चाल्कोपाइराइट

चाल्कोपाइराइट एक तांबा लौह सल्फाइड खनिज और सबसे प्रचुर मात्रा में तांबा अयस्क खनिज है। इसका रासायनिक सूत्र CuFeS2 है और यह चतुर्भुज प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है। इसमें पीतल जैसा सुनहरा पीला रंग और मोह पैमाने पर 3.5 से 4 की कठोरता है। इसकी धारियाँ हरे रंग वाली काली के रूप में पहचानी जाती हैं।

हवा के संपर्क में आने पर, च्लोकोपीराइट विभिन्न प्रकार के ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और सल्फेट में बदल जाता है। संबद्ध तांबे के खनिजों में सल्फाइड बोर्नाइट (Cu5FeS4), च्लोकोसाइट (Cu2S), कोवेलाइट (CuS), डाइजेनाइट (Cu9S5) शामिल हैं; मैलाकाइट और अज़ूराइट जैसे कार्बोनेट, और शायद ही कभी कपराइट (Cu2O) जैसे ऑक्साइड। यह देशी ताँबे के साथ बहुत कम पाया जाता है। चाल्कोपाइराइट विद्युत का सुचालक है।

विभिन्न विधियों का उपयोग करके च्लोकोपीराइट अयस्क से तांबा निकाला जा सकता है। दो प्रमुख विधियाँ पायरोमेटालर्जी और जलधातुकर्म हैं, पहला व्यावसायिक रूप से सबसे अधिक व्यवहार्य है।

व्युत्पत्ति
च्लोकोपाइराइट नाम ग्रीक शब्द चॉकोस से आया है, जिसका अर्थ है तांबा, और पाइराइट्स, जिसका अर्थ है आग लगाना। इसे कभी-कभी ऐतिहासिक रूप से "पीला तांबा" भी कहा जाता था।

पहचान
च्लोकोपाइराइट को अक्सर पाइराइट और सोने के साथ भ्रमित किया जाता है क्योंकि इन तीनों खनिजों का रंग पीला और धातु जैसी चमक होती है। कुछ महत्वपूर्ण खनिज विशेषताएँ जो इन खनिजों को अलग करने में मदद करती हैं वे हैं कठोरता और धारियाँ। चाल्कोपाइराइट, पाइराइट की तुलना में बहुत नरम होता है और इसे चाकू से खरोंचा जा सकता है, जबकि पाइराइट को चाकू से नहीं खरोंचा जा सकता है। हालाँकि, च्लोकोपाइराइट सोने की तुलना में अधिक कठोर होता है, जो शुद्ध होने पर तांबे से खरोंचा जा सकता है। चाल्कोपीराइट 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 च्लोकोपीराइट में किसी भी अन्य सल्फाइड खनिज के साथ कोई ठोस समाधान श्रृंखला नहीं है। च्लोकोपाइराइट में स्फालराइट 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 के स्तर पर), संभवतः तांबे और लोहे के प्रतिस्थापन के रूप में। सेलेनियम, बिस्मथ, टेल्यूरियम और आर्सेनिक थोड़ी मात्रा में सल्फर का स्थान ले सकते हैं। च्लोकोपाइराइट को मैलाकाइट, अज़ूराइट और क्यूप्राइट बनाने के लिए ऑक्सीकृत किया जा सकता है।

संरचना
च्लोकोपाइराइट टेट्रागोनल क्रिस्टल प्रणाली का एक सदस्य है। क्रिस्टलोग्राफ़िक रूप से च्लोकोपीराइट की संरचना जिंक मिश्रण ZnS (स्फालेराइट) से निकटता से संबंधित है। इकाई कोशिका दोगुनी बड़ी है, जो आसन्न कोशिकाओं में Zn2+ आयनों की जगह Cu+ और Fe3+ आयनों के विकल्प को दर्शाती है। पाइराइट संरचना के विपरीत च्लोकोपाइराइट में डाइसल्फ़ाइड जोड़े के बजाय एकल S2− सल्फाइड आयन होते हैं। एक और अंतर यह है कि लौह धनायन पाइराइट की तरह प्रतिचुम्बकीय कम स्पिन Fe(II) नहीं है।

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

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

च्लोकोपाइराइट ज्वालामुखीय विशाल सल्फाइड अयस्क जमा और तलछटी निःश्वास जमा में मौजूद है, जो हाइड्रोथर्मल परिसंचरण के दौरान तांबे के जमाव से बनता है। च्लोकोपाइराइट इस वातावरण में द्रव परिवहन के माध्यम से केंद्रित है। मैग्मा के आरोहण और क्रिस्टलीकरण के दौरान ग्रेनाइटिक 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 उत्पादित होता है।

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

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

कांस्य युग के बाद से च्लोकोपाइराइट 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। च्लोकोपाइराइट अयस्क विभिन्न प्रकार के अयस्कों में पाया जाता है, जैसे कि टिमिन्स, ओंटारियो में विशाल द्रव्यमान से लेकर, अनियमित शिराओं और ग्रेनाइटिक से डायओरिटिक घुसपैठ से जुड़े प्रसार जैसे कि ब्रोकन हिल, अमेरिकी कॉर्डिलेरा और एंडीज के पोर्फिरी तांबे के भंडार में। कनाडा में अब तक खोजा गया लगभग शुद्ध च्लोकोपाइराइट का सबसे बड़ा भंडार टेमागामी ग्रीनस्टोन बेल्ट के दक्षिणी छोर पर था जहां कॉपरफील्ड्स खदान ने उच्च श्रेणी का तांबा निकाला था।

