शिसे, ज्याला Pb या चिन्हाने दर्शविले जाते आणि ज्याचा अणुक्रमांक ८२ आहे, एक जड, मऊ आणि लवचिक धातू आहे. ते नुकतेच कापल्यावर निळसर-पांढरे दिसते, परंतु हवेच्या संपर्कात आल्यावर त्याचे ऑक्सिडीकरण होऊन निस्तेज राखाडी रंग येतो. त्याची उच्च घनता आणि कमी वितळणबिंदू यामुळे त्याला ऐतिहासिक आणि औद्योगिक महत्त्व प्राप्त झाले आहे.
भारतात नैसर्गिक उपलब्धता आणि खाणकाम
शिसे निसर्गात स्वतंत्र मूलद्रव्य म्हणून आढळत नाही. ते प्रामुख्याने खनिजांच्या स्वरूपात आढळते, विशेषतः गॅलेना (लेड सल्फाइड, PbS) म्हणून. इतर महत्त्वपूर्ण शिसे-युक्त खनिजांमध्ये सेरुसाइट (लेड कार्बोनेट, PbCO$_3$) आणि अँग्लेसाइट (लेड सल्फेट, PbSO$_4$) यांचा समावेश आहे. ही खनिजे अनेकदा जस्त, चांदी आणि तांबे यांच्या साठ्यांसोबत आढळतात.
भारतात, शिसे-जस्त धातूंचे मोठे साठे राजस्थान राज्यात केंद्रित आहेत. उदयपूरजवळ असलेल्या झवार खाणी ऐतिहासिकदृष्ट्या प्रसिद्ध आहेत आणि शिसे व जस्त काढण्यासाठी एक महत्त्वाचे ठिकाण आहेत. हिंदुस्तान झिंक लिमिटेड (HZL) या प्रदेशात अनेक खाणी आणि स्मेल्टर चालवते, जे भारताच्या शिसे उत्पादनात लक्षणीय योगदान देतात. आंध्र प्रदेश, गुजरात आणि ओडिशा यांसारख्या राज्यांमध्येही शिशाच्या खनिजांचे लहान साठे आढळल्याची नोंद आहे.
औद्योगिक निष्कर्षण प्रक्रिया
शिसे त्याच्या धातूंमधून, विशेषतः गॅलेनातून काढण्याच्या मुख्य पद्धतीमध्ये अनेक टप्पे समाविष्ट आहेत:
-
धातू शुद्धीकरण (Ore Beneficiation): खाणकाम केलेल्या धातूला बारीक पावडरमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी त्याची कुटाई आणि दळण केले जाते. यानंतर फ्रोथ फ्लोटेशन प्रक्रिया केली जाते, जी एक भौतिक-रासायनिक प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेमध्ये मौल्यवान लेड सल्फाइड खनिजे अवांछित गँग्यू सामग्रीपासून वेगळी केली जातात. नंतर केंद्रित लेड सल्फाइड स्लरीमधील पाणी काढण्यासाठी ते गाळले जाते.
-
भाजणे (Roasting): केंद्रित लेड सल्फाइड हवेच्या उपस्थितीत भट्टीमध्ये तीव्रतेने गरम केले जाते. भाजणे म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या या प्रक्रियेमध्ये, लेड सल्फाइडचे रूपांतर लेड ऑक्साईड (PbO) आणि सल्फर डायऑक्साइड वायू (SO$_2$) मध्ये होते. $2PbS(s) + 3O_2(g) \rightarrow 2PbO(s) + 2SO_2(g)$
-
गाळणे (Smelting): भाजण्याने मिळालेले लेड ऑक्साईड नंतर कोक (कार्बन) आणि फ्लक्स (जसे की चुनखडी) सोबत मिसळले जाते आणि स्फोट भट्टीमध्ये गरम केले जाते. कार्बन रिड्यूसिंग एजंट म्हणून कार्य करतो, लेड ऑक्साईडचे रूपांतर कच्चे लेड धातूमध्ये करतो. $PbO(s) + C(s) \rightarrow Pb(l) + CO(g)$ $PbO(s) + CO(g) \rightarrow Pb(l) + CO_2(g)$
-
शुद्धीकरण (Refining): कच्चे शिसे, ज्याला अनेकदा ‘बुलियन लेड’ असे म्हटले जाते, त्यात तांबे, चांदी, सोने, बिस्मथ आणि अँटिमनी यांसारख्या अशुद्धी असतात. विविध औद्योगिक उपयोगांसाठी योग्य उच्च-शुद्धता शिसे तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रोलाइटिक शुद्धीकरण (उदा. बेट्स प्रक्रिया) किंवा पायरोमेटलर्जिकल शुद्धीकरण यांसारख्या शुद्धीकरण प्रक्रिया केल्या जातात.
