સોનું (Au) ધાતુવિજ્ઞાન અને ઔદ્યોગિક નિષ્કર્ષણ

સોનું (Au) ધાતુવિજ્ઞાન અને ઔદ્યોગિક નિષ્કર્ષણ

સોનું (Au) એક ઉમદા ધાતુ છે જે તેના કાટ પ્રત્યેના ઉત્તમ પ્રતિકાર અને ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા માટે જાણીતી છે. તેનું નિષ્કર્ષણ મુખ્યત્વે મૂળ ધાતુને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા પર કેન્દ્રિત છે.

કુદરતી પ્રાપ્તિ અને મુખ્ય અયસ્ક

સોનું તેની અત્યંત ઓછી પ્રતિક્રિયાશીલતાને કારણે મુખ્યત્વે તેના મૂળ (મુક્ત) સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે.

• મૂળ સોનું: નગેટ્સ, ફ્લેક્સ અથવા ક્વાર્ટઝ નસો અને કાંપવાળા (પ્લેસર) ભંડારોમાં વિખરાયેલા ઝીણા કણો તરીકે જોવા મળે છે.
• મિશ્રધાતુઓ: ઘણીવાર ચાંદી સાથે મિશ્રધાતુ સ્વરૂપે જોવા મળે છે, જે ઇલેક્ટ્રમ બનાવે છે.
• ટેલ્યુરાઇડ્સ: ઓછા સામાન્ય છે, પરંતુ સોનું ટેલ્યુરાઇડ્સ તરીકે મળી શકે છે, દા.ત., Calaverite (AuTe₂) અને Sylvanite ((Ag,Au)Te₂). ઔદ્યોગિક નિષ્કર્ષણ માટે, મૂળ સોનું મુખ્ય લક્ષ્ય છે.

અયસ્કનું સંકેન્દ્રણ

સંકેન્દ્રણ પદ્ધતિ સોનાના અયસ્કની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે.

1. ગુરુત્વાકર્ષણ પૃથક્કરણ

• સિદ્ધાંત: ગૈંગ કચરાની સામગ્રી (દા.ત., ક્વાર્ટઝ, વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ ~2.65 g/cm³) ની સરખામણીમાં સોનાની ઉચ્ચ વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ (19.3 g/cm³) નો ઉપયોગ કરે છે.
• પ્રક્રિયા: કાંપવાળા ભંડારો અથવા ઝીણા ભૂકા કરેલા અયસ્ક માટે, પૅનિંગ, સ્લ્યુસિંગ અને જીગિંગ જેવી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે. પાણી હળવા ગૈંગ કણોને ધોઈ નાખે છે, અને ભારે સોનાના કણોને પાછળ છોડી દે છે.

2. રાસાયણિક નિક્ષાલન (સાયનાઈડ પ્રક્રિયા / મેકઆર્થર-ફોરેસ્ટ પ્રક્રિયા)

• સિદ્ધાંત: સોનું, તેના મૂળ સ્વરૂપમાં પણ, હવા (ઓક્સિજન) ની હાજરીમાં મંદ આલ્કલી સાયનાઈડ્સ દ્વારા પસંદગીપૂર્વક ઓગાળી શકાય છે. ઓછી ગુણવત્તાવાળા અયસ્ક અને ઝીણા વિખેરાયેલા સોના માટે આ સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે.
• પ્રક્રિયા:
  • ઝીણા ભૂકા કરેલા સોનાના અયસ્કને હવા (ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે) અને પાણીની હાજરીમાં સોડિયમ સાયનાઈડ (NaCN) અથવા પોટેશિયમ સાયનાઈડ (KCN) ના મંદ દ્રાવણ (0.1-0.3%) સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
  • સોનું ઓગળીને દ્રાવ્ય ડાયસાયનોઓરેટ(I) સંકુલ બનાવે છે.
  • પ્રતિક્રિયા: 4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) → 4[Au(CN)2]-(aq) + 4OH-(aq)
  • આ પ્રક્રિયા અદ્રાવ્ય ગૈંગથી અલગ કરીને સોનાને અસરકારક રીતે સંકેન્દ્રિત કરે છે.

કાચી ધાતુમાં ઘટાડો

સાયનાઈડ નિક્ષાલન પછી, સોનાને દ્રાવ્ય સંકુલમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની જરૂર છે.

