துத்தநாகம் ஒரு அறிமுகம்
துத்தநாகம் என்பது Zn என்ற குறியீட்டைக் கொண்ட ஒரு வேதியியல் தனிமம் ஆகும், இதன் அணு எண் 30 ஆகும். இது நீல-வெள்ளை நிறமுடைய, பளபளப்பான உலோகம் ஆகும், இது அறை வெப்பநிலையில் நொறுங்கும்தன்மை கொண்டது ஆனால் 100°C மற்றும் 150°C க்கு இடைப்பட்ட வெப்பநிலையில் வளைந்துகொடுக்கும் (malleable) தன்மையைப் பெறுகிறது. துத்தநாகம் ஒரு இடைநிலை உலோகக் குழுவின் உறுப்பினர் ஆகும், இருப்பினும் அதன் வேதியியல் பெரும்பாலும் இடைநிலைத்தன்மை கடந்த உலோகங்களுடன் ஒப்பிடப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் d-கூடு நிரம்பியிருக்கும். இது மனித ஆரோக்கியத்திற்கு அத்தியாவசியமான ஒரு சுவடு தனிமம் ஆகும், பல்வேறு உயிரியல் செயல்முறைகளில் முக்கிய பங்கை வகிக்கிறது.
துத்தநாகத்தின் அன்றாடப் பயன்பாடுகள்
துத்தநாகம் தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, இது பல அன்றாட தயாரிப்புகளிலும் தொழில்துறை செயல்முறைகளிலும் தவிர்க்க முடியாததாக ஆக்குகிறது.
1. கால்வனைசேஷன்
துத்தநாகத்தின் மிகவும் பரவலான பயன்பாடுகளில் ஒன்று கால்வனைசேஷன் ஆகும், இது இரும்பு அல்லது எஃகு மீது ஒரு பாதுகாப்பு துத்தநாக பூச்சு பூசப்பட்டு துருப்பிடிப்பதைத் தடுக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும். துத்தநாகம் ஒரு தியாகக் மின்முனையாக (sacrificial anode) செயல்படுகிறது, இரும்பிற்கு முன்னுரிமை அளித்து அரிக்கப்பட்டு, இதன்மூலம் அடியில் உள்ள உலோகத்தைப் பாதுகாக்கிறது. இந்த முறை உலோகக் கட்டமைப்புகளின் ஆயுளை கணிசமாக நீட்டிக்கிறது. இந்தியாவில், கால்வனைஸ் செய்யப்பட்ட எஃகு கூரைத் தாள்கள், தண்ணீர்க் குழாய்கள், வேலிகள் மற்றும் கட்டுமானத்தில் உள்ள கட்டமைப்பு கூறுகள், குறிப்பாக அதிக ஈரப்பதம் மற்றும் மழையுள்ள பகுதிகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2. மின்கலன்கள்
பல்வேறு வகையான மின்கலன்களில், குறிப்பாக உலர் மின்கலன்களிலும் (எ.கா. AA, AAA, C, D மின்கலன்கள்) மற்றும் துத்தநாக-காற்று மின்கலன்களிலும் துத்தநாகம் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. உலர் மின்கலன்களில், துத்தநாகம் மின்வாயாக (anode) செயல்படுகிறது, அங்கு அது ஆக்சிஜனேற்றமடைந்து எலக்ட்ரான்களை வெளியிட்டு மின் ஆற்றலை வழங்குகிறது. இந்த மின்கலன்கள் இந்தியாவில் உள்ள வீடுகளில் டார்ச்லைட்கள், ரிமோட் கண்ட்ரோல்கள் மற்றும் கையடக்க மின்னணு சாதனங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
3. மருத்துவ மற்றும் மேலபூச்சுப் பயன்பாடுகள்
துத்தநாகம் மனிதர்களுக்கு அத்தியாவசியமான ஒரு நுண்ணூட்டச்சத்து ஆகும், இது நோயெதிர்ப்புச் செயல்பாடு, காயம் குணப்படுத்துதல், DNA தொகுப்பு மற்றும் செல் பிரிவு ஆகியவற்றிற்கு முக்கியமானது. துத்தநாகக் குறைபாடு, வயிற்றுப்போக்கு மற்றும் சளி ஆகியவற்றிற்கு சிகிச்சையளிக்க துத்தநாக சப்ளிமெண்ட்கள் பரிந்துரைக்கப்படுகின்றன. துத்தநாகத்தின் சேர்மமான துத்தநாக ஆக்சைடு, மேலபூச்சு கிரீம்கள் மற்றும் களிம்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது ஒரு கிருமிநாசினி, துவர்ப்பு மற்றும் பாதுகாக்கும் காரணியாக செயல்படுகிறது, பொதுவாக டயப்பர் ராஷ் கிரீம்கள், கலாமைன் லோஷன் மற்றும் சூரியக் கதிர்களில் இருந்து சருமத்தைப் பாதுகாக்க சன்ஸ்கிரீன்களில் காணப்படுகிறது.
