சோடியம் (Na) உலோகம்: உலோகவியல் மற்றும் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கையில் கிடைப்பது மற்றும் முக்கிய தாதுக்கள்

சோடியம் ஒரு தீவிர வினைபுரியும் கார உலோகம் என்பதால், இது இயற்கையில் தனித்த, தனிம நிலையில் ஒருபோதும் காணப்படுவதில்லை. இது எப்போதும் பல்வேறு தாதுக்களுடன் சேர்ந்த வடிவங்களிலோ அல்லது கடல் நீரில் கரைந்த நிலையிலோ காணப்படுகிறது.

• சோடியம் குளோரைடு (சாதாரண உப்பு அல்லது ஹலைட்): NaCl (பாறை உப்புப் படிவுகளாகவும் கடல் நீரில் கரைந்த நிலையிலும் காணப்படுகிறது). இது தொழில்துறை பிரித்தெடுப்பிற்கான முதன்மை ஆதாரமாகும்.
• சோடியம் கார்பனேட் (சலவைத்தூள் அல்லது ட்ரோனா): Na₂CO₃·10H₂O (சலவைத்தூள்) அல்லது Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O (ட்ரோனா).
• சோடியம் நைட்ரேட் (சிலி சால்ட்பீட்டர்): NaNO₃.
• சோடியம் சல்பேட் (க்ளாபரின் உப்பு): Na₂SO₄·10H₂O.
• போராக்ஸ்: Na₂B₄O₇·10H₂O.
• கிரையோலைட்: Na₃AlF₆.

தாதுவை அடர்ப்பித்தல்

சோடியத்தின் தொழில்துறை பிரித்தெடுப்பிற்கு, முதன்மைத் தாது சோடியம் குளோரைடு (NaCl) ஆகும். அடர்ப்பிக்கும் முறைகள் மூலத்தைப் பொறுத்து அமையும்:

• கடல் நீரிலிருந்து: கடல் நீரில் தோராயமாக 2.7% NaCl எடையளவில் உள்ளது. சூரிய ஆவியாதல் மூலம் அடர்ப்பிக்கும்போது, கச்சா உப்பு படிகமாக்கப்படுகிறது.
• பாறை உப்புப் படிவுகளிலிருந்து: பாறை உப்பு என்பது NaCl இன் ஒரு கனிம வடிவமாகும், இது நிலத்தடிப் படிவுகளிலிருந்து நேரடியாக வெட்டி எடுக்கப்படுகிறது. இது பெரும்பாலும் ஏற்கனவே போதுமான அளவு தூய்மையானதாக இருப்பதால், பிரித்தெடுக்கும் செயல்முறைக்கு முன் குறைந்தபட்ச அல்லது கூடுதல் அடர்ப்பிக்கும் படிகள் தேவையில்லை.
• கச்சா உப்பை தூய்மையாக்குதல்: கடல் நீரிலிருந்தோ அல்லது சுரங்கத்திலிருந்தோ பெறப்படும் கச்சா உப்பில் MgCl₂ மற்றும் CaCl₂ போன்ற அசுத்தங்கள் இருக்கலாம். இவை அதிக நீருறிஞ்சும் தன்மையுடையவை மற்றும் உப்பை மெழுகுபோல் திரவம் ஆக்கும். குறைந்தபட்ச நீரில் கச்சா உப்பைக் கரைத்து, கரையாத அசுத்தங்களை அகற்ற வடிகட்டி, பின்னர் செறிவூட்டப்பட்ட கரைசல் வழியாக HCl வாயுவை செலுத்துவதன் மூலம் தூய்மையாக்கலாம். இது பொது அயனி விளைவின் காரணமாக தூய NaCl ஐ வீழ்படிவாக்குகிறது, ஏனெனில் NaCl ஆனது MgCl₂ மற்றும் CaCl₂ ஐ விட குறைவாக கரைகிறது.

