లోహాలు

 లోహాల ఉనికి

• భూమి వల్కలంలో అత్యంత విస్తారంగా లభించే మూలకం ఆక్సిజన్(45.5 శాతం). 
• ఆక్సిజన్ తర్వాత విస్తృతిని సిలికాన్(27 శాతం) ఆక్రమిస్తుంది. 
• భూపటలంలో లభించే మూలకాల్లో మూడోది, లోహాల్లో మొదటిది అల్యూమినియం(8.3 శాతం). 
• రెండోది ఇనుము(5శాతం). 
• మూలకాల్లో నాలుగో స్థానం, మనిషి ఉపయోగించిన మొదటి లోహం రాగి (కాపర్). 
• అత్యధికంగా వినియోగించే లోహం ఇనుము(ఐరన్).

 

లోహ సంగ్రహణ

• బంగారం(గోల్డ్), ప్లాటినం లాంటి కొన్ని లోహాలు మాత్రమే ప్రకృతిలో స్వాభావికంగా లభిస్తాయి. 
• కార్బన్, సల్ఫర్ భూమి పైపొరల్లో స్వేచ్ఛాస్థితిలో ఉంటాయి. 
• ఉత్కృష్ట వాయువులు గాలిలో స్వేచ్ఛగా ఉంటాయి. 
• ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్లు గాలిలో స్వేచ్ఛాస్థితిలో ఉన్నప్పటికీ ఇతర మూలకాల్లో సంయోగ పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి. దాదాపు మిగిలిన మూలకాలన్నీ ఒకదానితో మరోటి కలిసి భూమి పొరల్లో సంయోగ పదార్థాలుగా ఉంటాయి. 
• సహజంగా లభించే లోహ సంయోగ పదార్థాల నుంచి లోహాన్ని నిష్కర్షించి వేరు చేసే పద్ధతిని ‘లోహ నిష్కర్షణ’ అంటారు. 
• సమ్మేళనాల నుంచి లోహాలను సంగ్రహించడం, శుద్ధి చేయడంతోపాటు వివిధ మిశ్రమ లోహాలు తయారు చేయడం లోహ సంగ్రహణశాస్త్ర పరిధిలోకి వస్తాయి.

 

ఖనిజాలు (మినరల్స్)
          ప్రకృతిలో లభించే లోహ సమ్మేళనాలు ఇసుక, రాళ్లు, బంకమన్ను మొదలైన మలినాల తో కలిసి ఉంటాయి. ఈ విధంగా లభించే లోహాల ముడి పదార్థాలను ఖనిజాలు అంటారు. 

          గనుల నుంచి తవ్వి ఖనిజాలను వెలికి తీస్తారు. అయితే అన్ని ఖనిజాల నుంచి లోహాన్ని వేరు చేయడం లాభదాయకం కాదు. వాణిజ్యపరంగా ఏ ఖనిజం నుంచి లాభదాయకంగా లోహాన్ని వేరు చేస్తారో దాన్ని ఆ లోహధాతువు(ఓర్) అంటారు. ఉదాహరణకు అల్యూమినియం.. బాక్సైట్ రూపంలో, కయోలినైట్ అనే బంకమన్ను.. కోరండం, డయాస్పోర్‌లుగా లభిస్తాయి. ఇవన్నీ అల్యూమినియం ఖనిజాలు. కానీ అల్యూమినియం లోహాన్ని ‘బాక్సైట్’ నుంచి మాత్రమే లాభసాటిగా సంగ్రహిస్తారు. అందువల్ల బాక్సైట్‌ను అల్యూమినియం ధాతువుగా పరిగణిస్తారు.
ఎక్కువ శాతం లోహాలు ఆక్సైడ్లుగా లభిస్తాయి. ఇతరత్రా కార్బొనేట్లు, సల్ఫేట్లు, సల్ఫైడ్లు, క్లోరైడ్‌ల రూపాల్లో లభిస్తాయి.

