Silicon (Si) - அன்றாட பயன்பாடுகள்

எங்கும் நிறைந்த தனிமம்: சிலிக்கான்

சிலிக்கான், ‘Si’ என்ற குறியீட்டாலும், 14 என்ற அணு எண்ணாலும் குறிப்பிடப்படும் ஓர் உலோகப்பொலிவு தனிமம் ஆகும். இது நவீன தொழில்நுட்பத்திலும் அன்றாட வாழ்விலும் ஒரு முக்கிய பங்கை வகிக்கிறது. இது பூமியின் மேலோட்டில் இரண்டாவது மிக அதிகமான அளவில் காணப்படும் தனிமம் ஆகும், அதன் மொத்த நிறையில் சுமார் 27.7% ஆகும். சிலிக்கான் இயற்கையில் அதன் தூய தனிம நிலையில் அரிதாகவே காணப்படுகிறது, ஆனால் பெரும்பாலும் ஆக்ஸிஜனுடன் இணைந்து சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (SiO₂) ஆகவோ அல்லது சிக்கலான சிலிக்கேட் தாதுக்களாகவோ காணப்படுகிறது.

சிலிக்கானின் இயற்கை இருப்பு

சிலிக்கான் கிட்டத்தட்ட பூமியின் மேலோட்டில் உள்ள சேர்மங்களில்தான் பிரத்தியேகமாகக் காணப்படுகிறது. அதன் மிகவும் பொதுவான சேர்மம் சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு ஆகும், இது பொதுவாக சிலிக்கா என்று அழைக்கப்படுகிறது.

• குவார்ட்ஸ்: இது சிலிக்காவின் ஒரு பொதுவான படிக வடிவம் மற்றும் மணலின் ஒரு முக்கிய கூறு ஆகும். இந்தியாவின் பல பகுதிகளில், குறிப்பாக ராஜஸ்தான், குஜராத் மற்றும் கங்கை-யமுனை சமவெளிகளின் சில பகுதிகளில் பரந்த அளவில் குவார்ட்ஸ் மணல் இருப்புக்கள் காணப்படுகின்றன. இந்த மணல்கள் கட்டுமானம் மற்றும் கண்ணாடி உற்பத்திக்கு முக்கியமானவை.
• சிலிக்கேட் தாதுக்கள்: சிலிக்கான் பரந்த அளவிலான சிலிக்கேட் தாதுக்களின் முதுகெலும்பாகவும் உள்ளது, இது பூமியின் மேலோட்டின் பெரும்பகுதியை உருவாக்குகிறது. ஃபெல்ட்ஸ்பார், மைக்கா, டால்க் மற்றும் களிமண் ஆகியவை எடுத்துக்காட்டுகளில் அடங்கும். இந்த தாதுக்கள் இந்திய துணைக்கண்டம் முழுவதும் காணப்படும் மண், பாறைகள் மற்றும் பல்வேறு புவியியல் அமைப்புகளுக்கு ஒருங்கிணைந்தவை.

பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடு

தனிம சிலிக்கானின் தொழில்துறை உற்பத்தி முக்கியமாக உயர் தூய சிலிக்காவை (குவார்ட்ஸ் மணல்) கார்பனுடன் மின் வில் உலையில் (electric arc furnace) மிக அதிக வெப்பநிலையில் (சுமார் 1700 °C) ஒடுக்குவதன் மூலம் நடைபெறுகிறது.

உலோகவியல் தர சிலிக்கான் (MGS)

இந்த செயல்முறை உலோகவியல் தர சிலிக்கான் என்று அறியப்படும் ஒன்றை உருவாக்குகிறது, இது பொதுவாக 98-99% தூய்மையானது.

• செயல்முறை: SiO₂ (s) + 2C (s) → Si (l) + 2CO (g)
• MGS ஆனது இரும்புத் தொழிலில் வலிமையை மேம்படுத்த ஒரு கலப்பட காரணியாக (ஃபெரோசிலிக்கான்) மற்றும் ஆக்ஸிஜன் நீக்கியாக விரிவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது அலுமினிய கலப்புலோகங்கள் உற்பத்தியிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தியாவின் இரும்புத் தொழில் உள்நாட்டிலும் இறக்குமதி செய்யப்பட்டும் தயாரிக்கப்படும் ஃபெரோசிலிக்கானைப் பயன்படுத்துகிறது.

மின்னணு தர சிலிக்கான் (EGS)

மின்னணுவியல் மற்றும் சூரிய மின்கலங்களுக்கான பயன்பாடுகளுக்கு, மிக அதிக தூய சிலிக்கான் (99.9999999% வரை தூயது) தேவைப்படுகிறது. MGS ஆனது சீமென்ஸ் செயல்முறை போன்ற சிக்கலான ரசாயன செயல்முறைகள் மூலம் மேலும் சுத்திகரிக்கப்படுகிறது.

