உலோகவியல் மற்றும் கந்தகத்தின் (S) தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கையான இருப்பு மற்றும் முக்கிய தாதுக்கள்

கந்தகம் இயற்கையில் தனித்த (தனிம நிலை) மற்றும் சேர்ம நிலை ஆகிய இரண்டிலும் பரவலாகக் காணப்படுகிறது.

தனித்த (தனிம) நிலை

• படிவுகள் முக்கியமாக எரிமலைப் பகுதிகள், உப்புப் பாறைகள் (எ.கா., அமெரிக்கா, மெக்சிகோவின் வளைகுடாப் பகுதி), மற்றும் படிவுப் பாறைகளில் காணப்படுகின்றன. இந்த படிவுகள் படிக கந்தகத்தைக் கொண்டுள்ளன.

சேர்ம நிலை

கந்தகம் பல சேர்மங்களின் ஒரு அங்கமாகும், அவற்றுள்:

• சல்பைடு தாதுக்கள்:
  • கலினா (லெட் சல்பைடு, PbS)
  • துத்தநாக ப்ளெண்ட் (துத்தநாக சல்பைடு, ZnS)
  • இரும்பு பைரைட்டுகள் (இரும்பு(II) டைசல்பைடு, FeS₂)
  • தாமிர பைரைட்டுகள் (தாமிர இரும்பு சல்பைடு, CuFeS₂)
  • சின்னபார் (மெர்க்குரி சல்பைடு, HgS)
  • அர்ஜென்டைட் (வெள்ளி சல்பைடு, Ag₂S)
• சல்பேட் தாதுக்கள்:
  • ஜிப்சம் (கால்சியம் சல்பேட் டைஹைட்ரேட், CaSO₄·2H₂O)
  • எப்சம் உப்பு (மெக்னீசியம் சல்பேட் ஹெப்டாஹைட்ரேட், MgSO₄·7H₂O)
  • பரைட்ஸ் (பேரியம் சல்பேட், BaSO₄)
• கரிமச் சேர்மங்கள்:
  • நிலக்கரி, பெட்ரோலியம் மற்றும் இயற்கை எரிவாயுவில், பெரும்பாலும் ஹைட்ரஜன் சல்பைடு (H₂S) அல்லது கரிம கந்தகச் சேர்மங்களாகக் காணப்படுகிறது.

தாதுவை செறிவூட்டுதல்

தனிம கந்தகப் படிவுகளுக்கு, நுரை மிதப்பு அல்லது ஈர்ப்புப் பிரிப்பு போன்ற பாரம்பரிய தாது செறிவூட்டும் நுட்பங்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. முதன்மை தொழில்துறை பிரித்தெடுக்கும் முறையான ஃப்ராஷ் செயல்முறை, தனிம கந்தகத்தை நேரடியாக உருகிய நிலையில் பிரித்தெடுக்கிறது, சுற்றியுள்ள அசுத்தங்களிலிருந்து அதை திறம்பட பிரிக்கிறது.

சேர்ம நிலைமைகளில் இருந்து மீட்கப்படும் கந்தகத்திற்கு:

• ஹைட்ரஜன் சல்பைடிலிருந்து (H₂S): H₂S, பொதுவாக இயற்கை எரிவாயு அல்லது பெட்ரோலியத்தில் காணப்படுகிறது, இது அமீன்களைப் (எ.கா., மோனோஎத்தனோலமைன்) பயன்படுத்தி மற்ற வாயுக்களிலிருந்து தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டு உறிஞ்சப்படுகிறது. பின்னர் H₂S வெப்பப்படுத்துவதன் மூலம் பிரிக்கப்பட்டு மேலும் செயலாக்கத்திற்கு (கிளாஸ் செயல்முறை) அனுப்பப்படுகிறது. இது ஒரு வகையான வேதியியல் செறிவூட்டலாக செயல்படுகிறது.
• சல்பைடு தாதுக்களிலிருந்து: துத்தநாகம் அல்லது லெட் போன்ற உலோகங்கள் அவற்றின் சல்பைடு தாதுக்களிலிருந்து (எ.கா., ZnS, PbS) பிரித்தெடுக்கப்படும்போது, தாதுக்கள் பொதுவாக வறுக்கப்பட்டு உலோக ஆக்சைடுகள் மற்றும் சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO₂) உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இந்த SO₂ ஐ சல்பூரிக் அமிலமாக மாற்றலாம் அல்லது சில சந்தர்ப்பங்களில் தனிம கந்தகமாக குறைக்கலாம். இங்கு, கந்தகம் ஒரு மதிப்புமிக்க துணை தயாரிப்பு ஆகும், மேலும் அதன் “செறிவூட்டல்” என்பது புகை வாயுக்களிலிருந்து SO₂ ஐப் பிரிப்பதை உள்ளடக்கியது.