ఖనిజ రూపం	ఖనిజాలు
ఆక్సైడ్	బాక్సైట్, హెమటైట్, మాగ్నటైట్, మోనోజైట్, సిలికా, జింకైట్ (ఫిలాసఫర్స్ ఊల్).
కార్బొనేట్	సున్నపురాయి, మాలకైట్, కాలమైన్, డోలమైట్, సిడరైట్
సల్ఫేట్	బెరైటీస్, జిప్సం.
సల్ఫైడ్	పైరైటీస్, సిన్నబార్, గెలీనా, కాపర్ గ్లాన్స్.
క్లోరైడ్	కార్నలైట్, హార్‌‌న సిల్వర్, రాతి ఉప్పు(రాక్‌సాల్ట్).

          ధాతువును ఎంచుకునేటప్పుడు కేవలం ఆర్థికాంశాలే కాకుండా పర్యావరణ అంశాలను కూడా పరిగణనలోకి తీసుకుంటారు. ఉదాహరణకు సల్ఫైడ్ ఖనిజమైన ‘ఐరన్ పైరైటీస్’ నుంచి ఐరన్‌ను సంగ్రహిస్తే అది వాతావరణాన్ని కలుషితం చేసి ఆమ్ల వర్షాలకు కారణమయ్యే ‘సల్ఫర్ డై ఆక్సైడ్’ను విడుదల చేస్తుంది. కాబట్టి ఆక్సైడ్ ఖనిజాలైన హైమటైట్ లాంటి ఖనిజాలను ఉపయోగిస్తారు.

 

సాంద్రీకరణ

           ముడి ఖనిజాల్లో చాలా వరకు మాలిన్యాలు ఉంటాయి. వీటి నుంచి శుద్ధ లోహాన్ని పొందడానికి కొన్ని రసాయన ప్రక్రియల ద్వారా మలినాలను తొలగిస్తారు. ఈ పద్ధతిని ‘సాంద్రీకరణ’ అంటారు.

సాంద్రీకరణ పద్ధతులు
లెవిగేషన్: గురుత్వాకర్షణ సూత్రంపై ఆధారపడిన సాంద్రీకరణ పద్ధతిలో వేగంగా వచ్చే నీటి ధారతో చూర్ణం చేసిన ముడి ఖనిజాన్ని కడుగుతారు. తేలికైన మాలిన్య కణాలు నీటి ప్రవాహంతో కొట్టుకుపోగా బరువైన శుద్ధి ముడి ఖనిజ కణాలు నిలిచిపోతాయి. ఇది భౌతిక పద్ధతి.
ప్లవన క్రియ: సల్ఫైడ్ ఖనిజాల నుంచి మలినాలను తొలగించడానికి ఈ పద్ధతిలో చూర్ణం చేసిన ముడి ఖనిజాన్ని నీటిలో అవలంబనం చేస్తారు. అనంతరం నూనె సమక్షంలో గాలిని పంపిస్తూ గిలకరించడం వల్ల పైన ఏర్పడే నురుగులోకి ఖనిజ కణాలు వస్తాయి. నురుగు కోసం పైన్ ఆయిల్, కొవ్వు ఆమ్లాలు, గ్జాంథేట్‌లను కలుపుతారు. జింక్, లెడ్ లాంటి లోహాల ఖనిజాలను ఈ విధంగా సాంద్రీకరిస్తారు. ఇది కూడా భౌతిక పద్ధతి.
లీచింగ్ (నిక్షాళనం): ఇది ఒక రసాయన పద్ధతి. ఇందులో ధాతువు రసాయన స్వభావాన్ని అనుసరించి, తగిన కారకాన్ని ఉపయోగించి, ధాతువు మాత్రమే ద్రావణంలో కరిగేలా చేస్తారు. కరగకుండా మిగిలిపోయిన మలినాలను వడపోత ద్వారా వేరు చేస్తారు. ఉదాహరణకు బాక్సైట్‌ను సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఉపయోగించి లీచింగ్ చేస్తారు.
అయస్కాంత వేర్పాటు పద్ధతి: ముడి ఖనిజానికి కానీ, మలినానికి కానీ అయస్కాంత ధర్మం ఉంటే ఈ పద్ధతిలో సాంద్రీకరిస్తారు. చూర్ణం చేసిన ముడి ఖనిజాన్ని అయస్కాంత రోల్గర్ మీద తిరిగే కన్వేయర్ బెల్ట్ మీద పడేలా చేస్తే ఖనిజం మాలిన్యం నుంచి వేరు అవుతుంది. ఈ పద్ధతిలో ఇనుప ఖనిజాలను, టిన్ స్పోన్‌ను సాంద్రీకరిస్తారు.

