বিশেষ ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, কাওলিন সিরামিক, কাগজ তৈরি, রাবার, প্লাস্টিক, রিফ্র্যাক্টরি, পেট্রোলিয়াম পরিশোধন এবং অন্যান্য শিল্প, কৃষি ও জাতীয় প্রতিরক্ষার মতো অত্যাধুনিক প্রযুক্তি ক্ষেত্রে একটি অপরিহার্য অধাতব খনিজ সম্পদ। কাওলিনের শুভ্রতা এর প্রয়োগগত মূল্যের একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক।
কওলিনের শুভ্রতাকে প্রভাবিতকারী উপাদানসমূহ
কওলিন হলো এক প্রকার সূক্ষ্ম-কণাযুক্ত কাদামাটি বা কাদাশিলা, যা প্রধানত কওলিনাইট খনিজ দ্বারা গঠিত। এর স্ফটিক রাসায়নিক সংকেত হলো 2SiO2 · Al2O3 · 2H2O। এতে অল্প পরিমাণে অ-কাদামাটি খনিজ হিসেবে কোয়ার্টজ, ফেল্ডস্পার, লৌহ খনিজ, টাইটানিয়াম, অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইড ও অক্সাইড, জৈব পদার্থ ইত্যাদি থাকে।
কাওলিনের স্ফটিক কাঠামো
কওলিনে থাকা অপদ্রব্যের অবস্থা ও প্রকৃতি অনুসারে, যে অপদ্রব্যগুলো কওলিনের শুভ্রতা হ্রাস করে সেগুলোকে তিনটি শ্রেণীতে ভাগ করা যায়: জৈব কার্বন; রঞ্জক মৌল, যেমন Fe, Ti, V, Cr, Cu, Mn, ইত্যাদি; এবং গাঢ় খনিজ, যেমন বায়োটাইট, ক্লোরাইট, ইত্যাদি। সাধারণত, কওলিনে V, Cr, Cu, Mn এবং অন্যান্য মৌলের পরিমাণ কম থাকে, যা এর শুভ্রতার উপর সামান্যই প্রভাব ফেলে। খনিজ গঠন এবং লোহা ও টাইটানিয়ামের পরিমাণই হলো কওলিনের শুভ্রতাকে প্রভাবিত করার প্রধান কারণ। এদের উপস্থিতি কেবল কওলিনের স্বাভাবিক শুভ্রতাকেই প্রভাবিত করে না, বরং এর পোড়ানো শুভ্রতাকেও প্রভাবিত করে। বিশেষ করে, আয়রন অক্সাইডের উপস্থিতি কাদামাটির রঙের উপর নেতিবাচক প্রভাব ফেলে এবং এর উজ্জ্বলতা ও অগ্নি প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে। এমনকি যদি আয়রন অক্সাইডের অক্সাইড, হাইড্রোক্সাইড এবং হাইড্রেটেড অক্সাইডের পরিমাণ ০.৪% হয়, তবে তা কাদামাটির তলানিকে লাল থেকে হলুদ রঙ দেওয়ার জন্য যথেষ্ট। এই লৌহ অক্সাইড এবং হাইড্রোক্সাইডগুলো হলো হেমাটাইট (লাল), ম্যাগেমাইট (লালচে-বাদামী), গোথাইট (বাদামী-হলুদ), লিমোনাইট (কমলা), আর্দ্র লৌহ অক্সাইড (বাদামী-লাল) ইত্যাদি। বলা যেতে পারে যে, কওলিনের উত্তম ব্যবহারের ক্ষেত্রে এর থেকে লৌহ অপদ্রব্য অপসারণ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
লোহা মৌলের উপস্থিতি অবস্থা
