विद्युत् धातुविज्ञान

विद्युत् धातुविज्ञान : धातू व त्यांची संयुगे यांच्या संस्करणामध्ये विजेचा उपयोग करणारी धातुविज्ञानाची शाखा, खरे तर प्रक्रिया धातुविज्ञानाची ही उपशाखा आहे. काही धातुवैज्ञानिक क्रिया विद्युत् प्रवाहाच्या विद्युत् रासायनिक परिणामाच्या [⟶ विद्युत् रसायनशास्त्र] मदतीने केल्या जातात. या शाखेत या क्रियांचा वैज्ञानिक व तंत्रविद्येच्या दृष्टींनी अभ्यास केला जातो. अशा प्रकारे विद्युतीय व ⇨विद्युत् विच्छेदनाच्या पद्धतींनी धातूंचे व्यापारी तत्त्वावर निष्कर्षण (कच्च्या धातूपासून धातू मिळविणे) करणे व त्यांच्यावर संस्करण करणे, तसेच काही धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांमध्ये उष्णतानिर्मितीसाठी  विजेचा उपोयग करणे या गोष्टींचा अंतर्भाव विद्युत् धातुविज्ञानात होतो.

विशेषेकरुन धातूंचे निष्कर्षण, परिष्करण (शुद्धीकरण) व विद्युत् विलेपन यांकरिता वापरल्या जाणाऱ्या विद्युत् विच्छेदनाच्या प्रक्रियांच्या संदर्भात विद्युत् धातुविज्ञान ही संज्ञा वापरतात. विजेचे रासायनिक ऊर्जेत रूपांतर होऊन विद्युत् विच्छेदन होते म्हणजे रासायनिक बदल घडवून आणण्यासाठी विजेचा उपयोग होतो. मात्र काहींच्या मते विद्युत् धातुविज्ञानाची आणखी एक शाखा असून तिच्यात वीज पूर्णपणे उष्णतानिर्मितीसाठी वापरतात म्हणजे विजेचे उष्णतेत रूपांतर करून ती उष्णता धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांसाठी वापरतात. धातू वितळविणे, धातूंचे प्रगलन व परिष्करण, मिश्रधातुनिर्मिती, विद्युत् वितळजोडकाम इ. प्रक्रिया या शाखेत येतात. या दोन्ही शाखांचा व्याप मोठा असून त्यांतील विद्युत् निष्कर्षण, विद्युत् परिष्करण, विद्युत् विलेपन व निक्षेपण आणि विद्युत् ऊष्मीय प्रक्रिया या महत्त्वाच्या प्रक्रियांची माहिती पुढे दिली आहे. यांपैकी काही प्रक्रियांना विशिष्ट नावे आहेत. ही नावे विद्युत् विच्छेदन घटांचे संशोधक अथवा १८५०-६० या दशकापासून वापरात असलेल्या क्रियांची नावे यांच्यावरून पडली आहेत. उदा., ॲल्युमिनियमाची हॉल, चांदीच्या मोबियस व थम, सोडियमाच्या डाउन्स व कॅस्टनर वगैरे प्रक्रिया.

मराठी विश्वकोशात विद्युत् धातुविज्ञानाशी निगडित असलेल्या पुढील नोंदी असून अधिक माहितीसाठी त्या पहाव्यात :धातुविज्ञान, धातूंचे मुलामे, निष्कर्षण, पोलाद, वितळजोडकाम, विद्युत् तापन, विद्युत् भट्टी, विद्युत् रसायनशास्त्र, विद्युत् विच्छेदन व विद्युत् विलेपन.

विद्युत् निष्कर्षण : वितळलेल्या लवणांचे विद्युत् विच्छेदन करून सर्वप्रथम सर हंफ्री डेव्ही यांनी अल्कली धातू (सोडियम व पोटॅशियम) अलग केल्या (१८०७). नंतर या क्षेत्रात मायकेल फॅराडे, योहान डब्ल्यू, हिटोर्फ, स्वांटे ऑगस्ट अऱ्हेनियस, चार्ल्स एम्, हॉल इत्यादींनी महत्वपूर्ण संशोधन केले.

विद्युत् निष्कर्षणात विद्युत् विच्छेदनाद्वारे धातू मिळवितात. वितळलेली धातुके (कच्च्या रूपातील धातू), धातूंची वितळलेली संयुगे अथवा धातूंच्या संयुगाचा विद्राव यांवर ही प्रक्रिया करतात. गरजेनुसार प्रथम धातुकाचे शुद्धीकरण अथवा त्याच्यावर रासायनिक संस्करण करतात. यामुळे त्यातील इष्ट धातूचे प्रमाण वाढते. मग धातुक वितळवितात किंवा सहजपणे वितळू शकणाऱ्या लवणात त्याचे रूपांतर करतात. या द्रव्यातून विद्युत् वाहू शकत असल्याने विद्युत् विच्छेद्य म्हणून ते वापरता येते. या द्रव्यातून एकदिश (एकाच दिशेत वाहणारा) विद्युत् प्रवाह पाठवून त्याचे विद्युत् विच्छेदन करतात, म्हणजे त्यातील मोठ्या रेणूंचे तुकडे होऊन अपघटन होते. परिणामी ऋणाग्रावर (विद्युत् पुरवठ्याच्या ऋण टोकावर) सापेक्षतः अधिक शुद्ध धातूचे निक्षेपण (साचण्याची क्रिया) होते व धनाग्रापाशी सामान्यपणे अधातवीय पदार्थ निक्षेपित होतात. या रीतीने ॲल्युमिनियम, मॅग्नेशियम, सोडियम, बेरिलियम, कॅल्शियम, लिथियम इ. धातू मिळवितात.