ముడి లోహాన్ని సంగ్రహించడం
ధాతువు నుంచి లోహాన్ని సంగ్రహించడానికి కొన్ని రసాయన ప్రక్రియలను అవసరానికి తగినట్లు ఉపయోగిస్తారు. వాటిలో ముఖ్యమైన ప్రక్రియలు.
భస్మీకరణం(కాల్సినేషన్): ధాతువును గాలి లేకుండా బాగా వేడి చేసి బాష్పశీల (వాయురూప) మలినాలను తొలగించే పద్ధతిని భస్మీకరణం అంటారు. కార్బొనేట్, బైకార్బొనేట్ ఖనిజాలకు ఈ పద్ధతిని ఎక్కువగా ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు కాల్షియం కార్బొనేట్ (సున్నపురాయి)ని భస్మీకరణం చేస్తే కాల్షియం ఆక్సైడ్ (సున్నం) ఏర్పడుతుంది. కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ వేరు పడుతుంది.
భర్జనం(రోస్టింగ్): గాలి సరఫరా చేస్తూ లోహ ద్రవీభవన స్థానం కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కొలిమిలో ముడి ఖనిజాన్ని వేడి చేసే ప్రక్రియ భర్జనం. ప్రధానంగా సల్ఫైడ్ ఖనిజాలను ఆక్సైడ్‌లుగా మార్చేందుకు ఈ పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు రివర్బరేటరీ కొలిమిలో కాపర్ సల్ఫైడ్ ఖనిజాన్ని భర్జనం చేస్తారు.
ప్రగలనం: ధాతువును ద్రవకారి(ధాతువు ద్రవీకరణ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించే పదార్థం) కలిపి కానీ లేకుండా కానీ వేడిచేసి లోహాన్ని ద్రవస్థితిలో పొందే ప్రక్రియను ప్రగలనం అంటారు.
క్షయకరణం: లోహ ఆక్సైడ్‌లను సాధారణంగా కోక్(కార్బన్) లేదా కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO) కలిపి వేడి చేస్తారు. ఈ ప్రక్రియలో అవి ఆక్సిజన్‌ను కోల్పోయి లోహాలుగా క్షయకరణం చెందుతాయి. ఉదాహరణకు ‘బ్లాస్ట్ ఫర్నేసు’లో కోక్ మండటం వల్ల ఏర్పడిన కార్బన్ మోనాక్సైడ్.. ఐరన్ ఆక్సైడ్‌ను ఐరన్‌గా క్షయకరణం చేస్తుంది.

 

