பாஸ்பரஸின் (P) உலோகவியல் மற்றும் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

1. இயற்கையில் கிடைக்கும் விதம் & முக்கிய தாதுக்கள்

பாஸ்பரஸ் அதிக வினைத்திறன் கொண்டது, மேலும் இயற்கையில் தனிம வடிவில் காணப்படுவதில்லை. இது பூமியின் மேலோட்டில், முக்கியமாக பாஸ்பேட் தாதுக்களாக, கூட்டு நிலைகளில் பரவலாகக் காணப்படுகிறது.

1.1 முக்கிய தாதுக்கள்

• பாஸ்போரைட் (பாறை பாஸ்பேட்): இது மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க தாது ஆகும், முக்கியமாக ட்ரை கால்சியம் பாஸ்பேட்டால் ஆனது.
  • வேதியியல் வாய்ப்பாடு: Ca₃(PO₄)₂
• அப்படைட் குடும்பம்: Ca₅(PO₄)₃X என்ற பொதுவான வாய்ப்பாடு கொண்ட பாஸ்பேட் தாதுக்களின் ஒரு குழு, இங்கு X என்பது F, Cl, அல்லது OH ஆக இருக்கலாம்.
  • ஃப்ளோராப்படைட்: Ca₅(PO₄)₃F (மிகவும் பொதுவானது)
  • குளோராப்படைட்: Ca₅(PO₄)₃Cl
  • ஹைட்ராக்ஸிஅப்படைட்: Ca₅(PO₄)₃OH (எலும்புகள் மற்றும் பற்களின் ஒரு முக்கிய பகுதி)

2. தாதுவைச் செறிவூட்டுதல்

சுரங்கத்திலிருந்து வெட்டியெடுக்கப்பட்ட பாஸ்பேட் பாறை பெரும்பாலும் சிலிக்கா, களிமண் மற்றும் கார்பனேட்டுகள் போன்ற விரும்பத்தகாத அசுத்தங்களைக் (கங்கு) கொண்டிருக்கும். இந்த அசுத்தங்கள் நீக்கப்பட்டு, பாஸ்பேட் உள்ளடக்கம் அதிகரிக்கப்படுகிறது, இது தாதுவைப் பிரித்தெடுப்பதற்கு ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.

2.1 செறிவூட்டும் முறைகள்

• கழுவுதல் மற்றும் நசுக்குதல்: ஆரம்ப படிகளில், தாது கட்டிகளை உடைத்து, தளர்வான மண் அசுத்தங்களை கழுவி அகற்றுவது அடங்கும். இது அடுத்தடுத்த செயல்முறைகளுக்கான துகள்களின் அளவையும் குறைக்கிறது.
• நுரை மிதப்பு முறை: இது குறைந்த தர பாஸ்பேட் தாதுக்களை மேம்படுத்தப் பயன்படும் ஒரு பொதுவான முறையாகும்.
  • நன்றாக அரைக்கப்பட்ட தாது தண்ணீருடன் கலக்கப்பட்டு ஒரு கூழ்மமாக (slurry) உருவாக்கப்படுகிறது.
  • சேகரிப்பான்கள் (எ.கா., ஓலிக் அமிலம் அல்லது எரிபொருள் எண்ணெய் போன்ற கொழுப்பு அமிலங்கள்) சேர்க்கப்பட்டு, பாஸ்பேட் துகள்களைத் தேர்ந்தெடுத்து நீர் விலக்கும் (hydrophobic) தன்மையுடன் ஆக்குகின்றன.
  • நுரை உருவாக்கும் முகவர்கள் (எ.கா., பைன் எண்ணெய், கிரெசால்ஸ்) நுரையை நிலைப்படுத்த சேர்க்கப்படுகின்றன.
  • கூழ்மத்தின் வழியாக காற்று செலுத்தப்படுகிறது; பாஸ்பேட் துகள்கள் காற்று குமிழ்களுடன் ஒட்டிக்கொண்டு, நுரையாக மேற்பரப்புக்கு உயரும், பின்னர் அது நீக்கப்படுகிறது. கங்கு (எ.கா., சிலிக்கேட்டுகள்) அடியில் படியும்.
• ஈர்ப்புப் பிரிப்பு முறை: பாஸ்பேட் தாதுக்களுக்கு இது குறைவாகவே பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் நுண்ணிய துகள் அளவுகள் மற்றும் சில கங்குகளின் ஒத்த அடர்த்திகள் காரணமாக, ஆனால் அடர்த்தி வேறுபாடுகள் போதுமானதாக இருக்கும் குறிப்பிட்ட தாது வகைகளுக்கு இது பயன்படுத்தப்படலாம்.