दुसऱ्या क्रियेने धातूच्या संयुगांच्या विद्रावाचे विद्युत् विच्छेदन करून धातू मिळवितात. जस्त व मँगॅनीज यांच्यापेक्षा कमी क्रियाशील धातूंसाठी पाणी हे योग्य विद्रावक (विरघळविणारा पदार्थ) आहे. अशी जलीय विद्रावाचे निक्षालन करतात म्हणजे निक्षालकात विरघळणारे पदार्थ विरघळवून काढून टाकले जातात. यामुळे विद्रावातील इष्ट धातूचे प्रमाण वाढते. निक्षालक म्हणून बहुधा सल्फ्युरिक अम्ल वापरतात. कारण यामुळे निर्माण होणारा सल्फेट आयन (विद्युत् भारित अणुगट) विद्युत् रासायनिक दृष्टीने अक्रिय असून त्यामुळे धनाग्री ⇨ऑक्सिडीभवनात सल्फ्यूरिक अम्ल परत तयार होते व ते निक्षालनासाठी परत परत वापरले जात रहाते. अशा रीतीने निक्षालन केलेल्या विद्रावाचे वरीलप्रमाणे विद्यत् विच्छेदन करून धातू मिळवितात. जलीय विद्रावापासून या पद्धतीने सामान्यपणे तांबे, कॅडमियम, क्रोमियम, कोबाल्ट, मँगॅनीज, निकेल, जस्त इ मिळवितात. ही प्रक्रिया अतिशय विवेचक असल्याने हिच्याद्वारे मिळणारी धातू अतिशुद्ध असते व तिचे आणखी परिष्करण करण्याची गरज नसते.

जलीय विद्युत् विच्छेदनासाठी बहुधा शिशाचे अस्तर असलेल्या काँक्रीटाच्या किंवा लाकडी टाक्या वापरतात तर वितळलेल्या विद्युत् विच्छेद्यांसाठी ग्रॅफाइटासारख्या उच्चतापसह (उच्च तापमानाला न वितळता टिकून रहाणाऱ्या) पदार्थांचे अस्तर असलेली पोलादी टाकी वापरतात. यातील धनाग्रे बहुधा तीव्र ऑक्सीडीकारक स्थितीचा परिणाम न होणारी अशी अक्रिय असतात (उदा., शिसे, सिलिकॉन-लोखंड, क्युप्रोसिलिकॉन, कोबाल्ट सिलिकेट, प्लॅटिनम, वितळलेले मॅग्नेटाइट) तर ऋणाग्रे संबंधित अशुद्ध धातूची असतात. वितळलेल्या विद्युत् विच्छेद्यांसाठी सामान्यपणे कार्बनाची अथवा लोखंडी ऋणाग्रे वापरतात. धनाग्रे व ऋणाग्रे जवळजवळ ठेवतात. यामुळे विद्युत् विच्छेद्याचा रोध किमान राहून वीज कमी लागते.

ॲल्युमिनियम : औद्योगिक उपयोगाच्या इतर धातूंप्रमाणे ॲल्युमिनियम त्याच्या धातुकाचे प्रगलन करून (वितळवून) मिळविता येत नाही. ॲल्युमिनियम विद्युत् विच्छेदानच्या एका प्रक्रियेद्वारे मिळवितात. या पद्धतीचा शोध अमेरिकेत व फ्रान्समध्ये जवळजवळ एकाच वेळी लागला (१८८३). तेथे अनुक्रमे सी. एम्. हॉल व पी. एल्. टी एरू यांनी ही प्रक्रिया विकसित केली. तेव्हापासून ॲल्युमिनियमनिर्मितीची हीच एकमेव नमुनेदार पद्धती वापरात आहे. या पद्धतीत बॉक्साइट या धातुकापासून मिळविलेली शुद्ध ॲल्युमिना (Al₂O₃ ॲल्युमिनियमाचे ऑक्साइड) क्रायोलाइट (Na₃AlF₃) या खनिजात विरघळवितात. यात थोडी कॅल्शियम व लिथियम फ्ल्युओराइडे मिसळतात. त्यामुळे सदर विद्युत् विच्छेद्याचे तापनाम व घनता ही कमी राहतात. या विद्युत् विच्छेद्याचे एकदिश प्रवाहाने विद्युत् विच्छेदन करून ॲल्युमिनियम धातू मिळवितात. हे मिश्रण कार्बनाचे अस्तर असलेल्या पोलादी टाकीत ठेवतात. ही टाकी हेच एक विद्युत् अग्र (ऋणाग्र) असून वितळलेल्या मज्जनात (कुंडातील विद्युत् विच्छेद्यात) बुडलेल्या व संगमदांड्याला टांगलेल्या कार्बनाच्या कांड्या हे दुसरे विद्युत् अग्र (धनाग्र) असते. विद्युत् प्रवाहाच्या परिणामाने ॲल्युमिन्यातील ऑक्सीजन धनाग्रापाशी साचतो व त्याच्यामुळे कार्बनाचे सावकाश ऑक्सिडीभवन होऊन तो जळून जातो. यातून निर्माण होणाऱ्या उष्णतेने द्रवाचे तापमान टिकून रहाते. वितळलेल्या स्वरूपातील ॲल्युमिनियम ऋणाग्रालगत विमुक्त होऊन मग बुडून तळाशी असलेल्या कुंडात गोळा होते. तेथून ते अधूनमधून काढून घेतात. तसेच विद्युत् विच्छेद्यात वेळोवेळी ॲल्युमिन्याची भर घालतात. यामुळे विद्युत् विच्छेद्याची संहती (विद्रावातील प्रमाण) २ ते ५ % एवढे टिकून रहाते.

या विद्युत् घटाचे काम ४·२ व्होल्ट एवढ्या एकूण विद्युत् दाबावर चालते. घटाचे तापमान सु. ९६०^० से. एवढे राखतात. घटाची प्रवाह घनता (संवाहकाच्या आडव्या छेदाच्या दर एकक क्षेत्रफळामागे असलेला विद्युत् प्रवाह) १ अँपीअर/चौ. मी. असून आधुनिक घटातील एकूण विद्युत् प्रवाह १ लाख अँपीअर असतात. या घटाची सरासरी प्रवाह कार्यक्षमता (धातूची ठराविक राशी मिळविण्यासाठी सैद्धांतिक दृष्टीने लागणारी वीज व प्रत्यक्ष लागणारी वीज यांचे गुणोत्तर येथे वीज कुलंबमध्ये व कार्यक्षमता टक्क्यांमध्ये देतात) ८९% असून यात १ किग्रॅ. ॲल्युमिनियम मिळविण्यासाठी १४ किवॉ. वीज लागते. [⟶ ॲल्युमिनियम].

