प्लवन

प्लवन:एक घन पदार्थ घन पदार्थापासून वेगळा करण्यासाठी त्यांपैकी एक पदार्थ एखाद्या द्रव पदार्थाच्या पृष्ठभागावर तरंगविण्याची क्रिया. विशिष्ट धातूंचे सूक्ष्म खनिज कण धातुकातील (कच्च्या स्वरूपातील धातूतील) इतर घटकांपासून अलग करण्याकरिता वापरण्यात येणारी ही महत्त्वाची क्रिया आहे. खनिज कण अत्यंत सूक्ष्म असल्यामुळे गाळण, वर्गीकरण, अवसादन (द्रवामध्ये धन कण गुरूत्वाकर्षणाने तळाशी बसण्याच्या त्वरेनुसार धन कणांचे वर्गीकरण करण्याची क्रिया) इ. क्रियांनी अलग करता येत नाहीत. विसाव्या शतकाच्या आरंभी प्लवन क्रियेचा उपयोग सुरू झाल्यामुळे खनिज उद्योगात व धातू प्रद्रावण (धातुक मिश्रण तापवून रासायनिक विक्रियांद्वारे द्रवरूप धातू मिळविण्याच्या) उद्योगात एक अभूतपूर्व क्रांती झाली. प्लवन क्रियेच्या शोधाच्या अभावी अब्जावधी टन खनिज साठे निरूपयोगी म्हणून पडून राहिले असते आणि खनिजे व धातू यांची जागतिक गरज शतांशानेही पूर्ण झाली नसती. आज जगातील तांबे, शिसे, जस्त, चांदी, निकेल इत्यादींची खनिजे प्लवनानेच संक्रेद्रित जातात. तसेच इतर अनेक धातू, कोळसा, ग्रॅफाइट व अधातवीय खनिजे ह्या पद्धतीने संकेंद्रित करतात. एकट्या अमेरिकेत ह्या पद्धतीवर आधारलेल्या कारखान्यांत सु. २० कोटी टन खनिजांवर संस्कार करून २ कोटी टन उच्च दर्जाची संकेंद्रित खनिजे वेगळी करण्यात येतात. भारतात सुद्धा प्लवन क्रिया वापरून तांबे, शिसे, जस्त, ग्रॅफाइट, कोळसा व चुनखडी या खनिजांचे संकेंद्रण मोठ्या प्रमाणावर करण्यात येते. इतर अनेक खनिजांवर प्लवनसंबंधी प्रयोग चालू आहेत.

प्लवन क्रिया खनिजांव्यतिरिक्त इतर उद्योगात सुद्धा तितक्याच यशस्वीपणे उपयोगात आली आहे. लवणांचे अलगीकरण (उदा., सोडियम क्लोराइडापासून पोटॅशियम क्लोराइड अलग करणे), रद्दी वर्तमानपत्रांच्या कागदांच्या लगद्यातून शाईचे अलगीकरण, टरफलापासून गहू अलग करणे, महत्त्वाची तेले औद्योगिक अपशिष्टांपासून (टाकाऊ पदार्थांपासून) अलग करणे इ. क्षेत्रांतील प्लवन क्रियेचा उपयोग उल्लेखनीय आहे.

मूलभूत तत्त्वदर्शक प्रयोग: प्लवनामागील तत्त्वांची ओळख काही सोप्या व मनोरंजक प्रयोगांनी करून घेता येते. (१) तेलकट हातांनी हाताळलेली बारीक सुई एका टीपकागदाच्या लहान तुकड्यावर ठेवून हा तुकडा सुईसकट संथ पाण्याच्या पृष्ठभागावर अलगदपणे ठेवल्यास कालांतराने टीपकागद पाणी शोषून तळाला पोहोचतो पणत्यावर ठेवलेली सुई मात्र (पोलाद पाण्यापेक्षा सात पट जड असूनसुद्धा) पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगत राहते. (२) हाच प्रयोग तीच सुई स्वच्छ करून चिमट्याने हाताळून केल्यास टीपकागदाबरोबर सुईपण बुडताना दिसेल. (३) ग्रीजच्या विद्रावकामध्ये (विरघळविणाऱ्या द्रवामध्ये) धातूचा पॉलिश केलेला पत्रा खळबळून काढून, विद्रावक पुसून टाकून पत्रा पाण्याच्या धारेखाली धरल्यास पाण्याचा थर धातूच्या सबंध पृष्ठभागावर पसरतो पण हाच पृष्ठभाग जर तेलकट असेल, तर पाणी सर्वत्र व पसरता ते बिंदुरूपाने ओघळून जाईल व पृष्ठभाग कोरडाच राहील.

