चांदीचे (Ag) धातूकाम आणि औद्योगिक निष्कर्षण

नैसर्गिकरित्या उपलब्धता आणि प्रमुख धातुके

चांदी हे एक संक्रमण धातू आहे, जे त्याच्या उत्कृष्ट विद्युत आणि औष्णिक वाहकतेसाठी प्रसिद्ध आहे. ते नैसर्गिक (native) स्वरूपात तसेच संयुक्त स्थितीत आढळते.

नैसर्गिक चांदी

• लहान तुकड्यांच्या (flakes), तारांच्या किंवा नगेट्सच्या (nuggets) रूपात आढळते. अनेकदा ते सोन्यासोबत (इलेक्ट्रम म्हणून ओळखले जाते), तांबे किंवा इतर धातूंशी मिश्रित अवस्थेत असते.

प्रमुख धातुके

चांदी प्रामुख्याने सल्फाइड धातुकांमध्ये (sulfide ores) आढळते, जे अनेकदा शिसे, तांबे आणि जस्त धातुकांशी संबंधित असते.

• अर्जेंटाइट (सिल्व्हर ग्लान्स): Ag₂S (सर्वात महत्त्वाचे धातुक)
• हॉर्न सिल्व्हर: AgCl (सेरारगायरिटे)
• पायरार्गायरिटे (डार्क रेड सिल्व्हर ओर): Ag₃SbS₃
• प्रॉस्टाइट (लाइट रेड सिल्व्हर ओर): Ag₃AsS₃
• स्टेफनाइट (ब्रिटल सिल्व्हर ओर): Ag₅SbS₄
• पॉलीबसाइट: (Ag,Cu)₁₆Sb₂S₁₁

शिसे, तांबे आणि जस्त काढण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान चांदी उप-उत्पादन (by-product) म्हणून देखील मिळते.

धातुकाचे संकेंद्रण

चांदीच्या सल्फाइड धातुकांमधून (उदा. अर्जेंटाइट) चांदीचे संकेंद्रण आणि प्रारंभिक निष्कर्षण करण्याची मुख्य पद्धत म्हणजे मॅकआर्थर-फॉरेस्ट सायनाइड प्रक्रिया (MacArthur-Forrest Cyanide Process), जी जलधातुकर्म (hydrometallurgy) चा एक प्रकार आहे. ही प्रक्रिया कमी प्रतीच्या चांदीच्या धातुकांसाठी अत्यंत प्रभावी आहे.

मॅकआर्थर-फॉरेस्ट सायनाइड प्रक्रिया

या पद्धतीमध्ये, बारीक दळलेले धातुक (ore) पातळ सोडियम सायनाइड (NaCN) किंवा पोटॅशियम सायनाइड (KCN) च्या द्रावणासह हवेच्या (ऑक्सिजनच्या) उपस्थितीत लीच (leaching) केले जाते.

1. चांदीच्या सल्फाइड धातुकाचे लीचिंग: चांदी सल्फाइड सोडियम सायनाइडसोबत अभिक्रिया करून एक विद्राव्य डायसायनाअर्जाटेंट (I) संकुल (complex) तयार करते. Ag₂S(s) + 4NaCN(aq) ⇌ 2Na[Ag(CN)₂](aq) + Na₂S(aq)

2. सोडियम सल्फाइड काढून टाकणे: सोडियम सल्फाइड (Na₂S) च्या उपस्थितीमुळे अभिक्रियेचा समतोल बदलू शकतो. ते सामान्यतः हवेने ऑक्सिडीकरण करून किंवा शिसे लवण किंवा झिंक ऑक्साईडने अवक्षेपण करून काढून टाकले जाते.

   • हवेने ऑक्सिडीकरण: 2Na₂S(aq) + 2O₂(g) + 2H₂O(l) → 2Na₂SO₄(aq) + 4H⁺(aq)
   • झिंक ऑक्साईडने अवक्षेपण: Na₂S(aq) + ZnO(s) + H₂O(l) → Na₂ZnO₂(aq) + H₂S(g)

या लीचिंग टप्प्यामुळे चांदी प्रभावीपणे द्रावणात केंद्रित होते आणि गँग (gangue) पदार्थांपासून वेगळी होते.

अशुद्ध धातूमध्ये क्षपण

सायनाइड द्रावणातील विद्राव्य संकुलातून चांदीचे क्षपण अधिक विद्युतधर्मी (electropositive) धातू, सामान्यतः जस्त (झिंक डस्ट अवक्षेपण) वापरून केले जाते.

जस्त विस्थापन पद्धत

बारीक दळलेले जस्त गर्भवती (चांदी असलेले) सायनाइड द्रावणात मिसळले जाते. जस्त चांदीपेक्षा अधिक क्रियाशील असल्यामुळे, ते चांदीला तिच्या संकुलातून विस्थापित करते आणि Ag⁺ चे Ag मध्ये क्षपण करते.

