સર્વવ્યાપક તત્વ: સિલિકોન
સિલિકોન, જેનું પ્રતીક Si અને પરમાણુ ક્રમાંક 14 છે, તે એક મેટલોઇડ તત્વ છે જે આધુનિક ટેકનોલોજી અને દૈનિક જીવનમાં મૂળભૂત ભૂમિકા ભજવે છે. તે પૃથ્વીના પોપડામાં બીજું સૌથી વિપુલ તત્વ છે, જે તેના દળનો આશરે 27.7% હિસ્સો બનાવે છે. સિલિકોન પ્રકૃતિમાં ભાગ્યે જ તેના શુદ્ધ તત્વીય સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે પરંતુ તે મુખ્યત્વે ઓક્સિજન સાથે સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) અથવા જટિલ સિલિકેટ ખનિજો તરીકે સંયોજિત જોવા મળે છે.
સિલિકોનનો કુદરતી સ્ત્રોત
સિલિકોન પૃથ્વીના પોપડામાં લગભગ વિશિષ્ટ રીતે સંયોજનોમાં જોવા મળે છે. તેનું સૌથી સામાન્ય સંયોજન સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ છે, જે સિલિકા તરીકે વ્યાપકપણે જાણીતું છે.
- ક્વાર્ટઝ: આ સિલિકાનું એક સામાન્ય સ્ફટિકમય સ્વરૂપ છે અને રેતીનો મુખ્ય ઘટક છે. ક્વાર્ટઝ રેતીના વિશાળ ભંડાર સમગ્ર ભારતમાં, ખાસ કરીને રાજસ્થાન, ગુજરાત અને ગંગા-યમુના મેદાનોના ભાગો જેવા પ્રદેશોમાં જોવા મળે છે. આ રેતી બાંધકામ અને કાચ ઉત્પાદન માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.
- સિલિકેટ ખનિજો: સિલિકોન સિલિકેટ ખનિજોની વિશાળ શ્રેણીનો આધાર પણ બનાવે છે, જે પૃથ્વીના પોપડાનો મોટાભાગનો ભાગ બનાવે છે. ઉદાહરણોમાં ફેલ્ડસ્પાર, માઇકા, ટાલ્ક અને માટીનો સમાવેશ થાય છે. આ ખનિજો ભારતીય ઉપખંડમાં જોવા મળતી જમીન, ખડકો અને વિવિધ ભૌગોલિક રચનાઓ માટે અભિન્ન છે.
નિષ્કર્ષણ અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગ
તત્વીય સિલિકોનનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન મુખ્યત્વે ખૂબ ઊંચા તાપમાને (લગભગ 1700 °C) ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ભઠ્ઠીમાં કાર્બન સાથે ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા સિલિકા (ક્વાર્ટઝ રેતી) ના ઘટાડાનો સમાવેશ કરે છે.
મેટલર્જિકલ ગ્રેડ સિલિકોન (MGS)
આ પ્રક્રિયા મેટલર્જિકલ ગ્રેડ સિલિકોન તરીકે ઓળખાતું ઉત્પાદન આપે છે, જે સામાન્ય રીતે 98-99% શુદ્ધ હોય છે.
- પ્રક્રિયા: SiO₂ (s) + 2C (s) → Si (l) + 2CO (g)
- MGS નો ઉપયોગ સ્ટીલ ઉદ્યોગમાં મજબૂતાઈ સુધારવા માટે એલોઇંગ એજન્ટ (ફેરોસિલિકોન) તરીકે અને ડીઓક્સિડાઇઝર તરીકે વ્યાપકપણે થાય છે. તેનો ઉપયોગ એલ્યુમિનિયમ એલોયના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે. ભારતનો સ્ટીલ ઉદ્યોગ સ્થાનિક અને આયાતી બંને ફેરોસિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોનિક ગ્રેડ સિલિકોન (EGS)
ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને સૌર કોષોમાં ઉપયોગ માટે, ઘણી ઊંચી શુદ્ધતાવાળા સિલિકોન (99.9999999% સુધી શુદ્ધ) ની જરૂર પડે છે. MGS ને જટિલ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, જેમ કે સિમેન્સ પ્રક્રિયા દ્વારા વધુ શુદ્ધ કરવામાં આવે છે.
- સિમેન્સ પ્રક્રિયા: MGS ને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ (HCl) સાથે પ્રક્રિયા કરીને ટ્રાઇક્લોરોસિલેન (SiHCl₃), એક પ્રવાહી બનાવવામાં આવે છે. આ પ્રવાહીને પછી અપૂર્ણાંક નિસ્યંદન દ્વારા અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. છેલ્લે, શુદ્ધ ટ્રાઇક્લોરોસિલેનને ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોજન ગેસ સાથે ઘટાડીને અલ્ટ્રા-શુદ્ધ સિલિકોન જમા કરવામાં આવે છે.
