கால்சியம் (Ca) உலோகவியல் மற்றும் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கை இருப்பு மற்றும் முக்கிய தாதுக்கள்

கால்சியம் (Ca) பூமியின் மேலோட்டில் ஐந்தாவது மிக அதிகமான தனிமம் ஆகும், இது சுமார் 3.6% எடையை பிரதிபலிக்கிறது. ஒரு கார மண் உலோகம் என்பதால் அதன் அதிக வினைத்திறன் காரணமாக, இது இயற்கையில் ஒருபோதும் அதன் தனித்த, தனிம நிலையில் காணப்படுவதில்லை. மாறாக, இது பல்வேறு கனிமங்களாக இணைந்து பரவலாகக் காணப்படுகிறது.

கால்சியத்தின் முக்கிய தாதுக்கள்:

• சுண்ணாம்புக்கல், சலவைக்கல், எழுதுகோல் சுண்ணாம்பு: இவை கால்சியம் கார்பனேட் (\text{CaCO}_3$) இன் வெவ்வேறு வடிவங்கள். சுண்ணாம்புக்கல் ஒரு படிவுப் பாறை, சலவைக்கல் என்பது சுண்ணாம்புக்கல்லில் இருந்து உருவாகும் ஒரு உருமாறிய பாறை, மற்றும் எழுதுகோல் சுண்ணாம்பு என்பது நுண்ணிய கடல்வாழ் உயிரினங்களின் ஓடுகளால் ஆன மென்மையான, துளைகள் கொண்ட படிவுப் பாறை ஆகும்.
• ஜிப்சம்: நீர்மம் கலந்த கால்சியம் சல்பேட் (\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}$). பாரிஸ் சாந்து மற்றும் உலர் சுவர் தயாரிப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• ஃப்ளூரோஸ்பார் (ஃப்ளூரைட்): கால்சியம் ஃப்ளூரைடு (\text{CaF}_2$). ஃப்ளூரின் ஒரு முக்கிய ஆதாரம்.
• அபாடைட்: பாஸ்பேட் கனிமங்களின் ஒரு குழு, முக்கியமாக கால்சியம் ஃப்ளூரோ-பாஸ்பேட் (\text{Ca}_5(\text{PO}_4)_3\text{F}$) அல்லது கால்சியம் குளோரோ-பாஸ்பேட் (\text\{Ca\}\_5(\text\{PO\}\_4)\_3\text\{Cl\}$). பாஸ்பரஸின் முதன்மை ஆதாரம்.
• டோலமைட்: கால்சியம் மற்றும் மக்னீசியத்தின் இரட்டை கார்பனேட் (\text{CaCO}_3 \cdot \text{MgCO}_3$).

தாதுவை செறிவூட்டுதல்

தனிம கால்சியத்தை தொழில்துறை ரீதியாக பிரித்தெடுக்க, பொதுவாக சுண்ணாம்புக்கல்லில் இருந்து பெறப்படும் கால்சியம் கார்பனேட் மிகவும் பொதுவான தொடக்கப் பொருளாகும். சுண்ணாம்புக்கல் படிவுகள் பெரும்பாலும் ஒப்பீட்டளவில் தூய்மையானவை என்பதால், சல்பைட் தாதுக்களுக்குத் தேவைப்படும் விரிவான செறிவூட்டல் படிகள் பொதுவாகத் தேவையில்லை.

தாது செறிவூட்டல்/தயாரிப்பின் முதன்மை முறைகள்:

