धातु और मिश्रधातु के बीच अंतर

धातु उत्पादन प्रक्रिया की विस्तृत व्याख्या

धातु सामग्री का उत्पादन अयस्क निष्कर्षण से लेकर अंतिम उत्पाद तक कई चरणों में होता है। विभिन्न धातुओं (जैसे लोहा, एल्यूमीनियम, तांबा और स्टेनलेस स्टील) की प्रक्रिया प्रवाह अलग-अलग होता है, लेकिन मुख्य लिंक समान होते हैं। निम्नलिखित विशिष्ट धातुओं की औद्योगिक उत्पादन प्रक्रिया है:
1. खनन और अयस्क ड्रेसिंग
(1) अयस्क खनन
- लौह अयस्क (हेमेटाइट Fe₂O₃, मैग्नेटाइट Fe₃O₄)
- बॉक्साइट (Al₂O₃)
- तांबा अयस्क (चालकोपाइराइट CuFeS₂)
विधि: ओपन-पिट माइनिंग या भूमिगत खदानें।
(2) अयस्क ड्रेसिंग
- क्रशिंग और ग्राइंडिंग: अयस्क को बारीक कणों में कुचलना।
- फ्लोटेशन/चुंबकीय पृथक्करण: अशुद्धियों से धातु खनिजों को अलग करना (जैसे लौह सांद्रण निकालने के लिए चुंबकीय विभाजक का उपयोग करना)।
- सांद्रण: उच्च-शुद्धता वाले खनिज प्राप्त करना (जैसे 60% से अधिक लोहा युक्त लौह सांद्रण)।
2. प्रगलन (धातु निष्कर्षण)
(1) पाइरोमेटलर्जी (उच्च तापमान में कमी)
लागू धातुएँ: लोहा, तांबा, सीसा, जस्ता, आदि।
- ब्लास्ट फर्नेस आयरनमेकिंग:
- कच्चा माल: लौह अयस्क + कोक (घटाने वाला एजेंट) + चूना पत्थर (फ्लक्स)।
- प्रतिक्रिया: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (तापमान 1500 डिग्री सेल्सियस)।
- उत्पाद: कच्चा लोहा (2-4% कार्बन युक्त, जिसे आगे स्टील बनाने की आवश्यकता होती है)।
- कनवर्टर/इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस स्टीलमेकिंग:
- डीकार्बराइजेशन: कच्चे लोहे में कार्बन की मात्रा को कम करने के लिए ऑक्सीजन उड़ाना (जैसे 15-20 मिनट के लिए कनवर्टर स्टीलमेकिंग)।
- मिश्रधातु बनाना: स्टेनलेस स्टील बनाने के लिए क्रोमियम, निकल, आदि मिलाना।
(2) हाइड्रोमेटलर्जी (रासायनिक विघटन)
लागू धातुएँ: एल्यूमीनियम, सोना, यूरेनियम, आदि।
- एल्यूमीनियम के लिए बेयर प्रक्रिया:
1. बॉक्साइट + NaOH → Al₂O₃ को घोलें।
2. शुद्ध एल्यूमीनियम प्राप्त करने के लिए एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) का इलेक्ट्रोलाइज करें (हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया)।
(3) इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन
लागू धातुएँ: तांबा (शुद्धता 99.99%), जस्ता, निकल।
- तांबे के अयस्क का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है, शुद्ध तांबे की शीट का उपयोग कैथोड के रूप में किया जाता है, और कॉपर सल्फेट घोल का इलेक्ट्रोलाइज किया जाता है।
3. कास्टिंग और मोल्डिंग
(1) कास्टिंग
- सैंड कास्टिंग: कम लागत, जटिल आकृतियों के लिए उपयुक्त (जैसे इंजन सिलेंडर)।
- कंटीन्यूअस कास्टिंग: स्टील बिलेट्स और एल्यूमीनियम स्लैब का सीधा उत्पादन (बढ़ी हुई दक्षता)।
(2) हॉट वर्किंग
- हॉट रोलिंग: पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान से ऊपर गर्म करना और रोलिंग करना (जैसे स्टील प्लेटें और तांबे की ट्यूब)।
- फोर्जिंग: दबाव मोल्डिंग (जैसे क्रैंकशाफ्ट और विमानन भाग)।
(3) कोल्ड वर्किंग
- कोल्ड रोलिंग/ड्राइंग: ताकत बढ़ाने के लिए कमरे के तापमान पर प्रसंस्करण (जैसे स्टेनलेस स्टील शीट, तांबे का तार)।
- स्टैम्पिंग/कटिंग: अंतिम भाग बनाना (जैसे कार के खोल)।
4. हीट ट्रीटमेंट