কওলিনে লোহার উপস্থিতির অবস্থাই লোহা অপসারণের পদ্ধতি নির্ধারণের প্রধান নিয়ামক। বহু গবেষণায় বিশ্বাস করা হয় যে, সূক্ষ্ম কণার আকারে স্ফটিকাকার লোহা কওলিনের সাথে মিশ্রিত থাকে, অপরদিকে অনিয়তাকার লোহা কওলিনের সূক্ষ্ম কণার পৃষ্ঠে প্রলেপ হিসেবে থাকে। বর্তমানে, দেশে-বিদেশে কওলিনে লোহার উপস্থিতির অবস্থাকে দুটি ভাগে ভাগ করা হয়: একটি হলো কওলিনাইট এবং আনুষঙ্গিক খনিজ (যেমন মাইকা, টাইটানিয়াম ডাইঅক্সাইড এবং ইলাইট)-এর মধ্যে, যাকে কাঠামোগত লোহা বলা হয়; অন্যটি হলো স্বাধীন লৌহ খনিজের আকারে, যাকে মুক্ত লোহা বলা হয় (যার মধ্যে পৃষ্ঠীয় লোহা, সূক্ষ্ম-কণাযুক্ত স্ফটিকাকার লোহা এবং অনিয়তাকার লোহা অন্তর্ভুক্ত)।
কওলিন থেকে লৌহ অপসারণ ও শুভ্রকরণের মাধ্যমে যে লোহা অপসারিত হয়, তা হলো মুক্ত লোহা, যার মধ্যে প্রধানত ম্যাগনেটাইট, হেমাটাইট, লিমোনাইট, সিডেরাইট, পাইরাইট, ইলমেনাইট, জারোসাইট এবং অন্যান্য খনিজ অন্তর্ভুক্ত; অধিকাংশ লোহা অত্যন্ত বিচ্ছুরিত কলয়েডাল লিমোনাইট রূপে এবং অল্প পরিমাণে গোলাকার, সূঁচাকৃতির ও অনিয়মিত গোথাইট এবং হেমাটাইট রূপে বিদ্যমান থাকে।
কাওলিন থেকে আয়রন অপসারণ এবং ত্বক ফর্সা করার পদ্ধতি
জল পৃথকীকরণ
এই পদ্ধতিটি প্রধানত কোয়ার্টজ, ফেল্ডস্পার এবং মাইকার মতো ক্ষয়জাত খনিজ এবং শিলা-ধ্বংসাবশেষের মতো অপেক্ষাকৃত মোটা অপদ্রব্য, সেইসাথে কিছু লোহা ও টাইটানিয়াম খনিজ অপসারণ করতে ব্যবহৃত হয়। কেওলিনের অনুরূপ ঘনত্ব ও দ্রবণীয়তা সম্পন্ন অপদ্রব্য খনিজ অপসারণ করা যায় না এবং শুভ্রতার উন্নতিও তুলনামূলকভাবে তেমন সুস্পষ্ট হয় না, যা অপেক্ষাকৃত উচ্চ-মানের কেওলিন আকরিকের পরিশোধন ও শুভ্রকরণের জন্য উপযুক্ত।
চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ
কওলিনে থাকা লৌহ খনিজ অপদ্রব্যগুলো সাধারণত দুর্বল চৌম্বকীয় হয়। বর্তমানে, প্রধানত উচ্চ গ্রেডিয়েন্ট শক্তিশালী চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, অথবা দুর্বল চৌম্বকীয় খনিজগুলোকে ভস্মীকরণের পর শক্তিশালী চৌম্বকীয় আয়রন অক্সাইডে রূপান্তরিত করা হয় এবং তারপর সাধারণ চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ পদ্ধতির মাধ্যমে অপসারণ করা হয়।
উল্লম্ব রিং উচ্চ গ্রেডিয়েন্ট চৌম্বকীয় বিভাজক
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক স্লারির জন্য উচ্চ গ্রেডিয়েন্ট চৌম্বকীয় বিভাজক
নিম্ন তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টিং চৌম্বকীয় বিভাজক
প্লবতা পদ্ধতি
