உலோகவியல் மற்றும் கார்பன் (C) இன் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கை இருப்பு மற்றும் முக்கிய தாதுக்கள்

கார்பன் ஒரு தனித்துவமான தனிமம், இது ஒரு அலோகம். இதன் தொழில்துறை “பிரித்தெடுத்தல்” பொதுவாக உலோகங்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் பாரம்பரிய உலோகவியல் வழியைப் பின்பற்றுவதில்லை. அதற்குப் பதிலாக, இது பல்வேறு இயற்கை படிவுகள் மற்றும் செயற்கை வடிவங்களிலிருந்து பெறப்படுகிறது. பூமியின் மேலோட்டில் இது 15வது அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமம் ஆகும்.

தனிம வடிவங்கள்

கார்பன் இயற்கையாகவே பல புறவேற்றுமை வடிவங்களில் காணப்படுகிறது:

• வைரம்: ஒரு படிகப் புறவேற்றுமை வடிவம், அறியப்பட்ட இயற்கையான பொருட்களில் கடினமான ஒன்றாகும். கிம்பர்லைட் குழாய்கள் மற்றும் வண்டல் படிவுகளில் காணப்படுகிறது.
• கிராஃபைட்: ஒரு மென்மையான, கருமையான, வழுக்கும் படிகப் புறவேற்றுமை வடிவம். உலகளவில் உருமாறிய பாறைகளில் காணப்படுகிறது.
• அமorphous கார்பன் (வடிவமற்ற கார்பன்): இந்த சொல் பல்வேறு படிகமற்ற வடிவங்களைக் குறிக்கிறது, அவையாவன:
  • நிலக்கரி: எரியக்கூடிய கருப்பு அல்லது பழுப்பு-கருப்பு படிவுப் பாறை, இறந்த தாவரப் பொருட்களிலிருந்து உருவாகிறது. கார்பன் உள்ளடக்கத்தின் அடிப்படையில் பீட், லிக்னைட், சப்-பிட்டுமினஸ், பிட்டுமினஸ் மற்றும் ஆந்த்ரசைட் என வகைப்படுத்தப்படுகிறது.
  • லாம்ப் பிளாக்/கார்பன் பிளாக்: ஹைட்ரோகார்பன்களின் முழுமையற்ற எரிப்பிலிருந்து தொழில்துறை ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.

இணைந்த வடிவங்கள்

கார்பன் எண்ணற்ற சேர்மங்களின் ஒரு அடிப்படை அங்கமாகும்:

• கார்பனேட் தாதுக்கள்:
  • சுண்ணாம்புக்கல் (கால்சியம் கார்பனேட், CaCO₃): பல பாறைகள், ஓடுகள் மற்றும் முத்துக்களின் முதன்மை அங்கமாகும்.
  • டோலமைட் (கால்சியம் மெக்னீசியம் கார்பனேட், CaMg(CO₃)₂): ஒரு பாறை உருவாக்கும் கனிமம்.
  • மெக்னசைட் (மெக்னீசியம் கார்பனேட், MgCO₃): மெக்னீசியத்தின் ஆதாரம்.
  • சிடரைட் (இரும்பு(II) கார்பனேட், FeCO₃): ஒரு இரும்புத் தாது.
• ஹைட்ரோகார்பன்கள்:
  • பெட்ரோலியம் மற்றும் இயற்கை எரிவாயு: ஹைட்ரோகார்பன்களின் சிக்கலான கலவைகள், கரிம இரசாயனங்கள் மற்றும் எரிபொருட்களுக்கான முக்கிய கார்பன் ஆதாரங்களாக செயல்படுகின்றன.
• **வளிமண்டல கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) **: பூமியின் வளிமண்டலத்தின் ஒரு முக்கிய அங்கம் மற்றும் ஒளிச்சேர்க்கைக்கு முக்கியமானது.
• கரிமப் பொருள்: அனைத்து உயிருள்ள உயிரினங்களும் அவற்றின் வழித்தோன்றல்களும் கார்பனைக் கொண்டுள்ளன.