• நசுக்குதல் மற்றும் அரைத்தல்: வெட்டியெடுக்கப்பட்ட சுண்ணாம்புக்கல் முதலில் நசுக்கப்பட்டு அரைக்கப்பட்டு, அடுத்தடுத்த செயலாக்கத்திற்கு பொருத்தமான துகள் அளவாகக் குறைக்கப்படுகிறது.
• கழுவுதல்: சில சந்தர்ப்பங்களில், தாது அசுத்தமடைந்தால், ஒட்டியுள்ள மண் அசுத்தங்களை (கங்கு) நீக்க தண்ணீரில் எளிய கழுவுதல் பயன்படுத்தப்படலாம்.
• கால்சினேஷன்: இது ஒரு செறிவூட்டல் முறை இல்லாவிட்டாலும், கால்சியம் பிரித்தெடுப்பதற்கு ஏற்ற சேர்மத்தை தயாரிப்பதில் கால்சினேஷன் ஒரு முக்கியமான ஆரம்பப் படியாகும். சுண்ணாம்புக்கல் (\text{CaCO}_3$) ஆனது கால்சியம் ஆக்சைடு (சுட்ட சுண்ணாம்பு) மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடாக சிதைக்க, அதிக வெப்பத்தில் (பொதுவாக$900-1000^\circ\text{C}$) சூடாக்கப்படுகிறது:$\text{CaCO}_3 (\text{s}) \xrightarrow{\text{Heat}} \text{CaO} (\text{s}) + \text{CO}_2 (\text{g})$கால்சியம் ஆக்சைடு பின்னர் ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன் வினைபுரிந்து கால்சியம் குளோரைடாக (\text\{CaCl\}\_2$) மாற்றப்படுகிறது: $\text\{CaO\} (\text\{s\}) + 2\text\{HCl\} (\text\{aq\}) \rightarrow \text\{CaCl\}\_2 (\text\{aq\}) + \text\{H\}\_2\text\{O\} (\text\{l\})$ இதன் விளைவாக கிடைக்கும் \text{CaCl}_2$ கரைசல் பின்னர் ஆவியாக்கப்பட்டு திடமான, நீரற்ற கால்சியம் குளோரைடு பெறப்படுகிறது, இது குறைப்பிற்கான மின்பகுளியாகப் பயன்படுகிறது.

கச்சா உலோகமாக குறைத்தல்

கால்சியம் ஒரு அதிக எலக்ட்ரோபாசிட்டிவ் உலோகம் ஆகும், இதனால் வேதியியல் குறைப்பு முறைகள் (எ.கா., கார்பன் குறைப்பு) நடைமுறைக்கு சாத்தியமற்றது, ஏனெனில் கால்சியம் கார்பைட் (\text{CaC}_2$) எளிதில் உருவாகிவிடும், அல்லது கால்சியம் மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டது. எனவே, கால்சியத்தை தொழில்துறை ரீதியாக பிரித்தெடுப்பது பிரத்தியேகமாக மின்பகுளிக் குறைப்பை நம்பியுள்ளது.

உருக்கிய கால்சியம் குளோரைடின் மின்பகுளிக் குறைப்பு:

• கோட்பாடு: உருக்கிய கால்சியம் குளோரைடின் மின்பகுப்பு, எதிர்மின்வாயில் கால்சியம் உலோகம் படியச் செய்கிறது.
• மின்பகுப்புக் கலன்: ஒரு மின்பகுப்புக் கலன் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது பொதுவாக ஒரு கிராஃபைட் நேர்மின்வாய் மற்றும் இரும்பு அல்லது தாமிர எதிர்மின்வாயைக் கொண்டுள்ளது.
• மின்பகுளி: மின்பகுளி உருக்கிய நீரற்ற கால்சியம் குளோரைடு (\text{CaCl}_2$) ஆகும். \text\{CaCl\}\_2$ இன் உருகு நிலையைக் (இது $772^\circ\text\{C\}$) குறைக்கவும், கடத்துத்திறனை மேம்படுத்தவும், கால்சியம் ஃப்ளூரைடு (\text{CaF}_2$) பெரும்பாலும் சேர்க்கப்படுகிறது. இந்த கலவை பொதுவாக$700^\circ\text{C}$ இல் உருகும்.
• வினைகள்:
  • எதிர்மின்வாயில் (எதிர்மின்முனை, இரும்பு/தாமிரம்): $\text\{Ca\}^\{2+\} + 2\text\{e\}^- \rightarrow \text\{Ca\}$ (உருக்கிய கால்சியம் உருவாகிறது)
  • நேர்மின்வாயில் (நேர்மின்முனை, கிராஃபைட்): $2\text\{Cl\}^- \rightarrow \text\{Cl\}\_2 + 2\text\{e\}^-$ (குளோரின் வாயு வெளியேற்றப்படுகிறது)
• செயல்முறை இயக்கம்: எதிர்மின்வாய் ஒரு குளிர்விக்கப்பட்ட இரும்பு கம்பியாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, இது உருக்கிய மின்பகுளியில் மெதுவாக இறங்குகிறது. உருக்கிய கால்சியம் மின்பகுளியை விட அடர்த்தியானது என்பதால், அது எதிர்மின்வாயைச் சுற்றி சேகரிக்கிறது. எதிர்மின்வாய் படிப்படியாக உயர்த்தப்பட்டு, படிந்த கால்சியம் திடப்பட்டு ஒரு “கால்சியம் குச்சி” அல்லது “கால்சியம் இங்காட்” ஆக உருவாகிறது, இது தொடர்ந்து வெளியே எடுக்கப்படுகிறது. இந்த முறை, உருக்கிய கால்சியம் உலோகம் மின்பகுளியில் மீண்டும் கரைவதையோ அல்லது காற்றுடன் வினைபுரிவதையோ தடுக்கிறது.

