্রিয়া (H₂S থেকে সালফার পুনরুদ্ধারের জন্য)।

১. ফ্রাশ প্রক্রিয়া

এই প্রক্রিয়াটি ভূগর্ভস্থ মজুত থেকে মৌলিক সালফার নিষ্কাশনের জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে এটি সাধারণত অভেদ্য স্তর দ্বারা আবৃত ছিদ্রযুক্ত শিলা গঠনে পাওয়া যায়।

নীতি: সালফারের গলনাঙ্ক তুলনামূলকভাবে কম (প্রায় 115°C)। মজুতের মধ্যে সুপারহিট জল ইনজেক্ট করা হয় সালফার গলানোর জন্য, যা তখন সংকুচিত বায়ু ব্যবহার করে পৃষ্ঠে আনা হয়।

প্রক্রিয়ার ধাপসমূহ (চিত্র বর্ণনা): ফ্রাশ প্রক্রিয়া সালফার মজুতের মধ্যে খনন করা তিনটি সমকেন্দ্রিক পাইপের একটি সিস্টেম ব্যবহার করে:

1. সবচেয়ে বাইরের পাইপ: সুপারহিট জল (প্রায় 170°C এবং 10 বায়ুমণ্ডলীয় চাপ) এই পাইপ দিয়ে পাম্প করা হয়। গরম জল চারপাশের সালফারকে গলিয়ে দেয়।
2. সবচেয়ে ভিতরের পাইপ: সংকুচিত বায়ু (প্রায় 15-20 বায়ুমণ্ডলীয় চাপে) এই পাইপ দিয়ে চালিত করা হয়।
3. মধ্যবর্তী পাইপ: গলিত সালফার, জলের চেয়ে ঘন হওয়ায়, কূপের নিচে ডুবে যায়। সবচেয়ে ভিতরের পাইপে ইনজেক্ট করা সংকুচিত বায়ু একটি এয়ার-লিফট পাম্প তৈরি করে, যা গলিত সালফার, জল এবং বায়ুর মিশ্রণকে মধ্যবর্তী পাইপ দিয়ে পৃষ্ঠে উঠিয়ে আনে।

পৃষ্ঠে, গলিত সালফার বড় পাত্রে সংগ্রহ করা হয় বা খোলা গর্তে ঠান্ডা হতে দেওয়া হয়, যেখানে এটি বড় ব্লকে কঠিন হয়। এই পদ্ধতিতে প্রাপ্ত সালফার সাধারণত 99.5% বিশুদ্ধ হয়।

২. ক্লাউস প্রক্রিয়া

এই প্রক্রিয়াটি হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) থেকে মৌলিক সালফার পুনরুদ্ধারের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যা প্রাকৃতিক গ্যাস, রিফাইনারি গ্যাস এবং কয়লা গ্যাসকরণের উপজাত হিসাবে একটি সাধারণ অপদ্রব্য। এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ পরিবেশগত প্রক্রিয়া কারণ H₂S বিষাক্ত এবং ক্ষয়কারী।

সামগ্রিক বিক্রিয়া: 2H₂S(g) + SO₂(g) → 3S(l) + 2H₂O(g)

প্রক্রিয়ার ধাপসমূহ:

1. তাপীয় জারণ (ফার্নেস বিভাগ): আগত H₂S প্রবাহের প্রায় এক-তৃতীয়াংশ উচ্চ তাপমাত্রায় (950-1200°C) একটি ফার্নেসে বাতাসের সাথে সম্পূর্ণরূপে দহন করা হয় সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) উৎপন্ন করার জন্য: 2H₂S(g) + 3O₂(g) → 2SO₂(g) + 2H₂O(g) একই সাথে, অবিক্রিয়ত H₂S এবং নতুন গঠিত SO₂ আংশিকভাবে বিক্রিয়া করে মৌলিক সালফার তৈরি করে: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(l) + 2H₂O(g) উৎপন্ন গলিত সালফার ঘনীভূত করে অপসারণ করা হয়।
2. অনুঘটকীয় রূপান্তর (বিক্রিয়া কুণ্ড বিভাগ): অবশিষ্ট গ্যাস প্রবাহ, H₂S এবং SO₂ ধারণকারী, কম তাপমাত্রায় (200-350°C) অনুঘটকীয় কনভার্টারগুলির (সাধারণত বক্সাইট বা সক্রিয় অ্যালুমিনা অনুঘটক দ্বারা পূর্ণ) মধ্য দিয়ে চালিত করা হয়। H₂S এবং SO₂ এর মধ্যে সালফার গঠনের বিক্রিয়া আরও ত্বরান্বিত হয়: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(g) + 2H₂O(g) সালফার পুনরুদ্ধার সর্বাধিক করার জন্য, মধ্যবর্তী শীতলীকরণ এবং সালফার ঘনীভবন সহ একাধিক অনুঘটকীয় পর্যায় ব্যবহার করা হয়। সালফার বাষ্প গলিত তরলে ঘনীভূত হয়।

ক্লাউস প্রক্রিয়া সাধারণত 95-99% সালফার পুনরুদ্ধারের দক্ষতা অর্জন করে।

বিশোধন এবং বিশুদ্ধকরণ

ফ্রাশ প্রক্রিয়া থেকে প্রাপ্ত সালফার সাধারণত খুব বিশুদ্ধ (~99.5%) হয় এবং অতিরিক্ত বিস্তৃত বিশুদ্ধকরণ ছাড়াই বেশিরভাগ শিল্প প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত। ক্লাউস প্রক্রিয়া থেকে প্রাপ্ত সালফারও সাধারণত উচ্চ বিশুদ্ধতার হয়। তবে, আরও উচ্চ বিশুদ্ধতা প্রয়োজন এমন নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য, অথবা অপদ্রব্যের চিহ্ন অপসারণের জন্য, আরও বিশোধন ধাপ ব্যবহার করা যেতে পারে।

1. পাতন:
   • অপরিশোধিত সালফারকে বাষ্পীভূত করার জন্য উত্তপ্ত করা হয় (স্ফুটনাঙ্ক ~445°C)।
   • সালফারের বাষ্প তখন ঠান্ডা করে ঘনীভূত করা হয় অত্যন্ত বিশুদ্ধ সালফার পেতে। এই প্রক্রিয়াটি অ-উদ্বায়ী অপদ্রব্য থেকে সালফারকে পৃথক করে।
   • সালফার বাষ্পের দ্রুত শীতলীকরণের ফলে “ফ্লাওয়ার্স অফ সালফার” (উর্ধ্বপাতিত সালফার) নামে পরিচিত সূক্ষ্ম গুঁড়ো সালফার গঠিত হয়।
2. ধৌতকরণ:
   • গলিত সালফারকে জৈব অপদ্রব্য অপসারণের জন্য লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড দিয়ে ধৌত করা যেতে পারে এবং তারপর অ্যাসিডের কোনো চিহ্ন অপসারণের জন্য জল দিয়ে ধুয়ে ফেলা হয়।
3. পরিস্রাবণ:
   • গলিত সালফারকে স্থগিত কঠিন অপদ্রব্য অপসারণের জন্য উপযুক্ত মাধ্যমের মধ্য দিয়ে পরিস্রাবিত করা যেতে পারে।