प्रौद्योगिकी

लक्ष्य

एक उदाहरण दें

एनील

धातु को नरम करें और तनाव से राहत दें

तन्यता में सुधार के लिए एनील्ड कॉपर वायर

क्वेंचिंग + टेम्पलिंग

कठोरता और क्रूरता में सुधार करें

टूल स्टील टूल

सॉल्यूशन ट्रीटमेंट

समान मिश्र धातु तत्व (जैसे, स्टेनलेस स्टील)

304 स्टेनलेस स्टील को 1100 डिग्री सेल्सियस पर गर्म किया जाता है

5. सतह उपचार
- जंग से बचाव: इलेक्ट्रोगाल्वेनाइजिंग (जस्ती स्टील), एनोडाइजिंग (एल्यूमीनियम)।
- सौंदर्यशास्त्र: पॉलिशिंग (मिरर स्टेनलेस स्टील), स्प्रेइंग (कलर एल्यूमीनियम प्लेट)।
- कार्यात्मक कोटिंग: पीवीडी कोटिंग (घिसाव प्रतिरोधी उपकरण)।
6. गुणवत्ता निरीक्षण
- संरचना विश्लेषण: तत्व सामग्री का पता लगाने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर।
- यांत्रिक परीक्षण: तन्यता परीक्षण, कठोरता परीक्षण।
- गैर-विनाशकारी परीक्षण: एक्स-रे निरीक्षण, अल्ट्रासोनिक दरार का पता लगाना।

मिश्र धातु उत्पादन प्रक्रिया की विस्तृत व्याख्या
मिश्र धातुएँ दो या दो से अधिक धातुओं (या धातुओं और गैर-धातुओं) से बने पदार्थ हैं, जो संलयन, सिंटरिंग या अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से बनाई जाती हैं, और शुद्ध धातुओं की तुलना में बेहतर गुण होते हैं, जैसे उच्च शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध या विशेष कार्य। निम्नलिखित एक विशिष्ट मिश्र धातु उत्पादन प्रक्रिया है:
1. कच्चे माल की तैयारी
- मुख्य धातु सब्सट्रेट: जैसे लोहा (Fe), एल्यूमीनियम (Al), तांबा (Cu), निकल (Ni), आदि।
- मिश्र धातु तत्व:
- बेहतर प्रदर्शन: क्रोमियम (Cr), मोलिब्डेनम (Mo), मैंगनीज (Mn), सिलिकॉन (Si), आदि।
- बेहतर प्रसंस्करण क्षमता: कार्बन (C), सल्फर (S), फास्फोरस (P) (सामग्री को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए)।
- सहायक सामग्री: फ्लक्स (जैसे चूना पत्थर CaO), डीऑक्सीडाइज़र (जैसे एल्यूमीनियम Al), सुरक्षात्मक गैस (जैसे आर्गन Ar)।
2. पिघलने की प्रक्रिया
(1) संघटक गणना
लक्ष्य मिश्र धातु संरचना (जैसे 304 स्टेनलेस स्टील को 18%Cr+8%Ni की आवश्यकता होती है) के अनुसार, कच्चे माल को सटीक रूप से तौलें।
(2) पिघलने की विधि

प्रगलन मोड

अनुप्रयोग परिदृश्य

विशिष्टता

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (EAF)

स्टेनलेस स्टील, विशेष मिश्र धातु

उच्च तापमान (1600 डिग्री सेल्सियस+), सटीक संरचना नियंत्रण

इंडक्शन फर्नेस

छोटे बैच उच्च शुद्धता वाली मिश्र धातुएँ (जैसे निकल-आधारित मिश्र धातुएँ)

कोई प्रदूषण नहीं, समान संरचना

कनवर्टर (AOD/VOD)

