झिंकचे (Zn) धातूविज्ञान आणि औद्योगिक निष्कर्षण

नैसर्गिक आढळ आणि प्रमुख धातूके

झिंक हा मध्यम क्रियाशील धातू आहे आणि म्हणूनच तो निसर्गात नैसर्गिक (मुक्त) अवस्थेत आढळत नाही. तो प्रामुख्याने विविध धातूकांच्या संयुक्त स्वरूपात आढळतो.

झिंकची मुख्य धातूके

1. झिंक ब्लेंडे (स्फॅलेराईट): ZnS (सल्फाईड धातूक) – औद्योगिक झिंक निष्कर्षणसाठी हे सर्वात महत्त्वाचे आणि मुबलक धातूक आहे. हे अनेकदा गॅलेना (PbS) आणि आयर्न पायराईट्स (FeS₂) सोबत मिसळलेले आढळते.
2. कॅलमाईन (स्मिथसोनाईट): ZnCO₃ (कार्बोनेट धातूक) – एक महत्त्वाचे दुय्यम धातूक.
3. झिंक्साईट: ZnO (ऑक्साईड धातूक) – कमी सामान्य असले तरी, झिंकचा एक स्रोत आहे.

धातूकाचे संहतीकरण

धातूविज्ञानातील पहिली पायरी म्हणजे धातूकाचे संहतीकरण, ज्यामध्ये धातूकामधून गँग (अवांछित खडकाळ पदार्थ) काढून टाकले जाते. निवडलेली पद्धत धातूकाच्या आणि गँगच्या स्वरूपानुसार अवलंबून असते.

झिंक ब्लेंडेसाठी (ZnS) – फेन प्लवन प्रक्रिया

सल्फाईड धातूक, झिंक ब्लेंडे, त्याच्या जलविरोधी स्वभावामुळे आणि इतर सल्फाईड्स किंवा गँगपासून निवडकपणे वेगळे करण्याच्या क्षमतेमुळे फेन प्लवन पद्धतीचा वापर करून संहतीकरण केले जाते.

1. तत्त्व: या प्रक्रियेमध्ये बारीक दळलेले सल्फाईड धातूकाचे कण गँगपासून वेगळे केले जातात. यात धातूकास तेल (उदा. पाइन तेल, झॅन्थेट्स) आणि गँगला पाणी याने प्राधान्याने ओले केले जाते. त्यानंतर मिश्रणामधून हवा फुंकली जाते, ज्यामुळे फेन तयार होते.
2. कार्यपद्धती:
   • बारीक कुटलेले धातूक पाणी मिसळून स्लरी तयार केली जाते.
   • संग्राहक: पाइन तेल, फॅटी ऍसिडस् किंवा झॅन्थेट्स सारखे पदार्थ मिसळले जातात. ते सल्फाईड धातूका कणांना निवडकपणे चिकटून राहतात, ज्यामुळे ते जल-प्रतिरोधी (जलविरोधी) बनतात.
   • फेनकारक: फेन स्थिर करण्यासाठी क्रेझॉल किंवा ॲनिलीन सारखी रसायने मिसळली जातात.
   • अवसादक: जेव्हा ZnS PbS शी संबंधित असते, तेव्हा सोडियम सायनाईड (NaCN) किंवा सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) मिसळले जाऊ शकते. NaCN निवडकपणे ZnS ला फेनासोबत येण्यापासून प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे PbS प्रथम तरंगते. नंतर, ZnS तरंगवले जाऊ शकते.
   • मिश्रणात जोरदारपणे हवा फुंकली जाते, ज्यामुळे फेन तयार होते जे धातूकाचे कण पृष्ठभागावर घेऊन जाते, तर गँग खाली स्थिर होते. नंतर फेन वरून काढले जाते.

कच्चे धातूमध्ये क्षपण

संहतीकरणानंतर, धातूक क्षपणासाठी योग्य स्वरूपात रूपांतरित केले जाते, विशेषतः ऑक्साईडमध्ये, आणि नंतर कच्चे धातूमध्ये क्षपित केले जाते.

1. धातूकाचे झिंक ऑक्साईडमध्ये (ZnO) रूपांतरण

सल्फाईड आणि कार्बोनेट दोन्ही धातूके प्रथम झिंक ऑक्साईडमध्ये रूपांतरित केली जातात.

अ. भंजन (ZnS धातूक)

• प्रक्रिया: झिंक ब्लेंडे (ZnS) अतिरिक्त हवेच्या उपस्थितीत उच्च तापमानावर (विशेषतः 900-1000°C) फ्लुइडाईज्ड बेड रोस्टरमध्ये तीव्रपणे गरम केले जाते. यामुळे सल्फाईडचे ऑक्साईडमध्ये आणि सल्फर डायऑक्साइड वायूमध्ये रूपांतर होते.
• अभिक्रिया: 2ZnS(s) + 3O₂(g) → 2ZnO(s) + 2SO₂(g)
• टीप: तयार झालेला SO₂ सामान्यतः गोळा केला जातो आणि सल्फ्युरिक ऍसिड (H₂SO₄) च्या निर्मितीसाठी वापरला जातो.

ब. कॅलसिनेशन (ZnCO₃ धातूक)

• प्रक्रिया: कॅलमाईन (ZnCO₃) धातूक हवेच्या अनुपस्थितीत 800-900°C तापमानावर रोटरी भट्ट्यांमध्ये गरम केले जाते. यामुळे कार्बोनेटचे झिंक ऑक्साईड आणि कार्बन डायऑक्साइडमध्ये विघटन होते.
• अभिक्रिया: ZnCO₃(s) → ZnO(s) + CO₂(g)

2. झिंक ऑक्साईडचे (ZnO) कच्चे झिंकमध्ये क्षपण

झिंक ऑक्साईडचे धातू झिंकमध्ये क्षपण करण्याच्या दोन मुख्य पद्धती आहेत:

अ. प्रगलन (कार्बन क्षपण प्रक्रिया)

• तत्त्व: झिंकचा उत्कलन बिंदू (907°C) तुलनेने कमी आहे, जो आवश्यक क्षपण तापमानापेक्षा (1100-1400°C) कमी आहे. त्यामुळे, झिंक बाष्पाच्या स्वरूपात प्राप्त होते आणि ते झपाट्याने संघनित करणे आवश्यक आहे.
• प्रक्रिया:
  • संहतीकरण केलेले ZnO (भंजन किंवा कॅलसिनेशनमधून) पावडर केलेल्या कोक (कार्बन) सोबत मिसळून उभ्या रिटॉर्ट्स किंवा इलेक्ट्रोथर्मिक भट्ट्यांमध्ये गरम केले जाते.
  • अभिक्रिया: ZnO(s) + C(s) → Zn(g) + CO(g) (1100-1400°C वर)
  • तयार झालेले झिंक बाष्प द्रवरूप झिंक (ज्याला