धातुकांचे शुद्धीकरण

धातुकांचे शुद्धीकरण : धातुकातील (कच्च्या स्वरूपाच्या धातूतील) उपयुक्त व निरुपयोगी भाग वेगळे करण्याची क्रिया. निसर्गात सापडणारी उपयुक्त धातुके बहुतेक वेळा निरुपयोगी खनिजांमध्ये कमीअधिक प्रमाणात मिसळलेली आढळतात. उपयुक्त धातूकांना इतर खनिजांपासून वेगळे करून शुद्ध अवस्थेत आणण्याकरिता त्यांच्या भौतिक गुणभेदांचा उपयोग करून घेता येतो. भौतिक गुणभेदांवर आधारलेल्या भौतिक प्राक्रियांमध्ये (१) संप्लवन (धातुकाचे तापमान वाढविले, तर त्यातील शुद्ध धातूचे घन अवस्थेतून एकदम वायू अवस्थेत जाणे व तो वायू थंड केला म्हणजे पुन्हा पण शुद्धावस्थेत घनरूप घेणे) आणि (२) संकेंद्रण (धातुकातील शुद्ध धातुकांचे प्रमाण शक्य तितके वाढविणे) या महत्त्वाच्या आहेत.

खाणीतून बाहेर काढलेले धातूक लांब अंतरावर असलेल्या मध्यवर्ती प्रगलन (गाळण्याच्या) भट्टीपर्यंत वाहून न्यावे लागते. खाणीच्या जवळच धातुकाचे शुद्धीकरण केले, तर वाहतुकीकरिता होणारा पुष्कळ खर्च वाचविता येतो. अनेक धातुकांमध्ये शुद्ध धातूचे प्रमाण १% पेक्षाही कमी असते. उपयुक्त धातुकाच्या कित्येक पट असणारी निरूपयोगी खनिजे अगोदरच वेगळी केली, तर त्यांच्या वाहतुकीचा आणि साठविण्याचा खर्च वाचतो भट्ट्यांचे आकारमान लहान करता येते. प्रगलनास लागणारे इंधन व अभिवाह (धातुक लवकर व कमी तापमानास वितळण्यासाठी त्यात मिसळण्यात येणारी द्रव्ये) यांत बचत होते आणि धातुमळी कमी झाल्याने तीतून फुकट जाणाऱ्या धातूचे प्रमाणही कमी होते.

कित्येक ठिकाणी अनेक मूल्यवान धातुके एकत्र सापडतात पण प्रत्येक प्रकारच्या धातुकाचे प्रगलन करण्यासाठी त्याला इतरांपासून वेगळे काढावे लागते. कित्येक धातुकांत शुद्ध धातूचे प्रमाण पुष्कळ असूनदेखील त्यांमध्ये अल्प प्रमाणात मिसळलेल्या मलखनिजांमुळे त्यांचे मूल्य व उपयुक्तता कमी होतात म्हणून अशी मलखनिजे अगोदरच काढून टाकावी लागतात. उदा., लोह धातुकातील ॲल्युमिना व सिलिका, मँगॅनीज धातुकातील लोह व सिलिका आणि चुनखडीतील सिलिका.

भौतिक गुणभेद : धातुकाच्या शुद्धीकरणासाठी ज्या भौतिक गुणधर्मातील भेद उपयोगी पडतात ते पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) साध्या प्रकाशात दिसणारे रंग, चमक, स्फटिकरचना वगैरे (२) जंबुपार (वर्णपटातील जांभळ्या रंगाच्या पलीकडील अद्दश्य) प्रकाशात दिसणारे रंग, चमक, स्फटिकरचना (३) किरणोत्सर्ग (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणे) (४) ठिसूळपणा व कठिनता (५) छेदपृष्ठांवरील रचना (६) विशिष्ट गुरुत्व (७) चुंबकीय गुणधर्म (८) विद्युत् संवाहकता (९) आंतर पृष्ठताण (१०) काही विशिष्ट द्रवांनी ओले होणे व द्रव त्यास चिकटणे (११) ताप स्फोटन म्हणजे तापविले असताना तडतडणे (१२) वितळबिंदू (१३) संप्लवन (१४) उष्णतेने अंतर्गत रचना बदलणे इत्यादी.

