மக்னீசியம் (Mg) உலோகம் மற்றும் அதன் தொழிற்சாலை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கையில் இருப்பு மற்றும் முக்கிய தாதுக்கள்

மக்னீசியம் புவி மேலோட்டில் எட்டாவது மிக அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமமாகும், மேலும் கடல் நீரில் கரைந்திருக்கும் மூன்றாவது மிக அதிக அளவில் காணப்படும் தனிமமாகும். அதன் அதிக வினைத்திறன் காரணமாக, இது எப்போதும் சேர்ம நிலையில் காணப்படுகிறது.

• கடல் நீர் மற்றும் உவர் நீர்: கரைந்த மக்னீசியம் குளோரைடு (MgCl₂) ஒரு பெரிய சேமிப்பகம்.
• மாக்னசைட்: MgCO₃ (மக்னீசியம் கார்பனேட்).
• டோலமைட்: MgCO₃\cdotCaCO₃ (மக்னீசியம் மற்றும் கால்சியத்தின் கலப்பு கார்பனேட்).
• கார்னலைட்: KCl\cdotMgCl₂\cdot6H₂O (பொட்டாசியம் குளோரைடு மற்றும் மக்னீசியம் குளோரைடின் நீரேறிய இரட்டை உப்பு).
• அஸ்பெஸ்டாஸ்: கிரிசோடைல் Mg₃Si₂O₅(OH)₄ போன்ற சிலிக்கேட் கனிமங்கள்.

தாதுவை செறிவூட்டுதல்

மக்னீசியத்தின் முதன்மை தொழில்முறை ஆதாரங்கள் கடல் நீர், உவர் நீர் மற்றும் டோலமைட் ஆகும். தாது செறிவூட்டும் செயல்முறை அதன் மூலத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும்.

கடல் நீரிலிருந்து (டௌ செயல்முறை கொள்கை)

1. மக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடை வீழ்படிவாக்குதல்: கடல் நீர் (கரைந்த MgCl₂ ஐக் கொண்டது) சுண்ணப்பால் (Ca(OH)₂) உடன் வினைப்படுத்தப்படுகிறது. சுண்ணப்பால் சுண்ணாம்புக் கல்லை (CaCO₃ \rightarrow CaO + CO₂) சூடுபடுத்தி, நீருடன் சேர்த்து (CaO + H₂O \rightarrow Ca(OH)₂) தயாரிக்கப்படுகிறது. MgCl₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) \rightarrow Mg(OH)₂(s) + CaCl₂(aq) மக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடு மிகக் குறைந்த கரைதிறன் கொண்டது மற்றும் வீழ்படிவாகிறது.
2. மக்னீசியம் குளோரைடாக மாற்றுதல்: வீழ்படிவான Mg(OH)₂ வடிகட்டப்பட்டு, கழுவப்பட்டு, பின்னர் ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம் (HCl) உடன் வினைப்படுத்தப்படுகிறது. Mg(OH)₂(s) + 2HCl(aq) \rightarrow MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)
3. நீரற்றதாக்குதல்: உருவாகும் MgCl₂ கரைசல் ஆவியாக்கப்பட்டு, கவனமாக நீரற்ற MgCl₂ ஐப் பெற நீர் நீக்கப்படுகிறது. நீராற்பகுப்பைத் தடுக்க முழுமையான நீர் நீக்கம் அவசியம்: MgCl₂\cdot6H₂O(s) \rightarrow MgCl₂(s) + 6H₂O(g) (HCl வாயுச் சூழலில் வெப்பப்படுத்துவது நீராற்பகுப்பைத் தடுக்க தேவைப்படுகிறது: MgCl₂ + 2H₂O \rightarrow MgO + 2HCl).

டோலமைட்டிலிருந்து

1. கால்சினேற்றம்: டோலமைட் (MgCO₃\cdotCaCO₃) அதிக வெப்பநிலையில் கால்சினேற்றம் செய்யப்பட்டு மக்னீசியம் ஆக்சைடு மற்றும் கால்சியம் ஆக்சைடின் கலவையாக உருவாகிறது. MgCO₃\cdotCaCO₃(s) \rightarrow MgO(s) + CaO(s) + 2CO₂(g)
2. குளோரைடாக மாற்றுதல்: கலந்த ஆக்சைடுகள் மேலே விவரிக்கப்பட்டபடி HCl ஐப் பயன்படுத்தி MgCl₂ ஆக மாற்றப்படலாம், அல்லது MgO ஐ பிட்ஜியன் செயல்முறையில் (வெப்ப ஒடுக்கம்) பயன்படுத்தலாம்.

கச்சா உலோகமாக ஒடுக்கம்

மக்னீசியத்தின் தொழில்முறை ஒடுக்கம் முதன்மையாக மின்பகுப்பு மூலம் அடையப்படுகிறது. வெப்ப ஒடுக்க முறைகளும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஆனால் முதன்மை உற்பத்திக்கு குறைவாகவே பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

மின்பகுப்பு ஒடுக்கம் (டௌ செயல்முறை)

இது மக்னீசியம் உற்பத்தி செய்வதற்கான முக்கிய முறையாகும்.

1. மின்பகுளி: நீரற்ற MgCl₂ ஆனது NaCl மற்றும் CaCl₂ (அல்லது KCl) உடன் உருக்கப்படுகிறது. இந்த உப்புகள் பின்வரும் நோக்கங்களுக்காகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:
   • மின்பகுளி கலவையின் உருகுநிலையைக் குறைத்தல் (தூய MgCl₂ க்கு 714°C இலிருந்து ~450°C ஆக).
   • மின் கடத்துத்திறனை அதிகரித்தல்.
   • மின்பகுளியின் அடர்த்தியைக் குறைத்தல், உருகிய மக்னீசியம் மேலே மிதந்து எளிதாக சேகரிக்கப்பட அனுமதிக்கிறது.
2. மின்கல அமைப்பு: ஒரு மின்பகுப்புக் கலம் பொதுவாக ஒரு எஃகு தொட்டியைக் கொண்டிருக்கும், இது வெப்பந்தாங்கு பொருளால் அடுக்கப்பட்டிருக்கும். கிராஃபைட் தண்டுகள் நேர்முனைகளாகவும், எஃகு தகடுகள் எதிர்முனைகளாகவும் செயல்படுகின்றன.
3. மின்பகுப்பு: உருகிய மின்பகுளி வழியாக ஏறத்தாழ 700°C வெப்பநிலையில் நேர் மின்னோட்டம் செலுத்தப்படுகிறது.
   • எதிர்முனையில் (எஃகு): மக்னீசியம் அயனிகள் எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று உருகிய மக்னீசியம் உலோகமாக ஒடுக்கப்படுகின்றன. Mg^\{2+\}(l) + 2e^\{-\} \rightarrow Mg(l)
   • நேர்முனையில் (கிராஃபைட்): குளோரைடு அயனிகள் எலக்ட்ரான்களை இழந்து குளோரின் வாயுவாக ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடைகின்றன. 2Cl^\{-\}(l) \rightarrow Cl₂(g) + 2e^\{-\}
4. சேகரித்தல்: உருகிய மக்னீசியம், மின்பகுளியை விட இலகுவானது என்பதால், மேலே மிதந்து, குறிப்பிட்ட இடைவெளிகளில் உறிஞ்சி எடுக்கப்படுகிறது. குளோரின் வாயு ஒரு மதிப்புமிக்க துணை தயாரிப்பாக சேகரிக்கப்படுகிறது மற்றும் HCl ஐ உற்பத்தி செய்ய மறுசுழற்சி செய்யப்படலாம்.

வெப்ப ஒடுக்கம் (பிட்ஜியன் செயல்முறை)

இந்தச் செயல்முறையானது ஃபெர்ரோசிலிக்கான் (FeSi) ஐப் பயன்படுத்தி MgO ஐ (கால்சினேற்றம் செய்யப்பட்ட டோலமைட் அல்லது மாக்னசைட்டிலிருந்து பெறப்பட்டது) ஒடுக்குவதை உள்ளடக்கியது.