प्लवनात खनिजांच्या पृष्ठभागावर होणारे संस्कार पुढील प्रयोगांवरून स्पष्ट होतील. पायराइट व क्वॉर्ट्‌झ ह्या दोन खनिजांचे दोन तुकडे सपाट कापून, पॉलिश करून व स्वच्छ करून पाण्यात बुडवावेत.काचेच्या नळीतून हवेचे दोन बुडबुडे त्यांच्या स्वच्छ व गुळगुळीत पृष्ठभागावर आणल्यास हवेचा व खनिज पृष्ठभागाचा संपर्क स्थापन होत नाही. म्हणजेच हवा जलस्नेही खनिजाच्या पृष्ठभागावरून पाण्यात विस्थापित करू शकत नाही.

 आता पाण्यात अत्यंत अल्प प्रमाणात पोटॅशियम झँथेट हे रसायन विरघळवून हाच प्रयोग पुन्हा केल्यास असे आढळून येईल की, हवेचा बुडबुडा पायराइट खनिजाच्या पृष्ठभागावर चिकटतो व संपर्क स्थापित करतो पण कॉर्ट्‌झाचा पृष्ठभाग मात्र पूर्वीप्रमाणेच जलस्नेही राहून हवेशी संपर्क स्थापन करीत नाही.

क्रिया:तांबे, शिसे, जस्त वगैरे धातूंची खनिजे म्हणजे त्या धातूंची गंधकाशी झालेली संयुगे असतात. अशा गंधकी खनिजांचे कण धातुकातील अन्य घटकांतून अलग करण्याकरिता प्लवन क्रिया प्रथमतः उपयोगात आली. धातुकात एकापेक्षा जस्त धातूंची गंधकी संयुगे, रेती व खडक यांचे मिश्रण असते. धातुकाचे बारीक दळून वियुक्त केलेले कण पाण्यात मिसळून त्याचा राळा तयार करतात. राळ्यात अल्प प्रमाणात रसायने मिसळून विशिष्ट खनिज कणांच्या पृष्ठभागावर जलद्वेषी आवरण निर्माण करतात. त्यानंतर मिश्रणात हवेचे बुडबुडे मोठ्या प्रमाणात घुसवले, तर बुडबुड्यांना विशिष्ट खनिज कण चिकटतात आणि बुडबुड्यांबरोबर राळ्यांच्या पृष्ठभागावर येतात. पृष्ठस्तर राळ्यापासून अलग केल्यास विशिष्ट खनिज कण अलग करता येतात. अशा तऱ्हेने प्लवन क्रियेने खनिज कण संकेंद्रित करता येतात. या क्रियेत फेन (फेस) उत्पन्न होत असल्यामुळे या क्रियेला फेन-प्लवन क्रिया म्हणतात.

फेन-प्लवन यशस्वी होण्यास पुढील दोन बाबी आवश्यक आहेत : (१) वायू किंवा हवेचे बुडबुडे व विशिष्ट खनिज कण यांचा संपर्क होणे आणि (२) बुडबुडे व खनिज कण एकमेकांना चिकटून राहतील अशी परिस्थिती निर्माण करणे.

(१) बुडबुडे निर्माण करण्यास बहुधा हवेचा उपयोग करतात. त्यामध्ये दोन पद्धती आहेत. एका पद्धतीत दाबयुक्त हवा प्लवन यंत्रास पुरविली जाते व नोदकाने (पाती असलेल्या रवीसारख्या फिरणाऱ्या भागाने) राळा सतत क्षुब्ध (खळबळता) ठेवला जातो. दुसऱ्या पद्धतीत नोदकाने प्लवन यंत्रात वातावरणातील हवा शोषून घेतली जाते, तसेच राळा सतत क्षुब्ध ठेवला जातो. राळा क्षुब्ध ठेवल्याने खनिज कण व बुडबुडे यांचा संपर्क साधला जातो तसेच खनिज कण तळाला बसत नाहीत. नुसत्या हवेचे बुडबुडे राळ्याच्या पृष्ठभागावर आल्यावर फार काळ न टिकता फुटतात व त्याचबरोबर आलेले खनिज कण पुन्हा राळ्यात बुडतात यामुळे पृष्ठभागावरील बुडबुड्यांचा थर राळ्यापासून अलग करीतोपर्यंत बुडबुडे फूटता कामा नयेत.

