This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ്
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
(→ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ്) |
(→ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ്) |
||
| (ഇടക്കുള്ള 9 പതിപ്പുകളിലെ മാറ്റങ്ങള്‍ ഇവിടെ കാണിക്കുന്നില്ല.) | |||
| വരി 24: | വരി 24: | ||
സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയ | സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയ | ||
| - | [[Image:363sulphate1.png| | + | [[Image:363sulphate1.png|left|300px]] |
[[Image:363sulphatee2.png|left|300px]] | [[Image:363sulphatee2.png|left|300px]] | ||
| - | [[Image:363suphatee3.png|200px]] | + | [[Image:363suphatee3.png|left|200px]] |
| + | '''ക്ലോറൈഡ് പ്രക്രിയ.''' വളരെ പ്രചാരം നേടിയ ആധുനിക സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ് ക്ലോറൈഡ് രീതി. ഈ രീതിയിലെ പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളിലൊന്നാണ് ഇല്‍മനൈറ്റ് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലാക്കുന്ന പ്രക്രിയ. 50-60 ശ.മാ. വരെ TiO<sub>2</sub> അടങ്ങിയിട്ടുള്ള ഇല്‍മനൈറ്റ്, കരിയുമായി കലര്‍ത്തി ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ നിരോക്സീകരിക്കുമ്പോള്‍ ഇരുമ്പിന്റെ ഫെറിക് (Fe<sub>3+</sub>) രൂപം ഫെറസ് (Fe<sub>2+</sub>) രൂപമായി മാറുന്നു. തുടര്‍ന്ന് ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് അമ്ലത്തില്‍ ഊറിച്ചുകഴുകുമ്പോള്‍ (leach) ഇരുമ്പിന്റെ അളവ് കുറയുകയും TiO<sub>2</sub> ന്റെ അളവ് കൂടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രീതിയിലാണ് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലുണ്ടാക്കുന്നത്. | ||
| - | + | തുടര്‍ന്ന് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലില്‍നിന്ന് ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് ഉത്പ്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ കൃത്രിമ റൂട്ടൈലിനെ ക്ലോറിനീകരണത്തിനു വിധേയമാക്കുമ്പോള്‍ ടൈറ്റാനിയത്തിന്റെയും ഇരുമ്പിന്റെയും ചെറിയ അളവിലുള്ള മറ്റു ലോഹങ്ങളുടെയും ക്ലോറൈഡുകള്‍ ഉണ്ടാകുന്നു. ഇതില്‍നിന്ന് ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് ശുദ്ധീകരിച്ച് വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡും ഓക്സിജനും ചേര്‍ന്ന മിശ്രിതം 650°C മുതല്‍ 750°C വരെയുള്ള ഊഷ്മാവില്‍ രാസപ്രക്രിയയ്ക്കു വിധേയമാക്കിയാണ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. | |
| + | |||
| + | '''ക്ലോറൈഡ് പ്രക്രിയ''' | ||
| + | |||
| + | [[Image:363cloride.png|300px]] | ||
| + | |||
| + | '''ഘടന.''' ഓരോ ടൈറ്റാനിയം അയോണും (അനട്ടേസ്, റൂട്ടൈല്‍, ബ്രൂക്കൈറ്റ് ഇതിലേതു തരമായാലും) ആറു ഓക്സിജന്‍ അയോണുകളാല്‍ ചുറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘടനയാണ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിനുള്ളത്. ഇങ്ങനെ ടൈറ്റാനിയത്തിന്റെ സമന്വയസംഖ്യ (co-ordination number) 6 ആണെന്നു കാണാവുന്നതാണ്. ടൈറ്റാനിയവും ഓക്സിജനും തമ്മില്‍ 1:2 എന്ന അനുപാതം നിലനിറുത്തുന്നത് ക്രിസ്റ്റലിലെ ഒക്ടാഹീഡ്രയിലെ (octahedron) ഓരോ ഓക്സിജനും മൂന്നു ഒക്ടാഹീഡ്രകളുടെതുകൂടി പൊതുവായി വരത്തക്കവിധത്തില്‍ അടുക്കിയിട്ടുള്ളതിനാലാണ്. അനട്ടേസ്, റൂട്ടൈല്‍, ബ്രൂക്കൈറ്റ് എന്നിവയിലെ ഘടനാവ്യത്യാസത്തിനു കാരണം ഇവയിലെ അടുക്കുകളിലെ (spacial arrangement) വ്യത്യാസമാണ്. ഓരോ ഒക്ടാഹീഡ്രയുടെ വക്കും (edge) അടുത്തുള്ള 12 വക്കുമായി റൂട്ടൈലിലും 3 വക്കുമായി ബ്രൂക്കൈറ്റിലും 4 വക്കുമായി അനട്ടേസിലും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതാണ് ഈ ക്രിസ്റ്റലുകളിലെ പ്രകടമായ വിന്യാസം. | ||
| + | |||
| + | [[Image:pno363b.png]] | ||
| + | |||
| + | റൂട്ടൈല്‍ ഒക്ടാഹീഡ്രകളുടെ നീണ്ട കണ്ണികള്‍ വക്കുകള്‍കൊണ്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അങ്ങിനെ ഒരു ശൃംഖലയില്‍ ഓരോ ഒക്ടാഹീഡ്രയിലുള്ള നാലു ഓക്സിജന്‍ അണുക്കളും അടുത്ത ഒക്ടാഹീഡ്രകളുമായി പങ്കിടുന്നു. ഒരു ശൃംഖലയിലെ ഏക കോ-ഓര്‍ഡിനേറ്റഡ് (single co-ordinated) ഓക്സിജന്‍ അയോണ്‍ അടുത്ത ശൃംഖലയിലെ ഇരട്ട കോ-ഓര്‍ഡിനേറ്റഡ് (double co-ordinated) ഒക്ടാഹീഡ്രല്‍ സ്ഥാനവുമായി ചേര്‍ന്നുവരുന്ന തരത്തിലാണ് ക്രമീകരണം. ഓരോ ഓക്സിജനും മൂന്നു ഒക്ടാഹീഡ്രയില്‍ പങ്കുചേരുന്നതുമൂലം TiO<sub>2</sub> ന്റെ അനുപാതം 1:2 എന്നത് കൃത്യമായി വരുന്നു. അനട്ടേസില്‍ പരന്ന ഒക്ടാഹീഡ്രല്‍ നിരകള്‍ (octahedral layers) ബന്ധിച്ചിരിക്കുന്നത് അവയുടെ മൂലകളിലൂടെയാണ്. ഇപ്രകാരം റൂട്ടൈലിലെ അണുക്കളുടെ അടുക്ക് (atomic packing) അനട്ടേസിനെക്കാളും ഒത്തുചേര്‍ന്ന വിധത്തിലായതാണ് റൂട്ടൈലിന്റെ ഉയര്‍ന്ന ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയ്ക്കും ഉയര്‍ന്ന അപഭംഗമാനത്തിനും കാരണം. (ആ. സാ.- അനട്ടേസ് 3.84, റൂട്ടൈല്‍ 4.26. അപഭംഗമാനം - അനട്ടേസ് 2.55, റൂട്ടൈല്‍ 2.7) കൂടുതല്‍ പ്രകാശം വികിരണം (scattering) ചെയ്യുന്നതോടൊപ്പം കൂടുതല്‍ പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രതിഫലനവും (reflection), അപഭംഗവും (refraction) ഉണ്ടാകുന്നതുമൂലം മെച്ചപ്പെട്ട അതാര്യത ഈ വര്‍ണകണങ്ങള്‍ക്ക് കൈവരുന്നു. ഒരു വര്‍ണകമെന്ന നിലയില്‍ ധൂളികളുടെ ശരാശരി വലുപ്പം, വലുപ്പത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറവ് എന്നിവ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ ധൂളിവലുപ്പം 0.2 മുതല്‍ 0.3 വരെ മൈക്രോണാണ്. ഈ അളവില്‍ വ്യതിയാനം വരുത്തി പല ആവശ്യങ്ങള്‍ക്കു വേണ്ട പലതരം വര്‍ണകങ്ങള്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. വര്‍ണകങ്ങളുടെ സ്വഭാവങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനങ്ങളിലൂടെ വികസിക്കപ്പെട്ട എം.ഇ. സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ പച്ചപ്രകാശത്തിന് ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ വികിരണം (scattering) ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡു നല്‍കുന്നത് ധൂളികളുടെ വലിപ്പം ഏതാണ്ട് 0.25 മൈക്രോണ്‍ ഉള്ളപ്പോഴാണ്. 0.1 മൈക്രോണില്‍ താഴെയും 0.6 മൈക്രോണിനു മുകളിലും ധൂളി വലുപ്പം ഒഴിവാക്കി ശരാശരി 0.2 മൈക്രോണ്‍ വലുപ്പമുള്ള ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദനമാണ് ഈ പ്രക്രിയകളില്‍ നിര്‍ണായകമായിട്ടുള്ളത്. | ||
| + | |||
