ক্রোমিয়ামের প্রকৃতি
ক্রোমিয়াম, মৌলের প্রতীক Cr, পারমাণবিক সংখ্যা ২৪, আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর ৫১.৯৯৬, রাসায়নিক মৌলের পর্যায় সারণীর VIB গ্রুপের একটি অবস্থান্তর ধাতু মৌল। ক্রোমিয়াম ধাতু দেহ-কেন্দ্রিক ঘনকাকার স্ফটিক, রূপালি-সাদা, ঘনত্ব ৭.১ গ্রাম/ঘন সেন্টিমিটার, গলনাঙ্ক ১৮৬০℃, স্ফুটনাঙ্ক ২৬৮০℃, ২৫℃ তাপমাত্রায় আপেক্ষিক তাপ ধারণ ক্ষমতা ২৩.৩৫ জুল/(মোল·কেলভিন), বাষ্পীভবনের তাপ ৩৪২.১ কিলোজুল/মোল, তাপ পরিবাহিতা ৯১.৩ ওয়াট/(মিটার·কেলভিন) (০-১০০°সেলসিয়াস), রোধাঙ্ক (২০°সেলসিয়াস) ১৩.২ মাইক্রোওহম·সেন্টিমিটার এবং এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য উত্তম।
ক্রোমিয়ামের পাঁচটি যোজ্যতা রয়েছে: +২, +৩, +৪, +৫ এবং +৬। অন্তঃসক্রিয়তার পরিস্থিতিতে, ক্রোমিয়ামের যোজ্যতা সাধারণত +৩ হয়। +ত্রিযোজী ক্রোমিয়ামযুক্ত যৌগগুলি সবচেয়ে স্থিতিশীল। +ষড়যোজী ক্রোমিয়ামযুক্ত যৌগ, যার মধ্যে ক্রোমিয়াম লবণও অন্তর্ভুক্ত, শক্তিশালী জারক ধর্ম প্রদর্শন করে। Cr³⁺, Al³⁺ এবং Fe³⁺-এর আয়নিক ব্যাসার্ধ প্রায় একই, তাই এদের মধ্যে ব্যাপক সাদৃশ্য থাকতে পারে। এছাড়াও, যে মৌলগুলো ক্রোমিয়াম দ্বারা প্রতিস্থাপিত হতে পারে সেগুলো হলো ম্যাঙ্গানিজ, ম্যাগনেসিয়াম, নিকেল, কোবাল্ট, জিঙ্ক ইত্যাদি, তাই ম্যাগনেসিয়াম আয়রন সিলিকেট খনিজ এবং সহায়ক খনিজগুলিতে ক্রোমিয়াম ব্যাপকভাবে পাওয়া যায়।
আবেদন
আধুনিক শিল্পে ক্রোমিয়াম সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত ধাতুগুলোর মধ্যে অন্যতম। এটি প্রধানত স্টেইনলেস স্টিল এবং বিভিন্ন সংকর ইস্পাত উৎপাদনে ফেরোঅ্যালয় (যেমন ফেরোক্রোম) রূপে ব্যবহৃত হয়। ক্রোমিয়ামের বৈশিষ্ট্য হলো এটি কঠিন, ক্ষয়-প্রতিরোধী, তাপ-প্রতিরোধী এবং মরিচা-প্রতিরোধী। ক্রোমিয়ামের আকরিক ধাতুবিদ্যা, রিফ্র্যাক্টরি উপকরণ, রাসায়নিক শিল্প এবং ফাউন্ড্রি শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
ধাতুবিদ্যা শিল্পে, ক্রোমিয়াম আকরিক প্রধানত ফেরোক্রোম এবং ধাতব ক্রোমিয়াম গলানোর জন্য ব্যবহৃত হয়। ক্রোমিয়াম ইস্পাতের সংযোজক হিসাবে ব্যবহৃত হয়ে বিভিন্ন ধরণের উচ্চ-শক্তি সম্পন্ন, ক্ষয়-প্রতিরোধী, ঘর্ষণ-প্রতিরোধী, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং জারণ-প্রতিরোধী বিশেষ ইস্পাত তৈরি করে, যেমন স্টেইনলেস স্টিল, অ্যাসিড-প্রতিরোধী ইস্পাত, তাপ-প্রতিরোধী ইস্পাত, বল বিয়ারিং স্টিল, স্প্রিং স্টিল, টুল