चाल्कोपीराइट दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में सुपरविशाल ओलंपिक बांध क्यू-एयू-यू जमा में मौजूद है।

च्लोकोपाइराइट 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
तांबे की धातु को मुख्य रूप से दो तरीकों का उपयोग करके च्लोकोपाइराइट अयस्क से निकाला जाता है: पाइरोमेटालर्जी और हाइड्रोमेटालर्जी। सबसे आम और व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य विधि, पाइरोमेटालर्जी में "क्रशिंग, पीस, प्लवन, गलाने, शोधन और इलेक्ट्रो-रिफाइनिंग" तकनीक शामिल हैं। क्रशिंग, लीचिंग, सॉल्वेंट एक्सट्रैक्शन और इलेक्ट्रोविनिंग ऐसी तकनीकें हैं जिनका उपयोग हाइड्रोमेटालर्जी में किया जाता है। विशेष रूप से चाल्कोपाइराइट के मामले में, दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग का अभ्यास किया जाता है।

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

चाल्कोपाइराइट अयस्क को सीधे गलाया नहीं जाता है। इसका कारण यह है कि 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 पदार्थों की प्रचुरता के परिणामस्वरूप अयस्क को गर्म करने और पिघलाने के लिए बहुत सारे हाइड्रोकार्बन ईंधन की आवश्यकता होती है। वैकल्पिक रूप से, फ्रॉथ प्लवनशीलता नामक तकनीक का उपयोग करके पहले तांबे को अयस्क से अलग किया जाता है। अनिवार्य रूप से, अभिकर्मकों का उपयोग तांबे को जल-विकर्षक बनाने के लिए किया जाता है, इस प्रकार Cu हवा के बुलबुले पर तैरते हुए 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 होता है।

इसके बाद सांद्रण को मैट स्मेल्टिंग नामक प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है। मैट स्मेल्टिंग लगभग 45-75% तांबे के साथ एक नया सांद्र (मैट) बनाने के लिए 1250°C भट्ठी में प्लवन सांद्रण को पिघलाकर सल्फर और लोहे को ऑक्सीकरण करता है। यह प्रक्रिया आमतौर पर फ्लैश भट्टियों में की जाती है। स्लैग सामग्री में तांबे की मात्रा को कम करने के लिए, सांद्रता और स्लैग के बीच अमिश्रणीयता को बढ़ावा देने के लिए स्लैग को SiO2 फ्लक्स के साथ पिघलाकर रखा जाता है। उप-उत्पादों के संदर्भ में, मैट गलाने वाला तांबा SO2 गैस का उत्पादन कर सकता है जो पर्यावरण के लिए हानिकारक है, इस प्रकार इसे सल्फ्यूरिक एसिड के रूप में कैद कर लिया जाता है। प्रतिक्रियाओं के उदाहरण इस प्रकार हैं:

(1) 2CuFeS2 (s) +3.25O2(g) -> Cu2S-0.5FeS(l) + 1.5FeO(s) + 2.5SO2(g)

(2) 2FeO(s) + SiO2(s) -> Fe2SiO4(l)

रूपांतरण में सल्फर और आयरन 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 निर्माण 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 स्लैग को ट्यूयर्स के माध्यम से ऑक्सीजन की आपूर्ति होती है। प्रतिक्रिया निम्न प्रकार है:

2FeS(l)+3O2(g)+SiO2(s) -> Fe2SiO4(l) + 2SO2(g) + heat

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:

Cu2S(l) + O2(g) -> 2Cu(l) + SO2(g) + heat

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, जैसे कि ढेर निक्षालन के माध्यम से, निक्षालित किया जा सकता है, च्लोकोपाइराइट एक दुर्दम्य खनिज है जिसके लिए तांबे को घोल में छोड़ने के लिए ऊंचे तापमान के साथ-साथ ऑक्सीकरण स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसका कारण लोहे से तांबे की 1:1 उपस्थिति से उत्पन्न होने वाली निष्कर्षण चुनौतियाँ हैं, जिसके परिणामस्वरूप धीमी गति से लीचिंग गतिकी होती है। ऊंचे तापमान और दबाव से घोल में प्रचुर मात्रा में ऑक्सीजन पैदा होती है, जो च्लोकोपाइराइट के क्रिस्टल जाली को तोड़ने के मामले में तेज प्रतिक्रिया गति की सुविधा प्रदान करती है। एक हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रिया जो चाल्कोपीराइट के लिए आवश्यक ऑक्सीकरण स्थितियों के साथ तापमान बढ़ाती है, दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग के रूप में जानी जाती है। ऑक्सीकरण, उच्च तापमान की स्थिति के तहत च्लोकोपीराइट की एक विशिष्ट प्रतिक्रिया श्रृंखला इस प्रकार है:

i) 2CuFeS2 + 4Fe2(SO4)3 -> 2Cu2++ 2SO42- + 10FeSO4+4S

ii) 4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 -> 2Fe2(SO4)3 +2H2O

iii) 2S + 3O2 +2H2O -> 2H2SO4

(overall) 4CuFeS2+ 17O2 + 4H2O -> 4Cu2++ 2Fe2O3 + 4H2SO4

दबाव ऑक्सीकरण लीचिंग निम्न ग्रेड चाल्कोपीराइट के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। इसका कारण यह है कि यह पूरे अयस्क को संसाधित करने के बजाय "फ्लोटेशन से केंद्रित उत्पाद को संसाधित कर सकता है"। 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