43. द्वितीयक एवं उर्वरक उर्वरक: जिंक सल्फेट एवं फेरस सल्फेट का निर्माण (SECONDARY AND MICRONUTRIENT FERTILIZERS: MANUFACTURING OF ZINC SULPHATE AND FERROUS SULPHATE)

जिंक (Zinc - जस्ता) का निष्कर्षण एवं निर्माण

जिंक उपयोग में आने वाली चौथी सबसे आम धातु है, जो लोहे, एल्युमीनियम और तांबे के बाद आती है, जिसका वार्षिक उत्पादन लगभग 12 मिलियन टन है। दुनिया का सबसे बड़ा जिंक उत्पादक नायरस्टार है, जो ऑस्ट्रेअवशोषितई OZ मिनरल्स और बेल्जियम की यूमिकोर का विलय है। दुनिया के जिंक का लगभग 70% खनन से उत्पन्न होता है, जबकि शेष 30% द्वितीयक जिंक के पुनर्चक्रण से आता है। व्यावसायिक रूप से शुद्ध जिंक को स्पेशल हाई ग्रेड, जिसे अक्सर SHG कहा जाता है, के रूप में जाना जाता है और यह 99.995% शुद्ध होता है।

दुनिया भर में, 95% जिंक का खनन सल्फाइड अयस्क जमा से किया जाता है, जिसमें स्फेलेराइट (Sphalerite - $ZnS$) लगभग हमेशा तांबे, सीसा और लोहे के सल्फाइड के साथ मिला होता है। दुनिया भर में जिंक की खदानें हैं, जिनमें मुख्य खनन क्षेत्र चीन, ऑस्ट्रेलिया और पेरू हैं। चीन ने 2010 में वैश्विक जिंक उत्पादन का 29% उत्पादन किया था।

जिंक धातु का निष्कर्षण:

अयस्क को पीसने के बाद, फ्रॉथ फ्लोटेशन (Froth flotation - झाग प्लवन विधि) का उपयोग अयस्क सांद्रण प्राप्त करने के लिए किया जाता है, जो उनके हाइड्रोफोबिसिटी में अंतर का लाभ उठाकर गैंग (gangue / अशुद्धियों) से खनिजों को चुनिंदा रूप से अलग करता है। इस प्रक्रिया द्वारा लगभग 50% जिंक का अंतिम सांद्रण प्राप्त किया जाता है, जिसमें शेष सांद्रण सल्फर (32%), लोहा (13%) और सिलिका $SiO_2$ (5%) होता है।

रोस्टिंग (भूनना - Roasting):

प्रसंस्करण के दौरान उत्पन्न जिंक सल्फाइड सांद्रण को रोस्टिंग के माध्यम से जिंक ऑक्साइड ($ZnO$) में परिवर्तित किया जाता है:

$$2 ZnS + 3 O_2 \rightarrow 2 ZnO + 2 SO_2$$

सल्फर डाइऑक्साइड ($SO_2$) का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड ($H_2SO_4$) के उत्पादन के लिए किया जाता है, जो निक्षालनिंग प्रक्रिया के लिए आवश्यक है। यदि जिंक उत्पादन के लिए जिंक कार्बोनेट, जिंक सिलिकेट या जिंक स्पिनल (जिंक निक्षेप) का उपयोग किया जाता है तो रोस्टिंग को छोड़ा जा सकता है। आगे के प्रसंस्करण के लिए दो बुनियादी तरीकों का उपयोग किया जाता है: पायरोमेटलर्जी या इलेक्ट्रोविनिंग।

• 1. पायरोमेटलर्जी: यह 950°C (1,740°F) पर कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ जिंक ऑक्साइड को धातु में न्यून कर देता है, जिसे जिंक वाष्प के रूप में डिस्टिल किया जाता है। जिंक वाष्प को कंडेनसर में एकत्र किया जाता है।
  $$2 ZnO + C \rightarrow 2 Zn + CO_2$$
  $$ZnO + CO \rightarrow Zn + CO_2$$
• 2. इलेक्ट्रोविनिंग: यह सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा अयस्क सांद्रण से जिंक को निक्षालन करता है।
  $$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$$
  इस चरण के बाद जिंक धातु का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग किया जाता है।
  $$2 ZnSO_4 + 2 H_2O \rightarrow 2 Zn + 2 H_2SO_4 + O_2$$
  पुनर्जीवित सल्फ्यूरिक एसिड को निक्षालनिंग चरण में पुनर्चक्रित किया जाता है।

फेरस सल्फेट का निर्माण

प्लेटिंग या कोटिंग से पहले स्टील की फिनिशिंग में, स्टील शीट या रॉड को सल्फ्यूरिक एसिड के पिकलिंग बाथ से गुजारा जाता है। यह उपचार उप-उत्पाद (by-product) के रूप में भारी मात्रा में आयरन (II) सल्फेट (फेरस सल्फेट) का उत्पादन करता है।

$$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2$$

भारी मात्रा का एक अन्य स्रोत सल्फेट प्रक्रिया के माध्यम से इल्मेनाइट से टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन है। फेरस सल्फेट को व्यावसायिक रूप से पाइराइट के ऑक्सीकरण द्वारा भी तैयार किया जाता है:

$$2 FeS_2 + 7 O_2 + 2 H_2O \rightarrow 2 FeSO_4 + 2 H_2SO_4$$

प्रतिक्रियाएं (Reactions):

• "टूटना" आम बोलचाल: गर्म करने पर, आयरन (II) सल्फेट सबसे पहले अपने क्रिस्टलीकरण के पानी को खो देता है और मूल हरे रंग के क्रिस्टल गंदे-पीले (dirty-yellow) निर्जल ठोस में परिवर्तित हो जाते हैं। जब और गर्म किया जाता है, तो निर्जल पदार्थ सल्फर डाइऑक्साइड और सल्फर ट्राइऑक्साइड का सफेद धुआं छोड़ता है, जिससे लाल-भूरा आयरन (III) ऑक्साइड निकल जाता है। आयरन (II) सल्फेट का उर्वरक लगभग 480°C पर शुरू होता है।
  $$2 FeSO_4 \rightarrow Fe_2O_3 + SO_2 + SO_3$$
• अपचायक गुण: सभी आयरन (II) लवणों की तरह, आयरन (II) सल्फेट एक अपचायक एजेंट है। उदाहरण के लिए, यह नाइट्रिक एसिड को उर्वरक ऑक्साइड में और क्लोरीन को क्लोराइड में परिवर्तित देता है:
  $$6 FeSO_4 + 3 H_2SO_4 + 2 HNO_3 \rightarrow 3 Fe_2(SO_4)_3 + 4 H_2O + 2 NO$$
  $$6 FeSO_4 + 3 Cl_2 \rightarrow 2 Fe_2(SO_4)_3 + 2 FeCl_3$$
• हवा के संपर्क में: हवा के संपर्क में आने पर, यह ऑक्सीकृत होकर मूल फेरिक सल्फेट का संक्षारक भूरा-पीला लेप (corrosive brown-yellow coating) बनाता है, जो फेरिक ऑक्साइड और फेरिक सल्फेट का एक जोड़ है:
  $$12 FeSO_4 + 3 O_2 \rightarrow 4 Fe_2(SO_4)_3 + 2 Fe_2O_3$$