প্রাথমিক ও মাধ্যমিক স্তর থেকে প্রাপ্ত কওলিন পরিশোধনের জন্য ফ্লোটেশন পদ্ধতি প্রয়োগ করা হয়েছে। ফ্লোটেশন প্রক্রিয়ায় কওলিনাইট এবং মাইকা কণা পৃথক করা হয় এবং পরিশোধিত পণ্যগুলো হলো বিভিন্ন উপযুক্ত শিল্পমানের কাঁচামাল। কওলিনাইট এবং ফেল্ডস্পারের নির্বাচনী ফ্লোটেশন পৃথকীকরণ সাধারণত নিয়ন্ত্রিত pH যুক্ত স্লারিতে সম্পন্ন করা হয়।
হ্রাস পদ্ধতি
বিজারণ পদ্ধতিটি হলো, একটি বিজারক পদার্থ ব্যবহার করে কওলিনের ত্রিযোজী অবস্থায় থাকা লৌহ অপদ্রব্যকে (যেমন হেমাটাইট এবং লাইমোনাইট) দ্রবণীয় দ্বিযোজী লৌহ আয়নে বিজারিত করা, যা পরিস্রাবণ এবং ধৌতকরণের মাধ্যমে অপসারণ করা হয়। শিল্পজাত কওলিন থেকে Fe3+ অপদ্রব্য অপসারণ সাধারণত ভৌত প্রযুক্তি (চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ, নির্বাচনী ফ্লোকুলেশন) এবং অম্লীয় বা বিজারক পরিবেশে রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণের সমন্বয়ে সম্পন্ন করা হয়।
সোডিয়াম হাইড্রোসালফাইট (Na2S2O4), যা সোডিয়াম হাইড্রোসালফাইট নামেও পরিচিত, কওলিন থেকে লোহা বিজারিত ও নিষ্কাশন করতে কার্যকর এবং বর্তমানে কওলিন শিল্পে ব্যবহৃত হয়। তবে, এই পদ্ধতিটি অবশ্যই তীব্র অম্লীয় পরিবেশে (pH<3) সম্পন্ন করতে হয়, যার ফলে পরিচালন ব্যয় বেশি হয় এবং পরিবেশের উপর এর প্রভাব পড়ে। এছাড়াও, সোডিয়াম হাইড্রোসালফাইটের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য অস্থিতিশীল, যার জন্য বিশেষ ও ব্যয়বহুল সংরক্ষণ এবং পরিবহন ব্যবস্থার প্রয়োজন হয়।
থিওইউরিয়া ডাইঅক্সাইড (NH2)2CSO2, TD) একটি শক্তিশালী বিজারক পদার্থ, যার শক্তিশালী বিজারণ ক্ষমতা, পরিবেশবান্ধবতা, কম বিয়োজন হার, নিরাপত্তা এবং ব্যাচ উৎপাদনের স্বল্প খরচের মতো সুবিধা রয়েছে। TD-এর মাধ্যমে কাওলিনে থাকা অদ্রবণীয় Fe3+ কে দ্রবণীয় Fe2+ এ বিজারিত করা যায়।
পরবর্তীকালে, পরিস্রাবণ এবং ধৌতকরণের মাধ্যমে কেওলিনের শুভ্রতা বৃদ্ধি করা যায়। টিডি সাধারণ তাপমাত্রা এবং নিরপেক্ষ অবস্থায় খুবই স্থিতিশীল। টিডি-এর শক্তিশালী বিজারণ ক্ষমতা শুধুমাত্র তীব্র ক্ষারীয় অবস্থা (pH>10) অথবা উত্তাপন (T>70 °C)-এর অধীনেই পাওয়া যায়, যার ফলে পরিচালন ব্যয় বেশি হয় এবং এটি কঠিন হয়ে পড়ে।
জারণ পদ্ধতি
