सामान्य खनिजों का संचय-क्रोमियम अयस्क के गुणधर्म और लाभकारीकरण प्रौद्योगिकी

क्रोमियम की प्रकृति

क्रोमियम, जिसका तत्व चिन्ह Cr है, परमाणु क्रमांक 24 और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 51.996 है, रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के समूह VIB का संक्रमण धातु तत्व है। क्रोमियम धातु काय-केंद्रित घन क्रिस्टलीय, चांदी-सफेद रंग की होती है, जिसका घनत्व 7.1 ग्राम/सेमी³, गलनांक 1860℃, क्वथनांक 2680℃, 25℃ पर विशिष्ट ऊष्मा धारिता 23.35 जूल/(मोल·के) और वाष्पीकरण ऊष्मा 342.1 केजूल/मोल होती है। इसकी तापीय चालकता 91.3 डब्ल्यू/(मी·के) (0-100°C) और प्रतिरोधकता (20°C) 13.2 Ω·सेमी है, तथा इसके यांत्रिक गुणधर्म उत्तम हैं।

क्रोमियम की पाँच संयोजकताएँ होती हैं: +2, +3, +4, +5 और +6। आंतरिक क्रिया के अंतर्गत, क्रोमियम की संयोजकता सामान्यतः +3 होती है। +त्रिसंयोजक क्रोमियम वाले यौगिक सबसे स्थिर होते हैं। +छहसंयोजक क्रोमियम यौगिक, जिनमें क्रोमियम लवण भी शामिल हैं, प्रबल ऑक्सीकारक गुण रखते हैं। Cr³⁺, AI³⁺ और Fe³⁺ की आयनिक त्रिज्याएँ समान होती हैं, इसलिए इनमें व्यापक समानता पाई जाती है। इसके अतिरिक्त, क्रोमियम के स्थान पर प्रतिस्थापित किए जा सकने वाले तत्व मैंगनीज, मैग्नीशियम, निकेल, कोबाल्ट, जस्ता आदि हैं, इसलिए क्रोमियम मैग्नीशियम-लौह सिलिकेट खनिजों और सहायक खनिजों में व्यापक रूप से पाया जाता है।

आवेदन

क्रोमियम आधुनिक उद्योग में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातुओं में से एक है। इसका मुख्य उपयोग स्टेनलेस स्टील और विभिन्न मिश्रधातुओं (जैसे फेरोक्रोम) के उत्पादन में होता है। क्रोमियम कठोर, घिसाव-प्रतिरोधी, ताप-प्रतिरोधी और संक्षारण-प्रतिरोधी गुणों से युक्त है। क्रोम अयस्क का व्यापक उपयोग धातु विज्ञान, दुर्दम्य सामग्री, रसायन उद्योग और फाउंड्री उद्योगों में होता है।

धातु उद्योग में, क्रोमियम अयस्क का उपयोग मुख्य रूप से फेरोक्रोम और धात्विक क्रोमियम के गलाने के लिए किया जाता है। क्रोमियम का उपयोग स्टील में एक योजक के रूप में विभिन्न प्रकार के उच्च-शक्ति, संक्षारण-प्रतिरोधी, घिसाव-प्रतिरोधी, उच्च-तापमान और ऑक्सीकरण-प्रतिरोधी विशेष स्टील्स के उत्पादन में किया जाता है, जैसे कि स्टेनलेस स्टील, अम्ल-प्रतिरोधी स्टील, ताप-प्रतिरोधी स्टील, बॉल बेयरिंग स्टील, स्प्रिंग स्टील, टूल स्टील आदि। क्रोमियम स्टील के यांत्रिक गुणों और घिसाव प्रतिरोध को बढ़ा सकता है। धातु क्रोमियम का उपयोग मुख्य रूप से कोबाल्ट, निकेल, टंगस्टन और अन्य तत्वों के साथ विशेष मिश्र धातुओं को गलाने के लिए किया जाता है। क्रोम चढ़ाने और क्रोमाइजिंग से स्टील, तांबा, एल्यूमीनियम और अन्य धातुओं की सतह संक्षारण-प्रतिरोधी बन जाती है, जो चमकदार और सुंदर होती है।