वरीलपैकी साध्या प्रकाशात व जंबुपार प्रकाशात दिसणाऱ्या गुणभेदांचा उपयोग सामान्य कामगारांकडून करवून घेता येतो. भारतात पांढऱ्या बॉक्साइटात (ॲल्युमिनियमाच्या धातुकात) मिसळलेले जांभ्याचे दगड आणि चकचकीत काळ्या दगडी कोळशात मिसळलेले चपटे व निस्तेज शेलाचे दगड अलग काढण्याचे काम सामान्य कामगार करू शकतात. धातूके आणि मलखनिजे यांचे मिश्रण १—१·५ मी. रुंदीच्या वाहक पट्ट्यावरून हळूहळू सरकवतात. या पट्ट्याच्या दोन्ही बाजूंस मलखनिजे हाताने उचलून काढून घेणारे कामगार उभे राहून काम करतात. मलखनिजे काढून घेतलेले खनिज पट्ट्यावरून शेवटी खाली पडते. मग ते दुसऱ्या पट्ट्यावरून पाहिजे त्या जागी नेतात. किरणोत्सर्गी खनिजांची निवड करण्यासाठी गायगर—म्यूलर गणित्राचा [→ कण अभिज्ञातक] उपयोग करतात. या गणित्रापासून मिळणाऱ्या संकेताप्रमाणे स्वयंचलित यंत्रे ती खनिजे बाहेर काढतात. ठिसूळ धातुके आणि कणखर मलखनिजांच्या खड्यांचे मिश्रण हलके दळतात. तेथे धातुकांचा चुरा होतो व मलखनिजांचे खडे तसेच कायम राहतात. हे मिश्रण नंतर चाळणीने चाळले म्हणजे खनिजांचे खडे चाळणीवर राहून अलग काढता येतात. तापस्फोटक खनिज आणि धातुकांचे मिश्रण चांगले तापविले म्हणजे खनिजे तडतडून फाटून, त्यांचा भुगा होतो. असे मिश्रणही चाळणीने चाळून धातुक अलग करता येते. क्वॉर्ट्‌झसारखी काही खनिजे तापविली, तर त्यांची अंतर्गत रचना बदलते आणि ती ठिसूळ होतात. अशी खनिजे आणि धातुकांचे मिश्रण दळून त्यांचा भुगा चाळून अलग करता येतो. स्टिब्नाइट (अँटिमनी सल्फाइड) व इतर काही खनिजांचे वितळबिंदू दुसऱ्या खनिजांपेक्षा बरेच खाली असतात. त्यांचे मिश्रण हळूहळू तापविले, तर कमी वितळबिंदू असलेले खनिज अगोदर वितळते व ते दुसऱ्या घन खनिजापासून अलग करता येते.

आकारमान लहान करणे : शुद्धीकरणापूर्वीच्या प्राथमिक संस्कारात धातुकांचे आकारमान लहान करणे आणि त्यांच्या आकारमानाप्रमाणे त्यांचे वर्गीकरण करणे महत्त्वाचे असते. आकारमान लहान करण्याने धातुके आणि खनिजे यांच्यातील गुणभेद जास्त स्पष्ट होण्यास मदत होते व ती अलग करण्याचे काम सोपे होते. खाणीतून काढलेल्या धातुकांचे मूळ आकारमान पाहून त्यांचे चूर्ण करण्यासाठी कोणत्या प्रकारची यंत्रे वापरावी लागतील, ते ठरवितात. धातुकांची परीक्षा करताना काही वेळा सूक्ष्मदर्शकाचा उपयोगही करवा लागतो. मूल्यवान धातूंचे चूर्ण २० मायक्रॉन (१ मायक्रॉन = ०·००१ मिमी.) व्यासापर्यंत किंवा त्याहूनही कमी व्यासाचे करावे लागते.