1. வினைபடு பொருட்கள்: கால்சினேற்றம் செய்யப்பட்ட டோலமைட் (MgO\cdotCaO) ஃபெர்ரோசிலிக்கான் (இரும்பு மற்றும் சிலிக்கான் கலவை) உடன் கலக்கப்படுகிறது.
2. வினை: கலவையானது ஒரு வெற்றிட உலைக்குள் அதிக வெப்பநிலையில் (1100-1200°C) சூடுபடுத்தப்படுகிறது. சிலிக்கான் MgO ஐ ஒடுக்குகிறது, மேலும் CaO சிலிக்காவிற்கு ஒரு நீக்குவான் ஆக செயல்பட்டு, சமநிலையை வலதுபுறமாக மாற்றுகிறது. 2(MgO\cdotCaO)(s) + SiFe(s) \rightarrow 2Mg(g) + Ca₂SiO₄(s) + Fe(s)
3. காய்ச்சி வடித்தல்: இந்த வெப்பநிலைகளில் மக்னீசியம் ஆவியாகி, உலைக்குள் குளிர்ந்த பகுதியில் ஒடுக்கப்பட்டு கச்சா மக்னீசியம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறை அதிக ஆற்றல் தேவைப்படும் ஒன்றாகும், மேலும் பொதுவாக சிறிய அளவிலான உற்பத்தி அல்லது குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

சுத்திகரிப்பு மற்றும் தூய்மையாக்கல்

மின்பகுப்பு அல்லது வெப்ப ஒடுக்கம் மூலம் பெறப்பட்ட கச்சா மக்னீசியம் பொதுவாக 99-99.8% தூய்மையைக் கொண்டுள்ளது. அதிக தூய்மையை அடைய மேலும் சுத்திகரிப்பு செய்யப்படுகிறது.

1. காய்ச்சி வடித்தல்: அதிக தூய்மையான மக்னீசியத்தைப் பெறுவதற்கான மிகவும் பொதுவான முறை இதுவாகும்.
   • கச்சா மக்னீசியம் ஒரு வெற்றிட உலைக்குள் அதன் கொதிநிலை (1091°C) வரை சூடுபடுத்தப்படுகிறது.
   • மக்னீசியம் ஆவியாகி, இரும்பு, சிலிக்கான் மற்றும் கரைந்த குளோரைடுகள் போன்ற குறைந்த ஆவியாகும் அசுத்தங்களை விட்டுச்செல்கிறது.
   • தூய மக்னீசியம் ஆவி பின்னர் உலைக்குள் ஒரு குளிர்ந்த பகுதியில் ஒடுக்கப்பட்டு 99.99% வரையிலான தூய்மையுடன் கூடிய மக்னீசியம் உலோகம் பெறப்படுகிறது.
2. ஃபிளக்ஸ் சுத்திகரிப்பு: உருகிய கச்சா மக்னீசியம் குறிப்பிட்ட ஃபிளக்ஸ் உடன் (குளோரைடுகள் மற்றும் ஃபுளூரைடுகளின் கலவைகள், எ.கா., MgCl₂-BaCl₂-CaF₂) வினைப்படுத்தப்படலாம். இந்த ஃபிளக்ஸ்கள் உருகிய மக்னீசியத்திலிருந்து பிரிந்து செல்லும் கழிவுகளை உருவாக்குவதன் மூலம் உலோகம் அல்லாத உட்பொருட்களையும் சில உலோக அசுத்தங்களையும் நீக்க உதவுகின்றன. இது பெரும்பாலும் மேலும் சுத்திகரிப்பு செய்வதற்கு முன் ஒரு ஆரம்ப படியாகும்.
3. மறுசுழற்சி: மக்னீசியம் உலோகத்தின் ஒரு கணிசமான பகுதி கழிவுப் பொருட்களை மறுசுழற்சி செய்வதன் மூலம் பெறப்படுகிறது, இதில் ஃபிளக்ஸ் சுத்திகரிப்பு மற்றும் காய்ச்சி வடித்தல் போன்ற உருக்குதல் மற்றும் சுத்திகரிப்பு செயல்முறைகள் அடங்கும்.