சுத்திகரிப்பு மற்றும் தூய்மைப்படுத்துதல்

மின்பகுப்பு செயல்முறையிலிருந்து பெறப்படும் கச்சா கால்சியத்தில் மக்னீசியம், அலுமினியம் மற்றும் எஞ்சிய குளோரைடுகள் போன்ற சிறிய அளவிலான அசுத்தங்கள் இருக்கலாம். அதிக தூய்மை தேவைப்படும் பயன்பாடுகளுக்கு, மேலும் சுத்திகரிப்பு அவசியம்.

பொதுவான சுத்திகரிப்பு முறைகள்:

• காய்ச்சி வடித்தல்: கச்சா கால்சியத்தை சுத்திகரிப்பதற்கான மிகவும் பொதுவான முறை இது. இரும்பு மற்றும் சில பிற உலோகங்கள் போன்ற பல பொதுவான அசுத்தங்களுடன் ஒப்பிடும்போது கால்சியத்திற்கு ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த கொதிநிலை ($1484^\circ\text\{C\}$) உள்ளது.
  • கச்சா கால்சியம் அதன் கொதிநிலைக்கு மேல் ஒரு வெப்பநிலையில் வெற்றிடத்தின் கீழ் சூடாக்கப்படுகிறது.
  • கால்சியம் ஆவியாகி, பின்னர் கருவியின் குளிர்ந்த பகுதியில் ஒடுங்கி, ஆவியாகாத அசுத்தங்களை விட்டுச்செல்கிறது.
  • ஆவியாகும் அசுத்தங்கள் (எ.கா., மக்னீசியம், இருந்தால்) கொதிநிலைகளில் உள்ள வேறுபாடுகள் காரணமாக பின்னக் காய்ச்சி வடித்தல் மூலம் பிரிக்கப்படலாம்.
• மண்டல சுத்திகரிப்பு: சிறப்புப் பயன்பாடுகளில் (எ.கா., குறைக்கடத்திகள்) தேவைப்படும் மிக அதிக தூய்மையான கால்சியத்திற்காக, மண்டல சுத்திகரிப்பு பயன்படுத்தப்படலாம்.
  • கச்சா கால்சியம் கம்பியில் ஒரு குறுகிய உருகிய மண்டலம் உருவாக்கப்பட்டு, அதன் நீளத்துடன் மெதுவாக நகர்த்தப்படுகிறது.
  • அசுத்தங்கள் உருகிய நிலையில் இருக்க முனைகின்றன மற்றும் கம்பியின் ஒரு முனைக்கு கொண்டு செல்லப்படுகின்றன, அதே சமயம் தூய்மையான கால்சியம் நகரும் மண்டலத்திற்குப் பின்னால் திடப்படுகிறது.
  • பல முறை இந்த செயல்முறையைச் செய்வதால் மிக அதிக தூய்மையான உலோகம் கிடைக்கிறது. இந்த முறை பொதுவாக அதிக விலை உயர்ந்தது மற்றும் ஆய்வக அளவிலான சுத்திகரிப்பு அல்லது அதிக மதிப்புள்ள பொருட்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.