धातुकांच्या खड्यांचे आकारमान लहान करण्याच्या कामात अनेक टप्पे असू शकतात. ०·५ ते १·५ मी. आकारमानाचे शिलाखंड फार मोठ्या आकारमानाच्या चक्री जातीच्या किंवा जबड्यांच्या चिरडयंत्राने फोडून ५ सेंमी. ते १५ सेंमी. आकारमानात आणतात. सुमारे १० सेंमी. आकारमानाचे धातुक जबड्यांच्या किंवा शंकू जातीच्या दलित्रात (दळण्याच्या यंत्रात) किंवा वरवंटी लाटणयंत्रात घालून सु. १ ते २ सेंमी. आकारमानाचे करतात. १ ते २ सेंमी. आकारमानाच्या खड्यांची बारीक पूड करण्यासाठी लोहगोलकांनी अर्धेअधिक भरलेल्या पोलादी पिंपाची चक्की वापरतात. ही चक्की आडव्या आसावर बसविलेली असते. चक्की यांत्रिक शक्तीने फिरू लागली म्हणजे पिंपाच्या आतील परिघाबरोबर एका बाजूने वर जाणारे गोलक परिघापासून सुटतात व एकदम खालच्या गोलाकावर आपटतात त्यामुळे त्यांच्या तडाख्यात सापडलेल्या खनिजाची बारीक पूड होते. अशा चक्क्यांचे आकारमान १ मी. ते १० मी. व्यासाचे व १ मी. ते १० मी. लांबीचे असू शकते. या चक्क्या फिरविण्यासाठी १०० ते १,००० अश्वशक्ती लागते. या चक्कीत एका टोकाकडून खनिजाचे खडे आत सोडतात आणि दुसऱ्या टोकाकडून खनिजाची पूड बाहेर काढतात. पूड बाहेर काढण्यासाठी सतत वाहणारे पाणी किंवा संपीडित (दाबयुक्त) हवेचा झोत वापरतात [ → आकारमान-लघुकरण].

वर्गीकरण व संकेंद्रण : धातुकांच्या कणांचे आकारमानाप्रमाणे वर्गीकरण करण्यासाठी यांत्रिक चाळण्यांचा उपयोग करतात. मोठ्या आकारमानाच्या खड्यांचे वर्गीकरण करण्यासाठी एकाच मापाच्या अनेक फटी असलेली गजांची चाळणी किंवा एकाच व्यासाची भोके असलेली पत्र्याची चाळणी वापरतात  [→ चाळणे ]. १ मिमी. पेक्षा लहान कणांचे वर्गीकरण करण्यासाठी चाळण्या वापरणे त्रासाचे होते. चाळण्यांची भोके वारंवार बुजतात व त्यांत खनिजाचे कण अडकून भोके फाटतात. म्हणून बारीक चूर्णांच्या वर्गीकरणासाठी केंद्रोत्सारी (केंद्रापासून दूर ढकलणाऱ्या प्रेरणेचा उपयोग करणाऱ्या) जातीचे विभाजक यंत्र, ॲकिन्स यांचे मळसूत्री यंत्र किंवा डॉर ऑलिव्हर यांचे गाळ उकरणी पद्धतीचे यंत्र (रेक) वापरतात. विशिष्ट गुरुत्वाच्या तत्त्वावर काम करणाऱ्या विभाजक यंत्रात जास्त घनता असलेल्या धातुकाची पूड कमी घनता असलेल्या पुडीपासून अलग करण्यासाठी मध्यम घनता असलेल्या द्रवाचा उपयोग करतात. अशा द्रवात टाकलेली जड पूड खाली बसते व हलकी पूड वर तरंगते. भारतामध्ये मँगॅनीज धातूकाचे जड चूर्ण वेगळे करण्यासाठी फेरोसिलिकॉनाची पूड मिसळलेले पाणी मध्यम घनतेचा द्रव म्हणून वापरतात. कोळशाच्या मिश्रणातील घटक वेगळे करण्यासाठी बारीक वाळू मिसळलेले पाणी वापरतात. त्यात हलके कोळसे वर तरंगतात व जड शेल कोळसे खाली बसतात. ही पद्धत बिहार आणि बगंलामध्ये विशेष प्रचलित आहे. विशिष्ट गुरुत्व पद्धतीला काही वेळा स्पंदनाची व दोलनाची मदत देता येते. एका प्रकारच्या यंत्रात चाळणीसारखे सच्छिद्र बूड असलेल्या चौकटीत धातुकाचे कण पसरतात. तळाच्या छिद्रातून खालचे पाणी जोराने वर येण्यासाठी सबंध चौकट एकदम पाण्यात बुडवतात किंवा चौकट स्थिर ठेवून खालचे पाणी जोराने वर ढकलतात. त्यामुळे मिश्रणातील जड कण कमी उचलले जाऊन लवकर खाली बसतात व हलके कण जास्त उचलले जाऊन उशीरा खाली येतात. असे अनेकदा केल्याने चौकटीच्या तळावर जड कण व वर हलके कण एकत्र येतात. या कामासाठी पाण्याचे लयबद्ध स्पंदन घडवावे लागते. स्पंदसंख्या दर मिनिटास १५० ते २२५ पर्यंत ठेवतात. अशा यंत्राचा उपयोग मँगॅनीज धातुकाच्या संस्करणासाठी करतात. भारतात पन्ना येथील हिऱ्याच्या खडकांच्या चूर्णांतून हिऱ्याचे खडे अलग करण्यासाठी हीच पद्धत वापरतात. या पद्धतीत ३ मिमी. पासून ३ सेंमी. पर्यंतचे खडे उपयोगात आणतात.