கச்சா உலோகமாக ஒடுக்குதல்

சோடியம் அதிக எலக்ட்ரான் நேர்மறைத் தன்மை மற்றும் வலுவான ஒடுக்கும் தன்மை கொண்டிருப்பதால், வேதியியல் ஒடுக்க முறைகள் (எ.கா., கார்பனைப் பயன்படுத்துதல்) மூலம் இதை பிரித்தெடுக்க முடியாது. இது தண்ணீருடன் தீவிரமாக வினைபுரிவதால், நீர்க்கரைசல் மின்னாற்பகுப்பு சாத்தியமற்றது. தொழில்துறை பிரித்தெடுப்பு பிரத்தியேகமாக உருகிய சோடியம் குளோரைடின் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் செய்யப்படுகிறது.

டவுன்ஸின் செயல்முறை

டவுன்ஸின் செயல்முறை என்பது சோடியம் உலோக உற்பத்திக்கான மிகவும் பொதுவான தொழில்துறை முறையாகும்.

கோட்பாடு:

உருகிய NaCl ஐ, உருகுநிலையைக் குறைக்க மற்ற உப்புகளுடன் கலந்து மின்னாற்பகுப்பு செய்வதன் மூலம், சோடியம் உலோகம் எதிர்மின்வாயிலும் குளோரின் வாயு நேர்மின்வாயிலும் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.

டவுன்ஸ் மின்கலத்தின் விளக்கம்:

டவுன்ஸ் மின்கலம் ஒரு வட்ட வடிவ மின்கலமாகும், இதில் உள்ளடங்குபவை:

• கிராஃபைட் நேர்மின்வாய்: மையத்தில் அமைந்துள்ளது.
• இரும்பு எதிர்மின்வாய்: உருளை வடிவில், நேர்மின்வாயைச் சுற்றி அமைந்துள்ளது.
• எஃகு வலைத்தடுப்பு (Diaphragm): ஒரு கம்பி வலைத்தடுப்பு நேர்மின்வாய் மற்றும் எதிர்மின்வாய் அறைகளை பிரிக்கிறது. இந்தத் தடுப்பு, உருகிய சோடியம் (எதிர்மின்வாயில் உற்பத்தி செய்யப்படுவது) மற்றும் குளோரின் வாயு (நேர்மின்வாயில் உற்பத்தி செய்யப்படுவது) மீண்டும் சேர்ந்து வெடிக்கும் வினையைத் தடுக்கிறது.
• வெளிப்புற உறை: ஒரு வெப்பந்தாங்கும் (refractory) பூச்சு கொண்ட எஃகு பாத்திரம்.

மின்பகுளிக் கரைசல்:

• மின்பகுளிக் கரைசல் NaCl, CaCl₂, மற்றும்/அல்லது BaCl₂ ஆகியவற்றின் கலவையாகும்.
• தூய NaCl மிக அதிக உருகுநிலையை (801 °C) கொண்டுள்ளது. ஆற்றல் செலவுகளைக் குறைக்கவும், சோடியம் ஆவியாவதைக் குறைக்கவும், ஒரு யூடெக்டிக் கலவை பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• கலவை: தோராயமாக 42% NaCl மற்றும் 58% CaCl₂. சில சமயங்களில் BaCl₂ சேர்க்கப்படுகிறது.
• கலவையின் உருகுநிலை: கலவையானது மிகவும் குறைந்த வெப்பநிலையில், பொதுவாக 580-600 °C சுற்றி உருகுகிறது.
• CaCl₂/BaCl₂ இன் செயல்பாடு:
  • மின்பகுளிக் கரைசலின் உருகுநிலையைக் குறைக்கிறது, ஆற்றலைச் சேமிக்கிறது.
  • உருகிய கரைசலின் மின் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கிறது.
  • NaCl ஐ விட அதிக சிதைவு மின்அழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளது, இதனால் செயல்படும் நிலைமைகளின் கீழ் Ca²⁺ அல்லது Ba²⁺ அயனிகள் அல்லாமல் Na⁺ அயனிகள் மட்டுமே எதிர்மின்வாயில் ஒடுக்கப்படுவதை உறுதி செய்கிறது (இருப்பினும், நிலைமைகள் கவனமாகக் கட்டுப்படுத்தப்படாவிட்டால், சில Ca உலோகம் சேர்ந்து படியலாம், அது உருகிய சோடியத்தில் கரைந்து தூய்மையாக்கும்போது அகற்றப்படும்).