(२) वर दिलेल्या प्रयोगावरून हे स्पष्ट होते की, बुडबुडे व खनिज कण यांचा संपर्क साधला, तरी बुडबुड्यांना खनिज कण चिकटतीलच असे नाही. फेनोत्पादक रसायने वापरून बुडबुडे आणि खनिज कण एकमेकांना चिकटून राहतील अशी परिस्थिती निर्माण करता येते. ही रसायने अत्यल्प प्रमाणात वापरतात कारण फेन थर फार काळ टिकले, तर ते अलग केल्यानंतर त्यांची अडचण होते. पाइन तेल, निलगिरी तेल, क्रिओसोट, क्रेसिलिक अम्ल व काही अल्कोहॉलेही (उदा., ४-मिथिल-२- पेंटॅनॉल) फेनोत्पादक रसायने म्हणून वापरतात. फेनोत्पादक रसायने ही विषम ध्रुवीय (एका टोकाला जलस्नेही अणुगट व दुसऱ्या टोकाला जलद्वेषी अणुगट असलेली) कार्बनी संयुगे असतात. विषम ध्रुवीय संयुगातील ध्रुवीय अणुगटाचे खनिज कणांच्या पृष्ठभागावर रासायनिक शोषण होते व खनिज कणाच्या सभोवती आवरण तयार होते. संयुगाचा अध्रुवीय अणुगट बाहेरच्या बाजूस असल्यामुळे खनिज कणाच्या सभोवतीचे आवरण जलद्वेषी असते. जलद्वेषी आवरणामुळे जलापसरण होते आणि खनिज कण बुडबड्यांना चिकटतात.

लोह, तांबे, शिसे, जस्त, निकेल यांच्या गंधकी खनिजांना उत्प्लावित करण्याकरिता (तरंगविण्याकरिता) झँथेट प्रकारची संयुगे वापरतात. सोडियम ओलिएटासारखे साबण ऑक्साइड खनिजांकरिता आणि अमाइने व त्यांची संयुगे फ्ल्युओरस्पार, फेल्स्पार, क्वॉर्ट्‌झ, फॉस्फेट इ. अधातवीय खनिजांच्या उत्प्लावनाकरिता वापरतात. फे-प्लवन क्रियेत खनिज कणांचे उत्प्लावन करण्याकरिता जी रसायने वापरतात त्यांना ‘संकलक रसायने’ म्हणतात. आ. १ मध्ये सूक्ष्मदर्शकातून दिसणारे बुडबुडे व त्यांना चिकटलेले खनिज कण दाखविले आहेत.

धातुकामध्ये एकापेक्षा जास्त धातूंची गंधकी संयुगे असू शकतात. त्यामुळे विशिष्ट खनिज कणांना उपयोगी असेच संकलक रसायन निवडावे लागते. त्या वेळी धातुकातील अन्य घटकांना संकलक रसायनामुळे जलद्वेषी कवच निर्माण होत नाही. अन्य घटकांचा पृष्ठभाग जलस्नेही राहतो व ती पाण्याखाली बुडून राहतात.

काही वेळा अन्य घटकांवर संकलक रसायनांचा परिणाम होऊ नये म्हणून इतर रसायने वापरतात. अशा रसायनांना ‘निस्तेजक रसायने’ म्हणता येईल. धातुकातील विशिष्ट खनिज कण सोडून अन्य घटकांवर संकलक रसायनांचा प्रभाव पडत नाही सोडियम सायनाइड, झिंक सल्फेट, सोडियम किंवा पोटॉशियम डायक्रोमेट, स्टार्च, सरस इ. संयुगे निस्तेजक रसायने म्हणून वापरतात.

विशिष्ट खनिज कण अलग केल्यानंतर आणखी दुसऱ्या प्रकारची रसायने वापरून दुसऱ्या विशिष्ट खनिज कणांना उत्प्लावित करता येते. ह्या रसायनांमुळे दुसऱ्या प्रकारच्या खनिज कणांवर संकलक रसायनांचा प्रभाव पडतो आणि ते बुडबुड्यांबरोबर पृष्ठभागावर येतात. अशा रसायनांना ‘प्रभावक रसायने’ म्हणतात.

