Cerium (Ce) - அன்றாட பயன்பாடுகள்

செரியம்: ஒரு அறிமுகம்

செரியம், ஒரு வெள்ளி-வெள்ளை உலோகத் தனிமம், 17 அரிய பூமித் தனிமங்களில் (லாந்தனைடுகள் என்றும் அழைக்கப்படும்) மிகவும் ஏராளமாக உள்ளது. “அரிய பூமி” என்ற சொல் இருந்தபோதிலும், செரியம் பூமியின் மேலோட்டத்தில் ஒப்பீட்டளவில் பொதுவானது, இருப்பினும் இது பரவலாகக் காணப்படுகிறது மற்றும் அதிக செறிவூட்டப்பட்ட படிவுகளில் அடிக்கடி காணப்படுவதில்லை. அதன் தனித்துவமான வேதியியல் பண்புகள், குறிப்பாக +3 மற்றும் +4 ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளில் இருக்கக்கூடிய அதன் திறன், பல்வேறு தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு இதை மதிப்புமிக்கதாக்குகிறது.

பூமியில் இயற்கையாகக் காணப்படுதல்

செரியம் இயற்கையில் தனிமமாக காணப்படுவதில்லை, மாறாக பல்வேறு கனிமங்களில் காணப்படுகிறது. மிக முக்கியமான ஆதாரங்கள் பின்வருமாறு:

• மோனாசைட் (Monazite): இது ஒரு பாஸ்பேட் கனிமமாகும், இது செரியம் மற்றும் பிற அரிய பூமி தனிமங்கள், அத்துடன் தோரியம் ஆகியவற்றுக்கு ஒரு முதன்மை தாது ஆகும்.
• பாஸ்ட்னாசைட் (Bastnasite): இது ஒரு ஃப்ளோரோகார்பனேட் கனிமமாகும், இது அரிய பூமிகளின் மற்றொரு முக்கிய ஆதாரமாகும்.
• செரைட் (Cerite): இது செரியம் பெயரிடப்பட்ட ஒரு சிலிகேட் கனிமமாகும்.

இந்தியாவில், கேரளா, தமிழ்நாடு மற்றும் ஒடிசா போன்ற மாநிலங்களில் உள்ள கடற்கரைப் பகுதிகளில் மோனாசைட் மணல்களின் கணிசமான படிவுகள் காணப்படுகின்றன. இந்த மணல்கள் செரியம் உட்பட அரிய பூமி கனிமங்களின் ஒரு முக்கியமான உள்நாட்டு ஆதாரமாக அமைந்து, உலகளாவிய விநியோக சங்கிலிகளுக்கு பங்களிக்கின்றன.

பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடு

செரியத்தை அதன் தாதுக்களிலிருந்து பிரித்தெடுப்பது ஒரு சிக்கலான பல-படி செயல்முறையாகும். முதலில், தாது நசுக்கப்பட்டு, அரிய பூமி கனிமங்களைச் செறிவூட்டுவதற்காக நுரை மிதப்பு (froth flotation) போன்ற இயற்பியல் பிரித்தெடுக்கும் நுட்பங்களுக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது. இந்த செறிவூட்டப்பட்ட பொருள் பின்னர் கந்தக அமிலம் (sulfuric acid) போன்ற வலுவான அமிலங்களால் பொதுவாகச் சிகிச்சையளிக்கப்பட்டு, அரிய பூமி சேர்மங்களைக் கரைக்கிறது.

கரைந்த பிறகு, தனிப்பட்ட அரிய பூமி தனிமங்கள் ஒன்றிலிருந்து ஒன்று பிரிக்கப்பட வேண்டும், இது அவற்றின் ஒத்த வேதியியல் பண்புகள் காரணமாக சவாலானது. கரைப்பான் பிரித்தெடுத்தல் (Solvent extraction) என்பது மிகவும் பொதுவான தொழில்துறை முறையாகும், இதில் வெவ்வேறு கரிம கரைப்பான்கள் (organic solvents) ஒரு நீர்சார்ந்த கரைசலில் இருந்து குறிப்பிட்ட அரிய பூமி அயனிகளைத் தேர்ந்தெடுத்துப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. செரியம் பெரும்பாலும் செயல்முறையின் ஆரம்ப கட்டத்திலேயே பிரிக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது +4 நிலைக்கு (CeO2) ஆக்சிஜனேற்றப்படும் திறன் கொண்டது, இது மற்ற மூன்று இணைதிறன் அரிய பூமிகளிலிருந்து வேறுபட்ட கரைதிறன் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, இதனால் அதன் தனிமைப்படுத்தல் எளிதாகிறது.

