અયસ્કનું સજ્જીકરણ

અયસ્કનું સજ્જીકરણ (ore dressing, ore beneficiation) : અયસ્ક(કાચું ખનિજ)ની કક્ષાના સંવર્ધન માટે કરવામાં આવતી પ્રાથમિક શ્રેણીબદ્ધ ક્રિયાઓ. આ ક્રિયાઓની પસંદગીનો આધાર વૈજ્ઞાનિક, ઇજનેરી તથા આર્થિક બાબતો ઉપર રહેલો છે. સંસ્કૃતિના વિકાસની સાથે ખનિજોની વપરાશ ઘણી વધતી ગઈ છે. વીસમી સદીની ધાતુની વપરાશ અગાઉની સદીઓમાં વપરાયેલ કુલ ધાતુની વપરાશ કરતાં ઘણી વધારે છે. એક સમયે સરળતાથી મળી આવતું, સહેલાઈથી ખોદી કઢાતું અને ધાતુક્રિયા(metallurgy)માં અનુકૂળ એવું અયસ્ક ઉપયોગમાં લેવાતું હતું. ધાતુઓની અછત સર્જાતાં એક સમયે બિનઆર્થિક ગણાતું અયસ્ક હાલમાં વાપરવાની ફરજ પડે છે. આથી દિવસે દિવસે સજ્જીકરણ ક્રિયાઓ વધુ ને વધુ જરૂરી બનતી જાય છે. ધાત્વિક અયસ્ક તેમજ બિનધાત્વિક (ગ્રૅફાઇટ, ગંધક, અબરખ, ફ્લોરાઇટ વગેરે) માટે સજ્જીકરણ ઉપયોગી છે.

કુદરતમાં મળી આવતું અયસ્ક કેટલાંક ખનિજો(minerals)નું મિશ્રણ હોય છે. વળી અયસ્કના વિવિધ જથ્થામાં ઉપયોગી ખનિજનું પ્રમાણ એકસરખું હોતું નથી. સજ્જીકરણમાં અયસ્કમાંથી બિનઉપયોગી પદાર્થો (અસાર ખનિજ, gangue, ખનિજમાંના ખડકો અને અન્ય નકામાં દ્રવ્યો) બને તેટલા વધુ પ્રમાણમાં દૂર કરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે ૫થી 30 ટન જેટલા અયસ્કમાંથી સજ્જીકરણ બાદ 1 ટન જેટલો ધાતુક્રિયા માટે અનુકૂળ માલ મળે છે. સજ્જીકરણ માટે જરૂરી ક્રિયાઓની પસંદગી માટે ખનિજનાં આકાર, રંગ, કઠિનતા, ઘનતા, ચુંબકીય ગ્રહણશક્તિ (magnetic susceptibility), વીજવાહકતા, કણોનું પૃષ્ઠ-રસાયણ (surface chemistry) વગેરે ગુણધર્મોને લક્ષમાં લેવાય છે. એક કરતાં વધુ ખનિજો ભળેલાં હોય ત્યારે તેમની પરસ્પર ગૂંથણી કેવી છે તે બાબત તેમને અલગ કરવામાં અગત્યની છે. સજ્જીકરણમાં હાથથી અલગ કરવાના તદ્દન સામાન્ય પ્રકારથી માંડીને ફીણ-ઉત્પ્લાવન (froth floatation) જેવી જટિલ ક્રિયા પણ વપરાય છે.

સજ્જીકરણમાં નીચેની ક્રિયાઓ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

(1) ખંડન કે કચરણ(crushing) ક્રિયા : અયસ્કનું વિવિધ પ્રકારનાં યંત્રો વડે નાના ટુકડા કે કણોમાં વિભાજન કરાય છે. જરૂરી ખનિજને ખડકમાંથી અલગ કરવા માટે તથા અરસપરસ સંલગ્ન ખનિજોને એકબીજાથી અલગ કરવા માટે આ ક્રિયા અગત્યની છે. આ સોપાન પછીની કેટલીક ક્રિયાઓની સફળતાનો આધાર ટુકડા/કણોના કદ ઉપર રહેલો હોઈ કચરણ કેટલી કક્ષા સુધીનું કરવું તે બાબત ઘણી અગત્યની છે. સામાન્ય રીતે 2 મીટરથી માંડીને થોડાક સેન્ટિમીટરના ટુકડાઓને કચરણ-ક્રિયાને અંતે લગભગ 1 સેમી.થી નાના ટુકડાઓમાં રૂપાંતરિત કરાય છે.

