Ionometallurgy
معدنیات کی پروسیسنگ اور دھاتوں کو نکالنا بہت زیادہ توانائی والے عمل ہیں، جو ٹھوس باقیات اور گندے پانی کی بڑی مقدار پیدا کرنے سے مستثنی نہیں ہیں، جن کو مزید ٹریٹ کرنے اور ٹھکانے لگانے کے لیے بھی توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ مزید برآں، جیسے جیسے دھاتوں کی مانگ میں اضافہ ہوتا ہے، دھاتی صنعت کو بنیادی (مثال کے طور پر معدنی کچ دھات) اور/یا ثانوی (مثال کے طور پر سلیگ، ٹیلنگ، میونسپل فضلہ) خام مال سے کم دھاتی مواد والے مواد کے ذرائع پر انحصار کرنا چاہیے۔ نتیجتا، کان کنی کی سرگرمیاں اور فضلہ کی ری سائیکلنگ کو زیادہ انتخابی، موثر اور ماحول دوست معدنیات اور دھات کی پروسیسنگ کے راستوں کی ترقی کی طرف تیار ہونا چاہیے۔ معدنی پروسیسنگ کی کارروائیوں کی ضرورت سب سے پہلے دلچسپی کے معدنی مراحل کو مرکوز کرنے اور کسی متعین خام مال سے وابستہ جسمانی یا کیمیائی طور پر ناپسندیدہ مواد کو مسترد کرنے کے لیے ہوتی ہے۔ تاہم، اس عمل میں تقریبا 30 جی جے/ٹن دھات کی ضرورت ہوتی ہے، جو امریکہ میں کان کنی پر خرچ ہونے والی کل توانائی کا تقریبا 29 فیصد ہے۔ دریں اثنا، پائرو میٹالرجی گرین ہاؤس گیس کے اخراج اور نقصان دہ فلیو ڈسٹ کا ایک اہم پروڈیوسر ہے۔ ہائیڈرو میٹالرجی میں بڑی مقدار میں لیکسوائنٹس جیسے ایچ 2 ایس او 4، ایچ سی ایل، کے سی این، این اے سی این کی کھپت شامل ہے جن کی انتخابی صلاحیت کم ہے۔ مزید برآں، ماحولیاتی تشویش اور کچھ ممالک کی طرف سے عائد کردہ استعمال کی پابندی کے باوجود، سائانیڈیشن کو اب بھی کچ دھاتوں سے سونے کی بازیابی کے لیے اہم عمل کی ٹیکنالوجی سمجھا جاتا ہے۔ مرکری کو کم اقتصادی طور پر ترقی یافتہ ممالک میں کاریگر کان کنوں کے ذریعہ معدنیات سے سونے اور چاندی کو مرتکز کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے، اس کی واضح زہریلا ہونے کے باوجود۔ بائیو ہائیڈرو میٹلرجی زندہ حیاتیات، جیسے بیکٹیریا اور فنگی کا استعمال کرتی ہے، اور اگرچہ یہ طریقہ صرف ماحول سے ان پٹ کا مطالبہ کرتا ہے، اس کے لیے کم ٹھوس سے مائع تناسب اور طویل رابطے کے اوقات کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے خلائی وقت کی پیداوار میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔ آئنومیٹلرجی غیر آبی آئنک سالوینٹس جیسے آئنک مائع (آئی ایل ایس) اور گہرے یوٹیکٹک سالوینٹس (ڈی ای ایس ایس) کا استعمال کرتا ہے، جو بند لوپ فلو شیٹ کی ترقی کو دھاتوں کو مؤثر طریقے سے بازیافت کرنے کی اجازت دیتا ہے، مثال کے طور پر، لیچنگ اور الیکٹرویننگ کی دھاتی یونٹ کی کارروائیوں کو مربوط کرتا ہے۔ یہ غیر آبی ماحول میں اعتدال پسند درجہ حرارت پر دھاتوں کو پروسیس کرنے کی اجازت دیتا ہے جو دھات کی انواع کو کنٹرول کرنے کی اجازت دیتا ہے، نجاست کو برداشت کرتا ہے اور ساتھ ہی ساتھ مناسب حل پذیری اور موجودہ استعداد کو ظاہر کرتا ہے۔ یہ روایتی پروسیسنگ کے راستوں کو آسان بناتا ہے اور دھاتی پروسیسنگ پلانٹ کے سائز میں خاطر خواہ کمی کی اجازت دیتا ہے۔ آئنک سیالوں کے ساتھ دھات نکالنا ڈی ای ایس عام طور پر دو یا تین سستے اور محفوظ اجزاء پر مشتمل سیال ہوتے ہیں جو خود سے منسلک ہونے کے قابل ہوتے ہیں، اکثر ہائیڈروجن بانڈ کے تعاملات کے ذریعے، ہر انفرادی جزو سے کم پگھلنے کے نقطہ کے ساتھ یوٹیکٹک مرکب بنانے کے لیے۔ ڈی ای ایس عام طور پر 100 ڈگری سیلسیس سے کم درجہ حرارت پر مائع ہوتے ہیں، اور وہ روایتی آئی ایل ایس سے ملتی جلتی فزیکو کیمیکل خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں، جبکہ یہ بہت سستے اور ماحول دوست ہوتے ہیں۔ ان میں سے زیادہ تر کولین کلورائڈ اور ہائیڈروجن بانڈ ڈونر (مثال کے طور پر یوریا، ایتھلین گلائکول، میلونک ایسڈ) کے مرکب ہیں یا ہائیڈریٹڈ دھاتی نمک کے ساتھ کولین کلورائڈ کے مرکب ہیں۔ دیگر کولین نمک (مثال کے طور پر۔ ایسیٹیٹ، سائٹریٹ، نائٹریٹ) کی لاگت بہت زیادہ ہوتی ہے یا اس کی ترکیب کی ضرورت ہوتی ہے، اور ان آئنوں سے تیار کردہ ڈی ای ایس عام طور پر بہت زیادہ چپچپا ہوتے ہیں اور کولین کلورائڈ کے مقابلے میں زیادہ چالکتا رکھتے ہیں۔ اس کے نتیجے میں چڑھائی کی شرح کم ہوتی ہے اور پھینکنے کی طاقت کم ہوتی ہے اور اس وجہ سے کلورائڈ پر مبنی ڈی ای ایس سسٹم اب بھی پسند کیے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ریلائن (کولین کلورائڈ اور یوریا کا 1:2 مرکب) کا استعمال مخلوط دھاتی آکسائڈ میٹرکس سے Zn اور Pb کو منتخب طور پر بازیافت کرنے کے لیے کیا گیا ہے۔ اسی طرح، ایتھلین (کولین کلورائڈ اور ایتھلین گلائکول کا 1:2 مرکب) اسٹیل کی الیکٹروپولشنگ میں دھات کے تحلیل کو آسان بناتا ہے۔ ڈی ای ایس نے پیچیدہ مرکب جیسے سی یو/زیڈ این اور جی اے/اے ایس، اور معدنیات سے قیمتی دھاتوں سے دھاتوں کی بازیابی کے لیے امید افزا نتائج کا بھی مظاہرہ کیا ہے۔ یہ بھی دکھایا گیا ہے کہ دھاتیں پیچیدہ مرکب سے الیکٹرو کیٹالیسس کے ذریعے ڈی ای ایس کے امتزاج کا استعمال کرتے ہوئے لیکسوائنٹس اور آکسیڈائزنگ ایجنٹ کے طور پر بازیافت کی جا سکتی ہیں، جبکہ دھاتی آئنوں کو بیک وقت الیکٹروائننگ کے ذریعے حل سے الگ کیا جا سکتا ہے۔ قیمتی دھاتیں نایاب، قدرتی طور پر پائے جانے والے اعلی اقتصادی قدر کے دھاتی کیمیائی عناصر ہیں۔ کیمیائی طور پر، قیمتی دھاتیں زیادہ تر عناصر کے مقابلے میں کم رد عمل ظاہر کرتی ہیں۔ ان میں سونا اور چاندی شامل ہیں، بلکہ نام نہاد پلاٹینم گروپ دھاتیں بھی: روتھینیم، روڈیم، پیلیڈیم، اوسمیم، اریڈیم، اور پلاٹینم (قیمتی دھاتیں دیکھیں)۔ ان دھاتوں کو ان کے متعلقہ میزبان معدنیات سے نکالنے کے لیے عام طور پر پائرو میٹالرجی (مثال کے طور پر، بھوننا)، ہائیڈرو میٹالرجی (سائانیڈیشن)، یا پروسیسنگ کے راستوں کے طور پر دونوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ ابتدائی مطالعات سے یہ ظاہر ہوا ہے کہ ایتھلین میں سونے کی تحلیل کی شرح کا موازنہ سائانیڈیشن طریقہ سے بہت موافق ہے، جسے آکسیڈائزنگ ایجنٹ کے طور پر آیوڈین کے اضافے سے مزید بڑھایا جاتا ہے۔ ایک صنعتی عمل میں آیوڈین میں الیکٹرو کیٹالسٹ کے طور پر استعمال ہونے کی صلاحیت ہوتی ہے، جس کے ذریعے اسے الیکٹرو کیمیکل سیل کے انوڈ پر الیکٹرو کیمیکل آکسیکرن کے ذریعے کم شدہ آیوڈائڈ سے مسلسل بازیافت کیا جاتا ہے۔ تحلیل شدہ دھاتوں کو الیکٹروڈ کی صلاحیت کو ایڈجسٹ کرکے منتخب طور پر کیتھوڈ پر جمع کیا جا سکتا ہے۔ یہ طریقہ بہتر انتخاب کی بھی اجازت دیتا ہے کیونکہ گینگو کا حصہ (مثال کے طور پر، پائیرائٹ) زیادہ آہستہ آہستہ تحلیل ہوتا ہے۔ سپیری لائٹ (پی ٹی اے 2) اور مونچیٹ (پی ٹی ٹی 2)، جو عام طور پر بہت سے آرتھومیگمیٹک ذخائر میں زیادہ وافر مقدار میں پلاٹینم معدنیات ہیں، ایتھلین میں اسی حالات میں رد عمل ظاہر نہیں کرتے ہیں کیونکہ وہ ڈائیسلفائڈ (پائیرائٹ)، ڈائرسینائڈ (سپیری لائٹ) یا ڈائیٹیلورائڈز (کیلاویرائٹ اور مونچیٹ) معدنیات ہیں، جو خاص طور پر آیوڈین آکسیکرن کے خلاف مزاحم ہیں۔ رد عمل کا طریقہ کار جس کے ذریعے پلاٹینم معدنیات کا تحلیل ہو رہا ہے اب بھی زیر تفتیش ہے۔ آئنومیٹالرجی کے ساتھ سلفایٔڈ معدنیات سے دھات کی بازیابی دھاتی سلفایٔڈ (مثال کے طور پر پائرایٔٹ فی ایس 2، آرسینوپائرایٔٹ فی اے ایس ایس، چالکوپائرایٔٹ کیو ایف ای ایس 2) عام طور پر کیمیائی آکسیکرن کے ذریعے یا تو آبی ذرائع ابلاغ میں یا اعلی درجہ حرارت پر عمل میں لائے جاتے ہیں۔ در حقیقت، زیادہ تر بنیادی دھاتیں، جیسے ایلومینیم، کرومیم، کو اعلی درجہ حرارت پر کیمیائی طور پر کم (الیکٹرو) ہونا چاہیے جس کے ذریعے اس عمل میں توانائی کی زیادہ مانگ ہوتی ہے، اور بعض اوقات آبی فضلہ کی بڑی مقدار پیدا ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر آبی ذرائع ابلاغ میں، سطح کے اثرات (پولی سلفایڈ پرجاتیوں کی تشکیل،) کی وجہ سے کوویٹلائٹ اور چالکوسائٹ کے مقابلے میں چالکوپرائٹ کو کیمیائی طور پر تحلیل کرنا زیادہ مشکل ہے۔ سی ایل-آئنوں کی موجودگی کو کسی بھی تشکیل شدہ سلفایٔڈ کی سطح کی مورفولوجی کو تبدیل کرنے کے لیے تجویز کیا گیا ہے، جس سے سلفایٔڈ معدنیات کو غیر فعال ہونے سے روک کر زیادہ آسانی سے خارج ہونے کی اجازت ملتی ہے۔ ڈی ای ایس زیادہ تر آکسائڈ کیمسٹری کو نظرانداز کرتے ہوئے، زیادہ تر اضافی نمک یا تیزاب کے ارتکاز کی ضرورت کو کم کرتے ہوئے، ایک اعلی سی ایل-آئن ارتکاز اور کم پانی کا مواد فراہم کرتے ہیں۔ اس طرح، سلفایٔڈ معدنیات کے برقی تحلیل نے غیر فعال تہوں کی عدم موجودگی میں ڈی ای ایس میڈیا میں امید افزا نتائج کا مظاہرہ کیا ہے، جس میں دھاتی آئنوں کے حل میں رہائی ہوتی ہے جسے حل سے بازیافت کیا جا سکتا ہے۔ تانبے کے سلفایٔڈ معدنیات سے تانبے کو ایتھالائن کے ساتھ نکالنے کے دوران، چالکوسائٹ (کیو 2 ایس) اور کووایلائٹ (کیو ایس) ایک پیلا محلول پیدا کرتے ہیں، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ [کیو سی ایل 4] 2− کمپلیکس بنتے ہیں۔ دریں اثنا، چالکوپائیرائٹ سے بنے محلول میں، کیو 2 + اور کیو + پرجاتیوں کی وجہ کیتھوڈ پر فی 2 + پرجاتیوں کو کم کرنے کی نسل ہے۔ چالکوپرائٹ سے تانبے (> 97 ٪) کی بہترین انتخابی بازیابی 20 ڈبلیو ٹی۔ ٪ سی ایچ سی ایل-آکسیلیک ایسڈ اور 80 ڈبلیو ٹی۔ ٪ ایتھلین کے مخلوط ڈی ای ایس کے ساتھ حاصل کی جا سکتی ہے۔ آئنومیٹلرجی کے ساتھ آکسائڈ مرکبات سے دھات کی بازیابی آکسائڈ میٹرکس سے دھاتوں کی بازیابی عام طور پر معدنی ایسڈ کا استعمال کرتے ہوئے کی جاتی ہے۔ تاہم، ڈی ای ایس میں دھاتی آکسائڈ کی برقی کیمیائی تحلیل پی ایچ غیر جانبدار حلوں میں تحلیل کو 10,000 گنا سے زیادہ بڑھانے کی اجازت دے سکتی ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ آئنک آکسائڈز جیسے ZnO میں ChCl: میلونک ایسڈ، ChCl: یوریا اور ایتھلین میں زیادہ گھلنشیلتا ہوتی ہے، جو آبی تیزابیت کے حل جیسے HCl میں گھلنشیلتا سے مشابہت رکھتے ہیں۔ تاہم، کوولینٹ آکسائڈز جیسے ٹی او او 2، تقریبا کوئی گھلنشیلتا ظاہر نہیں کرتے ہیں۔ دھاتی آکسائڈ کی برقی کیمیائی تحلیل کا بہت زیادہ انحصار ایچ بی ڈی یعنی پروٹون کی سرگرمی پر ہوتا ہے۔ پروٹانوں کی آکسیجن قبول کرنے والوں کے طور پر کام کرنے کی صلاحیت، اور درجہ حرارت پر۔ یہ اطلاع دی گئی ہے کہ کم پی ایچ ویلیو کے یوٹیکٹک آئنک سیال، جیسے کہ سی ایچ سی ایل: آکسیلیک ایسڈ اور سی ایچ سی ایل: لیکٹک ایسڈ، زیادہ پی ایچ (جیسے، سی ایچ سی ایل: ایسیٹک ایسڈ) کے مقابلے میں بہتر گھلنشیلتا کی اجازت دیتے ہیں۔ لہذا، مثال کے طور پر، مختلف کاربوکسلک ایسڈ کو ایچ بی ڈی کے طور پر استعمال کرکے مختلف گھلنشیلتیں حاصل کی جا سکتی ہیں۔ آؤٹ لک فی الحال، عملی برقی کیمیائی حالات کے تحت زیادہ تر آئنک مائعوں کا استحکام نامعلوم ہے، اور آئنک سیال کا بنیادی انتخاب اب بھی تجرباتی ہے کیونکہ گھلنشیلتا اور سپیسیشن ماڈلز میں فیڈ کرنے کے لیے دھاتی آئن تھرموڈینامکس کے بارے میں تقریبا کوئی ڈیٹا موجود نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، کوئی پوربیکس خاکے دستیاب نہیں ہیں، کوئی معیاری ریڈوکس پوٹینشل نہیں ہیں، اور سپیسیشن یا پی ایچ ویلیوز کا محض علم ہے۔ یہ بات ذہن میں رکھنی چاہیے کہ آئنک سیالوں پر مشتمل ادب میں رپورٹ کیے گئے زیادہ تر عمل میں ٹیکنالوجی کی تیاری کی سطح (ٹی آر ایل) 3 (تجرباتی پروف آف کانسیپٹ) یا 4 (لیب میں تصدیق شدہ ٹیکنالوجی) ہوتی ہے، جو قلیل مدتی نفاذ کے لیے ایک نقصان ہے۔ تاہم، آئنومیٹلرجی میں زیادہ انتخابی اور پائیدار طریقے سے دھاتوں کو مؤثر طریقے سے بازیافت کرنے کی صلاحیت ہے، کیونکہ یہ ماحولیاتی طور پر نرم سالوینٹس، گرین ہاؤس گیس کے اخراج میں کمی اور تباہ کن اور نقصان دہ ریجینٹس سے بچنے پر غور کرتا ہے۔ حوالہ جات دھات کاری