স্টিল ইত্যাদি। ক্রোমিয়াম ইস্পাতের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়াতে পারে। ধাতব ক্রোমিয়াম প্রধানত কোবাল্ট, নিকেল, টাংস্টেন এবং অন্যান্য উপাদানের সাথে বিশেষ সংকর ধাতু গলানোর জন্য ব্যবহৃত হয়। ক্রোম প্লেটিং এবং ক্রোমাইজিং ইস্পাত, তামা, অ্যালুমিনিয়াম এবং অন্যান্য ধাতুর উপর একটি ক্ষয়-প্রতিরোধী পৃষ্ঠ তৈরি করতে পারে, যা উজ্জ্বল এবং সুন্দর।
রিফ্র্যাক্টরি শিল্পে, ক্রোমিয়াম আকরিক একটি গুরুত্বপূর্ণ রিফ্র্যাক্টরি উপাদান যা ক্রোম ইট, ক্রোম ম্যাগনেসিয়া ইট, উন্নতমানের রিফ্র্যাক্টরি এবং অন্যান্য বিশেষ রিফ্র্যাক্টরি উপাদান (ক্রোম কংক্রিট) তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। ক্রোমিয়াম-ভিত্তিক রিফ্র্যাক্টরিগুলোর মধ্যে প্রধানত ক্রোম আকরিক ও ম্যাগনেসিয়া দিয়ে তৈরি ইট, সিন্টার্ড ম্যাগনেসিয়া-ক্রোম ক্লিঙ্কার, গলিত ম্যাগনেসিয়া-ক্রোম ইট এবং গলিত, সূক্ষ্মভাবে চূর্ণ করে তারপর সংযুক্ত করা ম্যাগনেসিয়া-ক্রোম ইট অন্তর্ভুক্ত। এগুলো ওপেন হার্থ ফার্নেস, ইন্ডাকশন ফার্নেস ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও সিমেন্ট শিল্পের মেটালার্জিক্যাল কনভার্টার এবং রোটারি ফার্নেসের আস্তরণ ইত্যাদিতেও এর ব্যবহার রয়েছে।
ফাউন্ড্রি শিল্পে, ঢালাই প্রক্রিয়ার সময় ক্রোমিয়াম আকরিক গলিত ইস্পাতের অন্যান্য উপাদানের সাথে বিক্রিয়া করে না, এর তাপীয় প্রসারণ সহগ কম, এটি ধাতুর অনুপ্রবেশ প্রতিরোধী এবং জিরকনের চেয়ে এর শীতলীকরণ ক্ষমতা ভালো। ফাউন্ড্রির জন্য ব্যবহৃত ক্রোমিয়াম আকরিকের রাসায়নিক গঠন এবং কণার আকার বণ্টনের ক্ষেত্রে কঠোর শর্তাবলী রয়েছে।
রাসায়নিক শিল্পে ক্রোমিয়ামের সবচেয়ে সরাসরি ব্যবহার হলো সোডিয়াম ডাইক্রোমেট (Na2Cr2O7·H2O) দ্রবণ উৎপাদন করা এবং তারপর রঞ্জক, বস্ত্র, ইলেক্ট্রোপ্লেটিং ও চামড়া তৈরির মতো শিল্পে ব্যবহারের জন্য অন্যান্য ক্রোমিয়াম যৌগ প্রস্তুত করা, পাশাপাশি অনুঘটক হিসেবেও এর ব্যবহার রয়েছে।
সূক্ষ্মভাবে চূর্ণ করা ক্রোমিয়াম আকরিকের গুঁড়ো কাচ, সিরামিক এবং চকচকে টাইলস উৎপাদনে একটি প্রাকৃতিক রঞ্জক পদার্থ হিসেবে ব্যবহৃত হয়। যখন সোডিয়াম ডাইক্রোমেট চামড়াকে ক্ষয় করতে ব্যবহৃত হয়, তখন মূল চামড়ার প্রোটিন (কোলাজেন) এবং কার্বোহাইড্রেট রাসায়নিক পদার্থের সাথে বিক্রিয়া করে একটি স্থিতিশীল জটিল যৌগ গঠন করে, যা চামড়াজাত পণ্যের ভিত্তি হয়ে ওঠে। বস্ত্রশিল্পে, সোডিয়াম ডাইক্রোমেট কাপড় রঞ্জনে মর্ড্যান্ট হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যা কার্যকরভাবে জৈব যৌগের সাথে রঞ্জক অণু সংযুক্ত করতে পারে; এটি রঞ্জক এবং মধ্যবর্তী পদার্থ তৈরিতে জারক হিসেবেও ব্যবহার করা যেতে পারে।
