एल्युमिनियम को कैसे परिष्कृत किया जाता है और इसमें कौन-कौन से तत्व होते हैं?

एल्युमिनियम (Al) एक हल्का, चांदी जैसा सफेद धातु है जो पृथ्वी की परत में ऑक्सीजन और सिलिकॉन के बाद तीसरा सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है। हालांकि, इसकी उच्च रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता के कारण, यह प्राकृतिक रूप से अपने शुद्ध धात्विक रूप में नहीं पाया जाता है। इसके बजाय, यह यौगिकों में पाया जाता है, मुख्य रूप से बॉक्साइट अयस्क में, जो हाइड्रेटेड एल्युमिनियम ऑक्साइड का मिश्रण है जिसमें गिबसाइट (Al(OH)₃), बोहेमाइट (AlO(OH)) और डायस्पोर शामिल हैं।

दो चरणों में शोधन प्रक्रिया

कच्चे बॉक्साइट से लेकरउच्च शुद्धता वाले एल्यूमीनियम में शामिल हैंदो अलग-अलग औद्योगिक प्रक्रियाएं।

पहला चरण बायर प्रक्रिया है, जिसे 1888 में विकसित किया गया था। पिसे हुए बॉक्साइट को दबाव में गर्म सोडियम हाइड्रॉक्साइड के घोल के साथ मिलाया जाता है, जिससे एल्यूमीनियम युक्त खनिज घुल जाते हैं जबकि लौह ऑक्साइड और सिलिका जैसी अशुद्धियाँ पीछे रह जाती हैं। परिणामी सोडियम एल्यूमिनेट घोल को छानकर लाल मिट्टी के अवशेष को अलग किया जाता है, जिसमें एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड क्रिस्टल मिलाए जाते हैं, और लगभग 1,100°C पर गर्म करके शुद्ध सफेद एल्यूमिना, या एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) प्राप्त किया जाता है। अब विश्व के 90% से अधिक एल्यूमिना का उत्पादन इसी विधि से होता है।

दूसरा चरण हॉल हेरौल्ट प्रक्रिया है। एल्यूमिना का गलनांक 2,000°C से अधिक होता है, जिससे प्रत्यक्ष विद्युत अपघटन अव्यावहारिक हो जाता है। इसका समाधान एल₂O₃ को पिघले हुए क्रायोलाइट (Na₃AlF₆) में घोलने में निहित है, जिससे परिचालन तापमान लगभग 950~1,000°C तक कम हो जाता है। फिर मिश्रण में विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है। पिघला हुआ एल्युमिनियम नीचे (कैथोड) एकत्रित हो जाता है, जबकि ऑक्सीजन कार्बन एनोड के साथ मिलकर CO₂ बनाती है। यह इलेक्ट्रोलाइटिक विधि प्राथमिक एल्युमिनियम के उत्पादन की एकमात्र औद्योगिक प्रक्रिया बनी हुई है, जिससे 99.5~99.8% शुद्धता वाली धातु प्राप्त होती है।

एल्युमिनियम में कौन-कौन से तत्व होते हैं?

शुद्ध एल्युमीनियम में केवल एल्युमीनियम तत्व होता है, जिसका परमाणु क्रमांक 13 और परमाणु भार लगभग 26.98 ग्राम/मोल होता है। व्यावसायिक शुद्धता वाले एल्युमीनियम (98.8–99.7% एल्युमीनियम) में प्राकृतिक अशुद्धियों के रूप में लोहे और सिलिकॉन की थोड़ी मात्रा पाई जाती है। हालाँकि, अधिकांशअनुप्रयोग एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं पर निर्भर करते हैंजहां यांत्रिक गुणों को अनुकूलित करने के लिए जानबूझकर विशिष्ट तत्वों को जोड़ा जाता है।

संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए, 6000 श्रृंखला (जैसे, 6061) में मैग्नीशियम और सिलिकॉन को मुख्य मिश्रधातु तत्वों के रूप में उपयोग किया जाता है, आमतौर पर 0.8~1.2% Mg और 0.400~0.8% Si। यह मिश्रधातु मध्यम शक्ति, अच्छी वेल्डेबिलिटी और बेहतर मशीनेबिलिटी का उत्कृष्ट संतुलन प्रदान करती है।

उच्च शक्ति की आवश्यकताओं के लिए, 7000 श्रृंखला (जैसे, 7075) में जस्ता और तांबा मुख्य मिश्रधातु तत्व के रूप में शामिल होते हैं, जिनमें लगभग 5.16~0.1% जस्ता और 1.2~2.0% तांबा होता है। 7075 का T6 टेम्पर 6061-T6 की तुलना में लगभग दोगुनी तन्यता शक्ति प्रदान करता है, जिससे यह एयरोस्पेस और उच्च प्रदर्शन संरचनात्मक घटकों के लिए पसंदीदा सामग्री बन जाता है।

व्यावसायिक मिश्र धातुओं में क्रोमियम, मैंगनीज और टाइटेनियम की थोड़ी मात्रा भी पाई जाती है, जो कणों के आकार को परिष्कृत करने और जंग प्रतिरोध में भूमिका निभाती है। विशिष्ट मशीनिंग या निर्माण आवश्यकताओं के लिए सही सामग्री का चयन करने के लिए प्रत्येक मिश्र धातु की सटीक मौलिक संरचना को समझना आवश्यक है।