டவுன்ஸ் மின்கலத்தில் ஏற்படும் வினைகள்:

உருகிய கலவையில் Na⁺, Ca²⁺, மற்றும் Cl⁻ அயனிகள் உள்ளன.

• எதிர்மின்வாயில் (இரும்பு, எதிர்மறை மின்வாய்): Na⁺ (உருகியது) + e⁻ → Na (நீர்மம்) (சோடியம் அயனிகள் உருகிய சோடியம் உலோகமாக ஒடுக்கப்படுதல்)
• நேர்மின்வாயில் (கிராஃபைட், நேர்மறை மின்வாய்): 2Cl⁻ (உருகியது) → Cl₂ (வாயு) + 2e⁻ (குளோரைடு அயனிகள் குளோரின் வாயுவாக ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடைதல்)

தயாரிப்பு சேகரிப்பு:

• உருகிய சோடியம்: மின்பகுளிக் கரைசலை விட அடர்த்தி குறைவாக இருப்பதால், உருகிய சோடியம் எதிர்மின்வாய் அறையில் உள்ள மின்பகுளிக் கரைசலின் மேற்பரப்பில் மிதக்கிறது. இது உருகிய சோடியத்தில் அமிழ்த்தப்பட்ட ஒரு தலைகீழான சேகரிப்புக் குழாய் மூலம் தொடர்ந்து சேகரிக்கப்பட்டு, உறிஞ்சி எடுக்கப்படுகிறது.
• குளோரின் வாயு: குளோரின் வாயு காற்றை விட அடர்த்தி அதிகமாக இருப்பதால், நேர்மின்வாய்க்கு மேலே உள்ள ஒரு தலைகீழ் குடத்திலிருந்து சேகரிக்கப்பட்டு, மேலும் தொழில்துறை பயன்பாட்டிற்காக அனுப்பப்படுகிறது.

முக்கிய நிபந்தனைகள் மற்றும் கவனிக்க வேண்டியவை:

• வெப்பநிலை: 580-600 °C (தூய சோடியத்தின் உருகுநிலையான 98 °C ஐ விடக் குறைவு, ஆனால் மின்பகுளிக் கரைசலின் உருகுநிலையை விட அதிகம்).
• மின்னழுத்தம்: தோராயமாக 6-7 வோல்ட்.
• தடுப்பு: Na மற்றும் Cl₂ மீண்டும் சேர்வதைத் தடுக்க அவசியம்.

தூய்மையாக்குதல் மற்றும் சுத்திகரிப்பு

டவுன்ஸ் செயல்முறையிலிருந்து பெறப்படும் சோடியம் உலோகம் பொதுவாக மிகவும் தூய்மையானது (சுமார் 99.5%). முக்கிய அசுத்தமாக, இருந்தால், பொதுவாக கரைந்த கால்சியம் இருக்கும், இது செயல்படும் வெப்பநிலை மிக அதிகமாக இருந்தால் உருவாகலாம், இது Ca²⁺ அயனிகளின் ஒடுக்கத்திற்கு வழிவகுக்கும்.

• கால்சியத்தை நீக்குதல்: கால்சியம் இருந்தால், அதை பின்வருமாறு நீக்கலாம்:
  • வடிகட்டுதல்: உருகிய சோடியத்தை சுமார் 120 °C க்கு குளிர்விப்பது கால்சியம் வீழ்படிவாக்க காரணமாகிறது, பின்னர் அதை வடிகட்டலாம்.
  • பகுபடுக படிகமாக்கல்: மாற்றாக, கால்சியம் கொண்ட உருகிய சோடியத்தை மெதுவாக குளிர அனுமதிக்கப்படுகிறது. சோடியம் முதலில் படிகமாகிறது, மீதமுள்ள திரவத்தில் கால்சியத்தை கரைந்த நிலையில் விட்டுச்செல்கிறது, பின்னர் அதை பிரிக்கலாம்.

சுத்திகரிக்கப்பட்ட சோடியம் பின்னர் கட்டிகளாக வார்ப்படப்படுகிறது அல்லது காற்று அல்லது ஈரப்பதத்துடன் வினைபுரிவதைத் தடுக்க ஒரு மந்தமான வளிமண்டலம் அல்லது கனிம எண்ணெயின் கீழ் பீப்பாய்களில் நிரப்பப்படுகிறது.