குறிப்பு: உலோகங்களைப் போலல்லாமல், கார்பன் “தாதுக்களிலிருந்து” பாரம்பரிய அர்த்தத்தில், அதாவது உலோகச் சேர்மம் ஒடுக்கப்படும் விதத்தில் பிரித்தெடுக்கப்படுவதில்லை. இதன் தொழில்துறை ஆதாரங்கள் முதன்மையாக தனிம கார்பனின் புவியியல் படிவுகள் அல்லது கார்பன் கொண்ட சேர்மங்களிலிருந்து மாற்றியமைக்கப்படுதல் ஆகும்.

தாதுவின் செறிவூட்டல் (கார்பனேசியப் பொருட்களின் செறிவூட்டல்)

“தாதுவின் செறிவூட்டல்” என்ற சொல் பொதுவாக உலோகத் தாதுக்களில் உலோக உள்ளடக்கத்தை அதிகரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் நுரை மிதப்பு, ஈர்ப்புப் பிரிப்பு அல்லது காந்தப் பிரிப்பு போன்ற செயல்முறைகளைக் குறிக்கிறது. கார்பன் அடிப்படையிலான மூலப்பொருட்களுக்கு, இந்த செயல்முறைகள் தனிம கார்பனை நேரடியாகப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, மாறாக கார்பன் கொண்ட எரிபொருட்களின் தரத்தை மேம்படுத்த அல்லது தனிம கார்பனை (எ.கா., கிராஃபைட், வைரம்) கனிமக்கழிவிலிருந்து பிரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கிராஃபைட் படிவுகளுக்கு

கிராஃபைட் உருமாறிய பாறைகளில் காணப்படுகிறது. செறிவூட்டும் படிகள் பெரும்பாலும் உள்ளடக்கியவை:

• நொறுக்குதல் மற்றும் அரைத்தல்: கிராஃபைட் செதில்களை விடுவிக்க தாதுவை ஒரு மெல்லிய தூளாகக் குறைக்கிறது.
• நுரை மிதப்பு: இது இயற்கைச் செதில் கிராஃபைட்டை செறிவூட்டுவதற்கான முதன்மை முறையாகும். கிராஃபைட் இயற்கையாகவே நீர் வெறுக்கும் தன்மை கொண்டது மற்றும் ஒரு நுரையில் உள்ள காற்று குமிழ்களுடன் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட முறையில் ஒட்டிக்கொள்கிறது, இதன் மூலம் நீர் விரும்பும் கனிமக் கழிவுகளிலிருந்து (எ.கா., குவார்ட்ஸ், சிலிக்கேட்டுகள்) பிரிக்கப்படுகிறது.
• ஈர்ப்புப் பிரிப்பு: மெல்லிய கிராஃபைட்டிற்கு இது குறைவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் சில படிவுகளில் உள்ள கரடுமுரடான செதில்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம்.

நிலக்கரிக்கு

நிலக்கரி செறிவூட்டல் அதன் வெப்ப மதிப்பையும் உமிழ்வுகளையும் குறைக்க, கனிம அசுத்தங்களை (சாம்பல், கந்தகம், ஈரப்பதம்) அகற்றுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.

• நொறுக்குதல் மற்றும் சலித்தல்: நிலக்கரியை அளவாகப் பிரிக்கிறது.
• கழுவுதல் (ஈர்ப்புப் பிரிப்பு): நிலக்கரி (லேசானது) மற்றும் கனிமக்கழிவு (கனமானது, எ.கா., ஷேல், பைரைட்டுகள்) ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான அடர்த்தி வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்துகிறது. நுட்பங்களில் ஜிக்ஸ், கன ஊடக சைக்ளோன்கள் மற்றும் சுழல்கள் ஆகியவை அடங்கும்.
• நுரை மிதப்பு: நுண்ணிய நிலக்கரித் துகள்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதில் நிலக்கரி மிதக்கிறது மற்றும் அசுத்தங்கள் அடியில் தங்குகின்றன.