শুভ্রতা উন্নত করার জন্য শোষিত কার্বনের স্তর অপসারণ করতে জারণ প্রক্রিয়ার মধ্যে ওজোন, হাইড্রোজেন পারক্সাইড, পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট এবং সোডিয়াম হাইপোক্লোরাইট ব্যবহার করা হয়। পুরু উপরিস্তরের নিচে গভীর স্থানের কওলিন ধূসর বর্ণের হয় এবং কওলিনের মধ্যে থাকা লোহা বিজারিত অবস্থায় থাকে। পাইরাইটে থাকা অদ্রবণীয় FeS2-কে জারিত করে দ্রবণীয় Fe2+-এ পরিণত করতে ওজোন বা সোডিয়াম হাইপোক্লোরাইটের মতো শক্তিশালী জারক পদার্থ ব্যবহার করা হয় এবং তারপর সিস্টেম থেকে Fe2+ অপসারণ করার জন্য ধৌত করা হয়।
অ্যাসিড নিষ্কাশন পদ্ধতি
অ্যাসিড লিচিং পদ্ধতিতে কওলিনে থাকা অদ্রবণীয় লোহার অপদ্রব্যকে অ্যাসিডিক দ্রবণে (যেমন হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড, সালফিউরিক অ্যাসিড, অক্সালিক অ্যাসিড ইত্যাদি) দ্রবণীয় পদার্থে রূপান্তরিত করা হয়, যার ফলে কওলিন থেকে এর পৃথকীকরণ সম্ভব হয়। অন্যান্য জৈব অ্যাসিডের তুলনায় অক্সালিক অ্যাসিডকে এর অম্লীয় শক্তি, ভালো জটিল যৌগ গঠনকারী ধর্ম এবং উচ্চ বিজারক ক্ষমতার কারণে সবচেয়ে সম্ভাবনাময় বলে মনে করা হয়। অক্সালিক অ্যাসিডের সাহায্যে দ্রবীভূত লোহাকে লিচিং দ্রবণ থেকে ফেরাস অক্সালেট আকারে অধঃক্ষেপিত করা যায় এবং ক্যালসিনেশনের মাধ্যমে একে আরও প্রক্রিয়াজাত করে বিশুদ্ধ হেমাটাইট তৈরি করা যায়। অক্সালিক অ্যাসিড অন্যান্য শিল্প প্রক্রিয়া থেকে সস্তায় পাওয়া যায় এবং সিরামিক উৎপাদনের পোড়ানোর পর্যায়ে, প্রক্রিয়াজাত উপাদানে থাকা যেকোনো অবশিষ্ট অক্সালেট কার্বন ডাইঅক্সাইডে রূপান্তরিত হয়ে যায়। অনেক গবেষক অক্সালিক অ্যাসিড দিয়ে আয়রন অক্সাইড দ্রবীভূত করার ফলাফল নিয়ে গবেষণা করেছেন।
উচ্চ তাপমাত্রার ক্যালসিনেশন পদ্ধতি
ক্যালসিনেশন হলো বিশেষ গ্রেডের কওলিন পণ্য উৎপাদনের একটি প্রক্রিয়া। প্রক্রিয়াকরণের তাপমাত্রা অনুসারে, দুই ভিন্ন গ্রেডের ক্যালসাইন্ড কওলিন উৎপাদিত হয়। ৬৫০-৭০০ ℃ তাপমাত্রার পরিসরে ক্যালসিনেশন কওলিনের গাঠনিক হাইড্রোক্সিল গ্রুপ অপসারণ করে এবং নির্গত জলীয় বাষ্প এর স্থিতিস্থাপকতা ও অস্বচ্ছতা বৃদ্ধি করে, যা কাগজের আবরণী প্রয়োগের জন্য একটি আদর্শ বৈশিষ্ট্য। এছাড়াও, ১০০০-১০৫০ ℃ তাপমাত্রায় কওলিনকে উত্তপ্ত করলে এর ঘর্ষণ সহনশীলতা বৃদ্ধি পাওয়ার পাশাপাশি ৯২-৯৫% শুভ্রতাও অর্জন করা যায়।
ক্লোরিনেশন ক্যালসিনেশন