स्टेनलेस स्टील डीकार्बराइजेशन शोधन

कम कार्बन सामग्री और क्रोमियम हानि को कम करें

मुख्य चरण:
- पिघलना: धातु को तरल अवस्था में गर्म करना (उदाहरण के लिए, लौह-आधारित मिश्र धातुओं के लिए लगभग 1500-1600 डिग्री सेल्सियस)।
- मिश्रधातु बनाना: मिश्र धातु तत्व (जैसे क्रोमियम, निकल) मिलाना और समान मिश्रण सुनिश्चित करने के लिए हिलाना।
- शोधन:
- डीऑक्सीडेशन: ऑक्सीजन अशुद्धियों को हटाने के लिए एल्यूमीनियम/सिलिकॉन मिलाना।
- डिसल्फराइजेशन/फास्फोरस: फ्लक्स (जैसे CaO) प्रतिक्रिया के माध्यम से हानिकारक तत्वों को हटाना।
3. कास्टिंग या कंटीन्यूअस कास्टिंग
- मोल्ड कास्टिंग: तरल मिश्र धातु को एक मोल्ड में डाला जाता है और आकार देने के लिए ठंडा किया जाता है (छोटे बैचों के जटिल भागों के लिए उपयुक्त)।
- कंटीन्यूअस कास्टिंग: स्लैब, स्क्वायर बिलेट्स या राउंड बिलेट्स में सीधे कास्टिंग (बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त, जैसे स्टेनलेस स्टील कॉइल)।
4. हॉट वर्किंग
- हॉट रोलिंग: पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान से ऊपर गर्म करना (उदाहरण के लिए स्टेनलेस स्टील के लिए 1100-1250 डिग्री सेल्सियस) और प्लेटों, बार आदि में रोलिंग करना।
- फोर्जिंग: दबाव से आकार देना (उदाहरण के लिए विमानन मिश्र धातु फोर्जिंग)।
5. कोल्ड वर्किंग (वैकल्पिक)
- कोल्ड रोलिंग/ड्राइंग: ताकत बढ़ाने के लिए कमरे के तापमान पर प्रसंस्करण (जैसे स्टेनलेस स्टील शीट, तांबे के मिश्र धातु के तार)।
- एनीलिंग: वर्क हार्डनिंग को खत्म करें और क्रूरता को बहाल करें (जैसे 304 स्टेनलेस स्टील का एनीलिंग तापमान 1010-1120 डिग्री सेल्सियस)।
6. सतह उपचार
- पिकलिंग: ऑक्साइड स्केल हटाएँ (स्टेनलेस स्टील के लिए HNO₃+HF मिश्रण)।
- पॉलिशिंग/प्लेटिंग: जैसे इलेक्ट्रोगाल्वेनाइजिंग (जस्ती स्टील), पीवीडी कोटिंग (रंगीन स्टेनलेस स्टील)।
7. गुणवत्ता निरीक्षण
- संरचना विश्लेषण: स्पेक्ट्रोमीटर तत्व सामग्री का पता लगाता है।
- यांत्रिक गुण परीक्षण: कठोरता, तन्यता ताकत, प्रभाव परीक्षण।
- गैर-विनाशकारी परीक्षण: एक्स-रे दोष का पता लगाना, आंतरिक दोषों का अल्ट्रासोनिक पता लगाना।
धातुओं और मिश्र धातुओं के बीच अंतर
1. धातु (शुद्ध धातु)
- परिभाषा: एक ही धात्विक तत्व से बना एक पदार्थ (उदाहरण के लिए, शुद्ध लोहा, शुद्ध तांबा, शुद्ध एल्यूमीनियम)।
- विशेषताएं:
- अच्छी विद्युत/तापीय चालकता, लेकिन खराब यांत्रिक गुण (नरम, विकृत करने में आसान)।
- सक्रिय रासायनिक गुण (जैसे शुद्ध लोहा आसानी से जंग खा जाता है)।
- विशिष्ट उपयोग: तार (तांबा), एल्यूमीनियम पन्नी (एल्यूमीनियम) और उच्च शुद्धता आवश्यकताओं वाले अन्य दृश्य।
2. मिश्र धातु
- परिभाषा: दो या दो से अधिक धातुओं (या धातु और गैर-धातु) के संलयन से बना पदार्थ।
- विशेषताएं:
- संरचना को समायोजित करके गुणों (शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, आदि) का अनुकूलन करता है।
- लागत नियंत्रण (जैसे स्टेनलेस स्टील की लागत को कम करने के लिए निकल के कुछ हिस्से को मैंगनीज से बदलना)।
- विशिष्ट उदाहरण:
- स्टेनलेस स्टील (लोहा + क्रोमियम + निकल),
- पीतल (तांबा + जस्ता),
- एल्यूमीनियम मिश्र धातु (एल्यूमीनियम + मैग्नीशियम/सिलिकॉन)।