| + | '''പ്രതല പരിചരണം (surface treatment).''' ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് നിര്‍മാണത്തില്‍ അതീവ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ് പ്രതലചരിചരണം. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ പ്രതലത്തില്‍ സിലിക്ക, അലുമിനിയം, സിര്‍ക്കോണിയം എന്നിവയുടെ ഓക്സൈഡുകളുടെ നേരിയ പാളി കൃത്രിമമായി നിര്‍മിക്കുക വഴി മെച്ചപ്പെട്ട ഗുണങ്ങള്‍ ഇത്തരം വര്‍ണകങ്ങള്‍ക്കു ലഭ്യമാക്കാം. ഈ പ്രക്രിയയിലൂടെ കാലാവസ്ഥാപ്രതിരോധം, മെച്ചപ്പെട്ട വ്യാപനം എന്നീ ഗുണങ്ങള്‍ കൈവരുത്തി നിരവധി ഉപയോഗങ്ങള്‍ക്ക് TiO<sub>2</sub> നെ അനുയോജ്യമാക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. | ||
| + | |||
| + | '''വ്യാവസായിക രംഗം.''' ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ പ്രത്യേക സ്വഭാവങ്ങള്‍ ഈ ഉത്പന്നത്തിന്റെ ഉത്പാദനമേഖലയിലെ വികസന പ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ക്ക് കാരണമായി. യു. എസിലെ ടൈറ്റാനിയം പിഗ്മെന്റ് കമ്പനി 1916-ല്‍ തുടങ്ങിയതിനു സമാന്തരമായി യൂറോപ്പില്‍ നോര്‍വെയിലും വ്യാവസായികോത്പാദനം തുടങ്ങി. 1914-18 ലെ ഒന്നാം ലോകയുദ്ധക്കെടുതികള്‍ അതിജീവിച്ചുകൊണ്ടുള്ള വ്യവസായത്തിന്റെ വളര്‍ച്ച മന്ദഗതിയിലായി. 1932-ല്‍ ടൈറ്റാനിയം പിഗ്മെന്റ് കമ്പനിയെ നാഷണല്‍ ലെഡ് കമ്പനി വാങ്ങിയതോടെ ടൈറ്റാനിയം വാണിജ്യരംഗത്തെ ആദ്യത്തെ പ്രമുഖ കോര്‍പ്പറേഷനുമായി. | ||
| + | |||
| + | കേരളത്തില്‍ ടൈറ്റാനിയം വ്യവസായങ്ങള്‍ പ്രധാനമായും 1946-ല്‍ രൂപംകൊണ്ടു. ട്രാവന്‍കൂര്‍-ടൈറ്റാനിയം പ്രോഡക്ട്സ് ലിമിറ്റഡ് (ടി.ടി.പി), 1984-ല്‍ ഉത്പാദനമാരംഭിച്ച കേരള മിനറല്‍സ് ആന്റ് മെറ്റല്‍സ് ലിമിറ്റഡ് (കെ.എം.എം.എല്‍.) എന്നിവയാണ്. ടി.ടി.പിയില്‍ അനട്ടേസ് TiO<sub>2</sub> വര്‍ണ്ണകവും കെ.എം.എം.എല്‍-ല്‍ റൂട്ടൈല്‍ TiO<sub>2</sub> വര്‍ണകവുമാണ് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. ലോകവിപണിയില്‍ ടൈഓക്സൈഡ് (Tioxide) ഡ്യൂപോണ്ട് (Dupont), ഇഷിഹാരാ (Ishihara), ക്രോണോസ് (Kronos) ബെയര്‍ കെര്‍ മെഗി (Bayer Ker Me Gee) തുടങ്ങിയ കമ്പനികള്‍ ഉത്പാദനരംഗത്തു മുന്‍പന്തിയിലാണ്. | ||
| + | |||
| + | (ഡോ. കെ. ഗോപിനാഥന്‍ നായര്‍) | ||
Current revision as of 07:15, 2 ഫെബ്രുവരി 2009
ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ്
Titanium Dioxide
ടൈറ്റാനിയം എന്ന മൂലകത്തിന്റെ ഓക്സിജന്‍ സംയുക്തം. ഫോര്‍മുല TiO2 . ടൈറ്റാനിയ, ടൈറ്റാനിക് അമ്ലം എന്നീ വ്യത്യസ്ത രാസനാമങ്ങളില്‍ അറിയപ്പെടുന്നു. അനട്ടേസ് (Anatase), റൂട്ടൈല്‍ (Rutile), ബ്രൂക്കൈറ്റ് (Brookite) എന്നിവ ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡ് അടങ്ങുന്ന ധാതുക്കളാണ്. റൂട്ടൈല്‍ ധാതുക്കളാണ് പ്രകൃതിയില്‍ കാണപ്പെടുന്നത്, ഇതിനാണ് കൂടുതല്‍ സ്ഥിരതയുള്ളത്. റൂട്ടൈല്‍ ചതുഷ്കോണീയ പ്രിസ്മീയ (tetragonal prismatic) പരലുകളായാണ് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്. പ്രകൃതിദത്തമായ റൂട്ടൈല്‍ Fe, Cr, V, Nb, Ta, Sn തുടങ്ങിയ ലോഹങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യത്താല്‍ ചുവപ്പ്, തവിട്ട് നിറങ്ങളില്‍ കാണപ്പെടുന്നു. തിളക്കമുള്ള കടുംനീലനിറത്തിലോ കറുപ്പു കലര്‍ന്ന നിറത്തിലോ കാണപ്പെടുന്ന അനട്ടേസ് ധാതുവിന് നീണ്ട ചതുഷ്കോണീയ പിരമിഡിന്റെ ഘടനയാണുള്ളത്.
