તત્વોનું નિષ્કર્ષણ (extraction of elements) : કુદરતમાં મળી આવતાં ખનિજોમાંથી તત્વોને શુદ્ધ સ્વરૂપમાં મેળવવાની પ્રવિધિ. પૃથ્વી પર 92 તત્વો ઉપરાંત અનુયુરેનિયમ ઉમેરતાં 103 તત્વો જાણીતાં છે. 92 તત્વોમાંથી લગભગ 80 % જેટલાં ધાતુતત્ત્વો છે. અધાતુતત્વોમાં H2, O2, N2, C1, Si, B, S, P, Cl2, Br2, F2, I2, He, Ar, Kr, Ne, Xe, As, Se, Te વગેરે છે.
N2, O2, He અને અન્ય નિષ્ક્રિય વાયુઓ તથા ધાતુતત્વોમાં Au Pt, Ag, Cu વગેરે કુદરતમાં મુક્ત અવસ્થામાં મળી આવે છે. તેમનું નિષ્કર્ષણ સામાન્ય ભૌતિક ક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે. તે સિવાય અન્ય તત્વો ખનિજ સ્વરૂપમાં અન્ય તત્વો સાથે સંયોજિત અવસ્થામાં મળે છે. તત્ત્વોના નિષ્કર્ષણ માટે અનુકૂળતા માટે મુખ્ય બે વિભાગ પાડી શકાય :
(1) અધાતુતત્વોનું નિષ્કર્ષણ અને (2) ધાતુતત્વોનું નિષ્કર્ષણ.
(1) અધાતુતત્વોનું નિષ્કર્ષણ : કુદરતમાં કેટલાંક અધાતુતત્વો, દા.ત., O2, N2 અને નિષ્ક્રિય વાયુઓ વાયુ રૂપે વાતાવરણમાં અસંયોજિત સ્વરૂપમાં મળી આવે છે. આ તત્વોનાં ઉ. બિં. જુદાં જુદાં હોઈ વિભાગીય નિસ્યંદન દ્વારા તેમને છૂટાં પાડવામાં આવે છે. આ માટે હવામાંથી CO2, પાણીની બાષ્પ અને રેતીના રજકણો વગેરે દૂર કર્યા પછી તેનું પ્રવાહીકરણ કરી તેનું વિભાગીય નિસ્યંદન દ્વારા તેમને છૂટાં પાડવામાં આવે છે. છેવટે તેમનું શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે. જમીનમાં મુક્ત અવસ્થામાં રહેલા સલ્ફરને ફ્રાશવિધિ દ્વારા બહાર કાઢી શુદ્ધ સ્વરૂપમાં મેળવવામાં આવે છે. તેનાં સંયોજનો સલ્ફેટ અને સલ્ફાઇડ સારા પ્રમાણમાં ખનિજ સ્વરૂપે મળી આવે છે પણ તેમાંથી સલ્ફર છૂટો પાડવામાં આવતો નથી. પાણીના વિદ્યુત-વિભાજનથી પણ O2 અને H2 મોટા પાયે મેળવવામાં આવે છે :
હેલોજન તત્વોમાં F2 અને Cl2 તેમનાં સંયોજનોના વિદ્યુતવિભાજનથી મેળવવામાં આવે છે. Br2 સમુદ્રના પાણીમાંના બ્રોમાઇડમાંથી Cl2 વડે વિસ્થાપન કરી મેળવવામાં આવે છે :
MgBr2 + Cl2 → MgCl2 + Br2
આયોડિન, તેલના કૂવામાંથી મળતા બ્રાઇન (NaI કે KI)માંથી તે જ પ્રમાણે વિસ્થાપનની પ્રક્રિયાથી મેળવવામાં આવે છે :
2NaI + Cl2 → 2NaCl + I2
કૅલ્શિયમ આયોડેટ (લોટેરાઇટ)નું બાયસલ્ફાઇટ વડે અપચયન કરી તેનો આયોડાઇડ બનાવી તેની આયોડેટ સાથે પ્રક્રિયા કરતાં આયોડિન છૂટું પડે છે. ફૉસ્ફેટ રૉક, સિલિકા અને કોકની વિદ્યુતભઠ્ઠીમાં પ્રક્રિયા કરતાં પીળો ફૉસ્ફરસ P4 મળે છે, સાથે સ્લૅગ અને ફૅરોફૉસ્ફેટ નીચે રહે છે. પોટૅશિયમ ફ્લ્યુઓસિલિકેટનું પોટૅશિયમ વડે અથવા, SiO2નું C વડે અપચયન કરતાં અશુદ્ધ સિલિકન મળે છે, જેનું આગળ શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે. FeAsS અથવા FeAs2 ખનિજનું ભાર્જન કરતાં અથવા As4O6નું C વડે અપચયન કરતાં આર્સેનિક મળે છે.
