Ionometallurgy
খনিজ প্রক্রিয়াকরণ এবং ধাতু উত্তোলন অত্যন্ত শক্তি-নিবিড় প্রক্রিয়া, যা প্রচুর পরিমাণে কঠিন অবশিষ্টাংশ এবং বর্জ্য জল উৎপাদন থেকে বাদ দেওয়া হয় না, যার জন্য আরও শোধন এবং নিষ্পত্তি করার জন্য শক্তির প্রয়োজন হয়। উপরন্তু, ধাতুর চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে ধাতব শিল্পকে অবশ্যই প্রাথমিক (যেমন, খনিজ আকরিক) এবং/অথবা গৌণ (যেমন, স্ল্যাগ, টেলিং, পৌর বর্জ্য) কাঁচামাল থেকে নিম্ন ধাতব উপাদানযুক্ত উপকরণের উৎসের উপর নির্ভর করতে হবে। ফলস্বরূপ, খনির কার্যক্রম এবং বর্জ্য পুনর্ব্যবহার অবশ্যই আরও নির্বাচিত, দক্ষ এবং পরিবেশ বান্ধব খনিজ ও ধাতু প্রক্রিয়াকরণ পথের বিকাশের দিকে বিকশিত হতে হবে। খনিজ প্রক্রিয়াকরণ ক্রিয়াকলাপগুলি প্রথমে আগ্রহের খনিজ পর্যায়গুলিকে কেন্দ্রীভূত করতে এবং একটি সংজ্ঞায়িত কাঁচামালের সাথে সম্পর্কিত শারীরিক বা রাসায়নিকভাবে অযাচিত উপাদানগুলিকে প্রত্যাখ্যান করতে প্রয়োজন। তবে, এই প্রক্রিয়াটির জন্য প্রায় 30 জিজে/টন ধাতুর প্রয়োজন হয়, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে খনিতে ব্যয় করা মোট শক্তির প্রায় 29 শতাংশ। এদিকে, পাইরোমেটালার্জি গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমন এবং ক্ষতিকারক ফ্লু ধুলোর একটি উল্লেখযোগ্য উৎপাদক। হাইড্রোমেটালার্জিতে এইচ2এসও4, এইচসিএল, কেসিএন, এন. এ. সি. এন-এর মতো প্রচুর পরিমাণে লিক্সিভিয়েন্ট ব্যবহার করা হয় যার নির্বাচনযোগ্যতা কম। উপরন্তু, পরিবেশগত উদ্বেগ এবং কিছু দেশ দ্বারা আরোপিত ব্যবহারের সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, আকরিক থেকে সোনা পুনরুদ্ধারের জন্য সায়ানাইডেশনকে এখনও প্রধান প্রক্রিয়া প্রযুক্তি হিসাবে বিবেচনা করা হয়। পারদ কম অর্থনৈতিকভাবে উন্নত দেশগুলিতে কারিগর খনি শ্রমিকদের দ্বারা খনিজ থেকে সোনা এবং রৌপ্যকে ঘনীভূত করার জন্য ব্যবহার করা হয়, যদিও এর সুস্পষ্ট বিষাক্ততা রয়েছে। জৈব-জলবিদ্যুৎ-ধাতুবিদ্যা ব্যাকটেরিয়া এবং ছত্রাকের মতো জীবন্ত প্রাণীর ব্যবহার করে এবং যদিও এই পদ্ধতিটি শুধুমাত্র বায়ুমণ্ডল থেকে এবং সেখান থেকে ইনপুট দাবি করে, তবে এর জন্য কম কঠিন-থেকে-তরল অনুপাত এবং দীর্ঘ যোগাযোগের সময় প্রয়োজন, যা স্থান-সময়ের ফলনকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। আয়নোমেটালার্জি