நையோபியம் தனிமம்: பண்புகளும் பயன்பாடுகளும்
நையோபியம், அணு எண் 41 மற்றும் Nb என்ற குறியீட்டைக் கொண்ட ஒரு உலோக இரசாயன தனிமம், தனிம வரிசை அட்டவணையின் தொகுதி 5-ஐச் சேர்ந்தது. இது ஒரு கடின உலோகம் (refractory metal), அதன் பளபளப்பான சாம்பல் நிறத் தோற்றம், அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் அதிக உருகுநிலை ஆகியவற்றிற்காக அறியப்படுகிறது.
நையோபியத்தின் அன்றாடப் பயன்பாடுகள்
நையோபியத்தின் தனித்துவமான பண்புகள் பல தொழில்களில் பல்வேறு முக்கியமான பயன்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கின்றன.
உயர் வலிமை குறைந்த கலவை (HSLA) எஃகுகள்
நையோபியம் எஃகுகளில் ஒரு கலவை தனிமமாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. குறைந்த அளவுகளில் (வழக்கமாக 0.1% க்கும் குறைவானது) இருந்தாலும், இது நுண்ணிய நையோபியம் கார்பைடுகள் மற்றும் நைட்ரைடுகளை உருவாக்குவதன் மூலம் எஃகின் வலிமை, கடினத்தன்மை மற்றும் பற்றவைப்புத் திறனை (weldability) கணிசமாக மேம்படுத்துகிறது. இந்த HSLA எஃகுகள், பாலங்கள், உயரமான கட்டிடங்கள், ரயில்வே பாதைகள் மற்றும் வாகனக் கூறுகள் உள்ளிட்ட இலகுரக மற்றும் நீடித்த கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு மிகவும் முக்கியமானவை. இந்தியாவில், உள்கட்டமைப்பு மேம்பாட்டுத் திட்டங்கள் மற்றும் உள்நாட்டு வாகனத் தொழிலுக்கு இத்தகைய எஃகுகள் இன்றியமையாதவை.
மீக்கடத்தி காந்தங்கள்
நையோபியம்-டைட்டானியம் (Nb-Ti) மற்றும் நையோபியம்-டின் (Nb3Sn) கலவைகள் மீக்கடத்தி காந்தங்களின் அடிப்படை கூறுகளாகும். இந்தக் காந்தங்கள் குளிரூட்டல் வெப்பநிலைக்கு (cryogenic temperatures) குளிர்விக்கப்படும்போது மிக வலிமையான காந்தப்புலங்களை உருவாக்குகின்றன. இது மருத்துவ நோயறிதலுக்கான மருத்துவமனைகளில் உள்ள காந்த அதிர்வு இமேஜிங் (MRI) ஸ்கேனர்கள் மற்றும் இரசாயனப் பகுப்பாய்வுக்காக இந்தியா முழுவதும் உள்ள ஆராய்ச்சி ஆய்வகங்களில் பயன்படுத்தப்படும் அணு காந்த அதிர்வு (NMR) நிறமாலைமானிகள் (spectrometers) போன்ற தொழில்நுட்பங்களைச் சாத்தியமாக்குகிறது.
உயர் செயல்திறன் கலவைகள்
அரிப்புக்கு எதிரான சிறந்த எதிர்ப்பு மற்றும் அதிக வெப்பநிலை வலிமை காரணமாக, நையோபியம் மீஉயர் கலவைகளில் (superalloys) ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இந்த கலவைகள் ஜெட் என்ஜின்கள், ராக்கெட் முனைகள், எரிவாயு டர்பைன்கள் மற்றும் பிற விண்வெளிப் பயன்பாடுகளில் உள்ள முக்கியமான பாகங்களுக்கு அத்தியாவசியமானவை. இந்தியாவின் ஹிந்துஸ்தான் ஏரோநாட்டிக்ஸ் லிமிடெட் (HAL) போன்ற நிறுவனங்கள் விமானக் கூறுகளைத் தயாரிப்பதற்கும் பழுதுபார்ப்பதற்கும் இத்தகைய மேம்பட்ட பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.
மின்தேக்கிகள்
மின்சார ஆற்றலைச் சேமிக்கும் மின்னணு கூறுகள் ஆகும் மின்தேக்கிகள். நையோபியம் ஆக்சைடு மின்தேக்கிகளின் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நையோபியம் மின்தேக்கிகள் அதிக மின்தேக்கு அடர்த்தி (capacitance density), பரந்த வெப்பநிலை வரம்பில் நிலைத்தன்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மை போன்ற நன்மைகளை வழங்குகின்றன. இவை இந்தியாவில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் மொபைல் போன்கள், மடிக்கணினிகள் மற்றும் பல்வேறு நுகர்வோர் மின்னணு சாதனங்கள் போன்ற கையடக்க மின்னணு சாதனங்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன.