- ભારતમાં ઉપયોગ: ભારતના ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉત્પાદન અને સૌર ઊર્જા ક્ષેત્રો વિસ્તરતા હોવાથી, સેમિકન્ડક્ટર ફેબ્રિકેશન અને ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ ઉત્પાદન માટે ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા સિલિકોનની માંગ સતત વધી રહી છે.
સિલિકોનના સામાન્ય દૈનિક ઉપયોગો
સિલિકોનના અનન્ય ગુણધર્મો તેને અસંખ્ય એપ્લિકેશન્સમાં અનિવાર્ય બનાવે છે:
-
ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (સેમિકન્ડક્ટર્સ): અલ્ટ્રા-શુદ્ધ સિલિકોન એ લગભગ તમામ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા માઇક્રોચિપ્સ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ્સ માટેનું પાયાનું મટીરીયલ છે. આમાં સ્માર્ટફોન, કમ્પ્યુટર્સ, ટેલિવિઝન અને વિવિધ ડિજિટલ ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે, જે ભારતમાં વ્યાપકપણે ઉત્પાદિત અને ઉપયોગમાં લેવાય છે. ભારતમાં વિકસતો સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ સિલિકોનના આ ઉપયોગ પર ખૂબ આધાર રાખે છે.
-
કાચનું ઉત્પાદન: સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (સિલિકા રેતી) કાચમાં મુખ્ય ઘટક છે. ઘરો અને ઓફિસોમાં બારીના કાચથી લઈને બોટલ, પ્રયોગશાળાના કાચના વાસણો અને ફાઇબરગ્લાસ ઇન્સ્યુલેશન સુધી, સિલિકાના સ્વરૂપમાં સિલિકોન સર્વત્ર છે. ભારત પાસે એક નોંધપાત્ર કાચ ઉત્પાદન ઉદ્યોગ છે, જે સ્થાનિક સિલિકા રેતી સંસાધનોનો ઉપયોગ કરે છે.
-
સિરામિક્સ અને બાંધકામ સામગ્રી: સિલિકા સિમેન્ટ, કોંક્રિટ, ઇંટો અને ટાઇલ્સમાં મુખ્ય ઘટક છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ, સિલિકોન અને કાર્બનનું સંયોજન, એક અત્યંત સખત સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ ઘર્ષક, રીફ્રેક્ટરી સામગ્રી અને બુલેટપ્રૂફ વેસ્ટમાં પણ થાય છે. ભારતમાં વ્યાપક બાંધકામ ક્ષેત્ર ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર વિકાસ માટે આ સિલિકોન-આધારિત સામગ્રીઓ પર ખૂબ આધાર રાખે છે.
-
સિલિકોન્સ: આ સિલિકોન, ઓક્સિજન, કાર્બન અને હાઇડ્રોજન ધરાવતા કૃત્રિમ પોલિમર છે. સિલિકોન્સ ઊંચા તાપમાને સ્થિર, પાણી-પ્રતિરોધક અને વિદ્યુત ઇન્સ્યુલેટીંગ હોય છે. તેનો ઉપયોગ સીલંટ (દા.ત., બાથરૂમ સીલંટ, વિન્ડો કોલ્કિંગ), લુબ્રિકન્ટ્સ, તબીબી પ્રત્યારોપણ (દા.ત., પ્રોસ્થેટિક્સ, પેસમેકર), સૌંદર્ય પ્રસાધનો અને રસોડાના વાસણો (દા.ત., સિલિકોન બેકવેર) માં થાય છે. આ ઉત્પાદનો ભારતીય ઘરો અને ઉદ્યોગોમાં સામાન્ય છે.
-
સૌર કોષો (ફોટોવોલ્ટેઇક્સ): ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા સિલિકોન ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોના ઉત્પાદન માટે નિર્ણાયક છે, જે સૂર્યપ્રકાશને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે. પોલિક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન અને મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ઉપયોગમાં લેવાતા બે મુખ્ય પ્રકારો છે. નવીનીકરણીય ઊર્જા સ્ત્રોતો તરફ ભારતના આક્રમક પ્રયાસોને કારણે દેશભરમાં, મોટા પાયે સૌર ફાર્મથી લઈને છત પરની સ્થાપનાઓ સુધી, સિલિકોન-આધારિત સૌર પેનલ્સની સ્થાપનામાં નોંધપાત્ર વધારો થયો છે।