অ-জলীয় আয়নিক দ্রাবক যেমন আয়নিক তরল (আইএলএস) এবং গভীর ইউটেকটিক দ্রাবক (ডিইএস) ব্যবহার করে, যা ক্লোজড-লুপ ফ্লো শিটের বিকাশকে কার্যকরভাবে ধাতু পুনরুদ্ধারের অনুমতি দেয়, উদাহরণস্বরূপ, লিচিং এবং বৈদ্যুতিনকরণের ধাতব ইউনিট ক্রিয়াকলাপগুলিকে সংহত করে। এটি একটি অ-জলীয় পরিবেশে মাঝারি তাপমাত্রায় ধাতু প্রক্রিয়াকরণের অনুমতি দেয় যা ধাতব প্রজাতি নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়, অমেধ্য সহ্য করে এবং একই সাথে উপযুক্ত দ্রবণীয়তা এবং বর্তমান দক্ষতা প্রদর্শন করে। এটি প্রচলিত প্রক্রিয়াকরণ পথগুলিকে সহজতর করে এবং একটি ধাতু প্রক্রিয়াকরণ কারখানার আকার উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করার অনুমতি দেয়। আয়নিক তরলের সাথে ধাতব নিষ্কাশন ডিইএস সাধারণত দুটি বা তিনটি সস্তা এবং নিরাপদ উপাদান নিয়ে গঠিত তরল যা প্রায়শই হাইড্রোজেন বন্ড মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে প্রতিটি পৃথক উপাদানের চেয়ে কম গলনাঙ্ক সহ ইউটেকটিক মিশ্রণ তৈরি করতে সক্ষম। ডিইএসগুলি সাধারণত 100 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কম তাপমাত্রায় তরল হয় এবং এগুলি অনেক সস্তা এবং পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ হলেও প্রচলিত আইএল-এর অনুরূপ ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। এগুলির বেশিরভাগই কোলিন ক্লোরাইডের মিশ্রণ এবং হাইড্রোজেন-বন্ড দাতা (যেমন, ইউরিয়া, ইথিলিন গ্লাইকোল, ম্যালোনিক অ্যাসিড) বা হাইড্রেটেড ধাতব লবণের সাথে কোলিন ক্লোরাইডের মিশ্রণ। অন্যান্য কোলিন লবণ (যেমনঃ অ্যাসিটেট, সাইট্রেট, নাইট্রেট)-এর খরচ অনেক বেশি বা সংশ্লেষিত করার প্রয়োজন রয়েছে এবং এই অ্যানায়নগুলি থেকে তৈরি ডিইএস সাধারণত অনেক বেশি সান্দ্র এবং কোলিন ক্লোরাইডের তুলনায় বেশি পরিবাহিতা থাকতে পারে। এর ফলে ধাতুপট্টাবৃত করার হার কম হয় এবং নিক্ষেপ করার ক্ষমতা কম হয় এবং এই কারণে ক্লোরাইড-ভিত্তিক ডিইএস ব্যবস্থা এখনও পছন্দের। উদাহরণস্বরূপ, রিলাইন (কোলিন ক্লোরাইড এবং ইউরিয়ার 1:2 মিশ্রণ) একটি মিশ্র ধাতব অক্সাইড ম্যাট্রিক্স থেকে নির্বাচিতভাবে Zn এবং Pb পুনরুদ্ধার করতে ব্যবহৃত হয়েছে। একইভাবে, ইথালাইন (কোলিন ক্লোরাইড এবং ইথিলিন গ্লাইকোলের 