चाल्कोपाइराइट

चाल्कोपीराइट एक तांबा लौह सल्फाइड खनिज और सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तांबा अयस्क खनिज है। इसका रासायनिक सूत्र CuFeS है2 और चतुष्कोणीय प्रणाली में क्रिस्टलीकृत हो जाता है। इसमें पीतल जैसा सुनहरा पीला रंग है और खनिज कठोरता के मोह्स पैमाने पर मोह्स कठोरता स्केल 3.5 से 4 है। इसकी धारियाँ (खनिज विज्ञान) हरे-रंग वाले काले रंग के रूप में निदान की जाती हैं। हवा के संपर्क में आने पर, च्लोकोपाइराइट विभिन्न प्रकार के ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और सल्फेट्स में बदल जाता है। संबद्ध तांबे के खनिजों में सल्फाइड बोर्नाइट (Cu.) शामिल हैं5फेज़4), च्लोकोसाइट ्स (Cu2S), कोवेलाइट (CuS), डाइजेनाइट (Cu9S5); कार्बोनेट जैसे मैलाकाइट और अज़ूराइट, और शायद ही कभी ऑक्साइड जैसे कपराइट (Cu2ओ). यह देशी तांबे के साथ कम ही पाया जाता है। चाल्कोपीराइट विद्युत का सुचालक है। विभिन्न तरीकों का उपयोग करके च्लोकोपाइराइट अयस्क से तांबा निकाला जा सकता है। दो प्रमुख विधियाँ पायरोमेटालर्जी और जलधातुकर्म हैं, पहला व्यावसायिक रूप से सबसे व्यवहार्य है।

व्युत्पत्ति
चाल्कोपीराइट नाम ग्रीक शब्दों से आया है, जिसका अर्थ है तांबा, और ', जिसका अर्थ है आग लगाना। इसे कभी-कभी ऐतिहासिक रूप से पीला तांबा कहा जाता था।

पहचान
चाल्कोपाइराइट को अक्सर पाइराइट और सोने के साथ भ्रमित किया जाता है क्योंकि इन तीनों खनिजों का रंग पीला और धात्विक चमक होती है। कुछ महत्वपूर्ण खनिज विशेषताएं जो इन खनिजों को अलग करने में मदद करती हैं वे हैं कठोरता और लकीर। चाल्कोपाइराइट, पाइराइट की तुलना में बहुत नरम होता है और इसे चाकू से खरोंचा जा सकता है, जबकि पाइराइट को चाकू से खरोंचा नहीं जा सकता। हालाँकि, च्लोकोपाइराइट सोने की तुलना में कठिन होता है, जो शुद्ध होने पर तांबे से खरोंच सकता है। च्लोकोपाइराइट में हरे धब्बों के साथ एक विशिष्ट काली धारियाँ होती हैं। पाइराइट में एक काली धारियाँ होती हैं और सोने में एक पीली धारियाँ होती हैं।

रसायन विज्ञान
प्राकृतिक च्लोकोपाइराइट में किसी अन्य सल्फाइड खनिज के साथ कोई ठोस समाधान श्रृंखला नहीं है। च्लोकोपाइराइट में स्पैलेराइट के समान क्रिस्टल संरचना होने के बावजूद तांबे के साथ जस्ता का प्रतिस्थापन सीमित है।

चांदी, सोना, कैडमियम, कोबाल्ट, निकल, सीसा, टिन और जस्ता जैसे तत्वों की मामूली मात्रा को मापा जा सकता है (प्रति मिलियन भागों में), संभवतः तांबे और लोहे के स्थान पर। सेलेनियम, बिस्मथ, टेल्यूरियम और आर्सेनिक थोड़ी मात्रा में सल्फर का स्थान ले सकते हैं। चाल्कोपीराइट को मैलाकाइट, अज़ूराइट और क्यूप्राइट बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जा सकता है।

संरचना
च्लोकोपाइराइट टेट्रागोनल क्रिस्टल प्रणाली का एक सदस्य है। क्रिस्टलोग्राफ़िक रूप से च्लोकोपीराइट की संरचना जिंक मिश्रण ZnS (स्पैलेराइट) से निकटता से संबंधित है। यूनिट सेल दोगुना बड़ा है, जो Cu के एक विकल्प को दर्शाता है+और Fe3+आयन Zn की जगह लेते हैंआसन्न कोशिकाओं में 2+ आयन। पाइराइट संरचना के विपरीत च्लोकोपाइराइट में एकल एस होता है 2−डाइसल्फाइड जोड़े के बजाय सल्फाइड आयन। एक और अंतर यह है कि लौह धनायन पाइराइट की तरह प्रतिचुम्बकत्व  कम स्पिन Fe(II) नहीं है।

