జింక్ (Zn) లోహశాస్త్రం మరియు పారిశ్రామిక వెలికితీత

సహజ లభ్యత & ప్రధాన ధాతువులు

జింక్ ఒక మధ్యస్థ చర్యాశీలత గల లోహం, కాబట్టి ఇది ప్రకృతిలో స్వచ్ఛమైన (స్వేచ్ఛా) స్థితిలో లభించదు. ఇది ప్రధానంగా వివిధ ధాతువుల రూపంలో లభిస్తుంది.

జింక్ యొక్క ప్రధాన ధాతువులు

1. జింక్ బ్లెండ్ (స్ఫాలరైట్): ZnS (సల్ఫైడ్ ధాతువు) – పారిశ్రామిక జింక్ వెలికితీతకు ఇది అత్యంత ముఖ్యమైన మరియు సమృద్ధిగా లభించే ధాతువు. ఇది తరచుగా గాలెనా (PbS) మరియు ఐరన్ పైరైట్స్ (FeS₂) తో కలిసి ఉంటుంది.
2. కాలమైన్ (స్మిత్సోనైట్): ZnCO₃ (కార్బోనేట్ ధాతువు) – ఒక ముఖ్యమైన ద్వితీయ ధాతువు.
3. జింకైట్: ZnO (ఆక్సైడ్ ధాతువు) – అరుదుగా లభిస్తుంది, కానీ జింక్ మూలం కూడా.

ధాతువు యొక్క సాంద్రీకరణ

లోహశాస్త్రంలో మొదటి దశ ధాతువు సాంద్రీకరణ, ఇందులో గాంగ్ (అనవసరమైన రాతి పదార్థం) ను ధాతువు నుండి తొలగించడం జరుగుతుంది. ఎంచుకున్న పద్ధతి ధాతువు మరియు గాంగ్ స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

జింక్ బ్లెండ్ (ZnS) కోసం – ఫ్రోత్ ఫ్లోటేషన్ ప్రక్రియ

సల్ఫైడ్ ధాతువు అయిన జింక్ బ్లెండ్ ను, దాని హైడ్రోఫోబిక్ స్వభావం మరియు ఇతర సల్ఫైడ్‌లు లేదా గాంగ్ నుండి ఎంపికగా వేరుచేయగల సామర్థ్యం కారణంగా ఫ్రోత్ ఫ్లోటేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి సాంద్రీకరిస్తారు.

1. సూత్రం: ఈ ప్రక్రియ సన్నగా రుబ్బిన సల్ఫైడ్ ధాతువు కణాలను గాంగ్ నుండి వేరుచేస్తుంది, ధాతువును నూనెతో (ఉదాహరణకు, పైన్ ఆయిల్, శాంథేట్‌లు) మరియు గాంగ్‌ను నీటితో తడిపివేస్తుంది. తరువాత, నురుగును సృష్టించడానికి గాలిని మిశ్రమం ద్వారా పంపుతారు.
2. విధానం:
   • సన్నగా పొడిచేసిన ధాతువును నీటితో కలిపి స్లర్రీని తయారుచేస్తారు.
   • సేకరణ కారకాలు (Collectors): పైన్ ఆయిల్, కొవ్వు ఆమ్లాలు లేదా శాంథేట్‌ల వంటి పదార్థాలను కలుపుతారు. ఇవి సల్ఫైడ్ ధాతువు కణాలకు ఎంపికగా అతుక్కుని, వాటిని నీటిని దూరంగా ఉంచేలా (హైడ్రోఫోబిక్) చేస్తాయి.
   • నురుగు కారకాలు (Frothers): క్రెసోల్‌లు లేదా అనిలిన్ వంటి రసాయనాలను నురుగును స్థిరీకరించడానికి కలుపుతారు.
   • నిరుత్సాహపరచే కారకాలు (Depressants): ZnS తో పాటు PbS ఉన్నప్పుడు సోడియం సైనైడ్ (NaCN) లేదా సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ (NaOH) ను కలపవచ్చు. NaCN నురుగుతో ZnS రాకుండా నిరోధిస్తుంది, PbS ను ముందుగా తేలియాడేలా చేస్తుంది. తరువాత, ZnS ను తేలియాడేలా చేయవచ్చు.
   • మిశ్రమంలోకి గాలిని వేగంగా పంపడం ద్వారా నురుగు ఏర్పడుతుంది, అది ధాతువు కణాలను ఉపరితలానికి చేరుస్తుంది, అయితే గాంగ్ కిందకు settles అవుతుంది. తరువాత నురుగును skimmed ఆఫ్ చేస్తారు.