4. கலப்புலோகங்கள்
துத்தநாகம் பல முக்கியமான கலப்புலோகங்களின் முக்கிய அங்கமாகும், இவை இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட உலோக தனிமங்களை இணைப்பதன் மூலம் உருவாகும் பொருட்கள் ஆகும். பித்தளை, தாமிரம் மற்றும் துத்தநாகத்தின் கலப்புலோகம் ஆகும், இது அதன் வலிமை, அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் அழகியல் ஈர்ப்பு ஆகியவற்றிற்காக அறியப்படுகிறது. இந்தியாவில், பித்தளை பாரம்பரியமாக பாத்திரங்கள், அலங்காரப் பொருட்கள், இசைக்கருவிகள் மற்றும் வன்பொருட்களைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. துத்தநாகம் வெண்கலம் மற்றும் நிக்கல் வெள்ளி கலப்புலோகங்களிலும் குறைந்த அளவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
5. நிறமிகள் மற்றும் பூச்சுகள்
துத்தநாக ஆக்சைடு வண்ணப்பூச்சுகள், மட்பாண்டங்கள் மற்றும் ரப்பரில் ஒரு வெள்ளை நிறமியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதன் ஒளிபுகாத்தன்மை மற்றும் புற ஊதா ஒளியை உறிஞ்சும் திறன் ஆகியவை இந்த பயன்பாடுகளில் அதை மதிப்புமிக்கதாக ஆக்குகின்றன. துத்தநாக குரோமேட் மற்றும் துத்தநாக பாஸ்பேட் ஆகியவை உலோகங்களுக்கான பிரைமர்களில் அரிப்பு எதிர்ப்பு நிறமிகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கூடுதலாக, துத்தநாக தூள் பாதுகாப்பு பூச்சுகளிலும் மற்றும் வேதியியல் செயல்முறைகளில் ஒடுக்கும் காரணியாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
துத்தநாகத்தின் இயற்கைத் தோற்றம்
துத்தநாகம் இயற்கையில் ஒரு தனித்த உலோகமாகக் காணப்படுவதில்லை, ஆனால் பல்வேறு கனிமங்களுக்குள் காணப்படுகிறது. துத்தநாகத்தின் மிக முக்கியமான தாது ஸ்ஃபாலரைட் ஆகும், இது துத்தநாக பிளெண்ட் (ZnS) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது ஒரு துத்தநாக சல்பைடு கனிமமாகும். மற்ற துத்தநாகம் கொண்ட கனிமங்களில் ஸ்மித்சோனைட் (துத்தநாக கார்பனேட், ZnCO₃) மற்றும் ஹெமிமார்பைட் (துத்தநாக சிலிகேட், Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O) ஆகியவை அடங்கும்.
உலகளவில், துத்தநாகத் தாதுக்களின் குறிப்பிடத்தக்க வைப்புகள் ஆஸ்திரேலியா, கனடா, சீனா மற்றும் அமெரிக்காவில் காணப்படுகின்றன. இந்தியாவில், கணிசமான துத்தநாக இருப்புக்கள் முதன்மையாக ராஜஸ்தான் மாநிலத்தில் அமைந்துள்ளன. ஜவார், ராம்புரா அகுச்சா மற்றும் ராஜ்புரா தாரிபா ஆகியவை முக்கிய சுரங்கப் பகுதிகளாகும், அங்கு துத்தநாகம் பெரும்பாலும் ஈயம் மற்றும் வெள்ளித் தாதுக்களுடன் இணைந்து காணப்படுகிறது. இந்த வைப்புக்கள் ஆரவல்லி மலைத்தொடரின் புவியியல் அமைப்புகளின் ஒரு பகுதியாக அமைகின்றன.
பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் தொழில்துறை செயலாக்கம்
அதன் தாதுக்களிலிருந்து துத்தநாகத்தைப் பிரித்தெடுப்பது பல சிக்கலான உலோகவியல் செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியது.
சுரங்க மற்றும் தாது வளப்படுத்துதல்
துத்தநாகத் தாதுக்கள் பொதுவாக நிலத்தடி அல்லது திறந்த வெளி சுரங்க முறைகள் மூலம் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன. பிரித்தெடுத்த பிறகு, தாது வளப்படுத்துதல் (beneficiation) செய்யப்படுகிறது, இது மதிப்புமிக்க கனிமங்களை கழிவுப் பாறையிலிருந்து (gangue) பிரிக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும். இது பொதுவாக நசுக்குதல், அரைத்தல் மற்றும் நுரை மிதப்பு (froth flotation) ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. நுரை மிதப்பு முறையில், மிக நுண்ணியதாக அரைக்கப்பட்ட தாது தண்ணீர் மற்றும் வினைப்பொருட்களுடன் கலக்கப்பட்டு, நுரையை உருவாக்க காற்று குமிழ்கள் வழியாக செலுத்தப்படுகிறது. துத்தநாக சல்பைடு துகள்கள் காற்று குமிழ்களுடன் தேர்ந்தெடுத்து ஒட்டிக்கொண்டு மேற்பரப்புக்கு மிதந்து, ஒரு செறிவுப் பொருளை உருவாக்குகின்றன, அதே நேரத்தில் கழிவுப் பொருள் அடியில் தங்குகிறது.