क्रिस्टल संरचना में, प्रत्येक धातु आयन चतुष्फलकीय रूप से 4 सल्फर आयनों से समन्वित होता है। प्रत्येक सल्फर आयन दो तांबे के परमाणुओं और दो लोहे के परमाणुओं से बंधा होता है।

पैराजेनेसिस
च्लोकोपाइराइट विभिन्न अयस्क उत्पत्ति प्रक्रियाओं के माध्यम से कई अयस्क-असर वाले वातावरण में मौजूद है।

चाल्कोपीराइट ज्वालामुखीय विशाल सल्फाइड अयस्क जमा और तलछटी निःश्वास जमा में मौजूद है, जो हाइड्रोथर्मल परिसंचरण के दौरान तांबे के जमाव से बनता है। चाल्कोपाइराइट इस वातावरण में द्रव परिवहन के माध्यम से केंद्रित होता है। मेग्मा  के आरोहण और क्रिस्टलीकरण के दौरान ग्रेनाइट भंडार के भीतर तांबे की सांद्रता से पोर्फिरी तांबे के अयस्क भंडार का निर्माण होता है। इस वातावरण में च्लोकोपीराइट एक मैग्मैटिक प्रणाली के भीतर एकाग्रता द्वारा निर्मित होता है।

च्लोकोपीराइट कम्बाल्डा प्रकार के कोमाटिटिक निकल अयस्क भंडार में एक सहायक खनिज है, जो सल्फाइड-संतृप्त अल्ट्रामैफिक लावा में अमिश्रणीय से बनता है। इस वातावरण में एक अमिश्रणीय सिलिकेट तरल से तांबे को अलग करने वाले सल्फाइड तरल द्वारा चाल्कोपीराइट का निर्माण होता है।

चाल्कोपीराइट कांस्य युग के बाद से तांबे का सबसे महत्वपूर्ण अयस्क रहा है।

घटना
भले ही चाल्कोपीराइट में अन्य खनिजों की तुलना में इसकी संरचना में सबसे अधिक तांबा नहीं होता है, यह सबसे महत्वपूर्ण तांबा अयस्क है क्योंकि यह कई इलाकों में पाया जा सकता है। चाल्कोपीराइट अयस्क विभिन्न प्रकार के अयस्कों में पाया जाता है, जैसे टिमिंस, ओन्टारियो में विशाल द्रव्यमान से लेकर, अनियमित शिरा (भूविज्ञान) और ग्रेनाइट से जुड़े डायराइट घुसपैठ चट्टानों जैसे कि टूटी पहाड़ी, अमेरिकी कॉर्डिलेरा और अमेरिकी कॉर्डिलेरा के पोर्फिरी तांबे के भंडार तक। एंडीज़. कनाडा में अब तक खोजा गया लगभग शुद्ध च्लोकोपीराइट का सबसे बड़ा भंडार टेमागामी ग्रीनस्टोन बेल्ट के दक्षिणी छोर पर था जहां कॉपरफील्ड्स खदान  ने उच्च श्रेणी का तांबा निकाला था। च्लोकोपाइराइट दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में सुपरविशाल ओलिंपिक बांध, दक्षिण ऑस्ट्रेलिया Cu-Au-U जमाव में मौजूद है।

चाल्कोपाइराइट पाइराइट नोड्यूल्स से जुड़े कोयले की परतों में और कार्बोनेट तलछटी चट्टानों में प्रसार के रूप में भी पाया जा सकता है।

तांबे का निष्कर्षण
तांबा धातु मुख्य रूप से दो तरीकों का उपयोग करके चाल्कोपीराइट अयस्क से तांबा निष्कर्षण है: पाइरोमेटालर्जी और हाइड्रोमेटालर्जी। सबसे आम और व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य विधि, पाइरोमेटालर्जी में कुचलना, पीसना, प्लवन, गलाना, शोधन और इलेक्ट्रो-शोधन तकनीक शामिल है। क्रशिंग, लीचिंग, सॉल्वेंट एक्सट्रैक्शन और इलेक्ट्रोविनिंग हाइड्रोमेटलर्जी में उपयोग की जाने वाली तकनीकें हैं। विशेष रूप से च्लोकोपाइराइट के मामले में, दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग (धातुकर्म) का अभ्यास किया जाता है।