जड कण आणि हलके कण यांना अलग करण्यासाठी काही वेळा दोलन गतीच्या घोळ-पाखड यंत्राचा उपयोग करणे फायद्याचे होते. या यंत्रात एक चौकोनी सपाट फलक असतो. त्यावर रबराची चादर घातलेली असून तिच्यावर समांतर बसविलेल्या अनेक लाकडी पट्ट्या असतात. या पट्ट्यांची उंची एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे कमी होत गेलेली असते. या फलकाच्या एका कोपऱ्यात धातुकाचे चूर्ण मिसळलेले पाणी पडत असते. या फलकाला थोडा उतार दिलेला असल्यामुळे हे पाणी सर्व पट्ट्यांवरून वाहत जाते. हा फलक एका लहान स्पंदन यंत्राने सारखा हलविला जात असतो. स्पंदनाने आणि पट्ट्यांच्या बदलत्या उंचीमुळे पट्ट्यांवरील सर्व ठिकाणच्या पाण्याचा वेग निरनिराळा होतो  व पट्ट्यांमधील मोकळ्या जागेत स्थानिक भोवरे तयार होतात. त्यामुळे पाण्यातील जड कण पट्ट्यांच्या एका बाजूकडे सरकत जातात व हलके कण पाण्याबरोबर पुढे वाहत जातात. फलकाला मिळणाऱ्या स्पंदन गतीमुळे ही विभाजन क्रिया लवकर होते. ही पद्धती ५ मिमी.पासून ७५ मायक्रॉनपर्यंतच्या कणांसाठी उपयोगी पडते. रत्नागिरीजवळ समुद्रकिनाऱ्यावर सापडणाऱ्या इल्मेनाइट वाळूचे संकेंद्रण करण्यासाठी ही पद्धत वापरतात. अशा प्रकारच्या कामासाठी काही ठिकाणी हंफ्री मळसूत्री यंत्रही वापरतात. केंद्रोत्सारी प्रेरणेने या यंत्रातील तिरप्या मळसूत्री पन्हळीच्या बाहेरच्या कडेशी धातुकातील हलके कण एकत्रित केले जातात.

चुंबकीय पद्धती : चुंबकीय पद्धतीच्या विभाजक यंत्रात धातुकांचे मिश्रण एका क्षैतिज (आडव्या) पट्ट्यावरून सरकवतात. या पट्ट्याच्या वरच्या बाजूस एक चुंबकीय पिंप फिरत असते. पट्ट्यावरून जाणाऱ्या मिश्रणातील चुंबकीय कण वर उचलले जाऊन फिरणाऱ्या पिंपाला चिकटतात व अचुंबकीय कण पट्ट्यावरून तसेच पुढे जातात. चुंबकीय पिंपाला चिकटलेले कण नंतर खरडून सोडवून घेतात किंवा विरुद्ध जातीच्या चुंबकाने दुसऱ्या पट्ट्यावर ओढून घेतात. मॅग्नेटाइट, इल्मेनाइट, मोनॅझाइट इ. चुंबकीय खनिजे अचुंबकीय खनिजांपासून अलग करण्यासाठी हीच पद्धत वापरतात. फार अल्प प्रमाणात मिसळलेले चुंबकीय कण अलग करण्यासाठी चूर्णाचे मिश्रण पाण्यात कालवून आडव्या आसावर फिरणाऱ्या पिंपाच्या वरच्या टोकावर सोडतात. या पिंपाच्या आतल्या डावीकडील बाजूस विशेष आकाराचा एक चुंबक बसविलेला असतो.  तो नेहमी स्थिर राहतो. पिंपावर पडणारे मिश्रण डावीकडून खाली येते. त्यामधील अचुंबकीय कण सरळ खाली पडतात परंतु चुंबकीय कण आतल्या चुंबकाच्या आकर्षणाने काही वेळ पिंपाला चिकटून राहतात आणि अगदी खाली आल्यावर चुंबकाचे आकर्षण कमी होऊन पिंपापासून सुटतात व उजवीकडे अलग पडतात. या प्रकारचे विभाजक यंत्र आकृत्तीमध्ये दाखविले आहे.