जस्त : विद्युत् निष्कर्णाने जस्त मिळविण्याची प्रक्रिया १९१५ साली विकसित झाली व तीच बहुतेक सर्वत्र वापरतात. यानंतरच्या काळात उपकरणयोजना, नियंत्रण, स्वयंचालन व प्रदूषणरहित क्रिया या दृष्टींनी सदर पद्धतीत सुधारणा झाल्या आहेत. या पद्धतीत संहत केलेले स्फॅलेराइट (ZnS) हे खनिज भाजून झिंक ऑक्साइड हा या पद्धतीतील प्रारंभिक कच्चा माल तयार करतात. या ऑक्साइडाचे सल्फ्युरिक अम्लाने अनेक टप्प्यांत निक्षालन करतात. अशा प्रकारे दर लिटरमध्ये सल्फेटाच्या रूपातील १२० ते १६० ग्रॅ. जस्त असलेले परिष्कृत विद्युत् विच्छेद्य मिळते. ते शिशाचे वा प्लॅस्टिकाचे (उदा., पॉलिव्हिनिल क्लोराइडाचे, पीव्हीसीचे) अस्तर असलेल्या काँक्रीटाच्या अथवा लाकडी टाकीत भरतात. या घटात ॲल्युमिनियमाची ऋणाग्रे व शिशाची धनाग्रे वापरतात. विद्युत् अग्रांची जाडी सु. ०·५ सेंमी. असून लगतच्या दोन विद्युत् अग्रांमध्ये १·५ ते ५ सेंमी. अंतर ठेवतात. विद्युत् विच्छेदनाने जस्तापेक्षा जास्त अभिजात (संक्षारण व ऑक्सिडीभवन यांना सापेक्षतः अधिक रोध करणाऱ्या) धातूही ऋणाग्रावर निक्षेपित होतात व बहुतेक वेळा हायड्रोडननिर्मिती व जस्ताचे संक्षारण (गंजण्याची वा भक्षण होण्याची क्रिया) यांच्यात वाढ होते. परिणामी जस्ताचे उत्पादन घटते व ते प्रवाह कार्यक्षमतेवरून लक्षात येते. जर्मेनियम, आर्सेनिक व अँटिमनी या सर्वाधिक हानिकारक अशुद्धींचे दर लिटरमधील प्रमाण १ मिग्रँ इतके कमी करून प्रवाह कार्यक्षमता ९०% पर्यंत वाढविता येते. दर २४ ते २८ तासांनी ऋणाग्रावरील शुद्ध जस्ताचे पत्रे काढून घेतात, मग ते वितळवून लगडी बनवितात. या घटाची प्रवाह घनता ३०० ते ६०० अँपिअर / चौ. मी. व विद्युत् दाब सु. ३·५ व्होल्ट असून आधुनिक संयंत्रात १ किग्रॅ. जस्ताच्या निर्मितीसाठी ३·२ किवॉ. वीज लागते. यात मिळणारे जस्त ९९·९९५ % शुद्ध असल्याने विजेचा खर्च परवडतो. [⟶ जस्त].

तांबे : विद्युत् निष्कर्षणाने तांबेही जस्ताप्रमाणेच मिळवितात. असे बहुतेक तांबे कमी दर्जाच्या सल्फाइडी धातुकाचे सरळ निक्षालन करून अथवा ऑक्साइडी धातुकांपासून मिळते. खास तांब्यासाठीच्या द्रव आयन-विनिमयक विक्रियकांमुळे विद्युत् विच्छेदनासाठी योग्य संहतीचा विद्राव मिळतो. अशा सल्फेट विद्रावाच्या दर लिटरमध्ये (विद्युत् विच्छेद्यात) २० ते ४० ग्रॅ. तांबेव १०० ग्रॅ. सल्फ्यूरिक अम्ल असते. शिसे व अँटिमनी या मिश्रधातूची धनाग्रे असून तांब्याच्या आरंभक पत्र्यांवर (ऋणाग्रांवर) तांबे निक्षेपित होते. या घटाची प्रवाह घनता १६०-२०० अँपिअर / चौ. मी. असते [⟶ तांबे].

मॅग्नेशियम : मॅग्नेशियम क्लोराइडाच्या विद्युत् विच्छेदनाद्वारे धातुरूप मॅग्नेशियम सर्वप्रथम मायकेल फॅराडे यांनी तयार केले (१८३३). या पद्धतीत काही सुधारणा झाल्या असून हल्ली हीच पद्धती वापरतात. १९४९ साली लहान प्रमाणात मॅग्नेशियम निर्मितीसाठी ऊष्मीय प्रक्रिया करणारी यंत्रे पुढे आली. मॅग्नेशियम क्लोराइड मुख्यत्वे समुद्राच्या पाण्यातून मिळवितात. सध्याच्या पद्धतीत पोटॅशियम, सोडियम, कॅल्शियम व मॅग्नेशियम यांच्या क्लोराइडांचे वितळलेले मिश्रण हे विद्युत् विच्छेद्य असते. पोलादी टाकीत कार्बनाची कांडी हे धनाग्र व टाकी हे ऋणाग्र वापरून याचे विद्युत् विच्छेदन करतात. मॅग्नेशियमाची घनता विद्युत् विच्छेद्यापेक्षा कमी असल्याने तयार झालेले द्रवरूप मॅग्नेशियम विच्छेद्याच्या पृष्ठभागी तरंगते. ते तोटीतून काढून घेतात. मात्र अशा धातूचा हवेशी किंवा धनाग्रजवळ निर्माण होणाऱ्या क्लोरिनाशी संपर्क होऊ नये अशी दक्षता घटाच्या आराखड्यातच घेतलेली असते. मॅग्नेशियमाचे ८०% उत्पादन याच पद्धतीने होते. [⟶ मॅग्नेशियम].