3. கச்சா பாஸ்பரஸ் ஆக ஒடுக்குதல் (தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்)

தனிம பாஸ்பரஸ் (குறிப்பாக, வெள்ளை பாஸ்பரஸ், P₄) தொழில்துறை ரீதியாக செறிவூட்டப்பட்ட பாஸ்பேட் பாறையிலிருந்து மின் உலை செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. இந்த முறையில், சிலிக்கா முன்னிலையில் கோக்கினால் கால்சியம் பாஸ்பேட் ஒடுக்கப்படுகிறது.

3.1 மின் உலை செயல்முறை

• கோட்பாடு: செறிவூட்டப்பட்ட பாஸ்பேட் பாறை, சிலிக்கா (மணல்) மற்றும் கோக் (கார்பன்) ஆகியவற்றின் கலவையை ஒரு மின் உலையில் மிக உயர்ந்த வெப்பநிலையில் சூடாக்குவது இந்த செயல்முறையில் அடங்கும்.
• வினைபடு பொருள்கள்:
  • செறிவூட்டப்பட்ட பாஸ்போரைட்: Ca₃(PO₄)₂
  • சிலிக்கா: SiO₂ (அமிலப் பாய்மப் பொருளாகச் செயல்படுகிறது)
  • கோக்: C (ஒடுக்கும் காரணியாகச் செயல்படுகிறது)
• செயல்முறை படிகள்:
  1. இந்த மூலப்பொருட்களின் கவனமாக அளவிடப்பட்ட கலவையானது கிராஃபைட் மின்முனைகள் பொருத்தப்பட்ட ஒரு பெரிய, மூடிய மின் உலையில் தொடர்ச்சியாக செலுத்தப்படுகிறது.
  2. மின்முனைகளுக்கு இடையில் உள்ள மின்வில், 1400-1500 °C வெப்பநிலையை எட்டும் தீவிர வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது.
  3. இந்த அதிக வெப்பநிலையில், சிலிக்கா கால்சியம் பாஸ்பேட்டுடன் வினைபுரிந்து கால்சியம் சிலிக்கேட் கசடு மற்றும் பாஸ்பரஸ் பென்டாக்சைடு (பின்னர் கோக்கினால் ஒடுக்கப்படுகிறது) ஆகியவற்றை உருவாக்குகிறது. ஒட்டுமொத்த வினை:

     2Ca₃(PO₄)₂(s) + 6SiO₂(s) + 10C(s) \rightarrow 6CaSiO₃(l) + P₄(g) + 10CO(g)
     