(2) ચૂર્ણનક્રિયા (grinding) : ધાત્વિક ખનિજોને અલગ કરવા માટે કચરણ પછી દળવાની ક્રિયા કરવામાં આવે છે. આ ક્રિયામાં 100 mmથી નાના કણો મળે છે. કચરણ અને દળણ-ક્રિયામાં ખનિજ ખડકથી અલગ થાય કે બે ખનિજો એકબીજાથી અલગ થાય તે વખતે જરૂરી કદથી વધુ નાના કણો ન બને તે માટે ઘણી કાળજી રાખવી પડે છે. કચરણ અને દળણ-ક્રિયા એક જ પ્રક્રમ(operation)માં પણ કરવામાં આવે છે.

(3) અલગન : વિવિધ ખનિજોને તેમના કણોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણોનો ઉપયોગ કરીને અલગ પાડવામાં આવે છે. રંગ અને ઘનતાના ઉપયોગ માટે ખનિજના કણો સંપૂર્ણ રીતે મુક્ત થયેલ હોવા જરૂરી છે, જ્યારે કણમાંનો ફક્ત ખનિજ ભાગ ખુલ્લો થયો હોય તોપણ રાસાયણિક પદ્ધતિ કામયાબ બની શકે છે.

(ક) હાથથી કે યાંત્રિક રીતે અલગન : 4 સેમી.થી મોટા ટુકડાઓ તેમના રંગના તફાવતને કારણે નકામી ચીજોમાંથી સરળતાથી હાથથી વીણીને અલગ કરી શકાય. મજૂરો મારફત આ કામ મોંઘું પડતું હોઈ આ કાર્ય યંત્રો દ્વારા કરવામાં આવે છે. રંગ કે ખનિજમાંથી નીકળતાં વિકિરણોને યોગ્ય પ્રકાશીય ઇલેક્ટ્રૉનિક સાધનો વડે પારખીને બાકીની ચીજોને યાંત્રિક રીતે દૂર કરવામાં આવે છે.

(ખ) ઘનતા-પદ્ધતિ : કચરેલ-દળેલ અયસ્કના ઘટકોને તેમની ઘનતા પ્રમાણે અલગ કરી શકાય. પાણીમાં દળેલ અયસ્કનો હલાવીને ઠરવા દેતાં ભારે કણો વહેલા તળિયે બેસી જાય છે. સામાન્ય પાણીને બદલે ધીમેથી ઠરે તેવા ઘન પદાર્થના ઝીણા ભૂકા અને પાણીનું એકરૂપ મિશ્રણ વાપરવાથી ઘનતામાં 0.1 એકમ જેટલો ઓછો તફાવત હોય તેવાં ખનિજોને પણ અલગ કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે મૅગ્નેટાઇટ અથવા ફેરોસિલિકોનનો ભૂકો આ માટે વપરાય છે. આ ભૂકાને ચુંબક વડે અલગ કરી ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. ખનિજકણોના ઝડપી નિ:સાદન માટે અપકેન્દ્રીબળ(centrifugal force)નો ઉપયોગ કરતી યાંત્રિક યુક્તિઓ કામે લગાડાય છે. પાણીનો છીછરો પ્રવાહ અયસ્કના કણોની ઉપરથી પસાર કરવામાં આવે તો મોટા કણો પાણીના પ્રવાહની સાથે આગળ ધકેલાય છે, જ્યારે ઝીણા અને સપાટ કણો નીચે ઠરે છે. આ પદ્ધતિ લોહના અને કલાઈના કેટલાક અયસ્ક માટે તથા ટંગસ્ટન, ઝિરકોનિયમ કે ટાઇટેનિયમયુક્ત કાંપવાળા નિક્ષેપરૂપ (alluvial deposits) અયસ્ક માટે ઉપયોગી છે. પાણીને બદલે હવાના પ્રવાહનો ઉપયોગ પણ કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિ વાતીય અલગન (pneumatic separation) તરીકે ઓળખાય છે.