ഒരു വര്‍ണകമെന്ന നിലയില്‍ വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തില്‍ ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്ന ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് 'ടൈറ്റാനിയ' എന്ന പേരിലും അറിയപ്പെടുന്നു. ചായങ്ങള്‍, നിറക്കൂട്ടുകള്‍, പേപ്പര്‍ തുടങ്ങിയവയുടെ നിര്‍മാണത്തിന് ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന സിങ്ക് ഓക്സൈഡ്, ലെഡ് ഓക്സൈഡ് തുടങ്ങിയവയ്ക്ക് പകരമായിട്ടാണ് ടൈറ്റാനിയം ഉപയോഗിച്ചുതുടങ്ങിയത്. ഇത് പ്രതലത്തെ മറയ്ക്കുവാന്‍ കഴിവുള്ള പദാര്‍ഥമാണ്. പ്രകൃതിയില്‍ കാണപ്പെടുന്ന ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഇരുമ്പ്, ക്രോമിയം, വനേഡിയം തുടങ്ങിയ ലോഹങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യത്തില്‍ നിറമുള്ളതായി കാണപ്പെടുന്നെങ്കിലും കൃത്രിമമായി ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോള്‍ ഇതു വെളുത്ത നിറത്തില്‍ രൂപംകൊള്ളുന്നു.
ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് വെള്ളത്തിലോ മറ്റു സാധാരണ ലായനികളിലോ ലേയമല്ല, മാത്രവുമല്ല ഇതിന്റെ ലയനസ്വഭാവം ഇതു നിര്‍മിക്കപ്പെടുന്ന രാസപ്രക്രിയയുടെയും (chemical history), താപപ്രക്രിയയുടെയും (thermal history) അടിസ്ഥാനത്തിലുമായിരിക്കും. ഉയര്‍ന്ന താപനിലയില്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് പൊതുവേ നിഷ്ക്രിയമാണ്. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഗാഢ സള്‍ഫ്യൂറിക് അമ്ളവുമായി ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ പ്രവര്‍ത്തിച്ച് ലയനാവസ്ഥയിലാകുന്നു. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ലായനികളില്‍ ടൈറ്റാനിയം Ti4+ അയോണുകളായല്ല സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്. TiO2+ എന്ന അയോണിന്റെ സ്വതന്ത്രനിലനില്പും ഇതിനില്ല. നിരവധി Ti-O കണ്ണികള്‍ ചേര്‍ന്നാണ് ഹൈഡ്രേറ്റഡ് അയോണുകളില്‍ കാണുന്നതെന്നാണ് നിഗമനം. ഇപ്രകാരം ജലവുമായി ടൈറ്റാനിയം അയോണുകള്‍ ചേര്‍ന്ന് ഹൈഡ്രേറ്റഡ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് രൂപപ്പെടുന്നു എന്ന് കാണാവുന്നതാണ്. ഇത്തരത്തിലുള്ള ഹൈഡ്രേറ്റഡ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന് വ്യക്തമായ Ti (OH)4 ഘടനയില്ല. ക്ഷാരത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തില്‍ ലഭിക്കുന്ന ഹൈഡ്രേറ്റഡ് ഓക്സൈഡിനെ ഓര്‍ത്തോ ടൈറ്റാനിക് അമ്ലം TiO (OH)4 എന്നും അമ്ലത്തിന്റ സാന്നിധ്യത്തില്‍ ലഭ്യമാവുന്ന ഓക്സൈഡിനെ മെറ്റാ ടൈറ്റാനിക് അമ്ലം TiO(OH)2 അഥവാ TiO2 .nH2O എന്നും ആണ് പറയുന്നത്. വ്യാവസായികമായി സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയയിലൂടെ ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുമ്പോള്‍ മെറ്റാ ടൈറ്റാനിക് അമ്ലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്.