दुर्दम्य धातु उद्योग में, क्रोमियम अयस्क एक महत्वपूर्ण दुर्दम्य पदार्थ है जिसका उपयोग क्रोम ईंटें, क्रोम मैग्नीशिया ईंटें, उन्नत दुर्दम्य पदार्थ और अन्य विशेष दुर्दम्य पदार्थ (क्रोम कंक्रीट) बनाने में किया जाता है। क्रोमियम-आधारित दुर्दम्य पदार्थों में मुख्य रूप से क्रोम अयस्क और मैग्नीशिया से बनी ईंटें, सिंटर्ड मैग्नीशिया-क्रोम क्लिंकर, पिघली हुई मैग्नीशिया-क्रोम ईंटें, पिघली हुई, बारीक पीसी हुई और फिर बंधित मैग्नीशिया-क्रोम ईंटें शामिल हैं। इनका व्यापक रूप से उपयोग खुली भट्टियों, प्रेरण भट्टियों आदि में, साथ ही सीमेंट उद्योग के धातुकर्म कनवर्टर और रोटरी भट्टी की लाइनिंग आदि में किया जाता है।

फाउंड्री उद्योग में, क्रोमियम अयस्क पिघले हुए स्टील में ढलाई प्रक्रिया के दौरान अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, इसका तापीय विस्तार गुणांक कम होता है, यह धातु प्रवेश के प्रति प्रतिरोधी होता है, और ज़िरकॉन की तुलना में इसका शीतलन प्रदर्शन बेहतर होता है। फाउंड्री के लिए क्रोम अयस्क की रासायनिक संरचना और कण आकार वितरण पर सख्त आवश्यकताएं होती हैं।

रासायनिक उद्योग में, क्रोमियम का सबसे प्रत्यक्ष उपयोग सोडियम डाइक्रोमेट (Na2Cr2O7·H2O) विलयन का उत्पादन करना है, और फिर रंगद्रव्य, वस्त्र, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और चमड़ा निर्माण जैसे उद्योगों में उपयोग के लिए अन्य क्रोमियम यौगिकों को तैयार करना है, साथ ही उत्प्रेरक के रूप में भी इसका उपयोग किया जाता है।

बारीक पिसा हुआ क्रोमियम अयस्क पाउडर कांच, सिरेमिक और चमकदार टाइलों के उत्पादन में एक प्राकृतिक रंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है। जब सोडियम डाइक्रोमेट का उपयोग चमड़े को परिष्कृत करने के लिए किया जाता है, तो मूल चमड़े में मौजूद प्रोटीन (कोलेजन) और कार्बोहाइड्रेट रासायनिक पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके एक स्थिर कॉम्प्लेक्स बनाते हैं, जो चमड़े के उत्पादों का आधार बनता है। वस्त्र उद्योग में, सोडियम डाइक्रोमेट का उपयोग कपड़े की रंगाई में मोर्डेंट के रूप में किया जाता है, जो डाई अणुओं को कार्बनिक यौगिकों से प्रभावी ढंग से जोड़ सकता है; इसका उपयोग रंगों और मध्यवर्ती पदार्थों के निर्माण में ऑक्सीडेंट के रूप में भी किया जा सकता है।

क्रोमियम खनिज

प्रकृति में 50 से अधिक प्रकार के क्रोमियम युक्त खनिज पाए गए हैं, लेकिन इनमें से अधिकांश में क्रोमियम की मात्रा कम है और इनका वितरण बिखरा हुआ है, जिसके कारण इनका औद्योगिक उपयोग मूल्य कम है। इन क्रोमियम युक्त खनिजों में ऑक्साइड, क्रोमेट और सिलिकेट के अलावा कुछ हाइड्रॉक्साइड, आयोडेट, नाइट्राइड और सल्फाइड भी शामिल हैं। इनमें से क्रोमियम नाइट्राइड और क्रोमियम सल्फाइड खनिज केवल उल्कापिंडों में ही पाए जाते हैं।