स्थिर विद्युत् पद्धती : या पद्धतीच्या विभाजक यंत्रात चूर्णांचे मिश्रण आडव्या आसावर फिरणाऱ्या पोलादी पिंपाच्या वरच्या बाजूवर सोडतात. हे मिश्रण लगेच उच्च स्थिर विद्युत् दाबाच्या क्षेत्रात येते. त्यामुळे प्रथम सर्व कण विद्युत् भारित होतात. नंतर त्यांतील विद्युत् संवाहक जातीच्या कणांवरचा विद्युत् भार पोलादी पिंपाच्या स्पर्शाने पूर्ण नष्ट होतो व हे कण पिंपाच्या स्पर्शीय दिशेने खाली पडतात. बाकीचे निरोधक जातीचे कण काही वेळ पिंपाला तसेच चिकटून राहतात. नंतर हे कण पोलादी तारांच्या ब्रशाने खरडून पिंपापासून सोडवून घेतात. ही पद्धत भारतामध्ये केरळच्या किनाऱ्यावरील वाळूतील रूटाइल खनिज इतर कणांपासून वेगळे करण्यासाठी वापरतात.

फेन–प्लवन पद्धती : (फेनोत्प्लावन). कणांतील धातूचे प्रतिशत प्रमाण वाढविण्यासाठी ही पद्धत पुष्कळ ठिकाणी वापरात. या पद्धतीत धातुकाचे चूर्ण करून ते योग्य द्रवात मिसळतात. हा द्रव घुसळला म्हणजे त्यात फेस उत्पन्न होतो. खनिजाचे कण फेसाला चिकटून वर येतात व इतर मलद्रव्ये तळावर साठतात [→ प्लवन]. भारतात तांब्याच्या, शिशाच्या व जस्ताच्या धातुकांच्या शुद्धीकरणासाठी ही पद्धत वापरतात. तसेच चुनखडीसारख्या अधातवी खनिजांतील सिलिका अलग करण्यासाठीही या पद्धीचा उपयोग करतात.

भारतामध्ये अनेक धातुकांच्या शुद्धीकरणाचे कारखाने वाढत आहेत. कर्नाटकातील कोलार व आंध्र प्रदेशातील हुट्टी येथे सोन्याच्या धातुकाचे संकेंद्रण करण्यासाठी घोळ-पाखड पद्धतीचे दोलन-फलक यंत्र वापरतात. तांब्याच्या धातुकाचे संकेंद्रण राजस्थानातील खेत्री, सिक्कीममधील रांगपो, बिहारमधील घाटसीला व कर्नाटकातील चित्रदुर्ग येथे करतात. जस्त आणि शिशाच्या धातुकांचे संकेंद्रण राजस्थानातील झावर येथे करतात. लोह धातुकाच्या शुद्धीकरणासाठी ओरिसामधील बदामपहाड (बादामपहार) व बैलादिला आणि गोव्यातील पाली येथे कारखाने आहेत. मँगॅनिजाच्या धातुकाचे शुद्धीकरण महाराष्ट्रातील डोंगरी बुझुर्ग (बुद्रुक) येथे व इतर राज्यांतील काही ठिकणीही करतात. तमिळनाडूमधील मनवलकुरची आणि केरळातील चावरा येथे इल्मेनाइट, रूटाइल, झिर्‌कॉन वगैरे धातुकांची सुधारणा करण्याचे कारखाने आहेत. तेथे फेन-प्लवन पद्धतीच विशेषेकरून वापरतात. ओरिसातील टिटलागढ येथे ग्रॅफाइटचे शुद्धीकरण याच पद्धतीने करतात.

संदर्भ : 1. Gaudin, A. M. Principles of Mineral Dressing, New York, 1957.

           2. Taggart, A. F. Elements of Ore Dressing, New York, 1951.

आळतेकर, वि. अ.

“