ഉത്പാദനം. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് പ്രധാനമായും രണ്ടു പ്രക്രിയകളിലൂടെയാണ് വാണിജ്യാടിസ്ഥാനത്തില്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്.
1. സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയ
2. ക്ലോറൈഡ് പ്രക്രിയ
രാസശുദ്ധിയെക്കാളേറെ സവിശേഷ ഭൗതിക സ്വഭാവങ്ങള്‍ ലഭ്യമാക്കുവാനാണ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ നിലവിലുള്ള ഉത്പാദന പ്രക്രിയകള്‍ എല്ലാംതന്നെ ലക്ഷ്യമിടുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന് ഇതിലെ തരികളുടെ വലുപ്പം നിയന്ത്രിക്കുകവഴി പെയിന്റ്, മഷി, തുടങ്ങിയവയുടെ നിര്‍മ്മാണത്തിനാവശ്യമായ ഒരു ഘടകമായി ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിനെ രൂപപ്പെടുത്താനാവുന്നു.
ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ ഉത്പാദനത്തിനു വേണ്ട ധാതു വിഭവങ്ങള്‍ പ്രധാനമായും ഇല്‍മനൈറ്റ്, റൂട്ടൈല്‍ എന്നിവയാണ്. ആവശ്യത്തിനനുസരിച്ച് ധാതു വിഭവങ്ങളില്‍ മാറ്റങ്ങള്‍ വരുത്തി, മെച്ചപ്പെട്ട ഉപയോഗം സാധ്യമാക്കിയതോടെ ഈ മേഖലയില്‍ സാങ്കേതികമായി മികവ് കൈവന്നു. ഇല്‍മനൈറ്റിനെ രാസപ്രക്രിയകള്‍ക്കു വിധേയമാക്കിയാണ് കൃത്രിമ റൂട്ടൈല്‍ (synthetic rutile അഥവാ beneficiated ilmenite) ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. കൂടാതെ ഇല്‍മനൈറ്റ് വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് പുടം വെയ്ക്കുമ്പോള്‍ (electro smelting) ലോഹകിട്ടം ഉണ്ടാവുന്നു. സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയയില്‍ ഇല്‍മനൈറ്റും ലോഹകിട്ടവും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുമ്പോള്‍ ക്ളോറൈഡ് പ്രക്രിയയില്‍ കൃത്രിമ റൂട്ടൈലും ലോഹകിട്ടവുമാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്.
സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയ. സള്‍ഫേറ്റ് മാര്‍ഗത്തിലൂടെയുള്ള ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ ഉത്പാദനം ഘട്ടംഘട്ടം ആയുള്ള ഒരു പ്രക്രിയയാണ്. ഇല്‍മനൈറ്റും ഗാഢ സള്‍ഫ്യൂറിക് അമ്ലവുമായി 180 മുതല്‍ 200°C വരെ താപത്തില്‍ പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ചാണ് ഇല്‍മനൈറ്റിലെ ടൈറ്റാനിയത്തെ ടൈറ്റാനിയം സള്‍ഫേറ്റായി രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്. ഇവിടെ ടൈറ്റാനിയത്തോടൊപ്പം ഇരുമ്പിന്റെയും മറ്റു ലോഹങ്ങളുടെയും സള്‍ഫേറ്റുകളുണ്ടാകുന്നു. ഇവയെ വെള്ളത്തില്‍ ലയിപ്പിച്ചശേഷം കനംകുറഞ്ഞ ഇരുമ്പുതകിടുകളുപയോഗിച്ച് നിരോക്സീകരിച്ച് ഫെറിക് (Fe3+) അംശത്തെ ഫെറസ് (Fe2+) ആക്കി മാറ്റുന്നു.