1:2 মিশ্রণ) ইস্পাতের ইলেক্ট্রোপলিশিংয়ে ধাতু দ্রবীভূত করতে সহায়তা করে। ডিইএসগুলি সিইউ/জেডএন এবং জিএ/এএস-এর মতো জটিল মিশ্রণ থেকে ধাতু এবং খনিজ থেকে মূল্যবান ধাতু পুনরুদ্ধারের আশাব্যঞ্জক ফলাফলও প্রদর্শন করেছে। এটিও প্রদর্শিত হয়েছে যে, ডি. ই. এস-এর সংমিশ্রণ ব্যবহার করে বৈদ্যুতিক অনুঘটন দ্বারা জটিল মিশ্রণ থেকে ধাতু পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে, যেখানে ধাতব আয়নগুলিকে একই সঙ্গে তড়িৎসংযোগের মাধ্যমে দ্রবণ থেকে পৃথক করা যেতে পারে। আয়নোমেটালার্জি দ্বারা মূল্যবান ধাতুগুলির পুনরুদ্ধার মূল্যবান ধাতুগুলি বিরল, প্রাকৃতিকভাবে উচ্চ অর্থনৈতিক মূল্যের ধাতব রাসায়নিক উপাদান। রাসায়নিকভাবে, মূল্যবান ধাতুগুলি বেশিরভাগ উপাদানের তুলনায় কম প্রতিক্রিয়াশীল হতে থাকে। এগুলির মধ্যে সোনা এবং রৌপ্য রয়েছে, তবে তথাকথিত প্ল্যাটিনাম গ্রুপের ধাতুগুলিও রয়েছেঃ রুথেনিয়াম, রোডিয়াম, প্যালেডিয়াম, ওসিয়াম, ইরিডিয়াম এবং প্ল্যাটিনাম (মূল্যবান ধাতু দেখুন)। তাদের সংশ্লিষ্ট পোষক খনিজ থেকে এই ধাতুগুলি উত্তোলনের জন্য সাধারণত পাইরোমেটালার্জি (যেমন, রোস্টিং), হাইড্রোমেটালার্জি (সায়ানাইডেশন) বা প্রক্রিয়াকরণ রুট হিসাবে উভয়েরই প্রয়োজন হয়। প্রাথমিক গবেষণায় দেখা গেছে যে ইথালিনে সোনার দ্রবীভূত হওয়ার হার সায়ানাইডেশন পদ্ধতির সাথে খুব অনুকূলভাবে তুলনা করে, যা একটি জারণকারী এজেন্ট হিসাবে আয়োডিন যোগ করে আরও বাড়ানো হয়। একটি শিল্প প্রক্রিয়াতে আয়োডিনের একটি তড়িৎ-অনুঘটক হিসাবে নিযুক্ত হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে, যার মাধ্যমে এটি একটি তড়িৎ-রাসায়নিক কোষের অ্যানোডে তড়িৎ-রাসায়নিক জারণ দ্বারা হ্রাসপ্রাপ্ত আয়োডাইড থেকে ক্রমাগত পুনরুদ্ধার করা হয়। দ্রবীভূত ধাতুগুলি নির্বাচিতভাবে বিদ্যুদ্বাহক সম্ভাব্যতা সামঞ্জস্য করে ক্যাথোডে জমা করা যেতে পারে। পদ্ধতিটি গ্যাংয়ের অংশ হিসাবে আরও ভাল নির্বাচনের অনুমতি দেয় (যেমন, পাইরাইট) আরও ধীরে ধীরে দ্রবীভূত হওয়ার প্রবণতা থাকে। স্পেরিলাইট (পিটিএএস2) এবং মনচেইট (পিটিটিই2), যা সাধারণত অনেক অর্থোম্যাগমেটিক আমানতের মধ্যে প্রচুর পরিমাণে প্ল্যাটিনাম খনিজ, ইথালিনে একই পরিস্থিতিতে প্রতিক্রিয়া দেখায় না কারণ তারা ডাইসালফাইড (পাইরাইট), ডায়ারসেনাইড (স্পেরিলাইট) বা ডাইটেলুরাইড (ক্যালাভেরাইট এবং মনচেইট) খনিজ, যা বিশেষত আয়োডিনের জারণ প্রতিরোধী। যে প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া দ্বারা প্ল্যাটিনাম খনিজ দ্রবীভূত হচ্ছে তা এখনও তদন্তাধীন। আয়নোমেটালার্জির সঙ্গে সালফাইড খনিজ থেকে ধাতব পুনরুদ্ধার ধাতব সালফাইডগুলি (যেমন, পাইরাইট এফইএস2, আর্সেনোপাইট এফইএএস, ক্যালকোপাইট কিউএফইএস2) সাধারণত জলীয় মাধ্যমে বা উচ্চ তাপমাত্রায় রাসায়নিক জারণ দ্বারা প্রক্রিয়াজাত করা হয়। প্রকৃতপক্ষে, বেশিরভাগ ক্ষারীয় ধাতু, যেমন, অ্যালুমিনিয়াম, ক্রোমিয়াম, অবশ্যই উচ্চ তাপমাত্রায় রাসায়নিকভাবে হ্রাস করতে হবে যার দ্বারা প্রক্রিয়াটি উচ্চ শক্তির চাহিদা বহন করে এবং কখনও কখনও প্রচুর পরিমাণে জলীয় বর্জ্য উৎপন্ন হয়। উদাহরণস্বরূপ, জলীয় মাধ্যমে স্যাটেলাইট এবং ক্যালকোসাইটের তুলনায় রাসায়নিকভাবে ক্যালকোপিরাইট দ্রবীভূত করা পৃষ্ঠের প্রভাবের (পলিসালফাইড প্রজাতির গঠন) কারণে বেশি কঠিন। যে কোনও সালফাইড পৃষ্ঠের অঙ্গসংস্থান পরিবর্তন করার জন্য সি. এল-আয়নগুলির উপস্থিতির পরামর্শ দেওয়া হয়েছে, যা সালফাইড খনিজকে প্যাসিভেশান প্রতিরোধ করে আরও সহজে ফুটতে দেয়। ডিইএসগুলি একটি উচ্চ সিএল-আয়ন ঘনত্ব এবং কম জলের পরিমাণ সরবরাহ করে, যখন বেশিরভাগ অক্সাইড রসায়নকে এড়িয়ে উচ্চ অতিরিক্ত লবণ বা অ্যাসিড ঘনত্বের প্রয়োজনীয়তা হ্রাস করে। এইভাবে, সালফাইড খনিজগুলির বৈদ্যুতিন বিচ্ছুরণ প্যাসিভেশন স্তরগুলির অনুপস্থিতিতে ডিইএস মিডিয়াতে আশাব্যঞ্জক ফলাফল প্রদর্শন করেছে, ধাতব আয়নগুলির দ্রবণে মুক্তি যা দ্রবণ থেকে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে। ইথালিনের সাথে তামার সালফাইড খনিজ থেকে তামা উত্তোলনের সময়, ক্যালকোসাইট (সিইউ2এস) এবং কোভেলাইট (সিইউএস) একটি হলুদ দ্রবণ তৈরি করে, যা নির্দেশ করে যে [সিইউসিএল4] 2− জটিল গঠিত হয়। এদিকে, ক্যালকোপাইরাইট থেকে গঠিত দ্রবণে, কিউ2 + এবং কিউ + প্রজাতি ক্যাথোডে হ্রাসমান এফই2 + প্রজাতির উৎপাদনের কারণে দ্রবণে সহ-বিদ্যমান। 20 ওয়াট.% সি. এইচ. সি. এল-অক্সালিক অ্যাসিড এবং 80 ওয়াট.