थर्मिट
दीमक (/ˈθɜːrmaɪt/)[1] पाउडर धातु विज्ञान और धातु ऑक्साइड की एक पाइरोतकनीक रचना है। गर्मी या रासायनिक प्रतिक्रिया से प्रज्वलित होने पर, थर्माइट एक एक्ज़ोथिर्मिक रिडॉक्स कमी-ऑक्सीकरण (रेडॉक्स) प्रतिक्रिया से गुजरता है। अधिकांश किस्में विस्फोटक नहीं हैं, किंतु एक छोटे से क्षेत्र में गर्मी और उच्च तापमान के संक्षिप्त विस्फोट उत्पन्न कर सकती हैं। इसकी क्रिया का रूप अन्य ईंधन-ऑक्सीडाइज़र मिश्रण जैसे कि काला पाउडर के समान है।
थर्माइट्स की विविध रचनाएँ हैं। ईंधन में अल्युमीनियम , मैगनीशियम , टाइटेनियम, जस्ता, सिलिकॉन और बोरॉन सम्मिलित हैं। एल्युमीनियम अपने उच्च क्वथनांक और कम निवेश के कारण समान है। ऑक्सीकारकों में बिस्मथ (IIIकॉपर (द्वितीय) ऑक्साइड, बोरॉन (III) ऑक्साइड, सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड, क्रोमियम (III) ऑक्साइड, मैंगनीज (IV) ऑक्साइड, आयरन (III) ऑक्साइड, आयरन (II, III) ऑक्साइड, कॉपर (II) सम्मिलित हैं। ऑक्साइड, और लेड (II, IV) ऑक्साइड।[2]
प्रतिक्रिया, जिसे गोल्डश्मिड्ट प्रक्रिया भी कहा जाता है, का उपयोग एक्ज़ोथिर्मिक वेल्डिंग के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग अधिकांशतः रेलवे पटरियों में सम्मिलित होने के लिए किया जाता है। थर्माइट्स का उपयोग धातु के शोधन, हथियारों को निष्क्रिय करने और आग लगाने वाले उपकरण में भी किया गया है। पाइरोतकनीक में कुछ थर्माइट-जैसे मिश्रणों को पाइरोतकनीक बनाने वाले आरंभकर्ता के रूप में उपयोग किया जाता है।
रासायनिक प्रतिक्रियाएँ
निम्नलिखित उदाहरण में, एलिमेंटल एल्युमीनियम अन्य धातु के ऑक्साइड को कम करता है, इस सामान्य उदाहरण में लौह ऑक्साइड, क्योंकि एल्युमीनियम आयरन की तुलना में ऑक्सीजन के साथ शक्तिशाली और अधिक स्थिर बंधन बनाता है:
- Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3
उत्पादों में एल्यूमीनियम ऑक्साइड , मौलिक लोहा,[3] और बड़ी मात्रा में गर्मी है। पदार्थ को ठोस रखने और अलगाव को रोकने के लिए अभिकारकों को सामान्यतः पाउडर किया जाता है और बाइंडर के साथ मिलाया जाता है।
अन्य धातु आक्साइड का उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि क्रोमियम ऑक्साइड, दिए गए धातु को उसके मौलिक रूप में उत्पन्न करने के लिए उदाहरण के लिए, ताँबा ऑक्साइड और एलीमेंटल एल्युमीनियम का उपयोग करके कॉपर थर्माइट प्रतिक्रिया का उपयोग कैडवेल्डिंग नामक प्रक्रिया में विद्युत जोड़ों को बनाने के लिए किया जा सकता है, जो तात्विक कॉपर का उत्पादन करता है (यह हिंसक रूप से प्रतिक्रिया कर सकता है):
- 3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al2O3
नैनोसाइज्ड कणों वाले थर्माइट्स को विभिन्न प्रकार के शब्दों द्वारा वर्णित किया जाता है, जैसे मेटास्टेबल इंटरमॉलिक्युलर कंपोजिट, सुपर-थर्माइट,[4] नैनो-दीमक,[5] और नैनोकम्पोजिट ऊर्जावान पदार्थ है ।[6][7][8]
इतिहास
थर्माइट (थर्मिट) प्रतिक्रिया 1893 में खोजी गई थी और 1895 में जर्मन रसायनज्ञ हंस गोल्डश्मिड्ट द्वारा पेटेंट कराया गया था।[9][10] नतीजतन, प्रतिक्रिया को कभी-कभी गोल्डश्मिट प्रतिक्रिया या गोल्डश्मिट प्रक्रिया कहा जाता है। गोल्डश्मिड्ट मूल रूप से गलाने में कार्बन के उपयोग से बचकर बहुत शुद्ध धातुओं का उत्पादन करने में रुचि रखते थे, किंतु जल्द ही उन्होंने वेल्डिंग में थर्माइट के मूल्य की खोज की।[11] थर्माइट का पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग 1899 में खाना में ट्राम पटरियों की वेल्डिंग था।[12]
प्रकार
रेड आयरन (III) ऑक्साइड (Fe2O3, सामान्यतः जंग के रूप में जाना जाता है) थर्माइट में इस्तेमाल होने वाला सबसे समान आयरन ऑक्साइड है।[13][14][15] ब्लैक आयरन (II, III) ऑक्साइड (Fe3O4, मैग्नेटाइट) भी काम करता है।[16] अन्य ऑक्साइड कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं, जैसे मैंगनीज (चतुर्थ) ऑक्साइड | एमएनओ2मैंगनीज थर्माइट में, क्रोमियम (III) ऑक्साइड|Cr2O3क्रोमियम थर्माइट में, SiO2 (क्वार्ट्ज) सिलिकॉन थर्माइट में, या कॉपर (II) ऑक्साइड कॉपर थर्माइट में, किंतु केवल विशेष उद्देश्यों के लिए।[16]ये सभी उदाहरण एल्यूमीनियम को प्रतिक्रियाशील धातु के रूप में उपयोग करते हैं। फ्लोरोपॉलीमर का उपयोग विशेष योगों में किया जा सकता है, मैग्नीशियम या एल्यूमीनियम के साथ पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन एक अपेक्षाकृत सामान्य उदाहरण है। मैग्नीशियम/टेफ्लॉन/विटॉन इस प्रकार का एक अन्य पायरोलेंट है।[17]