गॅलेना (PbS, शिशाचे खनिज) व स्फॅलेराइट (ZnS, जस्ताचे खनिज) यांचे मिश्रण बहुधा धातुकरूपाने मिळते. प्रथम गॅलेना संकेंद्रित करण्याकरिता पाइन तेल फेनोत्पादक रसायन व पोटॅशियम एथिल झँथेट संकलक रसायन म्हणून वापरतात. त्या वेळी स्फॅलेराइट उत्प्लावित होऊ नये म्हणून झिंक सायनाइड आणि झिंक सल्फेट ही निस्तेजक रसायने म्हणून वापरतात. गॅलेना काढून घेतल्यावर कॉपर सल्फेट हे रसायन प्रभावक रसायन म्हणून वापरून स्फॅलेराइट खनिज कण उत्प्लावित करतात. पोटॅशियम झँथेट सल्फेटामुळे प्रभावित होऊन स्फॅलेराइटाकरिता संकलक रसायन होते. एकामागून एक परंतु एकावेळी एकच अशी खनिजे संकेंद्रित करण्याच्या फेन-प्लवन क्रियेस ‘विवेचक फेन-प्लवन’ म्हणता येईल. ऑक्साइड धातुकांच्या बाबतीत सोडियम सल्फाइड (Na₂S) किंवा सोडियम पॉलिसल्फाइड (Na₂S_x) यांचा उपयोग केल्याने खनिज कणाभोवती सल्फाइडाचे आवरण तयार होते व सल्फाइड धातुकांना योग्य संकलक रसायने वापरता येतात. अशा रसायनांनासुद्धा प्रभावक रसायन किंवा गंधकक (सल्फिडायझर) रसायने म्हणता येईल. कॉर्ट्‌झाकरिता चुनकळी प्रभावक रसायन म्हणून वापरतात.

याशिवाय pH मूल्याचे नियंत्रण [→ पीएच मूल्य], खनिज पृष्ठभाग शुद्ध करणे, अती सूक्ष्म कण एकत्र करणे इ. विविध कार्यांकरिता नियंत्रक रसायने वापरतात. साधारणतः प्रयोगशाळेत प्रयोग करून कोणती संयुगे किती प्रमाणात व केव्हा वापरावयाची हे ठरवावे लागते. या संयुगांचे प्रमाण फारच अल्प असावे लागते. खनिजाच्या दर टनास संकलक रसायने २५ ते २५० ग्रॅम, फेनोत्पादक १० ते ५० ग्रॅम व इतर रसायने २५० ते १,००० ग्रॅमपर्यंत लागतात. काही संयुगे लोखंडी चेंडू-चक्कीमध्ये [→ आकारमान-लघुकरण] खनिज दळताना घालतात, तर काही फेन-प्लवन चालू असताना घालतात. फेन-प्लवनात लागणारी रसायने काटेकोर प्रमाणात घालावी लागतात. त्यामुळे यांत्रिक संभरकाची योजना केलेली असते. रसायने क्रियेत समाविष्ट केल्यानंतर ती कार्यान्वित होण्यास काही अवधी लागतो. त्याकरिता खनिज राळा एका टाकीत घेऊन नोदकाने घुसळतात. ह्याला ‘संस्करण’ असे म्हणतात आणि टाकी व नोदक यांनी मिळून तयार होणाऱ्या यंत्राला ‘संस्कारक यंत्र’ म्हणतात. आवश्यक तेवढा वेळ राळा व रसायने घुसळ्यानंतर राळा प्लवन यंत्रात येतो. प्लवन यंत्र आ. २ मध्ये दाखविले आहे.

प्लवन यंत्रात राळा टाकीमध्ये येतो. विद्युत् चलित्राने (मोटरने) नोदकाचा दंड फिरवला जातो व त्यामुळे हवा आत घेतली जाते. तसेच राळा क्षुब्ध ठेवला जातो. त्यातील फेनोत्पादक रसायनामुळे हवेचे बुडबुडे तयार होतात. पृष्ठभागावर जमलेले खनिज कणयुक्त बुडबुडे आकृतीत उजवीकडे दाखविले आहेत. फेनाचा थर वरच्या वर काढून घेण्याची व्यवस्थाही दाखविली आहे. संकेंद्रित खनिज तेथून पाणी काढून टाकण्याकरिता व तापवून शुष्क करण्याकरिता नेले जाते. संकेंद्रित खनिज काढून घेतल्यावर शेष द्रव्य प्लवन यंत्रातून बाहेर नेले जाते.

खनिज संकेंद्रणाची प्लवन क्रिया एकाच टप्प्यात पूर्ण होते असे नाही. त्याकरिता दोन किंवा तीन टप्प्यांची सुद्धा जरूरी असते. शिशाच्या खनिजाचे प्लवनाने संकेंद्रण करण्याची तीन टप्प्यांच्या क्रियेची काल्पनिक रूपरेखा आ. ३ मध्ये दाखविली आहे.