(ગ) ચુંબકીય અલગન : વિવિધ ખનિજોની ચુંબકીય પારગમ્યતા(magnetic permeability)માં તફાવત હોય છે. તેનો ઉપયોગ આ પદ્ધતિમાં કરવામાં આવે છે. મૅગ્નેટાઇટને અચુંબકીય રેતીમાંથી અને કોલંબાઇટને મૉનેઝાઇટમાંથી આ પદ્ધતિ દ્વારા સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે.

આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે ઓછી-વધતી ચુંબકીય પારગમ્યતા પ્રમાણે પદાર્થોને અલગ કરી શકાય છે.

(ઘ) વિદ્યુત અલગન : સામાન્ય રીતે ટંગસ્ટન, કલાઈ, નિયોબિયમ અને હેફ્નિયમયુક્ત કાંપવાળા નિક્ષેપ અને કિનારાની રેતીમાંથી ઉપયોગી ખનિજો અલગ કરવા માટે આ પદ્ધતિ વપરાય છે. ખનિજકણોની સપાટીની વિદ્યુતવાહકતાની ભિન્નતા ઉપર આ પદ્ધતિ આધાર રાખે છે. ખનિજકણોને ધાતુના નળાકાર ઉપરથી પસાર કરાય છે અને તેમને વિદ્યુતભારિત કરાય છે. જે કણોની વિદ્યુતવાહકતા વધુ હોય તે કણો પોતાની ઉપરનો વિદ્યુતભાર નળાકારને આપી દે છે, અને નીચે પડી જાય છે. જે કણોની વિદ્યુતવાહકતા ઓછી હોય તે કણો નળાકાર ઉપર વિરુદ્ધ વિદ્યુતભારને કારણે ચોંટી રહે છે, અને તેમને બ્રશ વડે દૂર કરાય છે. આ રીતે બે ખનિજોને અલગ કરી શકાય છે.

(ઙ) ફીણ-ઉત્પ્લાવન પ્રવિધિ (froth floatation process) : ધાત્વિક ખનિજોના અલગીકરણમાં સૌથી વધુ વપરાતી આ પ્રવિધિ છે. તાંબું, સીસું, જસત, નિકલ, કોબાલ્ટ અને મૉલિબ્ડેનમનાં સલ્ફાઇડ ખનિજો માટે આ પ્રવિધિ મુખ્યત્વે વપરાય છે. લોહ અને સુવર્ણયુક્ત અયસ્કો માટે પણ આ પદ્ધતિ ક્વચિત્ વપરાય છે. આ પદ્ધતિનો આધાર ખનિજકણોના પૃષ્ઠ-રાસાયણિક ગુણો ઉપર છે. ખનિજના કણો જલઆકર્ષક હોય છે. એટલે કે પાણી આ કણોને સરળતાથી ભીંજવી શકે છે. કેટલાક રાસાયણિક પદાર્થો વડે આમાંના અમુક ખનિજકણોને જલ-અનાકર્ષક (hydrophobic) બનાવી શકાય છે. આમાંના અગત્યના પદાર્થો સંગ્રાહકો (collectors) તરીકે ઓળખાય છે. આ રીતે જલ-અનાકર્ષક થયેલ કણોને પાણીમાં નાખીને ફીણ ઉત્પન્ન કરનાર પદાર્થ ઉમેરીને હવા પસાર કરતાં જે ફીણ બને છે તેની સાથે આ કણો તરીને ઉપર આવે છે. પાણીની ઍસિડિકતા ઉપર અંકુશ રાખીને, જરૂરી પ્રક્રિયકો અમુક ક્રમમાં તથા પ્રમાણમાં નાખીને ખનિજના કણોને એક પછી એક અલગ વિભાગમાં ફીણ રૂપે એકઠા કરાય છે. તાંબું, સીસું અને જસત સલ્ફાઇડનાં મિશ્ર ખનિજોને આ પદ્ધતિથી તાંબાવાળું, સીસાવાળું તથા જસતવાળું ખનિજ એમ ત્રણ વિભાગમાં અલગ કરી શકાય છે. કણોનું કદ 10થી ૩00 μm વચ્ચે હોવું જરૂરી છે. 10 μmથી નાના કણો પરત્વે એ પદ્ધતિ વરણક્ષમ (selective) રહેતી નથી, જ્યારે ૩00 μm ઉપરના કદવાળા કણોને ફીણની સાથે તરાવી શકાતા નથી. સંગ્રાહકો તરીકે ધાતુનાં ઝૅન્થેટ્સ I^–M⁺ અગત્યનાં છે. આ ઉપરાંત એમાઇન્સ, ડાયથાયૉફૉસ્ફૉરિક એસ્ટર્સ, ચરબીજ ઍસિડના ક્ષારો તથા અલ્કાઇલ સલ્ફેટ્સ અને સલ્ફોનેટ્સ આ પ્રવિધિમાં વપરાય છે. હાલમાં રોજના 20,000 ટન અયસ્કનું પ્રક્રમણ (processing) કરી શકે તેવાં સંયંત્રો (plants) અસ્તિત્વમાં છે.