1. चांदीचे अवक्षेपण: 2Na[Ag(CN)₂](aq) + Zn(s) → Na₂[Zn(CN)₄](aq) + 2Ag(s) चांदी काळ्या गाळाच्या रूपात अवक्षेपित होते, ज्याला नंतर गाळून, धुऊन आणि वाळवले जाते. हे अवक्षेपित चांदी अशुद्ध असते, ज्यामध्ये अनेकदा उर्वरित जस्त आणि इतर अशुद्धी असतात.

शुद्धीकरण आणि परिष्करण

सायनाइड प्रक्रियेतून मिळालेल्या किंवा इतर धातुकर्म प्रक्रियेतून (उदा. शिशाच्या निर्चांदीकरणासाठी पार्क्स प्रक्रिया) उप-उत्पादन म्हणून मिळालेल्या अशुद्ध चांदीला उच्च शुद्धता प्राप्त करण्यासाठी पुढील शुद्धीकरणाची आवश्यकता असते.

1. कपेलेशन (Cupellation)

ही एक प्राचीन पायरोमेटालर्जिकल (pyrometallurgical) प्रक्रिया आहे, जी मौल्यवान धातूंना (जसे की चांदी आणि सोने) कमी दर्जाच्या धातूंपासून (जसे की शिसे, तांबे, जस्त) वेगळे करण्यासाठी वापरली जाते, ज्यांच्यासोबत ते मिश्रित असतात.

• प्रक्रिया: अशुद्ध चांदीला (अनेकदा शिसे असलेले) हाडांच्या राखेपासून किंवा सिमेंटपासून बनवलेल्या उथळ सच्छिद्र कपेल (cupel) मध्ये, ऑक्सिडीकरण वातावरणासह भट्टीत गरम केले जाते.
• अभिक्रिया: कमी दर्जाचे धातू ऑक्सिडीकरण पावतात आणि त्यांचे ऑक्साईड एकतर कपेलद्वारे शोषले जातात (उदा. PbO शोषले जाते) किंवा वाफ होऊन उडून जातात (उदा. ZnO). 2Pb(s) + O₂(g) → 2PbO(s) 2Cu(s) + O₂(g) → 2CuO(s)
• परिणाम: मौल्यवान चांदी (आणि सोने) ऑक्सिडीकरण पावत नाही आणि वितळलेल्या मण्यांच्या (molten bead) रूपात कपेलवर राहते, ज्याला अनेकदा “फाईन सिल्व्हर” म्हणतात. कपेलेशनच्या शेवटी दिसणारा वैशिष्ट्यपूर्ण “फ्लॅश” शिशाच्या ऑक्साईडचे शेवटचे अंश काढून टाकल्याचे सूचित करतो.

2. विद्युत अपघटनी शुद्धीकरण (Electrolytic Refining)

उच्च शुद्धतेच्या चांदीसाठी (99.99% पर्यंत), विद्युत अपघटनी शुद्धीकरण वापरले जाते. ही प्रक्रिया तांबे शुद्धीकरणासाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रक्रियेशी मिळतेजुळती आहे.

• मांडणी (Setup):
  • एनोड: अशुद्ध चांदीचे ठोकळे (कपेलेशन किंवा इतर प्रक्रियेतून मिळालेली अशुद्ध चांदी).
  • कॅथोड: शुद्ध चांदीचे पातळ पत्रे.
  • विद्युत अपघटनी (Electrolyte): चांदी नायट्रेट (AgNO₃) चे जलीय द्रावण, ज्यात थोड्या प्रमाणात नायट्रिक आम्ल (HNO₃) असते.
• अभिक्रिया:
  • एनोडवर (ऑक्सिडीकरण): अशुद्ध चांदी विरघळते, तसेच कमी noble धातू (उदा. Cu, Pb, Zn) अशुद्धी म्हणून विरघळतात. अधिक noble धातू (उदा. Au, Pt) विरघळत नाहीत आणि “एनोड गाळ” म्हणून तळाशी बसतात. Ag(s) → Ag⁺(aq) + e⁻ Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (जर तांबे अशुद्धी म्हणून उपस्थित असेल)
  • कॅथोडवर (क्षपण): विद्युत अपघटनीतील फक्त चांदीचे आयन (Ag⁺) क्षपण पावतात आणि शुद्ध चांदी म्हणून शुद्ध चांदीच्या कॅथोडवर जमा होतात. Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s) योग्य इलेक्ट्रोड संभाव्यता (potentials) आणि नियंत्रित व्होल्टेजमुळे, Cu²⁺ आणि इतर कमी दर्जाचे धातूचे आयन द्रावणातच राहतात, तर Ag⁺ निवडकपणे जमा होते.
• परिणाम: कॅथोडवर उच्च-शुद्धतेची चांदी प्राप्त होते. एनोड गाळावर पुढील प्रक्रिया करून सोने आणि प्लॅटिनम परत मिळवता येते.