வைரங்களுக்கு

வைரப் பிரித்தெடுத்தல் அவற்றை கிம்பர்லைட் அல்லது வண்டல் படிவுகளிலிருந்து பிரிப்பதை உள்ளடக்கியது:

• நொறுக்குதல்: தாதுவின் அளவைக் குறைக்கிறது.
• கழுவுதல் மற்றும் கன ஊடகப் பிரிப்பு: வைரங்கள் பெரும்பாலான கனிமக்கழிவு கனிமங்களை விட அடர்த்தி அதிகம், இது கன திரவ குளியல்களில் (எ.கா., ஃபெரோசிலிக்கான் இடைநீக்கங்கள்) பிரித்தெடுக்க அனுமதிக்கிறது.
• எக்ஸ்-ரே வகைப்படுத்துதல்: வைரங்கள் எக்ஸ்-கதிர்களின் கீழ் ஒளிர்கின்றன, இது மற்ற கனிமங்களிலிருந்து அவற்றைப் பிரிக்கும் காற்று ஜெட்களைத் தூண்ட கண்டறியப்படலாம்.

கச்சா உலோகமாகக் குறைத்தல்

இந்த படிநிலைக் கார்பனுக்குப் பொருந்தாது. கார்பன் ஒரு அலோகம், மேலும் அதன் தாதுவிலிருந்து “கச்சா உலோகமாகக் குறைக்கும்” என்ற கருத்து கார்பன் வேதியியலின் எல்லைக்கு அப்பாற்பட்டது. கார்பன் அதன் தனிம வடிவங்களில் (வைரம், கிராஃபைட்) சுரங்கப்படுத்தப்படுகிறது அல்லது கார்பன் கொண்ட சேர்மங்களிலிருந்து (எ.கா., ஹைட்ரோகார்பன்கள்) வெப்பச்சிதைவு அல்லது தொகுப்பு மூலம் பல்வேறு கார்பன் பொருட்களாக (எ.கா., கார்பன் பிளாக், செயற்கை கிராஃபைட்) தொழில்துறை ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது, இது கார்பன் “தாதுவை” தனிம கார்பனாக இரசாயன ஒடுக்கம் செய்வதன் மூலம் அல்ல.

உதாரணமாக, தொழில்துறை கார்பன் பொருட்கள் தயாரிக்கப்படுகின்றன:

• கார்பன் பிளாக்: ஹைட்ரோகார்பன்களின் (எ.கா., எண்ணெய், இயற்கை எரிவாயு) முழுமையற்ற எரிப்பு அல்லது வரையறுக்கப்பட்ட ஆக்ஸிஜனில் வெப்பச்சிதைவு மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.
• செயற்கை கிராஃபைட்: அமorphous கார்பன் பொருட்களை (பெட்ரோலியம் கோக் போன்றவை) மிக அதிக வெப்பநிலைக்கு (2500-3000 °C) ஒரு மின்சார உலைக்குள் சூடுபடுத்துவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது, இது கிராஃபைட் உருவாவதை ஏற்படுத்துகிறது.

இந்த செயல்முறைகள் “கச்சா உலோகமாகக் குறைப்பது” அல்ல, மாறாக கார்பன் வடிவங்களின் தொகுப்பு அல்லது மாற்றம் ஆகும்.

சுத்திகரிப்பு மற்றும் தூய்மையாக்கல்

கார்பன் “கச்சா உலோகமாகக் குறைக்கும்” செயல்முறைக்கு உட்படாததால், அதன் “சுத்திகரிப்பு” என்பது இயற்கையாகக் கிடைக்கும் அல்லது தொழில்துறை ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படும் தனிம வடிவங்களின் தூய்மையை அதிகரிப்பதைக் குறிக்கிறது.