पाइरोमेटलर्जिकल प्रक्रियाएं
चाल्कोपाइराइट से तांबा निकालने की सबसे महत्वपूर्ण विधि पाइरोमेटालर्जी है। पाइरोमेटालर्जी का उपयोग आमतौर पर उच्च श्रेणी के अयस्कों के साथ बड़े पैमाने पर तांबे से समृद्ध संचालन के लिए किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि Cu-Fe-S अयस्कों, जैसे च्लोकोपाइराइट, को जलीय घोल में घोलना मुश्किल होता है। इस विधि का उपयोग करके निष्कर्षण प्रक्रिया चार चरणों से गुजरती है:

(1) सांद्रण बनाने के लिए झाग प्लवन का उपयोग करके अयस्क से वांछित तत्वों को अलग करना

(2) सांद्रण को गलाकर उच्च-Cu सल्फाइड मैट बनाना

(3) सल्फाइड मैट को ऑक्सीकरण/परिवर्तित करना, जिसके परिणामस्वरूप अशुद्ध पिघला हुआ तांबा बनता है।

(4) परिणामी तांबे की शुद्धता बढ़ाने के लिए आग और इलेक्ट्रोविनिंग तकनीकों द्वारा शोधन

च्लोकोपाइराइट अयस्क को सीधे गलाया नहीं जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अयस्क मुख्य रूप से गैर-आर्थिक रूप से मूल्यवान सामग्री, या अपशिष्ट चट्टान से बना होता है, जिसमें तांबे की कम सांद्रता होती है। अपशिष्ट पदार्थ की प्रचुरता के परिणामस्वरूप अयस्क को गर्म करने और पिघलाने के लिए बहुत अधिक हाइड्रोकार्बन ईंधन की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक रूप से, तांबे को फ्रॉथ प्लवनशीलता नामक तकनीक का उपयोग करके पहले अयस्क से अलग किया जाता है। अनिवार्य रूप से, अभिकर्मक का उपयोग तांबे को जल-विकर्षक बनाने के लिए किया जाता है, इस प्रकार Cu हवा के बुलबुले पर तैरकर एक प्लवनशीलता सेल में ध्यान केंद्रित करने में सक्षम होता है। च्लोकोपाइराइट अयस्क में 0.5-2% तांबे के विपरीत, झाग प्लवन के परिणामस्वरूप लगभग 30% तांबा युक्त सांद्रण होता है।

इसके बाद सांद्रण को मैट स्मेल्टिंग नामक प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है। मैट स्मेल्टिंग सल्फर और आयरन को रिडॉक्स  करता है लगभग 45-75% तांबे के साथ एक नया सांद्रण (मैट) बनाने के लिए 1250°C भट्टी में प्लवन सांद्रण को पिघलाकर। यह प्रक्रिया आम तौर पर फ़्लैश भट्टियों में की जाती है।  लावा  सामग्री में तांबे की मात्रा को कम करने के लिए, स्लैग को SiO के अतिरिक्त पिघलाकर रखा जाता है2 फ्लक्स सांद्रण और स्लैग के बीच अमिश्रणता को बढ़ावा देना। उप-उत्पादों के संदर्भ में, मैट गलाने वाला तांबा SO का उत्पादन कर सकता है2 गैस जो पर्यावरण के लिए हानिकारक है, इस प्रकार इसे सल्फ्यूरिक एसिड के रूप में ग्रहण किया जाता है। उदाहरण प्रतिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:

(1) 2CuFeS2 (s) + पी.ए. भाई2(g) ->साथ2S-0.5FeS(l) +1. हल्के रहो(s) + ए. उसे अकेला छोड़ दो2(g) (ए) अव(s) + SiO2(s) ->फ़े2यह4(l)

रूपांतरण (धातुकर्म) में सल्फर और लोहे को हटाने के लिए मैट को एक बार फिर ऑक्सीकरण करना शामिल है, हालांकि उत्पाद 99% पिघला हुआ तांबा है। रूपांतरण दो चरणों में होता है: स्लैग बनाने का चरण और तांबा बनाने का चरण। स्लैग बनाने के चरण में, लोहा और सल्फर क्रमशः 1% और 0.02% से कम की सांद्रता तक कम हो जाते हैं। मैट स्मेल्टिंग से प्राप्त सांद्रण को एक कनवर्टर में डाला जाता है जिसे फिर घुमाया जाता है, जिससे तूरे  के माध्यम से स्लैग को ऑक्सीजन की आपूर्ति होती है। प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