நகைகள் மற்றும் மருத்துவ உள்வைப்புகள்
நையோபியம் ஒவ்வாமை ஏற்படுத்தாதது (hypoallergenic) மற்றும் உயிர் இணக்கமானது (biocompatible), அதாவது இது பொதுவாக மனிதர்களுக்கு ஒவ்வாமை எதிர்வினைகளை ஏற்படுத்தாது. சாயங்கள் இல்லாமல், பலவிதமான துடிப்பான, வானவில் வண்ணங்களை உருவாக்க இதை மின்வேதியியல் முறையில் அனோடைஸ் (anodized) செய்யலாம். இந்த குணாதிசயங்கள் இதை நகைகள், உடல் குத்தல்கள் (body piercings) மற்றும் சில மருத்துவ உள்வைப்புகளுக்கு ஒரு பிரபலமான தேர்வாக ஆக்குகின்றன. உணர்திறன் கொண்டவர்களுக்கு மற்ற உலோகங்களுக்கு ஒரு மாற்றாக இது அமைகிறது.
இயற்கையான இருப்பு மற்றும் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்
நையோபியம் இயற்கையில் அதன் தனித்த தனிம நிலையில் காணப்படுவதில்லை. இது பொதுவாக டாண்டலம் (Tantalum) தனிமத்துடன் இணைந்தே காணப்படுகிறது, முக்கியமாக கொலம்பைட்-டான்டலைட் (columbite-tantalite) என்ற தாதுவில், இது பெரும்பாலும் ‘கோல்டன்’ (coltan) என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. மற்றொரு குறிப்பிடத்தக்க தாது பைரோகுளோர் (pyrochlore). நையோபியத்தின் மிகப்பெரிய அறியப்பட்ட இருப்புகள் பிரேசில் மற்றும் கனடாவில் காணப்படுகின்றன. ஒடிசா, ஜார்கண்ட் மற்றும் ராஜஸ்தான் போன்ற மாநிலங்களில் நையோபியம் தாங்கிய கனிமங்கள் காணப்படுவதாக இந்தியா அறிவித்திருந்தாலும், இந்த வைப்புக்கள் பொதுவாக சிறியவை மற்றும் பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. நையோபியத்திற்கான இந்தியாவின் தேவைகள் பெரும்பாலும் இறக்குமதியைச் சார்ந்தே உள்ளன.
நையோபியத்தை தொழில்துறை ரீதியாகப் பிரித்தெடுப்பதில் பல சிக்கலான நிலைகள் உள்ளன:
தாது செறிவூட்டல் (Ore Beneficiation)
இந்த செயல்முறை, சுரங்கத் தொழில் மற்றும் நையோபியம் தாங்கிய தாதுக்களை நசுக்குதல் (crushing), அரைத்தல் (grinding) மற்றும் மிதவை முறை (flotation) போன்ற இயற்பியல் முறைகள் மூலம் செறிவூட்டுவதன் மூலம் தொடங்குகிறது. இது மதிப்புமிக்க தாதுக்களை கேங்கு (gangue) (கழிவுப் பாறை) இலிருந்து பிரித்தெடுக்க உதவுகிறது.
டாண்டலமிலிருந்து இரசாயனப் பிரிப்பு
நையோபியம் மற்றும் டாண்டலம் மிக ஒத்த இரசாயனப் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, இது அவற்றைப் பிரித்தெடுப்பதை ஒரு சவாலான படியாக ஆக்குகிறது. பொதுவான முறைகளில், செறிவூட்டப்பட்ட தாதுவை ஹைட்ரோஃப்ளோரிக் அமிலத்தில் கரைத்து ஃபுளோரோகாம்ப்ளக்ஸ்களை (fluorocomplexes) உருவாக்குதல் மற்றும் அதைத் தொடர்ந்து கரைப்பான் பிரித்தெடுத்தல் நுட்பங்கள் (solvent extraction techniques) ஆகியவை அடங்கும். கரிம கரைப்பான்கள் (organic solvents) நையோபியம் அல்லது டாண்டலம் ஃபுளோரைடுகளைத் தேர்ந்தெடுத்துப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது அவற்றின் பிரிவினைக்கு அனுமதிக்கிறது.
ஆக்சைடு அல்லது உலோகமாக மாற்றுதல்
பிரித்தெடுத்த பிறகு, நையோபியம் கொண்ட கரைசல் நையோபியம் சேர்மங்களைப் பெற செயலாக்கப்படுகிறது, பொதுவாக நையோபியம் பென்டாக்சைடு (Nb2O5). இந்த ஆக்சைடு பின்னர் உலோக நையோபியமாக ஒடுக்கப்படலாம் (reduced). உயர் தூய்மையான நையோபியம் உலோகத்திற்கு, ஒடுக்க செயல்முறைகளில் பெரும்பாலும் நையோபியம் பென்டாக்ளோரைடு (NbCl5) ஐ ஹைட்ரஜன் அல்லது சோடியத்துடன் வினைப்படுத்துதல், அல்லது நையோபியம் ஃபுளோரைடுகளைக் கொண்ட உருகிய உப்புகளின் மின்னாற்பகுப்பு (உதாரணமாக, K2NbF7) ஆகியவை அடங்கும். இதன் விளைவாகக் கிடைக்கும் நையோபியம் உலோகம் பின்னர் எலக்ட்ரான் பீம் உருகுதல் (electron beam melting) அல்லது வெற்றிட ஆர்க் மறுஉருகுதல் (vacuum arc remelting) மூலம் மேலும் சுத்திகரிக்கப்பட்டு விரும்பிய தூய்மையையும் வடிவத்தையும் அடைகிறது.