कॅडमियम : जस्ताच्या विद्युत् निष्कर्षणाचा एक भाग या रूपात कॅडमियम विद्युत् विच्छेनाद्वारे मिळते. झिंक सल्फेट या विद्युत् विच्छेद्यात कॅडमियम अशुद्धीच्या रूपात असते. ते जस्ताच्या कणांबरोबर अवक्षेपित होते. जस्त व कॅडमियम यांचा हा साखा गाळून घेतात. शुद्ध विद्राव जस्तनिर्मितीसाठी वापरतात. उरलेला साखा सल्फ्यूरिक अम्लात विरघळवितात. अशा प्रकारे यो दोन धातूंची सल्फेटे असलेला विद्राव मिळतो. या विद्रावात कॅडमियमाचे प्रमाण तुलनेने जास्त असते. मग ॲल्युमिनियम ऋणाग्र व शिसे धनाग्र असलेल्या विद्युत् घटात या विद्रवाचे विद्युत् विच्छेदन करून कॅडमियम मिळवितात. हे कॅडमियम ९९·९५% शुद्ध असते. या घटाची कार्यक्षमता ८५ ते ९५% असते. [⟶ कॅडमियम].

सोडियम : वितळलेल्या लवणाचे विद्युत् विच्छेदन करू विद्युत् निष्कर्षणाद्वारे सोडियम मिळतात. याकरिता कॅस्टनर व डाउन्स हे घट वापरतात. कॅस्टनर घटात लोखंडाच्या टाकीत लोखंडाचे किंवा निकेलाचे ऋणाग्र वापरून वितळलेल्या सोडियम हायड्रॉक्साइडाचे विद्युत् विच्छेदन करतात. या घटाची प्रवाह कार्यक्षमता फक्त ४०% आहे. शिवाय यात ऋणाग्रापाशी हायड्रोजन व धनाग्राजवळ ऑक्सीजन मुक्त होत असल्याने स्फोट होण्याचा मोठा धोका असतो.

डाउन्स घटात सोडियम क्लोराइड (४०%) व कॅल्शियम क्लोराइड (६०%) यांचे मिश्रण हे सर्वांत स्वस्त विद्युत् विच्छेद्य वापरतात. उच्चतापसह विटांचे अस्तर असलेल्या याच्या पोलादी टाकीच्या तळातून ग्रॅफाइटाची चार धनाग्रे वर आलेली असतात व घटाच्या बाजूंतून जाणारा पोलादी दंडगोल हे याचे ऋणाग्र असते. विद्युत् अग्रांदरम्यान सच्छिद्र पोलादी विभाजक पटल असते. क्लोरीन वायू हा यात निर्माण होणारा एक उपपदार्थ असून तो धनाग्रावरील शंक्काकार पात्रात गोळा होतो. सोडियम विद्युत् विच्छेद्यापेक्षा हलके असल्याने त्याच्या पृष्ठभागी तरंगते. ते वाहत जाऊन बाहेरच्या टाकीत गोळा होते. ७ व्होल विद्युत् दाबाला या घटाची प्रवाह कार्यक्षमता ८५% पेक्षा जास्त असते. [⟶ सोडियम].

इतर धातू : सल्फेट विद्रावाच्या विद्युत् विच्छेदनाने कॅडमियमाप्रमाणेच थोड्या प्रमाणात थॅलियम व इंडियम धातू मिळवितात. याच पद्धतीने कोबाल्टही मिळते. सल्फेट-क्लोराइड विद्रावाच्या विद्युत् विच्छेदनाने थोडे निकेल मिळवितात. मात्र या पद्धतीने शुद्ध धातुरूपातील क्रोमियम व मॅगनीज मिळविणे अवघड आहे आणि हे करताना धनाग्रापाशी निर्माण होणारे अम्ल ऋमाग्रापासून अलग ठेवण्यासाठी विभाजक पटल वापरावे लागते. सोडियम सल्फाइड या विद्युत् विच्छेद्यापासून अँटिमनीचे विद्युत् निष्कर्षण करतात तर एका दाहक विद्रावाचे विद्युत् विच्छेदन करून गॅलियम मिळवितात.

मँगॅनिजापेक्षा अधिक क्रियाशील असलेल्या बहुतेक धातू वितळलेल्या लवणांच्या विद्युत् निष्कर्षणाने मिळविता येतात. याकरिता इष्ट धातूचे लवण तिच्यापेक्षा अधिक क्रियाशील धातूंच्या लवणांत विरघळवितात. यामुळे विद्युत् विच्छेद्याची विद्युत् संवाहकता सुधारते व वितळलेल्या द्रव्याचा वितळबिंदू कमी होतो. सर्व व्यापारी उत्पादन पद्धतींत धातू द्रवरूपात मिळवितात. धनाग्राजवळील विक्रियांतून बनलेले द्रव्य अथवा हवा यांच्या संपर्कात क्षपित धातू येणार नाही, अशी व्यवस्था केलेली असते. लिथियम मिळविण्याची प्रक्रिया सोडियमाच्या निष्कर्षण प्रक्रियेसारखी आहे. इतर अल्कली व क्षारीय मृत्तिका धातू, तसेच विरल मृत्तिका वितळलेल्या क्लोराइडांच्या विद्युत् विच्छेदनाने लवणांतून विद्युत् निष्कर्षण करण्याच्या प्रक्रियाही विकसित झालेल्या आहेत. युरेनियम, थोरियम व झिर्कोनियम धातू प्रयोगशाळेतूनच मिळविण्यात आल्या असून बेरिलियमही विद्युत् विच्छेदनाने तयार करता येते.