உலோகவியல் பிரித்தெடுத்தல்
துத்தநாகச் செறிவு, முதன்மையாக துத்தநாக சல்பைடு, பின்னர் உலோகத்தைப் பிரித்தெடுக்க செயலாக்கப்படுகிறது. இரண்டு முக்கிய முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:
-
பைரோமெட்டலார்ஜிகல் செயல்முறை (இம்பீரியல் ஸ்மெல்டிங் செயல்முறை): இந்த பாரம்பரிய முறையில் துத்தநாக சல்பைடு செறிவை காற்றில் வறுத்து துத்தநாக ஆக்சைடு (ZnO) மற்றும் சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO₂) ஆக மாற்றப்படுகிறது.
2ZnS(s) + 3O₂(g) → 2ZnO(s) + 2SO₂(g)பின்னர் துத்தநாக ஆக்சைடு கார்பன் (கோக்) உடன் கலந்து, ஒரு ஒடுக்க உலை (reduction furnace)யில் அதிக வெப்பநிலையில் (சுமார் 1200°C) சூடுபடுத்தப்படுகிறது. கார்பன் ஒரு ஒடுக்கும் காரணியாக செயல்பட்டு, துத்தநாக ஆக்சைடை உலோக துத்தநாக ஆவியாக மாற்றுகிறது.ZnO(s) + C(s) → Zn(g) + CO(g)பின்னர் துத்தநாக ஆவி திரவ துத்தநாகமாக ஒடுக்கப்படுகிறது. -
ஹைட்ரோமெட்டலார்ஜிகல் செயல்முறை (மின்பகுப்பு செயல்முறை): இது மிகவும் பொதுவான மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த முறையாகும். துத்தநாக சல்பைடு செறிவு முதலில் வறுக்கப்பட்டு துத்தநாக ஆக்சைடாக மாற்றப்படுகிறது. பின்னர் துத்தநாக ஆக்சைடு நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்துடன் காய்ச்சி, துத்தநாக சல்பேட் (zinc sulfate) இன் நீர்க்கரைசலை உருவாக்குகிறது.
ZnO(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂O(l)துத்தநாக சல்பேட் கரைசல் இரும்பு, காட்மியம் மற்றும் தாமிரம் போன்ற அசுத்தங்களை நீக்க சுத்திகரிக்கப்படுகிறது. இறுதியாக, தூய துத்தநாக உலோகம் மின்பகுப்பு மூலம் மீட்டெடுக்கப்படுகிறது, அங்கு மின்சாரம் துத்தநாக சல்பேட் கரைசலின் வழியாக ஈய மின்முனைகள் (anodes) மற்றும் அலுமினிய எதிர்முனைகள் (cathodes) பயன்படுத்தி செலுத்தப்படுகிறது. கரைசலில் உள்ள துத்தநாக அயனிகள் எதிர்முனைகளுக்கு நகர்ந்து தூய உலோக துத்தநாகமாக படியவைக்கப்படுகின்றன.Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s)(எதிர்முனையில்)H₂O(l) → ½O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻(மின்முனையில்)
இந்தியாவில் துத்தநாக உற்பத்தி
இந்தியா, இந்துஸ்தான் ஜிங்க் லிமிடெட் (HZL) செயல்பாடுகள் காரணமாக, துத்தநாகத்தின் குறிப்பிடத்தக்க உற்பத்தியாளர் ஆகும். வேதாந்தா ரிசோர்சஸின் துணை நிறுவனமான HZL, உலகின் மிகப்பெரிய ஒருங்கிணைந்த துத்தநாக-ஈய உற்பத்தியாளர்களில் ஒன்றாகும். நிறுவனம் ராஜஸ்தானில் ஜவார் சுரங்கங்கள், ராம்புரா அகுச்சா சுரங்கம் மற்றும் ராஜ்புரா தாரிபா சுரங்கம் போன்ற பல சுரங்கங்கள் மற்றும் உலைகளைத் (smelters) இயக்குகிறது, இவை தாது பிரித்தெடுப்பு மற்றும் சந்தேரியா, தாரிபா மற்றும் தேபாரி ஆகிய இடங்களில் ஒருங்கிணைந்த உலை வளாகங்களை உலோக உற்பத்திக்கு இயக்குகிறது. இந்த வசதிகள் துத்தநாக பிரித்தெடுப்பிற்காக பைரோமெட்டலார்ஜிகல் மற்றும் ஹைட்ரோமெட்டலார்ஜிகல் ஆகிய இரு வழிகளையும் பயன்படுத்துகின்றன, இந்தியாவின் தொழில்துறை உலோக விநியோகத்திற்கு கணிசமாக பங்களிக்கின்றன.