क्रोमियम अयस्क उपपरिवार में एक खनिज प्रजाति के रूप में, क्रोमाइट क्रोमियम का एकमात्र महत्वपूर्ण औद्योगिक खनिज है। इसका सैद्धांतिक रासायनिक सूत्र (MgFe)Cr2O4 है, जिसमें Cr2O3 की मात्रा 68% और FeO की मात्रा 32% है। इसकी रासायनिक संरचना में, त्रिसंयोजक धनायन मुख्य रूप से Cr3+ होता है, और इसमें अक्सर Al3+, Fe3+ और Mg2+, Fe2+ के समरूप प्रतिस्थापन पाए जाते हैं। वास्तविक रूप से उत्पादित क्रोमाइट में, Fe2+ का कुछ भाग अक्सर Mg2+ द्वारा प्रतिस्थापित हो जाता है, और Cr3+ को Al3+ और Fe3+ द्वारा अलग-अलग मात्रा में प्रतिस्थापित किया जाता है। क्रोमाइट के विभिन्न घटकों के बीच समरूप प्रतिस्थापन की पूर्ण मात्रा एक समान नहीं होती है। चार-क्रम समन्वय धनायन मुख्य रूप से मैग्नीशियम और लोहा होते हैं, और मैग्नीशियम-लोहे के बीच पूर्ण समरूप प्रतिस्थापन होता है। चार-विभाजन विधि के अनुसार, क्रोमाइट को चार उपसमूहों में विभाजित किया जा सकता है: मैग्नीशियम क्रोमाइट, लौह-मैग्नीशियम क्रोमाइट, मैफिक-लौह क्रोमाइट और लौह-क्रोमाइट। इसके अतिरिक्त, क्रोमाइट में अक्सर थोड़ी मात्रा में मैंगनीज, टाइटेनियम, वैनेडियम और जस्ता का एक समरूप मिश्रण पाया जाता है। क्रोमाइट की संरचना सामान्य स्पिनेल प्रकार की होती है।

4. क्रोमियम सांद्रण का गुणवत्ता मानक

विभिन्न प्रसंस्करण विधियों (खनिजीकरण और प्राकृतिक अयस्क) के आधार पर, धातु विज्ञान के लिए क्रोमियम अयस्क को दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: सांद्रित अयस्क (G) और गांठदार अयस्क (K)। नीचे दी गई तालिका देखें।

धातु विज्ञान के लिए क्रोमाइट अयस्क की गुणवत्ता संबंधी आवश्यकताएँ

क्रोम अयस्क संवर्धन प्रौद्योगिकी

1) पुनः चुनाव
वर्तमान में, क्रोमियम अयस्क के संवर्धन में गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण का महत्वपूर्ण स्थान है। जलीय माध्यम में ढीली परतों को आधार मानकर चलने वाली गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण विधि, विश्व स्तर पर क्रोमियम अयस्क संवर्धन की प्रमुख विधि बनी हुई है। गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण उपकरण में एक सर्पिल ढलान और एक अपकेंद्री सांद्रक होता है, और कणों के आकार की प्रसंस्करण सीमा अपेक्षाकृत विस्तृत है। आमतौर पर, क्रोमियम खनिजों और गैंग खनिजों के बीच घनत्व का अंतर 0.8 ग्राम/सेमी³ से अधिक होता है, और 100 मिमी से बड़े किसी भी कण आकार का गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण संतोषजनक परिणाम दे सकता है। मोटे गांठों (100 ~ 0.5 मिमी) वाले अयस्क को भारी-मध्यम संवर्धन द्वारा छांटा या पूर्व-चयनित किया जाता है, जो एक अत्यंत किफायती संवर्धन विधि है।

2) चुंबकीय पृथक्करण
चुंबकीय पृथक्करण एक ऐसी शोधन विधि है जो अयस्क में मौजूद खनिजों के चुंबकीय अंतर के आधार पर असमान चुंबकीय क्षेत्र में खनिजों को अलग करती है। क्रोमाइट में कमजोर चुंबकीय गुण होते हैं और इसे ऊर्ध्वाधर वलय उच्च प्रवणता चुंबकीय विभाजकों, गीली प्लेट चुंबकीय विभाजकों और अन्य उपकरणों द्वारा अलग किया जा सकता है। विश्व के विभिन्न क्रोमियम अयस्क उत्पादक क्षेत्रों में उत्पादित क्रोमियम खनिजों के विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता गुणांक में बहुत अधिक अंतर नहीं होता है, और ये विभिन्न क्षेत्रों में उत्पादित वुल्फ्रामाइट और वुल्फ्रामाइट के विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता गुणांक के समान होते हैं।