ক্লোরিনেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কাদামাটির খনিজ, বিশেষ করে কওলিন থেকে লোহা ও টাইটানিয়াম অপসারণ করা হয়েছিল এবং এতে ভালো ফলাফল পাওয়া গেছে। ক্লোরিনেশন ও ক্যালসিনেশন প্রক্রিয়ায়, উচ্চ তাপমাত্রায় (৭০০ ℃ - ১০০০ ℃) কওলিনাইটের ডিহাইড্রোক্সিলেশন ঘটে মেটাকওলিনাইট তৈরি হয় এবং আরও উচ্চ তাপমাত্রায় স্পিনেল ও মুল্লাইট দশা গঠিত হয়। এই রূপান্তরগুলো সিন্টারিং-এর মাধ্যমে জলবিকর্ষিতা, কাঠিন্য এবং কণার আকার বৃদ্ধি করে। এইভাবে প্রক্রিয়াজাত খনিজগুলো কাগজ, পিভিসি, রাবার, প্লাস্টিক, আঠা, পলিশিং এবং টুথপেস্টের মতো অনেক শিল্পে ব্যবহার করা যেতে পারে। উচ্চ জলবিকর্ষিতার কারণে এই খনিজগুলো জৈব সিস্টেমের সাথে আরও বেশি সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়।
অণুজীববিজ্ঞান পদ্ধতি
খনিজের অণুজীবীয় পরিশোধন প্রযুক্তি একটি অপেক্ষাকৃত নতুন খনিজ প্রক্রিয়াকরণ বিষয়, যার মধ্যে অণুজীবীয় লিচিং প্রযুক্তি এবং অণুজীবীয় ফ্লোটেশন প্রযুক্তি অন্তর্ভুক্ত। খনিজের অণুজীবীয় লিচিং প্রযুক্তি হলো এমন একটি নিষ্কাশন প্রযুক্তি যা অণুজীব ও খনিজের মধ্যে গভীর মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে খনিজের স্ফটিক জালিকা ভেঙে দেয় এবং এর উপকারী উপাদানগুলোকে দ্রবীভূত করে। কওলিনে থাকা জারিত পাইরাইট এবং অন্যান্য সালফাইড আকরিক অণুজীবীয় নিষ্কাশন প্রযুক্তির মাধ্যমে পরিশোধন করা যায়। সাধারণত ব্যবহৃত অণুজীবগুলোর মধ্যে রয়েছে থায়োব্যাসিলাস ফেরোঅক্সিডান্স এবং লৌহ-হ্রাসকারী ব্যাকটেরিয়া। এই অণুজীবীয় পদ্ধতির খরচ কম এবং পরিবেশ দূষণও কম, যা কওলিনের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করে না। এটি কওলিন খনিজের জন্য একটি নতুন পরিশোধন ও শুভ্রকরণ পদ্ধতি, যার উন্নয়নের সম্ভাবনা রয়েছে।
সারসংক্ষেপ
বিভিন্ন রঙের কারণ এবং বিভিন্ন প্রয়োগের উদ্দেশ্য অনুসারে কওলিনের আয়রন অপসারণ ও শুভ্রকরণ প্রক্রিয়ার জন্য সর্বোত্তম পদ্ধতি নির্বাচন করা প্রয়োজন, যাতে কওলিন খনিজের সামগ্রিক শুভ্রতার কার্যকারিতা উন্নত হয় এবং এর উচ্চ ব্যবহারিক ও অর্থনৈতিক মূল্য নিশ্চিত করা যায়। ভবিষ্যতের উন্নয়নের ধারা হওয়া উচিত রাসায়নিক পদ্ধতি, ভৌত পদ্ধতি এবং অণুজীবীয় পদ্ধতির বৈশিষ্ট্যগুলোকে সমন্বিতভাবে একত্রিত করা, যাতে তাদের সুবিধাগুলোর পূর্ণ সদ্ব্যবহার করা যায় এবং অসুবিধা ও সীমাবদ্ধতাগুলো দমন করে আরও ভালো শুভ্রকরণ ফল অর্জন করা যায়। একই সাথে, বিভিন্ন অপদ্রব্য অপসারণ পদ্ধতির নতুন কার্যপ্রণালী নিয়ে আরও গবেষণা করা এবং প্রক্রিয়াটির উন্নতি সাধন করাও প্রয়োজন, যাতে কওলিনের আয়রন অপসারণ ও শুভ্রকরণ প্রক্রিয়াকে পরিবেশবান্ধব, কার্যকর এবং স্বল্প-কার্বনমুখী পথে বিকশিত করা যায়।
পোস্ট করার সময়: ০২-মার্চ-২০২৩