स्टेनलेस स्टील उत्पादों को क्यों चुनें?
स्टेनलेस स्टील (जैसे 304, 316) लौह आधारित मिश्र धातुओं का एक क्लासिक प्रतिनिधि है, और इसके मुख्य लाभ इस प्रकार हैं:
1. संक्षारण प्रतिरोध
- क्रोमियम की भूमिका: जब क्रोमियम की मात्रा 10.5% से अधिक होती है, तो सतह पर एक सघन क्रोमियम ऑक्साइड (Cr₂O₃) पैसिवेशन फिल्म बनती है जो पानी के ऑक्सीजन को अलग करती है।
- तुलना:
- साधारण कार्बन स्टील: जंग लगना आसान है, अतिरिक्त गैल्वेनाइजिंग/पेंटिंग की आवश्यकता होती है।
एल्यूमीनियम: हालांकि वायुमंडलीय संक्षारण के लिए प्रतिरोधी है, लेकिन एसिड और क्षार के लिए प्रतिरोधी नहीं है।
2. उच्च शक्ति और स्थायित्व
- वर्क हार्डनिंग: कोल्ड रोलिंग के बाद ताकत में काफी सुधार किया जा सकता है (जैसे कोल्ड रोलिंग के बाद 304 तन्यता ताकत में 50% की वृद्धि)।
- उच्च तापमान प्रदर्शन: ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (जैसे 310S) 800 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रहता है।
3. स्वच्छता और सौंदर्यशास्त्र
- कोई कोटिंग नहीं: कोटिंग संदूषण से बचने के लिए कोई प्लेटिंग या पेंटिंग की आवश्यकता नहीं है (खाद्य ग्रेड अनुप्रयोग जैसे रसोई के उपकरण, सर्जिकल उपकरण)।
- सतह विविधता: पॉलिश (मिरर), ब्रश (मैट), प्लेटेड (पीवीडी), आदि।
4. पर्यावरण के अनुकूल और पुन: प्रयोज्य
- 100% पुन: प्रयोज्य: अपशिष्ट स्टेनलेस स्टील को प्रदर्शन क्षीणन के बिना सीधे फिर से पिघलाया जा सकता है।
- लंबा जीवन: निर्माण में उपयोग किए जाने वाले स्टेनलेस स्टील का जीवन (जैसे 316L पर्दे की दीवार) 50 वर्षों से अधिक तक पहुंच सकता है, जिससे संसाधन बर्बाद होते हैं।
5. अर्थशास्त्र (दीर्घकालिक परिप्रेक्ष्य)
- प्रारंभिक लागत: स्टेनलेस स्टील कार्बन स्टील की तुलना में 2 से 3 गुना अधिक महंगा है, लेकिन यह रखरखाव-मुक्त है (कोई एंटी-रस्ट उपचार आवश्यक नहीं है)।
- मामला: रासायनिक भंडारण टैंक: कार्बन स्टील को नियमित रूप से बदलने की आवश्यकता होती है, स्टेनलेस स्टील एक बार का निवेश अधिक लागत प्रभावी है।

स्टेनलेस स्टील का चयन कब नहीं करना चाहिए?
1. अत्यधिक बजट बाधाएँ: अल्पकालिक परियोजनाओं के लिए कार्बन स्टील + एंटी-रस्ट कोटिंग का उपयोग किया जा सकता है।
2. अल्ट्रा-लाइटवेट मांग: एल्यूमीनियम मिश्र धातु या टाइटेनियम मिश्र धातु हल्का (जैसे एयरोस्पेस)।
3. अल्ट्रा-उच्च तापमान वातावरण: निकल-आधारित मिश्र धातुएँ (जैसे इनकोनेल) अधिक गर्मी प्रतिरोधी हैं।