लोहे का धातुकर्म
आयरन हीमोग्लोबिन का एक महत्वपूर्ण घटक है, जो रक्त में होता है। लोहा उद्योगों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातु है और इसलिए इसे धातुओं का राजा कहा जा सकता है। एल्युमीनियम के बाद यह दूसरी सबसे प्रचुर धातु है। लोहा मूल अवस्था में नहीं पाया जाता, क्योंकि यह आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है।
यह आमतौर पर हेमेटाइट और लिमोनाइट से निकाला जाता है।
लोहे का निष्कर्षण
इसके अयस्क से लोहे का निष्कर्षण धातुकर्म में तीसरी और अंतिम प्रक्रिया है। धातुओं का निष्कर्षण और उसका पृथक्करण कुछ प्रमुख चरणों में होता है:
अयस्क की सांद्रता
सांद्रित अयस्क से धातु का निष्कर्षण
धातु का शुद्धिकरण
अपने अयस्क से लोहा कैसे निकाला जाता है? यह एक लंबी प्रक्रिया है जो कैल्सिनेशन रोस्टिंग के माध्यम से एकाग्रता से शुरू होती है। सांद्रण पानी और अन्य अस्थिर अशुद्धियाँ जैसे सल्फर और कार्बोनेट को हटा देता है। इस सांद्रित अयस्क को चूना पत्थर (CaCO3) और कोक के साथ मिलाया जाता है और ऊपर से ब्लास्ट फर्नेस में डाला जाता है। ब्लास्ट फर्नेस में ही लोहे का निष्कर्षण होता है।
ब्लास्ट फर्नेस में क्या होता है?
ब्लास्ट फर्नेस का उद्देश्य सांद्रित अयस्क को रासायनिक रूप से उसकी तरल धातु अवस्था में कम करना है। ब्लास्ट फर्नेस आग रोक ईंटों से बना एक विशाल, स्टील का ढेर है जहां केंद्रित लौह अयस्क, कोक और चूना पत्थर को ऊपर से डाला जाता है, और गर्म हवा का एक झोंका नीचे की ओर उड़ाया जाता है। सभी तीन सामग्रियों को छोटे गोल टुकड़ों में कुचल दिया जाता है और मिश्रित किया जाता है और एक हॉपर पर रखा जाता है जो इनपुट को नियंत्रित करता है।
गर्म हवा को नीचे से उड़ाया जाता है और कोक को जलाकर लगभग 2200K तक तापमान प्राप्त किया जाता है। कोक जलाने से इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक अधिकांश ऊष्मा प्राप्त होती है। इतने उच्च तापमान पर, कोक गर्म हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) बनाता है। CO और ऊष्मा अब ऊपर की ओर बढ़ती है और ऊपर से नीचे की ओर आते हुए कच्चे माल से मिलती है। ब्लास्ट फर्नेस के ऊपरी हिस्सों में तापमान नीचे के 2200K से काफी कम है। इस भाग में हेमेटाइट (Fe2O3) और मैग्नेटाइट (Fe3O4) फेरस ऑक्साइड (FeO) में अपचयित हो जाते हैं।
ब्लास्ट फर्नेस में प्रतिक्रियाएँ
500-800 K पर, निचले तापमान वाले ऊपरी भागों में,
लोहा निकालने की प्रक्रिया: ब्लास्ट फर्नेस के अंदर
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2 Fe3O4+4CO→3Fe+4CO2 Fe2O3+CO→2FeO+CO2
900-1500 K पर, भट्टी के निचले भाग में,
C+CO2→2CO 3FeO+CO2→Fe+CO2
चूना पत्थर भी CaO में विघटित हो जाता है जो स्लैग के रूप में अयस्क की सिलिकेट अशुद्धता को हटा देता है। इसे पिघले हुए लोहे से आसानी से अलग किया जा सकता है। ब्लास्ट फर्नेस में निर्मित लोहे में लगभग 3 – 4% कार्बन और थोड़ी मात्रा में अन्य अशुद्धियाँ जैसे सल्फर, सिलिकॉन आदि होते हैं। इसे पिग आयरन कहा जाता है। यह एक कठोर लेकिन भंगुर धातु है और अशुद्धियाँ इसकी मजबूती को गंभीर रूप से बाधित करती हैं। लोहे में भंगुरता और कठोरता के संतुलन को प्रभावित करने में कार्बन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता प्रतीत होता है। पिग आयरन की कार्बन सामग्री को और कम करने के लिए, इसे लोहे और कोक के स्क्रैप के साथ फिर से पिघलाया जाता है और गर्म हवा के विस्फोट के अधीन किया जाता है। इस प्रकार के लोहे को कास्ट आयरन कहा जाता है और इसमें कार्बन की मात्रा थोड़ी कम 2 – 3% होती है। यह पिग आयरन से भी अधिक कठोर है।
गढ़ा हुआ लोहा/लचीला लोहा
गढ़ा लोहा व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लोहे का सबसे शुद्ध रूप है और हेमेटाइट (Fe2O3) से सुसज्जित भट्टी में कच्चे लोहे को गर्म करके कच्चे लोहे से तैयार किया जाता है। हेमेटाइट कच्चे लोहे में कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके शुद्ध लोहा और कार्बन मोनोऑक्साइड गैस देता है जो निकल जाती है।
Fe2O3+3C→2Fe+3CO
फिर चूना पत्थर को फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है, और यह स्लैग बनाता है। एस, सी जैसी अशुद्धियाँ स्लैग में चली जाती हैं और बाद में स्लैग को शुद्ध लोहा प्राप्त करने के लिए आसानी से अलग किया जा सकता है।