% ইথালিনের মিশ্র ডি. ই. এস দিয়ে চালকোপাইরাইট থেকে তামার (> 97 শতাংশ) সর্বোত্তম নির্বাচিত পুনরুদ্ধার পাওয়া যেতে পারে। আয়নোমেটালার্জি সহ অক্সাইড যৌগ থেকে ধাতু পুনরুদ্ধার অক্সাইড ম্যাট্রিক্স থেকে ধাতু পুনরুদ্ধার সাধারণত খনিজ অ্যাসিড ব্যবহার করে করা হয়। যাইহোক, ডিইএস-এ ধাতব অক্সাইডের তড়িৎরাসাযনিক দ্রবণ পিএইচ নিরপেক্ষ দ্রবণে দ্রবণকে 10,000 গুণেরও বেশি বাড়ানোর অনুমতি দিতে পারে। গবেষণায় দেখা গেছে যে ZnO-এর মতো আয়নিক অক্সাইডগুলির ChCl: ম্যালোনিক অ্যাসিড, ChCl: ইউরিয়া এবং ইথালিনে উচ্চ দ্রবণীয়তা থাকে, যা জলীয় অ্যাসিডিক দ্রবণে দ্রবণীয়তার অনুরূপ হতে পারে, যেমন, HCl। যাইহোক, টিআইও2-এর মতো কোভালেন্ট অক্সাইডগুলি প্রায় কোনও দ্রবণীয়তা প্রদর্শন করে না। ধাতব অক্সাইডের তড়িৎরাসাযনিক দ্রবীভূতকরণ এইচবিডি থেকে প্রোটন ক্রিয়াকলাপের উপর দৃঢ়ভাবে নির্ভরশীল, অর্থাৎ। অক্সিজেন গ্রহণকারী হিসাবে কাজ করার জন্য প্রোটনগুলির ক্ষমতা এবং তাপমাত্রার উপর। জানা গেছে যে নিম্ন পিএইচ-মানের ইউটেকটিক আয়নিক তরল, যেমন সি. এইচ. সি. এলঃ অক্সালিক অ্যাসিড এবং সি. এইচ. সিঃ ল্যাকটিক অ্যাসিড, উচ্চতর পি. এইচ-এর (যেমন সি. এইচ. সি. এলঃ অ্যাসিটিক অ্যাসিড) তুলনায় আরও ভাল দ্রবণীয়তা দেয়। সুতরাং, উদাহরণস্বরূপ, এইচবিডি হিসাবে বিভিন্ন কার্বক্সিলিক অ্যাসিড ব্যবহার করে বিভিন্ন দ্রবণীয়তা অর্জন করা যেতে পারে। আউটলুক বর্তমানে, ব্যবহারিক তড়িৎরাসাযনিক অবস্থার অধীনে বেশিরভাগ আয়নিক তরলের স্থায়িত্ব অজানা, এবং আয়নিক তরলের মৌলিক পছন্দ এখনও পরীক্ষামূলক কারণ দ্রবণীয়তা এবং প্রজাতিকরণ মডেলগুলিতে ফিড করার জন্য ধাতব আয়ন তাপগতিবিদ্যার প্রায় কোনও তথ্য নেই। এছাড়াও, কোনও পুরবাইক্স রেখাচিত্র উপলব্ধ নেই, কোনও স্ট্যান্ডার্ড রেডক্স সম্ভাব্যতা নেই এবং প্রজাতি বা পিএইচ-মান সম্পর্কে খালি জ্ঞান রয়েছে। এটি অবশ্যই লক্ষ্য করতে হবে যে আয়নিক তরল জড়িত সাহিত্যে রিপোর্ট করা বেশিরভাগ প্রক্রিয়াগুলির একটি প্রযুক্তি প্রস্তুতি স্তর (টিআরএল) 3 (পরীক্ষামূলক প্রুফ-অফ-কনসেপ্ট) বা 4 (পরীক্ষাগারে বৈধ প্রযুক্তি) রয়েছে, যা স্বল্পমেয়াদী বাস্তবায়নের জন্য একটি অসুবিধা। যাইহোক, আয়নোমেটালার্জির আরও নির্বাচনী এবং টেকসই উপায়ে ধাতুগুলি কার্যকরভাবে পুনরুদ্ধারের সম্ভাবনা রয়েছে, কারণ এটি পরিবেশগতভাবে সৌম্য দ্রাবক, গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমন হ্রাস এবং ক্ষয়কারী এবং ক্ষতিকারক বিকারক এড়ানো বিবেচনা করে। তথ্যসূত্র ধাতুবিদ্যা