धातुकर्म एकाग्रता, भूनना, गलाना

भूनना

यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें अयस्क को अकेले या अयस्क के संलयन बिंदु के नीचे हवा की अधिकता में किसी अन्य सामग्री के साथ गर्म किया जाता है। आमतौर पर इस विधि का उपयोग सल्फाइड अयस्कों के लिए किया जाता है। भूनने में धातु के ऑक्साइड या क्लोराइड बनाने के लिए निश्चित रासायनिक परिवर्तन होते हैं। जस्ता, सीसा, तांबा और निकल जैसी धातुओं के अयस्कों को हवा में भूनने पर उनके ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाते हैं। सीसा जैसी कुछ धातुओं के अयस्क आंशिक रूप से ऑक्सीकृत हो सकते हैं और सल्फेट में परिवर्तित हो सकते हैं। ऐसे में इसे सल्फेटिंग रोस्टिंग या आंशिक रोस्टिंग कहा जाता है। चाँदी और सोने जैसी धातुओं के अयस्कों को साधारण नमक के साथ मिलाया जाता है और हवा में गर्म किया जाता है। वे अपने क्लोराइड में परिवर्तित हो जाते हैं जिन्हें कम करना आसान होता है। इस प्रकार की भूनने को क्लोरीनेटिंग भूनना कहा जाता है। भूनने का उद्देश्य अयस्क को कम करने के लिए उपयुक्त रूप में परिवर्तित करना है। सल्फाइड भूनने का गैसीय उत्पाद, सल्फर डाइऑक्साइड का उपयोग अक्सर सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।

प्रगलन

प्रगलन वह मूल प्रक्रिया है जिसके द्वारा धातु अयस्कों से व्यावहारिक धातु का उत्पादन किया जाता है। तांबे के अयस्कों में मौजूद खनिजों को अयस्क के साथ कार्बन मिलाकर और मिश्रण को लगभग 1,100°C तक गर्म करके तांबे में बदल दिया जाता है। (यह सीधे कॉपर ऑक्साइड अयस्कों के साथ किया जा सकता है। कॉपर सल्फाइड अयस्कों को पहले हवा के संपर्क में गर्म किया जाता है।) इस तापमान पर धातु, जो अब तरल है, भट्टी के तल में प्रवाहित होती है, और शेष पदार्थ (स्लैग) भट्टी में तैरता है। शीर्ष, जहां से इसे हटा दिया गया है। (स्लैग में आमतौर पर बड़ी मात्रा में सिलिकॉन और संबंधित सामग्री शामिल होती है और कांच जैसी या सिंडर जैसी सामग्री के अपशिष्ट ढेर का उत्पादन होता है।) हालांकि यह सीधा लगता है, प्राचीन काल में और विशेष रूप से धौंकनी के आविष्कार से पहले, आवश्यक प्राप्त करना मुश्किल था तापमान, और स्लैग से तांबे का निष्कर्षण वास्तव में एक कठिन, गड़बड़ और अत्यधिक श्रम-गहन परियोजना थी।

गलाने से अगले चरण के लिए तैयार धातु का एक टुकड़ा (जिसे ब्लूम कहा जाता है) तैयार किया जाता है। तांबे के मामले में, वह चरण अक्सर ढलाई का होता है।

तांबे की तुलना में लोहे का गलनांक अधिक होता है। लेकिन अपने पिघलने बिंदु के नीचे लोहा अभी भी स्पंजी हो सकता है और गर्म हथौड़े (फोर्जिंग) द्वारा उपचार के लिए उपयुक्त हो सकता है, जो शेष कुछ अशुद्धियों को निकालने में मदद करता है।

रिफाइनिंग

अपचयन प्रक्रियाओं द्वारा प्राप्त धातुओं में अभी भी कुछ आपत्तिजनक अशुद्धियाँ होती हैं और इसलिए उन्हें परिष्कृत करना पड़ता है। शोधन तकनीकें धातु से धातु में व्यापक रूप से भिन्न होती हैं और यह इस बात पर भी निर्भर करती है कि धातु को किस उपयोग में लाया जाना है। कभी-कभी शोधन के दौरान धातु में कुछ वांछनीय विशेषताएँ प्रदान करने के लिए कुछ पदार्थ मिलाने पड़ सकते हैं। कुछ मामलों में किसी धातु को अशुद्धियों के रूप में मौजूद मूल्यवान उप-उत्पादों को पुनर्प्राप्त करने के लिए परिष्कृत किया जाता है। उपयोग की जाने वाली कुछ शोधन प्रक्रियाओं को नीचे परिभाषित किया गया है।

पोलिंग द्वारा

Sn, Pb और Bi जैसी आसानी से गलने योग्य धातुओं को इस विधि द्वारा परिष्कृत किया जाता है। धातु के पिघलने बिंदु से थोड़ा ऊपर के तापमान पर बनाए गए ढलान वाले चूल्हे (आमतौर पर एक परावर्तक भट्ठी) के ऊपरी हिस्से में सिल्लियों के ब्लॉक के रूप में अशुद्ध धातु।

द्रवीकरण द्वारा

Sn, Pb और Bi जैसी आसानी से गलने योग्य धातुओं को इस विधि द्वारा परिष्कृत किया जाता है। धातु के पिघलने बिंदु से थोड़ा ऊपर के तापमान पर बनाए गए ढलान वाले चूल्हे (आमतौर पर एक परावर्तक भट्ठी) के ऊपरी हिस्से में सिल्लियों के ब्लॉक के रूप में अशुद्ध धातु। अशुद्धियाँ मैल के रूप में पीछे रह जाती हैं जबकि शुद्ध धातु पिघल जाती है और ढलान के नीचे एक कुएं में बह जाती है।

कपलेशन द्वारा

इस विधि का उपयोग अशुद्धता के रूप में सीसा युक्त चांदी को शुद्ध करने के लिए किया जाता है। अशुद्ध चाँदी को हड्डी की राख से बने एक उथले बर्तन में हवा के झोंके के नीचे गर्म किया जाता है। सीसा आसानी से पाउडरयुक्त लेड मोनोऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है। इसका अधिकांश भाग हवा के झोंके से उड़ जाता है। शेष पिघल जाता है और हड्डी की राख कपेल द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। शुद्ध चाँदी पीछे छूट जाती है। इन परिस्थितियों में चाँदी स्वयं ऑक्सीकृत नहीं होती है।

आसवन द्वारा

कुछ धातुओं का गलनांक बहुत कम होता है और गर्म करने पर जल्द ही वाष्पीकृत हो जाते हैं जबकि संबंधित अशुद्धियाँ ठोस अवस्था में ही रहती हैं। इस विधि से जस्ता, पारा और आर्सेनिक को शुद्ध किया जाता है। वैक्यूम आसवन बहुत शुद्ध उत्पाद देता है और इसका उपयोग IA और IIA धातुओं के शोधन में किया जाता है।

प्रभाजी आसवन द्वारा

यह प्रक्रिया जिंक से कैडमियम को अलग करने के लिए लागू की जाती है। जस्ता के धातु विज्ञान में, धातु हमेशा कैडमियम से जुड़ी होती है। अशुद्ध जस्ता को पाउडर कोक के साथ मिलाया जाता है और गर्म किया जाता है जब संघनन के पहले भाग में कैडमियम होता है जबकि बाद के भागों में जस्ता प्राप्त होता है।