संस्कारक यंत्रामध्ये रासायनिक विक्रिया पूर्ण झाल्यावर पहिल्या प्लवन यंत्रात (१) शिशाच्या खनिजाचे संकेंद्रण ६% पासून ५०% पर्यंत प्लवनाने केले जाते. पहिल्या प्लवन यंत्रातील संकेंद्रित खनिज दुसऱ्या प्लवन यंत्रात (२) नेले जाते. तेथे संकेंद्रण ७५% पर्यंत होते व त्यानंतर या संकेंद्रित खनिजातील पाणी काढून ते कोरडे केले जाते. पहिल्या प्लवन यंत्रातील खाली राहणाऱ्या राळ्यात किंवा मलखनिजात ०·५% इतके शिशाचे खनिज असते. हे मलखनिजे तिसऱ्या प्लवन यंत्रामध्ये (३) संकेंद्रित केले जाते. त्यातील खाली राहणारा राळा औद्योगिक अपशिष्ट द्रव्य म्हणून टाकून दिला जातो. अपशिष्ट द्रव्यात शिक्षाच्या खनिजाचे प्रमाण ०·१०% इतके कमी असते. दुसऱ्या प्लवन यंत्रातील मलखनिज (ज्यात १०% शिशाचे खनिज असते) व तिसऱ्या प्लवन यंत्रातील संकेंद्रित खनिज कण (ज्यात शिशाच्या खनिजाचे प्रमाण ५% असते) ही दोन्हीही खनिज मिश्रणे परत संस्कारक यंत्रात नेली जातात आणि वर दिल्याप्रमाणे पुन्हा क्रियेत मिसळली जातात.

प्लवन क्रिया करणारे भारतातील कारखाने:भारतात जमशेटपूरनजीक घाटशिला येथे तांब्याच्या खनिजावर प्लवन क्रिया करणारा कारखाना आहे. तेथे वापरण्यात खनिज समूहात कॅल्कोपायराइट (CuFeS₂), पायराइट (FeS₂) व सिलिकेट दगड आहेत. प्रथम खनिजांची दळण चक्कीत बारीक पूड करून तीत पायराइटाला निस्तेजक रसायन म्हणून चुनकळी, जलापसारक म्हणून पोटॅशियम इथाइल झँथेट, फेनोत्पादक म्हणून पाइन तेल वापरतात. काँक्रीटच्या लांब टाक्यांतून खनिजांचे प्लवन संपीडित (दाबयुक्त) वायूने करतात. प्रथम टप्प्यातच अंतिम संकेंद्रण (२९% तांबे) मिळते, पण मलखनिजांतून निसटणारे तांबे उत्प्लावित करण्यासाठी बराच वेळ प्लवन क्रिया करावी लागते. कोळशाचे व ग्रॅफाइटाचे प्लवन नुसते केरोसीन वापरून करता येते. अशी प्लवन क्रिया करणारे कारखाने बिहार व ओरिसा राज्यांत आहेत. चुनखडीचे प्लवन सिमेंटसाठी व पोलाद कारखान्यासाठी भारतात दोन-तीन ठिकाणी करतात. गुजरातमध्ये फ्ल्युओरस्पार प्लवन क्रिया करणारा कारखाना आहे.

फॉस्फेटाचे निक्षेप (साठे), मँगॅनीज खनिजे इ. अनेक खनिजे ह्या पद्धतीने संकेंद्रित होऊ शकतात. प्लवन कारखान्यास लागणारे भांडवल हे अनेक गोष्टींवर अवलंबून असते. कारखान्याची दैनिक उत्पादनक्षमता ही मुख्य बाब होय. कारखान्याची उत्पादनक्षमता ही त्याच्या संकेंद्रित खनिज उत्पादकतेवर आधारित नसून रोज किती टन कच्चे खनिज दळून त्यावर प्लवन क्रिया केली जाऊ शकते, त्यावर आधारलेले असते. खनिजांचे संकेंद्रण करण्याच्या इतर क्रियांपेक्षा प्लवन क्रिया खर्चाच्या दृष्टीने स्वस्त असते. 

पहा: धातुकांचे शुद्धीकरण पृष्ठीक्रियाकारके फेस. 

संदर्भ: 1. Brown, G.G. and others, Unit Operations, Bombay, 1962.

         2. Glembotskii, V. I. and others, Flotation, New York, 1963.

         3. Perry, H. J., Ed., Chemical Engineers’ Handbook Tokyo, 1950.

         4. Schwartz, A.M. Perry, W.J. Berch, J. Surface-active Agents and Detergents, Vol. II, New York, 1958.

आळतेकर, वि. अ. सप्रे, गो. वि.

“