ഖരവസ്തുക്കളെ നീക്കം ചെയ്തശേഷം ഈ ലായനി തിളപ്പിക്കുമ്പോള്‍ ഹൈഡ്രേറ്റഡ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് രൂപം പ്രാപിക്കുന്നു. അനട്ടേസ് അല്ലെങ്കില്‍ റൂട്ടൈല്‍ ഘടനയിലുള്ള ന്യൂക്ലിയയുടെ സാന്നിധ്യത്തില്‍ നടത്തുന്ന ജലാപഘടനത്തിലൂടെ അനട്ടേസ് അല്ലെങ്കില്‍ റൂട്ടൈല്‍ തരം (Anatase or Rutile type) ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കാനാവുന്നു. ഇരുമ്പിന്റെ അംശത്തെ ഫെറസ് സള്‍ഫേറ്റ് ആയി വേര്‍തിരിച്ച ശേഷം ജലാപഘടന പ്രക്രിയയിലൂടെ TiO2 ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയും നിലവിലുണ്ട്. ഇരുമ്പിന്റെയും മറ്റു ലോഹങ്ങളുടെയും സള്‍ഫേറ്റുകള്‍ അരിച്ചു (filtration) മാറ്റി ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിനെ വേര്‍തിരിച്ച് ശുദ്ധീകരിക്കുന്നു. ഏതാണ്ട് 60 ശ.മാ. ജലാംശമുള്ള കുഴമ്പി (pulp) നെ ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന റോട്ടറി കിലനി (Rotary Kiln) ലൂടെ കടത്തിവിട്ട് 800°C മുതല്‍ 950°C വരെ ഊഷ്മാവില്‍ ചുടുപാകംചെയ്ത് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയില്‍ ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് കുഴമ്പിലുള്ള (TiO2 .nH2 O) ജലാംശം ആദ്യം പുറന്തള്ളപ്പെടുന്നു. (300°C മുതല്‍ 500°C വരെ) തുടര്‍ന്ന് 500°C മുതല്‍ 700°C വരെയുള്ള ഊഷ്മാവില്‍ ഇതിലുള്ള അമ്ലവും പുറന്തള്ളപ്പെടുന്നു. അമൂര്‍ത്തമായ ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിനു 850°C മുതല്‍ 900°C വരെയുള്ള ഊഷ്മാവില്‍ പരല്‍ഘടന കൈവരുന്നു. ഈ രീതിയില്‍ കിലനില്‍ 300°C മുതല്‍ 1000°C വരെയുള്ള ഊഷ്മാവില്‍ വിവിധ ഘട്ടങ്ങളിലൂടെ (zones) പുറത്തുവരുന്ന ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിനു വര്‍ണകത്തിന്റെ പ്രത്യേക സ്വഭാവങ്ങള്‍ ഉണ്ടായിരിക്കും. വെളുത്ത നിറമുള്ള പൊടിയാണ് ഈ ഉത്പന്നം.
സള്‍ഫേറ്റ് പ്രക്രിയ
ക്ലോറൈഡ് പ്രക്രിയ. വളരെ പ്രചാരം നേടിയ ആധുനിക സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ് ക്ലോറൈഡ് രീതി. ഈ രീതിയിലെ പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളിലൊന്നാണ് ഇല്‍മനൈറ്റ് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലാക്കുന്ന പ്രക്രിയ. 50-60 ശ.മാ. വരെ TiO2 അടങ്ങിയിട്ടുള്ള ഇല്‍മനൈറ്റ്, കരിയുമായി കലര്‍ത്തി ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ നിരോക്സീകരിക്കുമ്പോള്‍ ഇരുമ്പിന്റെ ഫെറിക് (Fe3+) രൂപം ഫെറസ് (Fe2+) രൂപമായി മാറുന്നു. തുടര്‍ന്ന് ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് അമ്ലത്തില്‍ ഊറിച്ചുകഴുകുമ്പോള്‍ (leach) ഇരുമ്പിന്റെ അളവ് കുറയുകയും TiO2 ന്റെ അളവ് കൂടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ രീതിയിലാണ് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലുണ്ടാക്കുന്നത്.
തുടര്‍ന്ന് കൃത്രിമ റൂട്ടൈലില്‍നിന്ന് ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് ഉത്പ്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ കൃത്രിമ റൂട്ടൈലിനെ ക്ലോറിനീകരണത്തിനു വിധേയമാക്കുമ്പോള്‍ ടൈറ്റാനിയത്തിന്റെയും ഇരുമ്പിന്റെയും ചെറിയ അളവിലുള്ള മറ്റു ലോഹങ്ങളുടെയും ക്ലോറൈഡുകള്‍ ഉണ്ടാകുന്നു. ഇതില്‍നിന്ന് ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡ് ശുദ്ധീകരിച്ച് വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം ടെട്രാക്ലോറൈഡും ഓക്സിജനും ചേര്‍ന്ന മിശ്രിതം 650°C മുതല്‍ 750°C വരെയുള്ള ഊഷ്മാവില്‍ രാസപ്രക്രിയയ്ക്കു വിധേയമാക്കിയാണ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്.