ক্রোমিয়াম খনিজ
প্রকৃতিতে ৫০টিরও বেশি ধরনের ক্রোমিয়ামযুক্ত খনিজ আবিষ্কৃত হয়েছে, কিন্তু এদের বেশিরভাগেই ক্রোমিয়ামের পরিমাণ কম এবং এদের বিতরণ বিক্ষিপ্ত, যার ফলে এদের শিল্পক্ষেত্রে ব্যবহারিক মূল্য কম। এই ক্রোমিয়ামযুক্ত খনিজগুলো অক্সাইড, ক্রোমেট এবং সিলিকেটের অন্তর্ভুক্ত, এছাড়াও কিছু হাইড্রোক্সাইড, আয়োডেট, নাইট্রাইড এবং সালফাইডও রয়েছে। এদের মধ্যে, ক্রোমিয়াম নাইট্রাইড এবং ক্রোমিয়াম সালফাইড খনিজ শুধুমাত্র উল্কাপিণ্ডেই পাওয়া যায়।
ক্রোমিয়াম আকরিক উপ-পরিবারের একটি খনিজ প্রজাতি হিসেবে, ক্রোমাইট হলো ক্রোমিয়ামের একমাত্র গুরুত্বপূর্ণ শিল্প খনিজ। এর তাত্ত্বিক রাসায়নিক সংকেত হলো (MgFe)Cr2O4, যেখানে Cr2O3-এর পরিমাণ ৬৮% এবং FeO-এর পরিমাণ ৩২%। এর রাসায়নিক গঠনে, ত্রিযোজী ক্যাটায়ন প্রধানত Cr3+, এবং প্রায়শই Al3+, Fe3+ এবং Mg2+, Fe2+-এর সমরূপ প্রতিস্থাপন ঘটে। বাস্তবে উৎপাদিত ক্রোমাইটে, Fe2+-এর একটি অংশ প্রায়শই Mg2+ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, এবং Cr3+ বিভিন্ন মাত্রায় Al3+ এবং Fe3+ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়। ক্রোমাইটের বিভিন্ন উপাদানের মধ্যে সমরূপ প্রতিস্থাপনের সম্পূর্ণ মাত্রা সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। এর চতুর্থ ক্রমের সমন্বয় ক্যাটায়নগুলো প্রধানত ম্যাগনেসিয়াম এবং আয়রন, এবং ম্যাগনেসিয়াম-আয়রনের মধ্যে সম্পূর্ণ সমরূপ প্রতিস্থাপন ঘটে। চতুর্-বিভাজন পদ্ধতি অনুসারে, ক্রোমাইটকে চারটি উপগোষ্ঠীতে বিভক্ত করা যায়: ম্যাগনেসিয়াম ক্রোমাইট, আয়রন-ম্যাগনেসিয়াম ক্রোমাইট, ম্যাফিক-আয়রন ক্রোমাইট এবং আয়রন-ক্রোমাইট। এছাড়াও, ক্রোমাইটে প্রায়শই অল্প পরিমাণে ম্যাঙ্গানিজ, টাইটানিয়াম, ভ্যানাডিয়াম এবং জিঙ্কের একটি সমসত্ত্ব মিশ্রণ থাকে। ক্রোমাইটের গঠন সাধারণ স্পিনেল ধরনের।
৪. ক্রোমিয়াম ঘনত্বের গুণগত মানদণ্ড
বিভিন্ন প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি (খনিজকরণ এবং প্রাকৃতিক আকরিক) অনুসারে, ধাতুবিদ্যার জন্য ক্রোমিয়াম আকরিককে দুটি ভাগে ভাগ করা হয়: ঘনীভূত (G) এবং পিণ্ডাকার আকরিক (K)। নিচের সারণিটি দেখুন।
ধাতুবিদ্যার জন্য ক্রোমাইট আকরিকের গুণগত প্রয়োজনীয়তা