లోహ సంగ్రహణ - ముఖ్యాంశాలు

• ధాతువులో లోహంతోపాటు ఉండే మలినాలను ‘గాంగ్’ అంటారు.
• ఇనుము సంగ్రహణలో ‘బ్లాస్ట్ కొలిమి’ని ఉపయోగిస్తారు. కొలిమిలోకి ప్రవేశపెట్టే కోక్, ధాతువు, సున్నపురాయిల మిశ్రమాన్ని చార్జ్ అంటారు.
• రివర్బరేటరీ కొలిమిలో ప్రగలనం, వేడి చేయడం ద్వారా కాపర్‌ను నిష్కర్షణ చేస్తారు.
• గలన స్థితిలో ఉండే లోహాన్ని పచ్చి కర్రలతో కలియబెట్టి మాలిన్యాలను వేరు చేస్తారు. ఈ పద్ధతిని ‘పోలింగ్’ అంటారు.
• విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతిలో లోహాన్ని శుద్ధి చేసే ప్రక్రియలో అపరిశుద్ధ లోహాన్ని ఆనోడ్‌గా, శుద్ధమైన లోహా రేకును కాథోడ్‌గా వాడతారు.
• బ్లాస్ట్ ఫర్నేసులో 750ని సెంటీగ్రేడ్ వద్ద ఏర్పడిన ఇనుము ఘన స్థితిలో, గుల్లబారి ఉంటుంది. దీన్ని ‘స్పాంజ్ ఐరన్’ అంటారు.
• స్పాంజ్ ఐరన్ కొలిమి అడుగు భాగం ద్రవరూపంలోకి మారుతుంది. ఈ స్థితిలో కార్బన్, ఫాస్ఫరస్, సిలికా చేరి దుక్క ఇనుము లేదా పోత ఇనుము(కాస్ట్ ఐరన్)గా మారుతుంది. దీనిలో కార్బన్ 3 నుంచి 4 శాతం ఉంటుంది.
• దుక్క ఇనుము సంఘటనలో మార్పుల ద్వారా చేత ఇనుము(వ్రాట్ ఐరన్), స్టీల్ తయారు చేస్తారు.
• చేత ఇనుము శుద్ధమైన ఇనుము. ఇందులో కార్బన్ 0.1 - 0.25 శాతం మాత్రమే ఉంటుంది.
• ఉక్కు(స్టీల్)లో కార్బన్ 0.1-1.5 శాతం మాత్రమే. కార్బన్ శాతం పెరుగుతున్న కొద్దీ పెలుసుదనం పెరుగుతుంది.
• ఉక్కు ప్రధానంగా ఇనుము, కార్బన్ల మిశ్రమ లోహం. కార్బన్‌తోపాటు వివిధ పరిమాణాల్లో మాంగనీస్, నికెల్, క్రోమియం, మాలిబ్డినం, వెనేడియం, టంగ్‌స్టన్ మొదలైన లోహాలను మిశ్రమం చేసి ప్రత్యేక ధర్మాలు ఉన్న ఉక్కును తయారు చేస్తారు.
• స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌లో ఇనుము, కార్బన్‌తోపాటు క్రోమియం, నికెల్ ఉంటాయి.
• దుక్క ఇనుము నుంచి స్టీల్ తయారీకి ‘ఓపెన్ హార్‌‌త కొలిమి’ని ఉపయోగిస్తారు.

కొన్ని ముఖ్యమైన లోహాలు - వాటి ఖనిజాలు

లోహం	ముఖ్య ఖనిజాలు
అల్యూమినియం	బాక్సైట్, కోరండం, డయాస్పోర్, కయోలినైట్
బేరియం	బెరైటీస్
కాపర్	కాపర్ పెరైటీస్, చాల్కో పెరైటీస్, మాలకైట్, క్యూప్రైట్, కాపర్ గ్లాన్స్.
ఐరన్	ఐరన్ పెరైటీస్ (ఫూల్స్ గోల్డ్), హెమటైట్, మాగ్నటైట్, సిడరైట్,
	లియొనైట్, సిడరైట్.
కాల్షియం	సున్నపురాయి (కాల్షియం కార్బొనేట్), జిప్సం.
మెగ్నీషియం	కార్నలైట్, మాగ్నసైట్, ఎప్సం లవణం.
థోరియం	మోనోజైట్
మెర్క్యూరీ	సిన్నబార్
జింక్	కాలమైన్, జింక్‌బ్లెండ్, జింకైట్.
మాంగనీస్	పైరోలుసైట్
సిల్వర్	అర్జెంటైట్, హార్‌‌న సిల్వర్
లెడ్ (సీసం)	గెలీనా
సోడియం	రాతి ఉప్పు (రాక్ సాల్ట్), చిలీ సాల్ట్ పీటర్.