ക്ലോറൈഡ് പ്രക്രിയ
ഘടന. ഓരോ ടൈറ്റാനിയം അയോണും (അനട്ടേസ്, റൂട്ടൈല്‍, ബ്രൂക്കൈറ്റ് ഇതിലേതു തരമായാലും) ആറു ഓക്സിജന്‍ അയോണുകളാല്‍ ചുറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഘടനയാണ് ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിനുള്ളത്. ഇങ്ങനെ ടൈറ്റാനിയത്തിന്റെ സമന്വയസംഖ്യ (co-ordination number) 6 ആണെന്നു കാണാവുന്നതാണ്. ടൈറ്റാനിയവും ഓക്സിജനും തമ്മില്‍ 1:2 എന്ന അനുപാതം നിലനിറുത്തുന്നത് ക്രിസ്റ്റലിലെ ഒക്ടാഹീഡ്രയിലെ (octahedron) ഓരോ ഓക്സിജനും മൂന്നു ഒക്ടാഹീഡ്രകളുടെതുകൂടി പൊതുവായി വരത്തക്കവിധത്തില്‍ അടുക്കിയിട്ടുള്ളതിനാലാണ്. അനട്ടേസ്, റൂട്ടൈല്‍, ബ്രൂക്കൈറ്റ് എന്നിവയിലെ ഘടനാവ്യത്യാസത്തിനു കാരണം ഇവയിലെ അടുക്കുകളിലെ (spacial arrangement) വ്യത്യാസമാണ്. ഓരോ ഒക്ടാഹീഡ്രയുടെ വക്കും (edge) അടുത്തുള്ള 12 വക്കുമായി റൂട്ടൈലിലും 3 വക്കുമായി ബ്രൂക്കൈറ്റിലും 4 വക്കുമായി അനട്ടേസിലും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതാണ് ഈ ക്രിസ്റ്റലുകളിലെ പ്രകടമായ വിന്യാസം.
റൂട്ടൈല്‍ ഒക്ടാഹീഡ്രകളുടെ നീണ്ട കണ്ണികള്‍ വക്കുകള്‍കൊണ്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അങ്ങിനെ ഒരു ശൃംഖലയില്‍ ഓരോ ഒക്ടാഹീഡ്രയിലുള്ള നാലു ഓക്സിജന്‍ അണുക്കളും അടുത്ത ഒക്ടാഹീഡ്രകളുമായി പങ്കിടുന്നു. ഒരു ശൃംഖലയിലെ ഏക കോ-ഓര്‍ഡിനേറ്റഡ് (single co-ordinated) ഓക്സിജന്‍ അയോണ്‍ അടുത്ത ശൃംഖലയിലെ ഇരട്ട കോ-ഓര്‍ഡിനേറ്റഡ് (double co-ordinated) ഒക്ടാഹീഡ്രല്‍ സ്ഥാനവുമായി ചേര്‍ന്നുവരുന്ന തരത്തിലാണ് ക്രമീകരണം. ഓരോ ഓക്സിജനും മൂന്നു ഒക്ടാഹീഡ്രയില്‍ പങ്കുചേരുന്നതുമൂലം TiO2 ന്റെ അനുപാതം 1:2 എന്നത് കൃത്യമായി വരുന്നു. അനട്ടേസില്‍ പരന്ന ഒക്ടാഹീഡ്രല്‍ നിരകള്‍ (octahedral layers) ബന്ധിച്ചിരിക്കുന്നത് അവയുടെ മൂലകളിലൂടെയാണ്. ഇപ്രകാരം റൂട്ടൈലിലെ അണുക്കളുടെ അടുക്ക് (atomic packing) അനട്ടേസിനെക്കാളും ഒത്തുചേര്‍ന്ന വിധത്തിലായതാണ് റൂട്ടൈലിന്റെ ഉയര്‍ന്ന ആപേക്ഷിക സാന്ദ്രതയ്ക്കും ഉയര്‍ന്ന അപഭംഗമാനത്തിനും കാരണം. (ആ. സാ.- അനട്ടേസ് 3.84, റൂട്ടൈല്‍ 4.26. അപഭംഗമാനം - അനട്ടേസ് 2.55, റൂട്ടൈല്‍ 2.7) കൂടുതല്‍ പ്രകാശം വികിരണം (scattering) ചെയ്യുന്നതോടൊപ്പം കൂടുതല്‍ പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രതിഫലനവും (reflection), അപഭംഗവും (refraction) ഉണ്ടാകുന്നതുമൂലം മെച്ചപ്പെട്ട അതാര്യത ഈ വര്‍ണകണങ്ങള്‍ക്ക് കൈവരുന്നു. ഒരു വര്‍ണകമെന്ന നിലയില്‍ ധൂളികളുടെ ശരാശരി വലുപ്പം, വലുപ്പത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറവ് എന്നിവ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്നു. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ ധൂളിവലുപ്പം 0.2 മുതല്‍ 0.3 വരെ മൈക്രോണാണ്. ഈ അളവില്‍ വ്യതിയാനം വരുത്തി പല ആവശ്യങ്ങള്‍ക്കു വേണ്ട പലതരം വര്‍ണകങ്ങള്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. വര്‍ണകങ്ങളുടെ സ്വഭാവങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനങ്ങളിലൂടെ വികസിക്കപ്പെട്ട എം.ഇ. സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ പച്ചപ്രകാശത്തിന് ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ വികിരണം (scattering) ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡു നല്‍കുന്നത് ധൂളികളുടെ വലിപ്പം ഏതാണ്ട് 0.25 മൈക്രോണ്‍ ഉള്ളപ്പോഴാണ്. 0.1 മൈക്രോണില്‍ താഴെയും 0.6 മൈക്രോണിനു മുകളിലും ധൂളി വലുപ്പം ഒഴിവാക്കി ശരാശരി 0.2 മൈക്രോണ്‍ വലുപ്പമുള്ള ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് ഉത്പാദനമാണ് ഈ പ്രക്രിയകളില്‍ നിര്‍ണായകമായിട്ടുള്ളത്.