विद्युत् परिष्करण : धातूची शुद्धता वाढविण्यासाठी ही प्रक्रिया वापरतात. परिष्कृच करावयाच्या अशुद्ध धातूचे धनाग्र व बहुधा त्याच शुद्ध धातूचे ऋणाग्र त्याच धातूच्या योग्य लवणाच्या विद्रवात ठेवतात. विद्युत् प्रवाहामुळे धनाग्र विरघळते व ऋणाग्रावर शुद्ध धातूचे निक्षेपण होते. ही प्रक्रिया तांबे, निकेल, शिसे व सोने या धातूंसाठी व्यापारी तत्त्वावर वापरतात आणि तांबे व निकेल यांचे विद्युत् परिष्करण ही नमुनेदार प्रक्रिया आहे.

लोहेतर धातूंचा उपयोग करताना पुष्कळदा त्यांची शुद्धता उच्च असावी लागते. अशी शुद्धता मिळविण्याची विद्युत् परिष्करण ही सर्वांत स्वस्त पद्धती आहे. या प्रक्रियेला मध्यम प्रमाणात वीज लागते व इतर विद्युत् धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांपेक्षा या प्रक्रियेचा विजेचा खर्च कमी असतो. इतर रासायनिक पद्धतींपेक्षा ही प्रक्रिया अधिक कार्यक्षम आहे. कारण विशेषतः तांबे, चांदी, सोने व शिसे यांच्या बाबतीत ही अतिशय विवेचक अशी प्रक्रिया आहे.

तांबे : तांब्याचे विद्युत् परिष्करण करणारा पहिला कारखाना १८७१ साली स्थापन झाल व हल्ली बहुतेक सर्व तांबे याच प्रक्रियेने परिष्कृत करतात. तांब्यात काही अशुद्धी (उदा., ऑक्सीजन व काही धातू) क्षुल्लक प्रमाणात असल्या, तरी तांब्याची विद्युत् संवाहकता चांगलीच कमी होते. असे तांबे विद्युत् उद्योगाच्या दृष्टीने वापरण्यायोग्य विनिर्देशित (अपेक्षित) गरजा पूर्ण करणारे असते. शिवाय विद्युत् परिष्करणात धनाग्राजवळ मिळणाऱ्या अवपंकातील चांदी, सोने व इतर मौल्यवान धातू परत मिळविता येतात. यामुळे हा या विद्युत् परिष्करणाचा आर्थिक लाभच असतो.

अशुद्ध तांब्याच्या ९० X १०० X ३·५ ते ४·५ सेंमी आकारमानाच्या लगडी ही धनाग्रे व अतिशुद्ध तांब्याचे पत्रे ही आरंभक ऋणाग्रे असतात. ही विद्युत् अग्रे शिशाचे अथवा प्लॅस्टिकाचे अस्तर असलेल्या काँक्रीटाच्या किंवा लाकडी टाक्यांत उभी ठेवतात. दर लिटरमध्ये कॉपर सल्फेटाच्या रूपातील ४५ ग्रॅ. तांबे व सु. २०० ग्रॅ. सल्फ्यूरिक अम्ल असलेला विद्राव हे या घटातील विद्युत् विच्छेद्य असते. विद्युत् विच्छेदन सुरू झाल्यावर ऋणाग्रावर तांबे साचत जाते आणि पुष्कळशा अशुद्धी धनाग्रे बदलावी लागतात आणि या काळात दोन वेळा ऋणाग्रावरील तांबे काढून घ्यावे लागते. घटाचे तापमान ५५^० ते  ६०^० से. दरम्यान ठेवतात. यामुळे विद्युत् विच्छेद्याचा विद्युत् रोध कमी होतो. या घटाची प्रवाह घनता बहुतकरून २०० ते २५० अँपिअर / चौ. मी. व प्रवाह कार्यक्षमता सरासरी ९५ % असते. घटाचा विद्युत् दाब ०·२ ते ०·३ व्होल्ट असून दर किग्रॅ. परिष्कृत तांब्यामागे ०·१८ ते ०·२५ किवॉ. वीज खर्च होते.

या रीतीने परिष्कृत केलेल्या तांब्याला ऋणाग्र तांबे किंवा ओएफएचसी (ऑक्सीजन फ्री हाय-कंडक्टिव्हिटी) तांबे असे म्हणतात. याचा अर्थ असा की, या तांब्यात ऑक्सीजन किंवा तो घालविण्यासाठी वापरलेली कोणतीही धातू राहिलेली नाही. अशा अशुद्धींमुळे तांब्याची विद्युत् संवाहकता कमी होते. विद्युत् परिष्करणाद्वारे ९९·९८ % शुद्ध तांबे मिळते.

लोखंड, निकेल, कोबाल्ट, जस्त व मँगनीज या तांब्यापेक्षा कमी अभिजात असलेल्या धातू धनाग्रापाशी विरघळतात. शिशाचे ऑक्सिडिभवन होऊन ते ले़ड सल्फेटाच्या रूपात अवक्षेपित होते. आर्सेनिक, अँटिमनी, बिस्मध इ. इतर अशुद्धी अंशतः अविद्राव्य संयुगांच्या रूपात धनाग्राजवळ तळाशी अवपंक म्हणून खाली बसतात व अंशतः जटिलांच्या रूपात विद्युत् विच्छेद्यात विरघळलेल्या असतात. अभिजात धातू (उदा., सोने, चांदी, प्लॅटिनम) धनाग्राच्या विद्युत् वर्चसाला विरघळत नाहीत. धातुरूपात त्या अवपंकात जमा होतात. त्यांच्याबरोबर सिलिनियम व टेल्यूरियम यांची अविद्राव्य संयुगे व धनाग्रापासून खाली पडलेले तांब्याचे थोडे कण अवपंकात असतात. तांब्यापेक्षा कमी अभिजात असलेल्या धातू ऋणाग्राजवळ अवक्षेपित होत नाहीत. विशेषतः निकेल व आर्सेनिक विद्युत् विच्छेद्यात जमा होत राहतात. विद्युत् विच्छेद्याची संहती नियंत्रित करण्यासाठी या धातू अंशतः काढून टाकतात तसेच या विद्रावाचे परिष्करणही करतात. [⟶ तांबे]

