अयस्कों से धातुओं का निष्कर्षण

धातुकर्म का परिचय

धातु वे तत्व हैं जो सामान्य रूप से कठोर, चमकदार, तन्य, निलंबनशील और अच्छे ऊष्मा एवं विद्युत चालक होते हैं। लेकिन क्या आप जानते हैं कि हमारी दैनिक जीवन में उपयोग की जाने वाली अधिकांश धातुओं को धातुकर्म नामक जटिल प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है? धातु को उनकी अयस्कों से निकालने और उपयोग के लिए उसे परिष्कृत करने की प्रक्रिया को धातुकर्म कहा जाता है।

अयस्क क्या होते हैं?

अयस्क स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले चट्टानें या खनिज होते हैं जिनसे धातु को आर्थिक रूप से निकाला जा सकता है। सभी चट्टानें पर्याप्त मात्रा में धातु नहीं रखती हैं। अयस्क सामान्यतः प्रचुर मात्रा में मूल धातुएं जैसे कि ऑक्साइड, सल्फाइड, सिलिकेट्स, या मूल तांबा रखते हैं। कुछ सामान्य अयस्कों के उदाहरणों में शामिल हैं:

• हेमेटाइट: लोहे का एक महत्वपूर्ण अयस्क।
• बॉक्साइट: एल्युमिनियम का मुख्य अयस्क।
• चाल्कोपाय्राइट: तांबे का मुख्य अयस्क।

धातुकर्म के चरण

धातुकर्म में सामान्यतः तीन मुख्य चरण शामिल होते हैं:

1. अयस्क का संकेन्द्रण (या अयस्क की संवर्धन): यह धातुकर्म का प्रारंभिक चरण है, जहां अयस्क को जमीन से निकाला जाता है और उसमें मौजूद धातु के प्रतिशत को बढ़ाने के लिए संकेंद्रित किया जाता है। इस प्रक्रिया में अयस्क को कुचलना और फिर विभिन्न विधियों जैसे कि गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण, चुंबकीय पृथक्करण, फोम फ्लोटेशन, आदि का उपयोग हो सकता है।
2. संकेन्द्रित अयस्क का धातु में परिवर्त न: संकेन्द्रित अयस्क को फिर वास्तविक धातु में परिवर्तित किया जाता है जो धातुओं के निष्कर्षण का मुख्य चरण होता है। यह भुन्ना, कैल्किनेशन या रासायनिक अवकरण के माध्यम से हो सकता है।
3. धातु की परिष्करण: ऊपर वर्णित प्रक्रिया से प्राप्त कच्चा धातु अशुद्ध होता है, और इन अशुद्धियों को निकालने और शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए परिष्करण की जाती है। सामान्य विधियों में इलेक्ट्रोलाइटिक परिष्करण, क्षेत्र परिष्करण, और वाष्प चरण परिष्करण शामिल होते हैं।

अयस्क का संकेन्द्रण

अयस्क का संकेन्द्रण एक महत्वपूर्ण चरण है जो सुनिश्चित करता है कि अयस्क शुद्ध और संकेन्द्रित है ताकि धातु के प्रभावी निष्कर्षण की अनुमति हो। इसमें कीमती धातु-धारण खनिजों को अवांछनीय या गैंग से अलग करना शामिल होता है।

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

संकेन्द्रण के विधियाँ

आइए कुछ सामान्य संकेन्द्रण विधियों पर चर्चा करें:

• गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण: यह विधि तब लागू होती है जब अयस्क कण मैट्रिक्स या गैंग से भारी होते हैं।
• फ्लोटेशन: सल्फाइड अयस्कों के लिए उपयोग की जाने वाली, अयस्क को पानी के साथ मिलाकर एक घोल बनाया जाता है, और हवा के बुलबुले इस घोल में प्रवाहित किए जाते हैं जिससे वांछित खनिज तैरने लगते हैं।
• चुंबकीय पृथक्करण: यह विधि तब उपयोग की जाती है जब अयस्क या अशुद्धियां चुंबकीय होते हैं।

संकेन्द्रित अयस्क का धातु में परिवर्तन

संकेन्द्रित अयस्क को विभिन्न प्रक्रियाओं से धातु निकालने के लिए सब्जेक्ट किया जाता है। आइए इनमें से कुछ विधियों पर एक नज़र डालें:

• भुन्ना: यह एक प्रक्रिया है जिसमें अयस्क को ऑक्सीजन की उपस्थिति में गर्म किया जाता है, जो नमी और अस्थिर अशुद्धियों को हटाती है।

  2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2

• कैल्किनेशन: अयस्क को अत्यधिक रूप से गर्म करके किया जाता है, जिसकी उत्पन्न हो गैस अपूर्ति या सीमित आपूर्ति में ताकि कार्बोनेट अयस्क का विभक्त हो सके।

  CaCO 3 → CaO + CO 2

• अवकरण: इसमें धातु ऑक्साइड का रासायनिक परिवर्तन धातु में अवकरणकर्ता द्वारा होता है जैसे कि कार्बन, हाइड्रोजेन या अन्य सक्रिय धातुएं।

  Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

धातु की परिष्करण

अंततः, अयस्क से निकाली गई धातु का परिष्करण किया जाता है ताकि उच्च शुद्धता वाली धातु प्राप्त की जा सके। परिष्करण प्रक्रिया धातु के स्वभाव पर निर्भर करती है और उसके उपयोग पर आधारित होती है।

शुद्धीकरण की सामान्य विधियाँ

• इलेक्ट्रोलाइटिक परिष्करण: अशुद्ध धातु को एनोड बनाया जाता है, और शुद्ध धातु को कैथोड बनाया जाता है। जब इलेक्ट्रिक धारा को इलेक्ट्रोलाइट में प्रवाहित किया जाता है, तो शुद्ध धातु कैथोड पर निक्षेपित होता है।

  Cu 2+ + 2e - → Cu

• क्षेत्र परिष्करण: धातुओं को शुद्ध करने के लिए प्रयोग किया जाता है जिनमें अशुद्धियाँ कम गलनांक के साथ होती हैं; एक हीटर पुरानी धातु की छड़ के साथ घूमती है, इसे पिघलाकर अशुद्धियों को अपने साथ ले जाती है।
• वाष्प चरण परिष्करण: एक विधि जिसमें अशुद्ध धातु को उसकी अस्थिर यौगिक में परिवर्तित किया जाता है, और फिर शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए उसे अवक्रमित किया जाता है।

  TiCl 4 + 2Mg → 2MgCl 2 + Ti

निष्कर्ष

अयस्कों से धातुओं का निष्कर्षण रसायन और इंजीनियरिंग की एक आकर्षक यात्रा है जो चट्टानों को मूल्यवान संसाधनों में परिवर्तित करती है। धातुकर्म की मौलिक प्रक्रियाओं को समझना न केवल यह बताता है कि कैसे धातुएं निर्माण के लिए तैयार की जाती हैं, बल्कि यह मानव प्रगति और तकनीकी विकास के महत्वपूर्ण चरणों पर भी प्रकाश डालता है।

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