उच्च श्रेणी के क्रोमियम सांद्रण को प्राप्त करने के लिए चुंबकीय पृथक्करण का उपयोग करने की दो स्थितियाँ हैं: एक है अयस्क में मौजूद प्रबल चुंबकीय खनिजों (मुख्यतः मैग्नेटाइट) को दुर्बल चुंबकीय क्षेत्र के अंतर्गत अलग करके फेरोक्रोम का अनुपात बढ़ाना, और दूसरी है प्रबल चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके गैंग खनिजों का पृथक्करण और क्रोमियम अयस्क (दुर्बल चुंबकीय खनिज) की पुनर्प्राप्ति।

3) विद्युत चयन
विद्युत पृथक्करण, खनिजों के विद्युत गुणों, जैसे चालकता और परावैद्युत स्थिरांक में अंतर का उपयोग करके क्रोमियम अयस्क और सिलिकेट गैंग खनिजों को अलग करने की एक विधि है।

4) प्लवन
गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण की प्रक्रिया में, बारीक कणों वाला (-100 माइक्रोमीटर) क्रोमाइट अयस्क अक्सर अपशिष्ट के रूप में त्याग दिया जाता है, लेकिन इस आकार के क्रोमाइट का उपयोग मूल्य अभी भी बहुत अधिक है, इसलिए कम श्रेणी के बारीक कणों वाले क्रोमाइट अयस्क को पुनः प्राप्त करने के लिए प्लवन विधि का उपयोग किया जा सकता है। अपशिष्ट में 20% से 40% Cr2O3 और सर्पेन्टाइन, ओलिविन, रूटाइल और कैल्शियम मैग्नीशियम कार्बोनेट खनिजों वाले क्रोमियम अयस्क का प्लवन किया जाता है। अयस्क को 200 माइक्रोमीटर तक बारीक पीसा जाता है, गाद को फैलाने और रोकने के लिए वाटर ग्लास, फॉस्फेट, मेटाफॉस्फेट, फ्लोरोसिलिकेट आदि का उपयोग किया जाता है, और संग्राहक के रूप में असंतृप्त वसा अम्ल का उपयोग किया जाता है। गाद को फैलाना और दबाना प्लवन प्रक्रिया के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। लोहा और सीसा जैसे धातु आयन क्रोमाइट को सक्रिय कर सकते हैं। जब घोल का pH मान 6 से कम होता है, तो क्रोमाइट मुश्किल से ही तैरता है। संक्षेप में, प्लवन अभिकर्मक की खपत अधिक होती है, सांद्रण की गुणवत्ता अस्थिर होती है और पुनर्प्राप्ति दर कम होती है। गैंग खनिज से घुले हुए Ca2+ और Mg2+ प्लवन प्रक्रिया की चयनात्मकता को कम कर देते हैं।

5) रासायनिक लाभकारीकरण
रासायनिक विधि का उपयोग कुछ क्रोमाइट अयस्कों के सीधे उपचार के लिए किया जाता है जिन्हें भौतिक विधि से अलग नहीं किया जा सकता या भौतिक विधि की लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है। रासायनिक विधि द्वारा उत्पादित सांद्रण का Cr/Fe अनुपात सामान्य भौतिक विधि की तुलना में अधिक होता है। रासायनिक विधियों में चयनात्मक लीचिंग, ऑक्सीकरण अपचयन, गलनांक पृथक्करण, सल्फ्यूरिक अम्ल और क्रोमिक अम्ल लीचिंग, अपचयन और सल्फ्यूरिक अम्ल लीचिंग आदि शामिल हैं। भौतिक-रासायनिक विधियों का संयोजन और रासायनिक विधियों द्वारा क्रोमियम अयस्क का सीधा उपचार आज क्रोमाइट संवर्धन में प्रमुख प्रवृत्तियों में से एक है। रासायनिक विधियों द्वारा अयस्क से सीधे क्रोमियम निकाला जा सकता है और क्रोमियम कार्बाइड और क्रोमियम ऑक्साइड का उत्पादन किया जा सकता है।