2FeS(l)+ पी2(g)+ SiO2(s) ->फ़े2यह4(l) + 2SO2(g) + गर्मी

तांबा बनाने के चरण में, स्लैग चरण से उत्पन्न मैट को चार्जिंग (मैट को कनवर्टर में इनपुट करना), ब्लोइंग (अधिक ऑक्सीजन को नष्ट करना), और स्किमिंग (ब्लिस्टर कॉपर के रूप में जाना जाने वाला अशुद्ध पिघला हुआ तांबा प्राप्त करना) से गुजरना पड़ता है। प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

घन2S(l) + ओ2(g) -> 2Cu(l) + तो2(g) + गर्मी

अंत में, ब्लिस्टर तांबे को आग और/या इलेक्ट्रोविनिंग के माध्यम से परिष्कृत किया जाता है। इस चरण में, तांबे को उच्च शुद्धता वाले कैथोड में परिष्कृत किया जाता है।

हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रियाएं
च्लोकोपाइराइट अधिकांश तांबा युक्त खनिजों का अपवाद है। अधिकांश तांबे के खनिजों के विपरीत, जिन्हें वायुमंडलीय परिस्थितियों में निक्षालित किया जा सकता है, जैसे कि ढेर निक्षालन के माध्यम से, च्लोकोपाइराइट एक दुर्दम्य खनिज है जिसके लिए तांबे को घोल में छोड़ने के लिए ऊंचे तापमान के साथ-साथ ऑक्सीकरण स्थितियों की भी आवश्यकता होती है। ऐसा लोहे से तांबे की 1:1 उपस्थिति से उत्पन्न होने वाली निष्कर्षण चुनौतियों के कारण है, जिसके परिणामस्वरूप धीमी गति से लीचिंग गतिकी होती है। ऊंचा तापमान और दबाव घोल में प्रचुर मात्रा में ऑक्सीजन पैदा करते हैं, जो च्लोकोपाइराइट के क्रिस्टल जाली को तोड़ने के मामले में तेज प्रतिक्रिया गति की सुविधा प्रदान करता है। एक हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रिया जो च्लोकोपाइराइट के लिए आवश्यक ऑक्सीकरण स्थितियों के साथ तापमान को बढ़ाती है, दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग के रूप में जानी जाती है। ऑक्सीकरण, उच्च तापमान स्थितियों के तहत चाल्कोपीराइट की एक विशिष्ट प्रतिक्रिया श्रृंखला इस प्रकार है:

i) 2CuFeS2 + 4Fe2(इसलिए4)3 -> 2Cu2++ 2SO4 2- + 10FeSO4+सीएस

i) एचफेसो4 + ओ2 + एह2इसलिए4 -> अव2(इसलिए4)3 + एह2हे

iii) 2S + 3O2 + एह2ओ -> 2एच2इसलिए4 (कुल मिलाकर) 4CuFeS2+ 17ओ2 4 एक्स2O -> 4Cu2++ 2Fe2O3 4 एक्स2इसलिए4

दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग निम्न ग्रेड च्लोकोपाइराइट के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह फ्रॉथ प्लवनशीलता से केंद्रित उत्पाद को संसाधित कर सकता है पूरे अयस्क को संसाधित करने के बजाय। इसके अतिरिक्त, इसका उपयोग परिवर्तनशील अयस्क के लिए पाइरोमेटालर्जी की वैकल्पिक विधि के रूप में किया जा सकता है। पाइरोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं (गलाने) की तुलना में तांबे के निष्कर्षण के संबंध में हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं के अन्य लाभों में शामिल हैं:


 * गलाने की अत्यधिक परिवर्तनीय लागत
 * स्थान के आधार पर, गलाने की उपलब्धता की मात्रा सीमित है
 * प्रगलन अवसंरचना स्थापित करने की उच्च लागत
 * उच्च-अशुद्धता सांद्रणों का उपचार करने की क्षमता
 * साइट पर निम्न-श्रेणी की जमाराशियों का उपचार करने की क्षमता के कारण वसूली में वृद्धि
 * कम परिवहन लागत (शिपिंग पर ध्यान केंद्रित करना आवश्यक नहीं)
 * तांबे के उत्पादन की कुल मिलाकर कम लागत

हालाँकि हाइड्रोमेटालर्जी के अपने फायदे हैं, फिर भी इसे व्यावसायिक सेटिंग में चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। बदले में, गलाना तांबा निष्कर्षण का सबसे व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य तरीका बना हुआ है।

यह भी देखें

 * खनिजों का वर्गीकरण (बहुविकल्पी)
 * खनिजों की सूची
 * केस्टराइट्स