વિદ્યુત-વિભાજન દ્વારા કૉપરના શુદ્ધીકરણ દરમિયાન ઍનોડ પંકમાંથી તેમજ સલ્યુરિક ઍસિડના ઉત્પાદન દરમિયાન સેલેનિયમ મળે છે.
ટેલ્યુરિયમ મેળવવા માટે ટેલ્યુરિયમયુક્ત ખનિજને H2SO4 કે HCl સાથેની પ્રક્રિયાથી ટેલ્યુરસ ઍસિડમાં ફેરવી તેનું SO2 વડે અપચયન કરતાં ટેલ્યુરિયમ મળે છે :
H2TeO3 + 2SO2 + H2O → Te + 2H2SO4
(2) નિષ્કર્ષણીય ધાતુકર્મ (extractive metallurgy) : ખનિજમાંથી શુદ્ધ સ્થિતિમાં ધાતુ પ્રાપ્ત કરવાની પ્રવિધિ. આ માટે વિશિષ્ટ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં ખનિજનું સજ્જીકરણ (ore dressing), ભાર્જન (roasting), નિસાદીકરણ (sintering), પ્રગલન (smelting), નિક્ષાલન (leaching) અને વિદ્યુતવિભાજન(electrolysis)નો સમાવેશ થાય છે. નિષ્કર્ષણ પામેલી ધાતુનું શુદ્ધીકરણ કરી તેને યોગ્ય સ્થિતિમાં મેળવવામાં આવે છે. ધાતુક્રિયામાં ધાતુનિષ્કર્ષણ અને શુદ્ધીકરણ બંનેનો સમાવેશ કરવામાં આવે છે. ધાતુનિષ્કર્ષણ માટે સૌથી સહેલી પદ્ધતિમાં કુદરતમાં મળી આવતી ધાતુઓ જેવી કે સોનું, પ્લૅટિનમ વગેરેના નાના ગઠ્ઠાઓને હાથથી વીણી લેવામાં આવે અથવા તેને વહેતા પાણી(hydraulic process)થી છૂટા પાડવામાં આવે છે. ક્વાર્ટ્ઝ-શિરાઓમાંથી કુદરતી સોનું મળી આવે છે. તેને પ્રથમ ઘંટીમાં દળી ભૂકો કરવામાં આવે છે, પછી તેને પારા સાથે ભેળવવામાં આવે છે. સોનું પારામાં ઓગળે છે. તેને અન્ય અશુદ્ધિઓથી છૂટું પાડી પારાની મિશ્રધાતુનું નિસ્યંદન કરતાં પારો છૂટો પડે છે અને છેવટે સોનું મળે છે. સિલ્વર સાયનાઇડ-પદ્ધતિથી મેળવવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પદ્ધતિમાં ધાતુના સંયોજન(ઑક્સાઇડ કે સલ્ફાઇડ)નું સામાન્ય રીતે કાર્બન અથવા કોકથી અપચયન કરતાં ધાતુ મળે છે. ટિન ઑક્સાઇડનું કાર્બન વડે અને આયર્ન ઑકસાઇડનું કોક વડે પ્રવાત ભઠ્ઠીમાં અપચયન કરતાં ધાતુ મળે છે :
SnO2 + C → Sn + CO2
કેટલીક વખતે કાર્બનને બદલે અન્ય અપચયનકર્તા જેવાં કે Fe, K, વગેરે પણ વાપરવામાં આવે છે.