ক্রোম আকরিক পরিশোধন প্রযুক্তি
১) পুনর্নির্বাচন
বর্তমানে, ক্রোমিয়াম আকরিকের সমৃদ্ধকরণে অভিকর্ষীয় পৃথকীকরণ একটি গুরুত্বপূর্ণ স্থান অধিকার করে আছে। অভিকর্ষীয় পৃথকীকরণ পদ্ধতি, যা জলীয় মাধ্যমে আলগা স্তরবিন্যাসকে মূল আচরণ হিসেবে ব্যবহার করে, এখনও বিশ্বব্যাপী ক্রোমিয়াম আকরিক সমৃদ্ধকরণের প্রধান পদ্ধতি। অভিকর্ষীয় পৃথকীকরণ সরঞ্জাম হলো একটি স্পাইরাল চুট এবং একটি সেন্ট্রিফিউগাল কনসেনট্রেটর, এবং এর প্রক্রিয়াজাত কণার আকারের পরিসর তুলনামূলকভাবে বিস্তৃত। সাধারণত, ক্রোমিয়াম খনিজ এবং গ্যাং খনিজের মধ্যে ঘনত্বের পার্থক্য ০.৮ গ্রাম/ঘন সেন্টিমিটারের বেশি হয়, এবং ১০০ মাইক্রোমিটারের চেয়ে বড় যেকোনো কণার আকারের অভিকর্ষীয় পৃথকীকরণের ফলাফল সন্তোষজনক হতে পারে। ভারী-মাধ্যম সমৃদ্ধকরণের মাধ্যমে মোটা পিণ্ড (১০০ ~ ০.৫ মিমি) আকরিক বাছাই বা পূর্ব-নির্বাচিত করা হয়, যা একটি অত্যন্ত সাশ্রয়ী সমৃদ্ধকরণ পদ্ধতি।
২) চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ
চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ হলো একটি খনিজ সমৃদ্ধকরণ পদ্ধতি যা আকরিকের মধ্যে থাকা খনিজগুলির চৌম্বকীয় পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে একটি অসম চৌম্বক ক্ষেত্রে খনিজ পৃথকীকরণ সম্পন্ন করে। ক্রোমাইটের চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য দুর্বল এবং এটিকে ভার্টিক্যাল রিং হাই গ্রেডিয়েন্ট ম্যাগনেটিক সেপারেটর, ওয়েট প্লেট ম্যাগনেটিক সেপারেটর এবং অন্যান্য সরঞ্জাম দ্বারা পৃথক করা যায়। বিশ্বের বিভিন্ন ক্রোমিয়াম আকরিক উৎপাদনকারী অঞ্চলে উৎপাদিত ক্রোমিয়াম খনিজগুলির নির্দিষ্ট চৌম্বকীয় সংবেদনশীলতা সহগ খুব বেশি ভিন্ন নয় এবং বিভিন্ন অঞ্চলে উৎপাদিত উলফ্রামাইট ও উলফ্রামাইটের নির্দিষ্ট চৌম্বকীয় সংবেদনশীলতা সহগের অনুরূপ।
উচ্চ-মানের ক্রোমিয়াম কনসেনট্রেট পাওয়ার জন্য চৌম্বকীয় পৃথকীকরণ ব্যবহারের দুটি পরিস্থিতি রয়েছে: একটি হলো দুর্বল চৌম্বক ক্ষেত্রের অধীনে আকরিক থেকে শক্তিশালী চৌম্বকীয় খনিজ (প্রধানত ম্যাগনেটাইট) অপসারণ করে ফেরোক্রোমের অনুপাত বৃদ্ধি করা, এবং অন্যটি হলো শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে গ্যাং খনিজগুলির পৃথকীকরণ এবং ক্রোমিয়াম আকরিক (দুর্বল চৌম্বকীয় খনিজ) পুনরুদ্ধার করা।
৩) বৈদ্যুতিক নির্বাচন
বৈদ্যুতিক পৃথকীকরণ হলো খনিজ পদার্থের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য, যেমন পরিবাহিতা এবং পরাবৈদ্যুতিক ধ্রুবকের পার্থক্য ব্যবহার করে ক্রোমিয়াম আকরিক এবং সিলিকেট গ্যাং খনিজ আলাদা করার একটি পদ্ধতি।