निकेल : परिवर्तन भट्टीत कार्बनाने निकेल ऑक्साइडाचे क्षपण करून अशुद्ध निकेल मिळवितात. या निकेलाच्या दाबून बनविलेल्या पट्ट्या धनाग्रे म्हणून वापरतात. ॲल्युमिनियम किंवा अगंज (स्टेनलेस) पोलादाच्या पत्र्यावर निकेलाचा मुलामा देतात. अलग केलेला अशा मुलाम्याचा पत्रा हे आरंभक ऋणाग्र म्हणून वापरतात. निकेल सल्फाइड क्लोराइड विद्राव (किंवा निकेल अमोनियम सल्फेटाचा विद्राव) हे विद्युत् विच्छेद्य असते. एका टाकीत धनाग्रे असून धनाग्र व ऋणाग्र यांच्यात कॅन्व्हासाचे विभाजक पटल असते. विभाजक पटलाने निकेलाबरोबर तांबे व लोखंड निक्षेपित होत नाहीत. तांबे व लोखंड या अशुद्धीचे विद्युत् विच्छेद्यातील प्रमाण जास्त झाले म्हणजे त्या काढून टाकतात. अशा शुद्ध विद्युत् विच्छेद्यात दर लिटरमध्ये सर्वसाधारपणे २० ग्रँ. बोरिक अम्ल, ३० ग्रॅ. सोडियम सल्फेट व ४० ग्रॅ. निकेल राहील, असे पाहतात. या घटाच्या विद्युत् अग्रांमधील विद्युत् वर्चस् २·४ व्होल्ट व प्रवाह कार्यक्षमता ९४% असते. या पद्धतीने कोबाल्टाचेही परिष्करण करतात. [⟶ निकेल].

सोने : वोलविल विद्युत् विच्छेदन पद्धतीने ९४% शुद्ध सोन्याचे परिष्करण करतात. ही पद्धती काहीशी तांब्याच्या परिष्करणासारखी आहे. हिच्यात २१ X ३५ X १·२५ सेंमी. आकारमानाचे सोन्याचे पत्रे धनाग्रे असून याच आकारमानाचा शुद्ध सोन्याचा वर्ख आरंभक ऋणाग्र म्हणून वापरतात. या घटाची टाकी दगडी किंवा पोर्सलिनाची असून ७ ते ८% गोल्ड क्लोराइडयुक्त हायड्रोक्लोरिक अम्ल विद्राव हे विद्युत् विच्छेद्य असते. विद्युत् विच्छेदनात ऋणाग्रावर सोन्याचा मुलामा चढत असताना सोने, सिल्व्हर क्लोराइड, लेड सल्फेट व प्लॅटिनम हे असलेला अवपंक तळाशी बसतो. या घटाचे तापमान ६०^० ते ७०^० से. व विद्युत् दाब सु. १.४ व्होल्ट असून यात निर्माण होणाऱ्या सोन्याची शुद्धता ९८·५% म्हणजे २४ कॅरट असते. [⟶ सोने].

चांदी : चांदीच्या विद्युत् परिष्करणासाठी मोबियस व थम हे घट वापरतात. यामुळे ९९·९% शुद्ध चांदी मिळते. मोबियस घटात ९५% शुद्धतेच्या चांदीच्या लगडी धनाग्रे असून चांदीचे वा अगंज पोलादाचे पातळ पत्रे ऋणाग्रे असतात. दर लिटरमध्ये १५ ते ६० ग्रँ. सिल्व्हर नायट्रेट असलेला उदासीन विद्राव यात विद्युत् विच्छेद्य म्हणून वापरतात. विद्युत् विच्छेदनाने ऋणाग्रावर साचणारे चांदीचे स्फटिक अधूनमधून खरवडून काढतात ते घटाच्या तळावरील तबकात जमा होतात. विद्युत् विच्छेद्यात साचणारे जादा तांबे काढून टाकतात. धनाग्राभोवतीच्या कॅन्व्हासाच्या पिशवीत अवपंक गोळा होतो. या अवपंकात सोने, प्लॅटिनम व इतर अभिजात धातू असतात.

थम घटाच्या संपूर्ण तळावर आच्छादेलेली ग्रँफाइटाची लादी हेच ऋणाग्र असते. त्याच्यावर असलेल्या लाकडी वा दगडी पात्रावर अशुद्ध चांदीची धनाग्रे टेकलेली असतात. धनाग्र व ऋणाग्र यांच्या दरम्यान असलेल्या कॅन्व्हासाच्या विभाजक पटलात सोने, प्लॅटिनमयुक्त अवपंक धरला जातो. ऋणाग्रावर साचलेले शुद्द चांदीचे स्फटिक अधूनमधून खरवडून काढून घेतात. मोबियस घटापेक्षा यात कमी भंगार (टाकाऊ भाग) निर्माण होते परंतु थम घटाला जास्त जागा लागते व यात नायट्रिक अम्ल जास्त वापरले जाते. [⟶ चांदी].

कथिल : कथिलाच्या परिष्करणाची प्रक्रिया तांब्याच्या परिष्करणासारखीच आहे. यात ९५% शुद्ध कथिलाच्या लगडी धनाग्रे असून २१ दिवसांत त्याचे विद्युत् विच्छेदन पूर्ण होते. या कालावधीत ऋणाग्राचे आरंभक पत्रे दोन वेळा बदलावे लागतात. याद्वारे ९९·९८% शुद्ध कथिल मिळते. यातील अवपंकात मुख्यतः चांदी, बिस्मथ, शिसे व सोने असून त्यावर विद्युत् विच्छेदन व उत्ताप धातुवैज्ञानिक प्रक्रिया करून या मुल्यवान धातू मिळवितात. या घटात सामान्यपणे वापरण्यात येणाऱ्या विद्युत् विच्छेदात २% सल्फ्यूरिक अम्ल, ४% क्रेसॉलफिनॉल सल्फ्यूरिक अम्ल, ३% स्टॅनस कथिल व निक्षेपणाची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी थोडा सरस घातलेला असतो. दुसऱ्या विद्युत् विच्छेद्यात सल्फ्यूरिक अम्लाऐवजी फ्ल्युओसिलिसिक अम्ल वापरतात, म्हणून त्या पद्धतीला फ्ल्युओसिलिसिक पद्धत म्हणतात. या घटांचे तापमान ३५० से. व विद्युत् दाब ०·३५ व्होल्ट असतो. [⟶ कथिल].