இயற்கை கிராஃபைட்டிற்கு

அதிக தூய்மையை அடைய (எ.கா., அணுசக்தி, மின்சாரம் அல்லது மேம்பட்ட பொருள் பயன்பாடுகளுக்கு), இயற்கை கிராஃபைட் மேலும் சுத்திகரிப்புக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது:

• அமிலச் சிகிச்சை: செறிவூட்டப்பட்ட அமிலங்கள் (எ.கா., HCl, HF, H₂SO₄) பெரும்பாலும் கலவையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது சிலிக்கேட், உலோகம் மற்றும் பிற அமிலத்தில் கரையக்கூடிய அசுத்தங்களைக் கரைத்து அகற்றுகிறது. இந்த செயல்முறையை கழுவுதல் மற்றும் உலர்த்துதல் தொடரலாம்.
• வெப்ப சுத்திகரிப்பு: கிராஃபைட்டை மந்த வளிமண்டலத்தில் (எ.கா., நைட்ரஜன், ஆர்கான்) அல்லது வெற்றிடத்தில் மிக அதிக வெப்பநிலைக்கு (2800-3000 °C வரை) சூடாக்குதல். இந்த வெப்பநிலையில், பல உலோக மற்றும் அலோக அசுத்தங்கள் (எ.கா., ஆக்சைடுகள், கார்பைடுகள்) ஆவியாகின்றன அல்லது உருகி அகற்றப்படலாம். இந்த முறை மிக அதிக தூய்மையான கிராஃபைட்டைப் பெறுவதற்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

செயற்கை கிராஃபைட் மற்றும் கார்பன் பிளாக்கிற்கு

இந்த தொழில்துறை பொருட்கள் அவற்றின் இறுதிப் பயன்பாட்டின் அடிப்படையில் குறிப்பிட்ட தூய்மை நிலைகளுக்கு தயாரிக்கப்படுகின்றன.

• செயற்கை கிராஃபைட்: இதன் தூய்மை பெரும்பாலும் மூலப்பொருட்களின் (எ.கா., பெட்ரோலியம் கோக்) தூய்மை மற்றும் கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறை அளவுருக்களால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. கிராஃபைட்டாக்கல் பிந்தைய சுத்திகரிப்பு சிறப்புப் பயன்பாடுகளுக்கு இயற்கை கிராஃபைட்டைப் போலவே அமில அல்லது வெப்ப சிகிச்சைகளை உள்ளடக்கியிருக்கலாம்.
• கார்பன் பிளாக்: தூய்மை feedstock மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறையுடன் தொடர்புடையது. உயர் தூய்மை வகைகளுக்கு எஞ்சிய ஹைட்ரோகார்பன்களை அகற்ற மந்த வளிமண்டலங்களில் மேலும் வெப்பச் சிகிச்சை அளிக்கப்படலாம்.

வைரங்களுக்கு

உலோகவியல் அர்த்தத்தில் “சுத்திகரிப்பு” இல்லாவிட்டாலும், பிரித்தெடுத்தலுக்குப் பிந்தைய சிகிச்சை கரடுமுரடான கற்களை சுத்தம் செய்வதிலும் தயாரிப்பதிலும் கவனம் செலுத்துகிறது:

• அமிலக் கழுவுதல்: வைரங்கள் பெரும்பாலும் வலுவான அமிலங்களால் (எ.கா., ஹைட்ரோஃப்ளூரிக் அமிலம், ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம், நைட்ரிக் அமிலம்) சிகிச்சையளிக்கப்படுகின்றன, ஒட்டிக்கொண்டிருக்கும் கனிமக்கழிவு கனிமங்கள் மற்றும் மேற்பரப்பு அசுத்தங்களை அகற்ற.
• பளபளப்பூட்டுதல் மற்றும் வெட்டுதல்: ரத்தினத் தரமான வைரங்களுக்கு, இது முகங்களை உருவாக்கவும் பளபளப்பை மேம்படுத்தவும் திறமையான கைவினைத்திறனை உள்ளடக்கியது. தொழில்துறை வைரங்கள் உராய்வுப் பயன்பாடுகளுக்காக நொறுக்கப்பட்டு அளவிடப்படலாம்.

கார்பனுக்கான சுத்திகரிப்பு செயல்முறைகள் அதன் புறவேற்றுமை வடிவம் மற்றும் நோக்கம் கொண்ட பயன்பாட்டிற்கு குறிப்பிட்டவை, செயல்திறனுக்கான விரும்பிய தூய்மை நிலைகளை அடைவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.