1. ઝીંક દ્વારા વિસ્થાપન (મેરિલ-ક્રો પ્રક્રિયા)

• સિદ્ધાંત: ઝીંક ધૂળ જેવી ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ ધાતુ ઉમેરીને ડાયસાયનોઓરેટ(I) સંકુલ દ્રાવણમાંથી સોનાનું અવક્ષેપન થાય છે. ઝીંક રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે, સોનાનું વિસ્થાપન કરે છે.
• પ્રક્રિયા: [Au(CN)₂]⁻ આયનો ધરાવતા સ્પષ્ટ દ્રાવણને ડી-એરેટેડ (ઝીંકના ઓક્સિડેશનને રોકવા માટે) કરવામાં આવે છે અને ઝીંક ધૂળ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
• પ્રતિક્રિયા: 2[Au(CN)2]-(aq) + Zn(s) → [Zn(CN)4]2-(aq) + 2Au(s)
• અવક્ષેપિત સોનાને ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે, ધોવામાં આવે છે અને સૂકવવામાં આવે છે, જેનાથી કાચું સોનું (જેને ઘણીવાર “ગોલ્ડ સ્લાઈમ” અથવા “ગોલ્ડ અવક્ષેપ” કહેવામાં આવે છે) પ્રાપ્ત થાય છે.

શુદ્ધિકરણ અને વિશોધન

ઘટાડાની પ્રક્રિયામાંથી મળેલા કાચા સોનામાં અશુદ્ધિઓ (દા.ત., Ag, Cu, Zn, Fe, Te) હોય છે. શુદ્ધિકરણ માટે ઘણી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે.

1. મિલર પ્રક્રિયા

• સિદ્ધાંત: અશુદ્ધિઓને ઊંચા તાપમાને ક્લોરિન વાયુ સાથે પ્રતિક્રિયા કરાવીને દૂર કરવામાં આવે છે.
• પ્રક્રિયા: પીગળેલા કાચા સોના (તેના ગલનબિંદુ 1064 °C થી ઉપર) માંથી વાયુરૂપ ક્લોરિન પસાર કરવામાં આવે છે. Ag, Cu, Zn, અને Te જેવી અશુદ્ધિઓ ક્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને તેમના સંબંધિત ક્લોરાઇડ્સ બનાવે છે.
• ચાંદી માટે પ્રતિક્રિયા: 2Ag(l) + Cl2(g) → 2AgCl(l)
• સિલ્વર ક્લોરાઇડ (AgCl) અને અન્ય ધાતુના ક્લોરાઇડ્સ ઓછા ગાઢ હોય છે અને કાં તો અલગ પીગળેલા સ્તર તરીકે તરે છે અથવા અસ્થિર હોય છે અને બહાર નીકળી જાય છે, જેનાથી અત્યંત શુદ્ધ સોનું રહે છે. પ્રાપ્ત શુદ્ધતા સામાન્ય રીતે 99.5-99.9% હોય છે.

2. વિદ્યુતવિભાજન શુદ્ધિકરણ (વોહલવિલ પ્રક્રિયા)

• સિદ્ધાંત: સોનાનું વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા શુદ્ધિકરણ કરવામાં આવે છે, જે અત્યંત ઉચ્ચ શુદ્ધતા (99.999% સુધી) પ્રાપ્ત કરવા દે છે.
• ગોઠવણી:
  • એનોડ: અશુદ્ધિઓ ધરાવતા કાચા સોનાના કાસ્ટ બ્લોક્સ.
  • કેથોડ: શુદ્ધ સોનાના ફોઇલની પાતળી શીટ્સ.
  • ઇલેક્ટ્રોલાઇટ: સોનાના ક્લોરાઇડ (AuCl₃) નું જલીય દ્રાવણ જેમાં હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) હોય છે જે વાહકતા જાળવી રાખે છે અને જળવિભાજન અટકાવે છે.
• પ્રક્રિયા:
  • જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે એનોડમાંથી સોનું અને ઓછી ઉમદા ધાતુઓ (દા.ત., Cu, Zn, Fe) ધન આયનો તરીકે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓગળી જાય છે.
  • એનોડ પ્રતિક્રિયા: Au(s) → Au³⁺(aq) + 3e⁻ (અને ઓછી ઉમદા ધાતુઓ માટે પણ સમાન)
  • દ્રાવણમાંથી ફક્ત સોનાના આયનો પસંદગીપૂર્વક કેથોડ પર શુદ્ધ સોના તરીકે જમા થાય છે.
  • કેથોડ પ્રતિક્રિયા: Au³⁺(aq) + 3e⁻ → Au(s)
  • વધુ ઉમદા ધાતુઓ (દા.ત., પ્લેટિનમ, પેલેડિયમ, રોડિયમ, ચાંદી) એનોડ સંભવિત પર ઓગળતી નથી અને “એનોડ સ્લજ” (એનોડ મડ) તરીકે તળિયે બેસી જાય છે, જેને પાછળથી આ કિંમતી ધાતુઓને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
  • ઓછી ઉમદા ધાતુઓ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓગળેલી રહે છે.