৪) ভাসন
মাধ্যাকর্ষণ পৃথকীকরণ প্রক্রিয়ায়, সূক্ষ্ম-কণাযুক্ত (-১০০ মাইক্রোমিটার) ক্রোমাইট আকরিক প্রায়শই বর্জ্য হিসেবে ফেলে দেওয়া হয়, কিন্তু এই আকারের ক্রোমাইটের এখনও উচ্চ ব্যবহারিক মূল্য রয়েছে, তাই নিম্ন-মানের সূক্ষ্ম দানাদার ক্রোমাইট আকরিক পুনরুদ্ধারের জন্য ফ্লোটেশন পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। বর্জ্যে থাকা ২০% ~৪০% Cr2O3 এবং গ্যাং খনিজ হিসেবে সার্পেন্টাইন, অলিভাইন, রুটাইল ও ক্যালসিয়াম ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট খনিজযুক্ত ক্রোমিয়াম আকরিকের ফ্লোটেশন করা হয়। আকরিকটিকে ২০০ মাইক্রোমিটার পর্যন্ত সূক্ষ্মভাবে চূর্ণ করা হয়, স্লাজকে ছড়িয়ে দিতে ও দমন করতে ওয়াটার গ্লাস, ফসফেট, মেটাফসফেট, ফ্লুরোসিলিকেট ইত্যাদি ব্যবহার করা হয় এবং সংগ্রাহক হিসেবে অসম্পৃক্ত ফ্যাটি অ্যাসিড ব্যবহার করা হয়। ফ্লোটেশন প্রক্রিয়ার জন্য গ্যাং স্লাজের বিস্তার ও দমন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। লোহা এবং সীসার মতো ধাতব আয়ন ক্রোমাইটকে সক্রিয় করতে পারে। যখন স্লারির pH মান ৬-এর নিচে থাকে, তখন ক্রোমাইট সহজে ভাসতে পারে না। সংক্ষেপে, ফ্লোটেশন রিএজেন্টের ব্যবহার বেশি, কনসেনট্রেটের গ্রেড অস্থিতিশীল এবং পুনরুদ্ধারের হার কম। গ্যাং খনিজ থেকে দ্রবীভূত Ca2+ এবং Mg2+ ফ্লোটেশন প্রক্রিয়ার সিলেক্টিভিটি কমিয়ে দেয়।
৫) রাসায়নিক সমৃদ্ধকরণ
রাসায়নিক পদ্ধতি হলো এমন কিছু ক্রোমাইট আকরিকের সরাসরি প্রক্রিয়াকরণ, যা ভৌত পদ্ধতিতে পৃথক করা যায় না অথবা ভৌত পদ্ধতির খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি। রাসায়নিক পদ্ধতিতে উৎপাদিত ঘনীভূত পদার্থের Cr/Fe অনুপাত সাধারণ ভৌত পদ্ধতির তুলনায় বেশি হয়। রাসায়নিক পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে: নির্বাচনী লিচিং, জারণ-বিজারণ, গলন পৃথকীকরণ, সালফিউরিক অ্যাসিড ও ক্রোমিক অ্যাসিড লিচিং, বিজারণ ও সালফিউরিক অ্যাসিড লিচিং ইত্যাদি। ভৌত-রাসায়নিক পদ্ধতির সমন্বয় এবং রাসায়নিক পদ্ধতিতে ক্রোমিয়াম আকরিকের সরাসরি প্রক্রিয়াকরণ বর্তমানে ক্রোমাইট সমৃদ্ধকরণের অন্যতম প্রধান প্রবণতা। রাসায়নিক পদ্ধতি আকরিক থেকে সরাসরি ক্রোমিয়াম নিষ্কাশন করতে পারে এবং ক্রোমিয়াম কার্বাইড ও ক্রোমিয়াম অক্সাইড উৎপাদন করতে পারে।
পোস্ট করার সময়: ৩০ এপ্রিল, ২০২১