ముడి లోహంగా క్షయకరణం

సాంద్రీకరణ తరువాత, ధాతువును క్షయకరణానికి అనుకూలమైన రూపంలోకి, సాధారణంగా ఆక్సైడ్‌గా మార్చి, తరువాత ముడి లోహంగా క్షయకరణం చేస్తారు.

1. ధాతువును జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO) గా మార్చడం

సల్ఫైడ్ మరియు కార్బోనేట్ ధాతువులు రెండింటినీ ముందుగా జింక్ ఆక్సైడ్‌గా మార్చబడతాయి.

ఎ. రోస్టింగ్ (ZnS ధాతువు)

• ప్రక్రియ: జింక్ బ్లెండ్ (ZnS) ను అధిక గాలి సమక్షంలో అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (సాధారణంగా 900-1000°C) ఫ్లూయిడైజ్డ్ బెడ్ రోస్టర్‌లో బలంగా వేడిచేస్తారు. ఇది సల్ఫైడ్‌ను ఆక్సైడ్‌గా మరియు సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ వాయువుగా మారుస్తుంది.
• చర్య: 2ZnS(s) + 3O₂(g) \rightarrow 2ZnO(s) + 2SO₂(g)
• గమనిక: ఉత్పత్తి అయ్యే SO₂ ను సాధారణంగా సేకరించి సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (H₂SO₄) తయారీకి ఉపయోగిస్తారు.

బి. కాల్సినేషన్ (ZnCO₃ ధాతువు)

• ప్రక్రియ: కాలమైన్ (ZnCO₃) ధాతువును గాలి లేని వాతావరణంలో 800-900°C వద్ద రోటరీ కిల్‌లలో వేడిచేస్తారు. ఇది కార్బోనేట్‌ను జింక్ ఆక్సైడ్ మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్‌గా విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది.
• చర్య: ZnCO₃(s) \rightarrow ZnO(s) + CO₂(g)

2. జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO) ను ముడి జింక్‌గా క్షయకరణం

జింక్ ఆక్సైడ్‌ను లోహ జింక్‌గా క్షయకరణం చేయడానికి రెండు ప్రధాన పద్ధతులు ఉన్నాయి:

ఎ. స్మెల్టింగ్ (కార్బన్ క్షయకరణ ప్రక్రియ)

• సూత్రం: జింక్‌కు సాపేక్షంగా తక్కువ మరిగే స్థానం (907°C) ఉంటుంది, ఇది అవసరమైన క్షయకరణ ఉష్ణోగ్రత (1100-1400°C) కంటే తక్కువ. కాబట్టి, జింక్ ఒక ఆవిరిగా లభిస్తుంది మరియు దానిని వేగంగా ఘనీభవనం చేయాలి.
• ప్రక్రియ:
  • సాంద్రీకరించిన ZnO (రోస్టింగ్ లేదా కాల్సినేషన్ నుండి) ను పొడిచేసిన కోక్ (కార్బన్) తో కలిపి నిలువు రెటార్ట్‌లు లేదా ఎలక్ట్రోథెర్మిక్ కొలిమిలలో వేడిచేస్తారు.
  • చర్య: ZnO(s) + C(s) \rightarrow Zn(g) + CO(g) (1100-1400°C వద్ద)
  • ఉత్పత్తి అయ్యే జింక్ ఆవిరిని ద్రవ జింక్‌ను (