கச்சா உலோகமாகக் குறைத்தல் (தனிம கந்தகத்தைப் பிரித்தெடுத்தல்)

தனிம கந்தகத்தைப் பெறுவதற்கான இரண்டு முக்கிய தொழில்துறை முறைகள் ஃப்ராஷ் செயல்முறை (தனிம கந்தகப் படிவுகளுக்கு) மற்றும் கிளாஸ் செயல்முறை (H₂S இலிருந்து கந்தகத்தை மீட்டெடுக்க).

1. ஃப்ராஷ் செயல்முறை

இந்த செயல்முறை நிலத்தடிப் படிவுகளிலிருந்து தனிம கந்தகத்தைப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படுகிறது, அங்கு இது பொதுவாக ஊடுருவ முடியாத அடுக்குகளால் மூடப்பட்ட நுண்துளை பாறை அமைப்புகளில் காணப்படுகிறது.

கொள்கை: கந்தகம் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த உருகுநிலையைக் (சுமார் 115°C) கொண்டுள்ளது. மிகை சூடாக்கப்பட்ட நீர் படிவுகளில் செலுத்தப்பட்டு கந்தகம் உருகச் செய்யப்படுகிறது, பின்னர் அது அழுத்தப்பட்ட காற்றைப் பயன்படுத்தி மேற்பரப்புக்கு கொண்டு வரப்படுகிறது.

செயல்முறை படிகள் (வரைபட விளக்கம்): ஃப்ராஷ் செயல்முறை கந்தகப் படிவில் துளையிடப்பட்ட மூன்று ஒரே மையக் குழாய்களைக் கொண்ட அமைப்பைப் பயன்படுத்துகிறது:

1. வெளிப்புறக் குழாய்: மிகை சூடாக்கப்பட்ட நீர் (சுமார் 170°C மற்றும் 10 atm அழுத்தம்) இந்தக் குழாய் வழியாக செலுத்தப்படுகிறது. சூடான நீர் சுற்றியுள்ள கந்தகத்தை உருக்குகிறது.
2. உட்புறக் குழாய்: அழுத்தப்பட்ட காற்று (சுமார் 15-20 atm அழுத்தத்தில்) இந்தக் குழாய் வழியாக செலுத்தப்படுகிறது.
3. நடுக் குழாய்: உருகிய கந்தகம், நீரை விட அடர்த்தி அதிகம் என்பதால், கிணற்றின் அடிப்பகுதிக்குச் செல்கிறது. உட்புறக் குழாயில் செலுத்தப்படும் அழுத்தப்பட்ட காற்று ஒரு காற்று-தூக்கிப் பம்பை உருவாக்கி, உருகிய கந்தகம், நீர் மற்றும் காற்றின் கலவையை நடுக் குழாய் வழியாக மேற்பரப்புக்குத் தள்ளுகிறது.

மேற்பரப்பில், உருகிய கந்தகம் பெரிய தொட்டிகளில் சேகரிக்கப்படுகிறது அல்லது திறந்த குழிகளில் குளிர அனுமதிக்கப்படுகிறது, அங்கு அது பெரிய தொகுதிகளாகத் திடப்படுத்துகிறது. இந்த முறையில் பெறப்படும் கந்தகம் பொதுவாக 99.5% தூய்மையானது.

2. கிளாஸ் செயல்முறை

இந்த செயல்முறை ஹைட்ரஜன் சல்பைடு (H₂S) இலிருந்து தனிம கந்தகத்தை மீட்டெடுப்பதற்கு முக்கியமானது, இது இயற்கை எரிவாயு, சுத்திகரிப்பு வாயுக்கள் மற்றும் நிலக்கரி வாயுவாக்கத்தில் இருந்து கிடைக்கும் துணை தயாரிப்புகளில் பொதுவான அசுத்தமாகும். H₂S நச்சுத்தன்மை வாய்ந்த மற்றும் அரிக்கக்கூடியது என்பதால் இது ஒரு முக்கியமான சுற்றுச்சூழல் செயல்முறையாகும்.