इतर धातू : फ्ल्युओसिलिकेट विद्युत् विच्छेद्य वापरून विद्युत् परिष्करणाद्वारे अतिशुद्ध शिसे मिळविण्यात येते. वितळलेल्या लवणांच्या विद्युत् विच्छेदनाद्वारे इतर पुष्कळ धातूंचे परिष्करण करता येते. मात्र या प्रक्रिया बहुधा खर्चिक असतात. तथापि ॲल्युमिनियमाचे परिष्करण करण्याची ‘त्रिस्तरी’ प्रक्रिया ही एकमेव औद्योगिक प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेत विद्युत् विच्छेद्याची घनता विशिष्ट रीतीने जुळवून घेतलेली असते. त्यामुळे वितळलेले शुद्ध ॲल्युमिनियम (ऋणाग्र) वितळलेल्या लवणाच्या (विद्युत् विच्छेद्याच्या) पृष्छभागी तरंगते आणि पर्यायाने हे लवण अशुद्ध ॲल्युमिनियम व तांबे यांच्या वितळलेल्या मिश्रणावर (धनाग्रावर) तरंगते. या तीन थरांवरून प्रक्रियेचे नाव पडले आहे.

विद्युत् विलेपन : विद्युत् निक्षेपणाने एका धातूवर (किंवा अधातवीय वस्तूवर) दुसऱ्या धातूचा पातळ थर म्हणजे मुलामा देण्याच्या क्रियेला विद्युत् विलेपन म्हणतात. संक्षारणामुळे (गंजण्यामुळे) धातूंचे सर्वाधिक नुकसान होते. ते होऊ नये म्हणून असा संरक्षक मुलामा देतात अथवा पृष्ठभाग आकर्षक दिसण्यासाठी मुलामा देतात. डबे, कटलरी नळ, बाष्पित्रे (बॉयलर), प्रारक (रेडिएटर), दागिने इत्यादींवर विद्युत् विलेपनाने मुलामा देतात.

योग्य तऱ्हेने नियंत्रित असलेल्या परिस्थितीत कोणत्याही धातूचे विद्युत् विलेपन करता येते. जिच्यावर मुलामा देतात त्या धातूला आधारधातू म्हणतात. अशा धातूंवर विद्युत् विलेपनाने मुलामा देण्यासाठी सामान्यपणे कॅडमियम, निकेल, क्रोमियम, कथिल, ॲल्युमिनियम, जस्त व इतर बऱ्याच धातूंचा उपयोग करतात. या प्रक्रियेत जिचा मुलामा द्यायचा असतो ती धातू तिच्या संयुगाच्या विद्रावातून (विद्युत् विच्छेद्यातून) विद्युत् प्रवाह पाठवून मिळविली जाते. उदा., विद्युत् घटात मुलामा द्याची चमच्यासारखी वस्तू ऋणाग्र, मुलामा द्यायच्या चांदीचा पत्रा धनाग्र आणि सिल्व्हर नायट्रेटाचा पाण्यातील विद्राव हे मुलामा द्यायची धातू विपुल असलेले विद्युत् विच्छेद असते. विद्युत् विच्छेदनात चांदी ते विद्राव ते चमचा असा विद्युत् प्रवाह वाहतो. परिणामी चांदीचे आयन ऋणाग्राकडे जाऊन ते चमच्यावर धातुरूपात निक्षेपित होतात. उलट नायट्रेट आयन धनाग्राकडे जाऊन त्याची पाण्याशी विक्रिया होते आणि या विक्रियेने नायट्रिक अम्ल व ऑक्सिजन निर्माण होतात. ऑक्सिजन बुडबुड्यांच्या रूपाने निघून जातो. त्याच वेळी नायट्रिक अम्लामुळे चांदीच्या पत्र्यातील थोडी चांदी विरघळून विद्रावातील सिल्व्हर नायट्रेटाचे प्रमाण स्थिर राखले जाते. अशा रीतीने चमच्यावर चांदीचा मुलामा बसतो.

मुलामा चांगला बसण्याकरिता विद्युत् प्रवाह तसेच विद्रावाचे रासायनिक संघटन, तापमान व स्वच्छपणा यांचे चांगले नियमन करावे लागते. असा चांगला मुलामा आधारधातूला चांगला चिकटून राहतो व चकचकीत दिसतो. हे नियमन व्यवस्थित न झाल्यास मुलामा मंद दिसतो आणि आधारधातूपासून सुटून निघून जातो, चमकदार मुलामा देणाऱ्या काही धातू आधारधातूला चांगल्या चिकटून राहत नाहीत. शिवाय अशा मुलाम्यात सूक्ष्म छिद्रे असल्याने त्यांच्यामधून ओलावा झिरपून आधारधातूपर्यंत जातो. त्यामुळे आधारधातूचे संक्षारण जलदपणे होऊ लागते आणि अखेरीस पापुद्रे सुटून मुलामा निघून जातो (उदा., पोलाद किंवा लोखंडावरील क्रोमियमाचा मुलामा). यावर उपाय म्हणून आधारधातूवर प्रथम एका वा अनेक धातूंचा मुलामा देऊन त्यावर अखेरीस इष्ट धातूचा मुलामा देतात. उदा., मुलामा चिकटून राहण्यासाठी पोलादावर प्रथम तांब्याचा व मग संक्षारणाला रोध करणारा निकेलाचा मुलामा देऊन शेवटी चकचकीत रहाणाऱ्या क्रोमियमाचा आकर्षक मुलामा देतात.