പ്രതല പരിചരണം (surface treatment). ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡ് നിര്‍മാണത്തില്‍ അതീവ പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ് പ്രതലചരിചരണം. ടൈറ്റാനിയം ഡൈഓക്സൈഡിന്റെ പ്രതലത്തില്‍ സിലിക്ക, അലുമിനിയം, സിര്‍ക്കോണിയം എന്നിവയുടെ ഓക്സൈഡുകളുടെ നേരിയ പാളി കൃത്രിമമായി നിര്‍മിക്കുക വഴി മെച്ചപ്പെട്ട ഗുണങ്ങള്‍ ഇത്തരം വര്‍ണകങ്ങള്‍ക്കു ലഭ്യമാക്കാം. ഈ പ്രക്രിയയിലൂടെ കാലാവസ്ഥാപ്രതിരോധം, മെച്ചപ്പെട്ട വ്യാപനം എന്നീ ഗുണങ്ങള്‍ കൈവരുത്തി നിരവധി ഉപയോഗങ്ങള്‍ക്ക് TiO2 നെ അനുയോജ്യമാക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്.
വ്യാവസായിക രംഗം. ടൈറ്റാനിയം ഡൈ ഓക്സൈഡിന്റെ പ്രത്യേക സ്വഭാവങ്ങള്‍ ഈ ഉത്പന്നത്തിന്റെ ഉത്പാദനമേഖലയിലെ വികസന പ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ക്ക് കാരണമായി. യു. എസിലെ ടൈറ്റാനിയം പിഗ്മെന്റ് കമ്പനി 1916-ല്‍ തുടങ്ങിയതിനു സമാന്തരമായി യൂറോപ്പില്‍ നോര്‍വെയിലും വ്യാവസായികോത്പാദനം തുടങ്ങി. 1914-18 ലെ ഒന്നാം ലോകയുദ്ധക്കെടുതികള്‍ അതിജീവിച്ചുകൊണ്ടുള്ള വ്യവസായത്തിന്റെ വളര്‍ച്ച മന്ദഗതിയിലായി. 1932-ല്‍ ടൈറ്റാനിയം പിഗ്മെന്റ് കമ്പനിയെ നാഷണല്‍ ലെഡ് കമ്പനി വാങ്ങിയതോടെ ടൈറ്റാനിയം വാണിജ്യരംഗത്തെ ആദ്യത്തെ പ്രമുഖ കോര്‍പ്പറേഷനുമായി.
കേരളത്തില്‍ ടൈറ്റാനിയം വ്യവസായങ്ങള്‍ പ്രധാനമായും 1946-ല്‍ രൂപംകൊണ്ടു. ട്രാവന്‍കൂര്‍-ടൈറ്റാനിയം പ്രോഡക്ട്സ് ലിമിറ്റഡ് (ടി.ടി.പി), 1984-ല്‍ ഉത്പാദനമാരംഭിച്ച കേരള മിനറല്‍സ് ആന്റ് മെറ്റല്‍സ് ലിമിറ്റഡ് (കെ.എം.എം.എല്‍.) എന്നിവയാണ്. ടി.ടി.പിയില്‍ അനട്ടേസ് TiO2 വര്‍ണ്ണകവും കെ.എം.എം.എല്‍-ല്‍ റൂട്ടൈല്‍ TiO2 വര്‍ണകവുമാണ് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. ലോകവിപണിയില്‍ ടൈഓക്സൈഡ് (Tioxide) ഡ്യൂപോണ്ട് (Dupont), ഇഷിഹാരാ (Ishihara), ക്രോണോസ് (Kronos) ബെയര്‍ കെര്‍ മെഗി (Bayer Ker Me Gee) തുടങ്ങിയ കമ്പനികള്‍ ഉത്പാദനരംഗത്തു മുന്‍പന്തിയിലാണ്.
(ഡോ. കെ. ഗോപിനാഥന്‍ നായര്‍)