शिशाचे सामान्य उपयोग
शिशाचे अद्वितीय गुणधर्म, ज्यात त्याची घनता, लवचिकता आणि गंजरोधक क्षमता यांचा समावेश आहे, यामुळे ते अनेक उपयोगांमध्ये वापरले जाते, जरी विषारीपणाच्या चिंतेमुळे अनेक उपयोग कमी करण्यात आले आहेत.
लीड-ऍसिड बॅटरीज
शिशाच्या सर्वात सामान्य उपयोगांपैकी एक म्हणजे लीड-ऍसिड बॅटरीजच्या निर्मितीमध्ये. या बॅटरीज ऑटोमोटिव्ह ऍप्लिकेशन्ससाठी महत्त्वपूर्ण आहेत, भारतभर आणि जगभरात वाहने सुरू करण्यासाठी प्रारंभिक ऊर्जा प्रदान करतात. त्या अखंडित वीज पुरवठा (UPS), आपत्कालीन प्रकाश व्यवस्था आणि दूरसंचार पायाभूत सुविधांमध्ये देखील वापरल्या जातात. लीड-ऍसिड बॅटरीजची उच्च ऊर्जा घनता आणि तुलनेने कमी खर्च यामुळे अशा उपयोगांसाठी त्या एक पसंतीचा पर्याय बनतात.
किरणोत्सर्ग संरक्षण
शिशाचा उच्च अणुक्रमांक आणि घनता यामुळे ते एक्स-रे आणि गॅमा किरण शोषण्यासाठी एक उत्कृष्ट सामग्री ठरते. वैद्यकीय सुविधांमध्ये (उदा. एक्स-रे कक्ष, सीटी स्कॅन कक्ष), अणुऊर्जा प्रकल्पांमध्ये आणि संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये किरणोत्सर्ग संरक्षण म्हणून याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. रेडिओग्राफिक प्रक्रियेदरम्यान वैद्यकीय कर्मचाऱ्यांनी परिधान केलेल्या संरक्षक ऍप्रनमध्ये अनेकदा शिसे असते.
दारूगोळा
त्याच्या उच्च घनता, कमी वितळणबिंदू आणि ओतकामाच्या सुलभतेमुळे, शिसे ऐतिहासिकदृष्ट्या आणि आजही दारूगोळ्याच्या उत्पादनात वापरले जाते, ज्यात गोळ्या, शॉटगन छर्रे आणि एअरगन छर्रे यांचा समावेश आहे. काही प्रदेश शिसे-मुक्त पर्यायांकडे वळत असले तरी, जगाच्या विविध भागांमध्ये शिसे या उद्देशांसाठी एक प्रमुख सामग्री म्हणून कायम आहे.
सोल्डर
शिसे, अनेकदा कथिलासोबत मिसळून, सोल्डरमधील एक सामान्य घटक आहे. हा मिश्रधातू इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स आणि प्लंबिंगमध्ये कायमस्वरूपी विद्युत आणि यांत्रिक जोडणी तयार करण्यासाठी वापरला जातो. शिसे-मुक्त सोल्डर्सची मागणी वाढत असली तरी, पारंपारिक शिसे-कथील सोल्डर्समध्ये उत्कृष्ट ओलेपणाचे गुणधर्म आणि कमी वितळणबिंदू होते, ज्यामुळे ते जुन्या इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये आणि विशिष्ट औद्योगिक उपयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात होते.
काउंटरवेट्स आणि बॅलस्ट
शिशाची उच्च घनता यामुळे ते काउंटरवेट्स आणि बॅलस्ट म्हणून वापरण्यासाठी आदर्श बनते. यात नौकांच्या कील्स, ऑटोमोटिव्ह चाकांचे वजन आणि अवजड यंत्रसामग्रीच्या संतुलन यंत्रणांसह विविध उपयोगांमध्ये स्थिरता प्रदान करण्यासाठी वापरले जाते. त्याचे वस्तुमान कॉम्पॅक्ट स्वरूपात प्रभावी वजन वितरण आणि स्थिरीकरण करण्यास अनुमती देते.