एकाहून जास्त धातूंच्या मिश्रसंयुगांच्या विद्रावाचे विद्युत् विच्छेदन करून मिश्रधातूचाही मुलामा देता येतो. उदा., तांबे व जस्त यांच्या मिश्रसंयुगांच्या विद्रावाद्वारे पितळेचा (मिश्रधातूचा) मुलामा देता येतो. वितळलेल्या संयुगांच्या विद्युत् विच्छेदनालाही हीच तत्त्वे लागू आहेत. [⟶ विद्युत् विलेपन].

विद्युत् रूपण व टंकन : हा विद्युत् विलेपनाचाच एक खास पण जुना झालेला प्रकार आहे. विद्युत् निक्षेपणाच्या पद्धतींनी धातवीय किंवा इतर पृष्ठभागाचे पुनरुत्पादन करणे म्हणजे विद्युत् रूपण होय. प्रमाण ध्वनिमुद्रिकेवरून तिच्या हजारो प्रती काढता येतात. ही प्रमाण ध्वनिमुद्रिका विद्युत् रूपणाने बनवितात. प्रथम मेणाच्या प्रमाण तबकडीवर धातूच्या अतिशय बारीक चूर्णाचा पातळसर थर देतात. यामुळे ती विद्युत् संवाहक होते. अशा तबकडी कॉपर सल्फेट या विद्युत् विच्छेद्यात ऋणाग्र म्हणून व तांब्याची पट्टी धनाग्र म्हणून वापरतात. या विद्युत् विच्छेद्यातून विद्युत् प्रवाह पाठवून तबकडीवर तांब्याचा पुरेसा जाड मुलामा बसू देतात. मग मेण काढून टाकतात. नंतर या तांब्याच्या व्यस्त प्रतिमेचा (निगेटिव्हचा) वापर करून याच विद्युत् विलेपन प्रक्रियेने मुद्रेच्या व ठशाच्या रूपातील पोलादाची कठीण व्यस्त प्रतिमा तयार करतात. ध्वनिमुद्रिकेच्या पुढील बाजूचे ध्वनिमुद्रण असलेली एक व मागील बाजूचे ध्वनिमुद्रण असलेली दुसरी अशा दोन मुद्रा तयार करतात. या मुद्र दाबयंत्रात ठेवतात. ज्यावर अंतिम ध्वनिमुद्रण करावयाचे असते असे रेझीनमय द्रव्य यंत्रात आकार्य (सहजपणे आकार देता येईल असे) होईपर्यंत तापविले जाते. अशा आकार्य-द्रव्यावर मुद्रा दाबल्या जातात. हे द्रव्य थंड झाल्यावर ध्वनिमुद्रिका तयार होते. ही ध्वनिमुद्रिका म्हणजे मेणावरील मूळ ध्वनिमुद्रणाची समप्रतिमा (पॉझिटिव्ह) प्रतिकृती असते.

मेणाच्या अथवा प्लॅस्टिकाच्या मूळ माध्यमापासून तांब्याचे मुद्रण माध्यम तयार करण्यासाठी विद्युत् टंकन वा मुद्रण प्रक्रियेत हेच तत्त्व वापरतात. उदा., मुद्रणासाठीच्या कोरीव किंवा उत्कीर्ण पट्टिका तयार करण्यासाठी ही प्रक्रिया वापरतात.

विद्युत् निक्षेपणाच्या या पद्धती जुन्या आहेत. विद्युत् निक्षेपणाने बनविलेला धातूचा जाड थर पूर्वी विशेषतः निकेलाचे यंत्रभाग बनविण्यासाठी वापरीत. तसेच पोलादी दंडांवर तांब्याचे विद्युत् निक्षेपण करून तांब्याच्या नळ्या बनविता येतात. अशुद्ध तांब्याचे धनाग्र वापरल्यास या प्रक्रियेत विद्युत् परिष्करणही होऊन जाते. [⟶ धातूंचे मुलामे].

विद्युत्-ऊष्मीय प्रक्रिया : या प्रक्रियेत उष्णता किंवा उच्च तापमान निर्माण करण्यासाठी वीज वापरतात. तापनाची ही पद्धती महाग पडते. मात्र ही प्रदूषण निर्माण न करणारी स्वच्छ पद्धती असून ही सहजपणे नियंत्रित करता येते आणि हिच्या साहाय्याने उच्च तापमान निर्माण करता येते. विद्युत्-ऊष्मीय धातुवैज्ञानिक तंत्रांची उदाहरणे म्हणजे प्रज्योत, रोध व प्रवर्तन प्रकारच्या विद्युत् भट्ट्या होत. विद्युत् भट्टीमधील ग्रॅफाइटाच्या विद्युत् अग्रांमध्ये अथाव चुल्यातील ग्रॅफाइटाचे विद्युत् अग्र व वितळलेली धातू यांच्यामध्ये विद्युत् प्रज्योत निर्माण करून उष्णता निर्माण केली जाते. विद्युत् रोध भट्टीतील प्रत्यत्र कच्चा माल (उदा., ॲल्युमिनियम) हाच विद्युत् रोध असू शकतो प्रवर्तन भट्टीतील धातवीय द्रव्य प्रवर्तन प्रवाहांनी तापते. [⟶ विद्युत् तापन विद्युत् भट्टी].

पहा :  धातुविज्ञान धातूंचे मुलामे विद्युत् रसायनशास्त्र विद्युत् विच्छेदन विद्युत् विलेपन.

संदर्भ : 1. Bray, J. L. Non-ferrous Production Metallurgy, London, 1947.

           2. Gray, A. G. Modern Electroplating, New York, 1953.

           3. Koehlar, W. A. Liddel, D. M., Eds., Handbook of Nonferrous Metallurgy, 2 Vols. 1945.

           4.  Kuhn, A. Industrial Electrochemical Processes, New York, 1971.

           5. Pletcher, D. Industrial Electrochemistry, New York, 1982.

ठाकूर, अ. ना.

“