તત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્વાંતો અને પદ્વતિઓ

 આર્યનની કાચી ધાતુઓ પૈકી હેમેટાઇટ (Fe₂O₃) નો ઉપયોગ આર્યન (Fe) ધાતુ મેળવવા માટે થાય છે.

આર્યન ધાતુના નિષ્કર્ષણ માટેના ત્રણ તબક્કાઓ છે : 1. ભુંજન અને કૅલ્શિનેશન , 2. રિડ્ક્શન તથા પ્રદ્વાવણ અને 3. શુદ્વીકરણ.

1. ભુંજન અને કૅલ્શિનેશન :

આર્યન ધરાવતી ઑક્સાઇડ સ્વરૂપની કાચી ધાતુઓ પહેલા થોડા કોલ સાથે ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરી ભુંજન કરવામાં આવે છે. જેથી તેમાંથી ભેજ, કાર્બોનેટનું વિઘટન થઈ CO₂ વગેરે બાષ્પશીલ અશુદ્વિઓ દૂર થાય છે.

2. રિડક્શન તથા પ્રદ્વાવણ :

ભુંજનથી મળેલા છિદ્વાળુ મિશ્રણમાં લાઇમસ્ટોન, કોક વગેરે ઉમેરી તેમને આકૃતિ માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે વાતભઠ્ઠીના ઉમેરવામાં આવે છે. અહીં, ઑક્સાઇડનું આર્યન ધાતુમાં રિડ્ક્શન થાય છે.

                         

વાતભઠ્ઠી માં થતી પ્રક્રિયાઓ સમજવામાં ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર ઉપયોગી નીવડે છે. આ ભઠ્ઠીનું મુખ્ય કાઅર્ય નીચેની પ્રક્રિયાઓ પૂરી કરવાનું છે :

                              ... (1)

આમ, કોક સુધું જ રિડક્શન કરી શકે છે. કાર્બન સાઅથે FeOમાંથી મળતો ઑક્સિજન સંયોજાઇ CO વાયુ બનાવે છે.

                       ... (2)

                          ... (3)

ઉપરોક્ત સરળ પ્રક્રિયાઓ (2) અને (3) ના સમન્વયથી પ્રક્રિયા (1) મળે છે.  આથી પ્રક્રિયાઓ મુક્તશક્તિ ફેરફાર ( G) નીચે પ્રમાણે થશે :

                               ...(4)

જો  G નું મૂલ્ય ઋણ મળે, તો જ પ્રક્રિયા પરિણમે,

આથી  અને તાપમાનના અભ્યાસ પરથી જુદાં જુદાં તાપમાને  માં થતા ફેરફારોનો અભ્યાસ કરી વાતભઠ્ઠીમાં થતી પ્રક્રિયાઓના તાપમાનનું નિયંત્રણ કરીને પ્રક્રિયા પરિણમે તેવું કરી શકાય.

વાતભઠ્ઠિ ખૂબ ઊંચી ભઠ્ઠી છે અને તેમાં જુદી જુદી ઉંચાઇએ તાપમાન જુદાં જુદાં થાય છે :



 
900-1500 K (વાતભઠ્ઠીમાં ઊંચા તાપમાનનો ગાળો) તાપમાને નીચેની પ્રક્રિયાઓ થાય છે :



લાઇમસ્ટોનનું વિઘટન થઈ મળતો કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ કાચી ધાતુમાંથી સિલિકેટ અશુદ્વિને સ્લૅગ તરીકે દૂર કરે છે.

સ્લૅગ પિગલિત સ્વરૂપમાં હોઈ આર્યનની અલગ પડી જાય છે.

આમ, વાતભઠ્ઠીમાં જુદાં જુદાં તાપમાને થતી પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

(1) 500 - 900 K તાપમાનના ગાળામાં





(2) 1270 K તાપમાને



(3) 2170 K તાપમાને પિગલિત સ્લૅગ બને છે.

(4) 2170 K કરતાં ઊંચા તાપમાને પિગ આર્યન બને છે.

વાતભઠ્ઠીમાંથી મળેલું આર્યન 4% કાર્બન ધરાવે છે અને ઘણી અશુદ્વિઓ ઉપરાંત અલ્પ પ્રમાણમાં S, P, Mn વગેરે ધરાવે છે, જેને પિગ આર્યન કહે છે. 

પિગ આત્યનને જુદા જુદા આકારમાં ઘડી શકાય છે.

ઘડતર લોખંડ (Cast ion) એ પિગ આર્યન કરતાં અલગ છે.

પિગ આર્યન, આર્યનનો ભંગાર અને કોકના મિશ્રણમાં ગરમ હવા ફુંકવાથી ઘડતર લોખંડ બને છે. તેમાં કાર્બનનું પ્રમાન ક6ઇક અંશે ઓછું જેટલું હોય છે તથા તે સખત અને બરડ હોય છે.

3. શુદ્વિકરણ :

ભરતર લોખંડ અથવા દબનીય લોખંડ વ્યવહારિક લોખંડમાંનું સૌથી સુદ્વ સ્વરૂપ છે.

ભરતર લોખંદને ઘદતર લોખંદમાંથી પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં બનાવવામાં આવે છે કે જેમાં હેમેતાઇટનું પડ લગાવેલું હોય છે.

હેમેતાઇટ કાર્બનનું કાઅર્બન મોનૉક્સાઇડ્માં રૂપાંતર કરે છે.



લાઇમસ્ટોનને અભિવાહક તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે અને સલ્ફર, સિલિકોન તથા ફૉસ્ફરસનું ઑક્સિડેશન થઈ સ્લૅગ નીકળી જાય છે.

ધાતુ ને ભઠ્ઠીમાંથી બહાર કાઢી લઈ રોલર વચ્ચેથી પસાર કરતાં સ્સ્લૅગ દૂર થાય છે અને આર્યન ધાતુ મળે છે.