செரியத்தின் பொதுவான தினசரி பயன்பாடுகள்

1. வினையூக்கி மாற்றி (Catalytic Converters): செரியம் டை ஆக்சைடு (CeO2) வாகன வினையூக்கி மாற்றிகளில் (automotive catalytic converters) ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இது ஒரு ஆக்ஸிஜன் சேமிப்பு மற்றும் வெளியீட்டு முகவராக செயல்படுகிறது, குறைந்த எரிப்பு (lean-burn) நிலைமைகளின் போது ஆக்ஸிஜனை திறம்பட உறிஞ்சி, அதிக எரிப்பு (rich-burn) நிலைமைகளின் போது அதை வெளியிடுகிறது. இந்த அம்சம் கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் எரியாத ஹைட்ரோகார்பன்களின் ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் நைட்ரஜன் ஆக்சைடுகளின் குறைப்பு ஆகியவற்றிற்கு உதவுகிறது, இதன் மூலம் வாகனங்களில் இருந்து வரும் தீங்கு விளைவிக்கும் உமிழ்வுகளை கணிசமாக குறைக்கிறது. இந்தியாவின் வேகமாக வளர்ந்து வரும் வாகனத் துறையில் உமிழ்வுத் தரங்களை பூர்த்தி செய்ய இந்த பயன்பாடு முக்கியமானது.

2. கண்ணாடி பளபளப்பாக்கும் முகவர்கள் (Glass Polishing Agents): செரியம் ஆக்சைடு கண்ணாடி பரப்புகளை பளபளப்பாக்கும் கலவைகளில் ஒரு சிராய்ப்பானாக (abrasive) பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதன் செயல்திறன் இயந்திர சிராய்ப்பு (mechanical abrasion) மற்றும் வேதியியல் செயல்பாடு ஆகியவற்றின் கலவையிலிருந்து உருவாகிறது, இது மென்மையான, கீறல் இல்லாத பூச்சுகளை அனுமதிக்கிறது. இதில் ஒளியியல் லென்ஸ்கள், தொலைக்காட்சித் திரைகள், ஸ்மார்ட்போன் டிஸ்ப்ளேக்கள் மற்றும் வாகன கண்ணாடிகள் ஆகியவற்றை பளபளப்பாக்குவது அடங்கும், இவற்றில் பல இந்தியாவில் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன அல்லது சரிசெய்யப்படுகின்றன.

3. லைட்டர் கற்கள் (Lighter Flints): மிஷ்மெட்டல் (Mischmetal), ஒரு உலோகக் கலவை, இது முக்கியமாக செரியம் (சுமார் 50%) மற்றும் லாந்தனம் (lanthanum) மற்றும் நியோடைமியம் (neodymium) போன்ற பிற அரிய பூமி தனிமங்களுடன் சேர்ந்து, எரிவாயு லைட்டர்களின் கற்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தட்டப்படும்போது, மிஷ்மெட்டல் பைரோஃபோரிசிட்டி (pyrophoricity) பண்பைக் காட்டுகிறது, இது எரிபொருளை எரியூட்டும் தீப்பொறிகளை உருவாக்குகிறது. எரிவாயு லைட்டர்கள் இந்தியா முழுவதும் பொதுவான வீட்டுப் பொருட்கள்.

4. பிளாட் பேனல் டிஸ்ப்ளேக்கள் மற்றும் எல்.ஈ.டிகள் (Flat Panel Displays and LEDs): செரியம் கலந்த பாஸ்பர்கள் (Cerium-doped phosphors) பல்வேறு ஒளி மற்றும் காட்சி தொழில்நுட்பங்களுக்கு ஒருங்கிணைந்தவை. எடுத்துக்காட்டாக, செரியம் கலந்த இட்ரியம் அலுமினியம் கார்னெட் (YAG:Ce) என்பது வெள்ளை ஒளி உமிழும் டையோட்களில் (LEDs) பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு பாஸ்பர் ஆகும், இது LED சிப்பில் இருந்து வரும் நீல ஒளியை மஞ்சள் ஒளியாக மாற்றி, பின்னர் வெள்ளை ஒளியை உருவாக்க கலக்கிறது. இந்த எல்.ஈ.டிகள் இந்திய வீடுகளிலும் வணிக நிறுவனங்களிலும் நவீன விளக்கு சாதனங்கள், தொலைக்காட்சிகள் மற்றும் மின்னணு சாதனத் திரைகளில் எல்லா இடங்களிலும் காணப்படுகின்றன.

5. சுய சுத்தம் செய்யும் ஓவன்கள் (Self-Cleaning Ovens): செரியம் சேர்மங்கள் சில சமயங்களில் சுய சுத்தம் செய்யும் ஓவன்களின் எனாமல்கள் அல்லது பூச்சுகளில் சேர்க்கப்படுகின்றன. அவை வினையூக்கிகளாக செயல்படுகின்றன, அதிக வெப்பநிலையில் உணவு எச்சங்களின் சிதைவு மற்றும் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கு உதவுகின்றன, இதனால் பயனருக்கு சுத்தம் செய்வது எளிதாகிறது. அனைத்து ஓவன் வகைகளிலும் இல்லாவிட்டாலும், இது பல மேம்பட்ட சமையலறை உபகரணங்களில் ஒரு அம்சமாகும்.