સ્ટિબ્નાઇટને આયર્ન સાથે ગરમ કરતાં ઍન્ટિમની પ્રાપ્ત થાય છે :
Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS
ધાતુનિષ્કર્ષણ માટે કઈ પ્રક્રિયા ઉપયોગમાં લેવી તે પ્રક્રિયકો (reactants) અને નીપજો (products)ની મુક્ત ઊર્જા (free energy) નક્કી કરે છે. ઘણા પદાર્થોની મુક્ત ઊર્જા પ્રાયોગિક રીતે મેળવવામાં આવેલી હોય છે. કેટલીક પ્રક્રિયાઓ જેમાં નીપજ અને પ્રક્રિયકો લગભગ એકસરખા પ્રકારનાં હોય તેમાં મુક્ત ઊર્જા અને પ્રક્રિયા-ઊર્જા (એન્થાલ્પી) એકસરખાં હોય છે. સ્ટિબ્નાઇટ અને આયર્ન વચ્ચેની ઉપર બતાવેલી પ્રક્રિયા આવી એક પ્રક્રિયા છે. પ્રક્રિયા ઉષ્માશોષક હશે કે ઉષ્માક્ષેપક તે તત્વોની વિદ્યુત-ઋણતાની ગણતરી-પરથી નક્કી કરી શકાય. ઉપરની પ્રક્રિયામાં Sb–S σ બંધ તૂટે છે અને Fe–S σ બંધ રચાય છે. Sb, S, અને Feની વિદ્યુતઋણતા અનુક્રમે 1.9, 2.5 અને 1.8 છે. Sb–S માટેની નિર્માણ-ઊર્જા (energy of formation) 23 (2.5 – 1.9)2 = 8.3 કિ. કૅલરી /મોલ અને Fe–S માટે 23 (2.5 – 1.8)2 = 11.3 કિ. કૅલરી / મોલ છે. આથી ઉપરની પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે. સાથે તેમાં મુક્ત ઊર્જા ઉત્પન્ન થવી જોઈએ. આથી સ્ટિબ્નાઇટમાંથી ઍન્ટિમની મેળવવા માટે તેના કરતાં વધુ ધનવિદ્યુતી (electropositive) તત્વ વાપરવું જોઈએ. આયર્ન સસ્તી ધાતુ હોવાને લીધે તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. વધુ ઊંચાં ધનવિદ્યુતી લક્ષણો ધરાવતાં તત્વોનું નિષ્કર્ષણ વિદ્યુતવિભાજનથી કરવામાં આવે છે. ઘણાં ઑક્સાઇડ ખનિજોનું અપચયન કરવા કાર્બનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આવી પ્રક્રિયાઓ ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયાઓ હોવા છતાં તેમાં વાયુરૂપ CO ઉત્પન્ન થાય છે જે ઊંચી એન્ટ્રોપી ધરાવે છે અને તેથી ઊંચા તાપમાને મુક્ત ઊર્જાનો ફેરફાર નોંધપાત્ર હોય છે. ટૅકનિશિયમ જેવાં તત્વો કૃત્રિમ રીતે બનાવવામાં આવેલાં છે. આ રીતે મળેલ અશુદ્ધ ધાતુનું જુદી જુદી રીતે શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે.
ધાતુશુદ્ધીકરણ માટે જુદી જુદી રીતો અપનાવવામાં આવે છે. પારા માટે નિસ્યંદન, ઝિંક, કૅડમિયમ અને ઍન્ટિમની માટે ઊર્ધ્વીકરણ (sublimation) જ્યારે તાંબું અને અન્ય ધાતુ માટે વિદ્યુતવિભાજનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ વિધિમાં શુદ્ધ ધાતુનો કૅથોડ અને અશુદ્ધ ધાતુનો ઍનોડ વાપરવામાં આવે છે. નિકલ જેવી ધાતુ માટે મોન્ડની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ટિટેનિયમ, ઝર્કોનિયમ અને હેફનિયમ તેમના આયોડાઇડના વિઘટનથી શુદ્ધ સ્થિતિમાં મેળવવામાં આવે છે.
પ્રવીણભાઈ સત્યપંથી