• சீமென்ஸ் செயல்முறை: MGS ஆனது ஹைட்ரஜன் குளோரைடு (HCl) உடன் வினைபுரிந்து திரவ டிரைகுளோரோசிலேன் (SiHCl₃) உருவாகிறது. இந்த திரவம் பின்னர் பின்னக் காய்ச்சிவடித்தல் (fractional distillation) மூலம் அசுத்தங்களை நீக்க சுத்திகரிக்கப்படுகிறது. இறுதியாக, சுத்திகரிக்கப்பட்ட டிரைகுளோரோசிலேன் உயர் வெப்பநிலையில் ஹைட்ரஜன் வாயுவுடன் ஒடுக்கப்பட்டு, அதிதூய சிலிக்கான் படியவைக்கப்படுகிறது.
• இந்தியாவில் பயன்பாடு: இந்தியாவின் மின்னணு உற்பத்தி மற்றும் சூரிய ஆற்றல் துறைகள் விரிவடைவதால், குறைக்கடத்தி உற்பத்திக்கும் ஒளிமின்னழுத்த மின்கல உற்பத்திக்கும் உயர்தர சிலிக்கானின் தேவை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது.

சிலிக்கானின் பொதுவான அன்றாடப் பயன்பாடுகள்

சிலிக்கானின் தனித்துவமான பண்புகள் அதை பல பயன்பாடுகளில் தவிர்க்க முடியாததாக ஆக்குகின்றன:

1. மின்னணுவியல் (குறைக்கடத்திகள்): அதிதூய சிலிக்கான் மைக்ரோசிப்கள், டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகளுக்கு (integrated circuits) அடிப்படையான பொருள் ஆகும், இது கிட்டத்தட்ட அனைத்து மின்னணு சாதனங்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதில் ஸ்மார்ட்போன்கள், கணினிகள், தொலைக்காட்சிகள் மற்றும் பல்வேறு டிஜிட்டல் உபகரணங்கள் அடங்கும், அவை இந்தியா முழுவதும் பரவலாக தயாரிக்கப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்தியாவில் வளர்ந்து வரும் குறைக்கடத்தித் தொழில் சிலிக்கானின் இந்த பயன்பாட்டை பெரிதும் சார்ந்துள்ளது.

2. கண்ணாடி உற்பத்தி: சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு (சிலிக்கா மணல்) கண்ணாடியின் முதன்மை மூலப்பொருள் ஆகும். வீடுகள் மற்றும் அலுவலகங்களில் உள்ள சாளரப் பலகைகள் முதல் பாட்டில்கள், ஆய்வக கண்ணாடிப் பொருட்கள் மற்றும் கண்ணாடியிழை காப்புப் பொருட்கள் வரை, சிலிக்கா வடிவில் உள்ள சிலிக்கான் எங்கும் உள்ளது. இந்தியா ஒரு குறிப்பிடத்தக்க கண்ணாடி உற்பத்தித் தொழிலைக் கொண்டுள்ளது, உள்நாட்டு சிலிக்கா மணல் வளங்களைப் பயன்படுத்துகிறது.

3. பீங்கான் மற்றும் கட்டுமானப் பொருட்கள்: சிமெண்ட், கான்கிரீட், செங்கற்கள் மற்றும் ஓடுகளில் சிலிக்கா ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். சிலிக்கான் கார்பைடு, சிலிக்கான் மற்றும் கார்பனின் ஒரு சேர்மம், மிகவும் கடினமான ஒரு பொருள் ஆகும், இது சிராய்ப்புகள் (abrasives), வெப்பந்தாங்கும் பொருட்கள் (refractory materials) மற்றும் குண்டு துளைக்காத கவசங்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தியாவின் விரிவான கட்டுமானத் துறை உள்கட்டமைப்பு மேம்பாட்டிற்காக இந்த சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களை பெரிதும் நம்பியுள்ளது.

4. சிலிக்கோன்கள்: இவை சிலிக்கான், ஆக்ஸிஜன், கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜனைக் கொண்ட செயற்கை பாலிமர்கள் ஆகும். சிலிக்கோன்கள் அதிக வெப்பநிலையில் நிலையானவை, நீர் விலக்கி (water-repellent) மற்றும் மின்சாரம் கடத்தாத் தன்மை கொண்டவை. அவை சீல் பூச்சுகள் (எ.கா., குளியலறை சீல் பூச்சுகள், சாளர இடைவெளிகளை அடைக்கும் பொருட்கள்), மசகு எண்ணெய்கள், மருத்துவ உள்வைப்புகள் (எ.கா., செயற்கை உறுப்புகள், இதயமுடுக்கிகள்), அழகுசாதனப் பொருட்கள் மற்றும் சமையலறைப் பொருட்கள் (எ.கா., சிலிக்கோன் பேக்கிங் பாத்திரங்கள்) ஆகியவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த பொருட்கள் இந்திய வீடுகளிலும் தொழில்களிலும் பொதுவானவை.

5. சூரிய மின்கலங்கள் (ஒளிமின்னழுத்தங்கள்): ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கு உயர்தர சிலிக்கான் மிகவும் முக்கியமானது, இது சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக மாற்றுகிறது. பலபடிக சிலிக்கான் (Polycrystalline silicon) மற்றும் ஒற்றைபடிக சிலிக்கான் (monocrystalline silicon) ஆகியவை பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு முக்கிய வகைகள் ஆகும். புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆதாரங்களை நோக்கிய இந்தியாவின் தீவிர முயற்சி, பெரிய அளவிலான சூரிய பண்ணைகள் முதல் கூரை நிறுவல்கள் வரை நாடு முழுவதும் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சூரிய மின் தகடுகள் நிறுவப்படுவதில் குறிப்பிடத்தக்க அதிகரிப்புக்கு வழிவகுத்துள்ளது.