ஒட்டுமொத்த வினை: 2H₂S(g) + SO₂(g) → 3S(l) + 2H₂O(g)

செயல்முறை படிகள்:

1. வெப்ப ஆக்சிஜனேற்றம் (உலை பகுதி): உள்ளே வரும் H₂S நீரோட்டத்தில் மூன்றில் ஒரு பங்கு, உயர் வெப்பநிலையில் (950-1200°C) ஒரு உலையில் காற்றுடன் முழுமையாக எரிக்கப்பட்டு சல்பர் டை ஆக்சைடு (SO₂) உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது: 2H₂S(g) + 3O₂(g) → 2SO₂(g) + 2H₂O(g) அதே நேரத்தில், வினைபுரியாத H₂S மற்றும் புதிதாக உருவான SO₂ பகுதியளவில் வினைபுரிந்து தனிம கந்தகத்தை உருவாக்குகின்றன: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(l) + 2H₂O(g) உருவான உருகிய கந்தகம் ஒடுக்கப்பட்டு அகற்றப்படுகிறது.
2. வினையூக்கி மாற்றம் (உலை பகுதி): மீதமுள்ள வாயு நீரோட்டம், H₂S மற்றும் SO₂ ஐக் கொண்டு, குறைந்த வெப்பநிலையில் (200-350°C) வினையூக்கி மாற்றிகள் (வழக்கமாக பாக்சைட் அல்லது செயல்படுத்தப்பட்ட அலுமினா வினையூக்கிகளால் நிரப்பப்பட்டவை) வழியாக அனுப்பப்படுகிறது. H₂S மற்றும் SO₂ க்கு இடையேயான கந்தகம் உருவாகும் வினை மேலும் ஊக்குவிக்கப்படுகிறது: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(g) + 2H₂O(g) கந்தக மீட்டெடுப்பை அதிகரிக்க பல வினையூக்கி நிலைகள், இடைநிலை குளிர்விப்பு மற்றும் கந்தக ஒடுக்கம் ஆகியவற்றுடன் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கந்தக ஆவி உருகிய திரவமாக ஒடுங்குகிறது.

கிளாஸ் செயல்முறை பொதுவாக 95-99% கந்தக மீட்புத் திறனை அடைகிறது.

சுத்திகரிப்பு மற்றும் தூய்மையாக்குதல்

ஃப்ராஷ் செயல்முறையிலிருந்து பெறப்படும் கந்தகம் பொதுவாக மிகத் தூய்மையானது (~99.5%) மற்றும் மேலும் விரிவான தூய்மையாக்கலின்றி பெரும்பாலான தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது. கிளாஸ் செயல்முறையிலிருந்து வரும் கந்தகமும் பொதுவாக அதிக தூய்மையானது. இருப்பினும், இன்னும் அதிக தூய்மை தேவைப்படும் குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்கு, அல்லது அசுத்தங்களின் தடயங்களை அகற்ற, மேலும் சுத்திகரிப்பு படிகளைப் பயன்படுத்தலாம்.

1. காய்ச்சி வடித்தல்:
   • கச்சா கந்தகம் ஆவியாக்கப்பட வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது (கொதிநிலை ~445°C).
   • கந்தக ஆவி பின்னர் குளிர்விக்கப்பட்டு ஒடுக்கப்பட்டு மிகத் தூய்மையான கந்தகம் பெறப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை கந்தகத்தை ஆவியாகாத அசுத்தங்களிலிருந்து பிரிக்கிறது.
   • கந்தக ஆவியை விரைவாகக் குளிர்விப்பது “கந்தகப் பூக்கள்” (பதங்கமான கந்தகம்) என்று அழைக்கப்படும் மெல்லிய தூள் கந்தகத்தை உருவாக்குகிறது.
2. கழுவுதல்:
   • உருகிய கந்தகம் நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்தால் கழுவப்பட்டு கரிம அசுத்தங்களை அகற்றலாம், பின்னர் நீர் கொண்டு கழுவி அமிலத் தடயங்களை அகற்றலாம்.
3. வடிகட்டுதல்:
   • உருகிய கந்தகம் பொருத்தமான ஊடகங்கள் வழியாக வடிகட்டப்பட்டு தொங்கும் திட அசுத்தங்களை அகற்றலாம்.