ગુટિકાકરણ (pelletising) અને સિન્ટરિંગ : ઉપર પ્રમાણેની ક્રિયાઓમાંથી પસાર થયેલ અયસ્કમાંથી મળતું ખનિજ ઘણી વાર ભૂકારૂપ હોય છે. તેનું સ્થળાંતર કરવામાં તથા તેના ઉપર ધાતુક્રિયા કરવામાં મુશ્કેલી પડે છે. આથી વિશિષ્ટ આકારના નાના ગાંગડા (બદામી કોલસા) જેવું રૂપ તેને આપવામાં આવે છે. આને ગુટિકાકરણ કહે છે. વાતભઠ્ઠી માટે આવા ગાંગડા છિદ્રાળુ તથા કઠણ હોય તે જરૂરી છે, ગાંગડા કઠણ ન હોય તો પદાર્થ હવાના જોરદાર પ્રવાહ સાથે ઊડી જતાં ખનિજની ખોટ આવે છે. આ માટે આવા ગાંગડા કે ટુકડાઓને ગરમ કરાય છે, જેથી કણો સહેજ પીગળીને એકબીજા સાથે જોડાઈને છિદ્રાળુ કઠિન પદાર્થ બનાવે છે. આને સિન્ટરિંગ કહે છે.

જલધાતુકર્મ (hydrometallurgy) : ઘણી વાર અયસ્કમાં રહેલ ધાતુના ખનિજને દ્રાવણરૂપમાં અલગ કરીને દ્રાવણમાંથી ધાતુ મેળવવામાં આવે છે. આ માટે અયસ્કના જથ્થાને વાતાવરણના ઑક્સિજન વડે ઉપચયિત (oxidised) કરીને (હવાની હાજરીમાં ગરમ કરીને) પાણી, ઍસિડ કે આલ્કલી વડે નિક્ષાલન (leaching) કરીને ધાતુને ક્ષાર રૂપે દ્રાવણમાં મેળવાય છે. આ દ્રાવણમાંથી જલધાતુકર્મની પ્રવિધિ વડે ધાતુ મેળવાય છે. તાંબું, ઍલ્યુમિનિયમ, મૅંગેનીઝ, નિકલ, ટંગસ્ટન, જસત, રૂપું, સુવર્ણ, યુરેનિયમ વગેરે માટે આ પ્રવિધિ ઉપયોગી છે.

ગિરીશભાઈ પંડ્યા