     • SiO₂ இன் பங்கு: இது கால்சியம் பாஸ்பேட்டின் கார கால்சியம் ஆக்சைடு பகுதியுடன் இணைந்து எளிதில் உருகக்கூடிய கால்சியம் சிலிக்கேட் கசடை (CaSiO₃) உருவாக்குகிறது, இது பாஸ்பரஸ் ஆக்சைடுகளை விட குறைந்த ஆவியாகும் தன்மை கொண்டது, இதனால் பாஸ்பரஸ் வெளியீட்டிற்கு உதவுகிறது.
     • C இன் பங்கு: கோக் ஒரு வலுவான ஒடுக்கும் காரணியாக செயல்படுகிறது, உருவாகும் பாஸ்பரஸ் ஆக்சைடுகளை (அல்லது பாஸ்பேட்டை நேரடியாக) தனிம பாஸ்பரஸாக ஒடுக்குகிறது.
• விளைபொருட்கள்:
  • பாஸ்பரஸ் ஆவி (P₄): இது விரும்பிய விளைபொருள் ஆகும், இது உலை வெப்பநிலையில் வாயுவாக இருக்கும்.
  • கார்பன் மோனாக்சைடு (CO) வாயு: ஒரு துணை விளைபொருள், இது பெரும்பாலும் சேகரிக்கப்பட்டு எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
  • உருகிய கால்சியம் சிலிக்கேட் (CaSiO₃) கசடு: ஒரு துணை விளைபொருள், இது வினை வாயுக்களை விட அடர்த்தியானது மற்றும் கலக்க முடியாதது, மேலும் உலையின் அடிப்பகுதியிலிருந்து வெளியேற்றப்படுகிறது.
• பாஸ்பரஸ் சேகரிப்பு:
  • P₄ ஆவி மற்றும் CO வாயுவின் சூடான கலவை உலையின் மேலிருந்து வெளியேற்றப்படுகிறது.
  • இந்த வாயு கலவையானது பின்னர் நீர்-குளிரூட்டப்பட்ட மின்தேக்கிகள் அல்லது தெளிப்பு கோபுரங்கள் வழியாக செலுத்தப்படுவதன் மூலம் விரைவாக குளிர்விக்கப்படுகிறது.
  • பாஸ்பரஸ் ஆவி திரவ வெள்ளை பாஸ்பரஸ் (P₄) ஆக ஒடுங்குகிறது, இது காற்றில் தானாக எரிவதைத் தடுக்க நீரின் அடியில் சேகரிக்கப்படுகிறது.

4. தூய்மைப்படுத்துதல் மற்றும் சுத்திகரிப்பு

மின் உலை செயல்முறையிலிருந்து பெறப்படும் வெள்ளை பாஸ்பரஸ் பொதுவாக பல தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு போதுமான தூய்மையானது. இருப்பினும், அதிக தூய்மை தேவைப்பட்டால், மேலும் சுத்திகரிப்பு படிகள் மேற்கொள்ளப்படலாம்.

4.1 தூய்மைப்படுத்தும் முறைகள்

• காய்ச்சி வடித்தல்: வெள்ளை பாஸ்பரஸைத் தூய்மைப்படுத்துவதற்கான மிகவும் பொதுவான முறை இதுவாகும். வெள்ளை பாஸ்பரஸ் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த கொதிநிலையைக் (280.5 °C) கொண்டுள்ளது. கச்சா வெள்ளை பாஸ்பரஸை சூடாக்குவதன் மூலம், அது ஆவியாக்கப்பட்டு பின்னர் மீண்டும் ஒடுங்கச் செய்யப்படலாம், இதனால் ஆவியாகாத அசுத்தங்களிலிருந்து பிரிக்கப்படுகிறது.
• வேதி சிகிச்சை: ஆர்சனிக் (பெரும்பாலும் ஆர்சனஸ் ஆக்சைடு, As₂O₃ ஆக இருக்கும்) போன்ற மிகக் குறைந்த அளவு அசுத்தங்கள் சில சமயங்களில் வேதி முறைகள் மூலம் அகற்றப்படலாம், இருப்பினும் காய்ச்சி வடித்தல் பொதுவாக மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, சில ஆக்ஸிஜனேற்றிகள் ஆர்சனிக் சேர்மங்களை குறைந்த ஆவியாகும் வடிவங்களாக மாற்றலாம். இருப்பினும், வணிக வெள்ளை பாஸ்பரஸுக்கு, மூலப்பொருளின் தூய்மையைக் கவனமாகக் கட்டுப்படுத்துவதும், திறமையான காய்ச்சி வடித்தலும் பொதுவாகப் போதுமானது.