सूखी बर्फ (जमे हुए कार्बन डाइऑक्साइड) के संयोजन और मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम और बोरॉन जैसे कम करने वाले एजेंट पारंपरिक थर्माइट मिश्रण के समान रासायनिक प्रतिक्रिया का पालन करते हैं, धातु ऑक्साइड और कार्बन का उत्पादन करते हैं। शुष्क बर्फ थर्माइट मिश्रण के बहुत कम तापमान के बावजूद, ऐसी प्रणाली एक ज्वाला से प्रज्वलित होने में सक्षम है।[18] जब अवयवों को बारीक रूप से विभाजित किया जाता है, एक पाइप में सीमित किया जाता है और एक पारंपरिक विस्फोटक की तरह सशस्त्र किया जाता है, तो यह क्रायो-थर्माइट विस्फोट योग्य होता है और प्रतिक्रिया में मुक्त कार्बन का एक हिस्सा हीरे के रूप में निकलता है।[19] सिद्धांत रूप में, एल्यूमीनियम के बजाय किसी भी प्रतिक्रियाशील धातु का उपयोग किया जा सकता है। यह शायद ही कभी किया जाता है, क्योंकि इस प्रतिक्रिया के लिए एल्यूमीनियम के गुण लगभग आदर्श हैं:
- यह एक निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) परत बनाता है जो इसे कई अन्य प्रतिक्रियाशील धातुओं की तुलना में अधिक सुरक्षित बनाता है।[20]
- इसका अपेक्षाकृत कम गलनांक (660 °C) का मतलब है कि धातु को पिघलाना आसान है, ताकि प्रतिक्रिया मुख्य रूप से तरल चरण में हो सके, इस प्रकार यह काफी तेज़ी से आगे बढ़ता है।
- इसका उच्च क्वथनांक (2519 °C) प्रतिक्रिया को अत्यधिक उच्च तापमान तक पहुँचने में सक्षम बनाता है, क्योंकि कई प्रक्रियाएँ अधिकतम तापमान को क्वथनांक के ठीक नीचे सीमित करती हैं। इस तरह का उच्च क्वथनांक संक्रमण धातुओं में समान है (उदाहरण के लिए, क्रमशः 2887 और 2582 °C पर लोहा और तांबा उबलता है), किंतु अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातुओं (cf. मैग्नीशियम और सोडियम, जो 1090 और 883 °C पर उबलता है) के बीच विशेष रूप से असामान्य है। सी, क्रमशः)।
- इसके अलावा, प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनने वाले एल्यूमीनियम ऑक्साइड का कम घनत्व परिणामी शुद्ध धातु पर तैरने लगता है। वेल्ड में संदूषण को कम करने के लिए यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
हालांकि अभिकारक कमरे के तापमान पर स्थिर होते हैं, जब वे प्रज्वलन तापमान पर गर्म होते हैं तो वे अत्यधिक तीव्र एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया के साथ जलते हैं। उच्च तापमान (आयरन (III) ऑक्साइड के साथ 2500 °C (4532°F) तक) तक पहुँचने के कारण उत्पाद तरल के रूप में निकलते हैं - हालाँकि वास्तविक तापमान पर पहुँचना इस बात पर निर्भर करता है कि गर्मी कितनी जल्दी आसपास के वातावरण से बच सकती है। थर्माइट में ऑक्सीजन की अपनी आपूर्ति होती है और इसके लिए हवा के किसी बाहरी स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। नतीजतन, यह परेशान नहीं किया जा सकता है, और किसी भी वातावरण में प्रज्वलित हो सकता है, पर्याप्त प्रारंभिक गर्मी दी गई है। यह गीला होने पर अच्छी तरह से जलता है, और आसानी से पानी से बुझाया नहीं जा सकता है - हालांकि पर्याप्त गर्मी को दूर करने के लिए पर्याप्त पानी प्रतिक्रिया को रोक सकता है।[21] प्रतिक्रिया तक पहुँचने से पहले पानी की थोड़ी मात्रा उबल जाती है। फिर भी, हाइपरबेरिक वेल्डिंग के लिए थर्माइट का उपयोग किया जाता है।[22] थर्माइट्स को जलने, उच्च प्रतिक्रिया तापमान और पिघला हुआ लावा के उत्पादन के दौरान गैस उत्पादन की लगभग पूर्ण अनुपस्थिति की विशेषता है। ईंधन में दहन की उच्च ऊष्मा होनी चाहिए और कम गलनांक और उच्च क्वथनांक वाले ऑक्साइड का उत्पादन करना चाहिए। ऑक्सीडाइज़र में कम से कम 25% ऑक्सीजन होना चाहिए, उच्च घनत्व, गठन की कम गर्मी होनी चाहिए, और कम पिघलने और उच्च क्वथनांक वाली धातु का उत्पादन करना चाहिए (ताकि जारी ऊर्जा प्रतिक्रिया उत्पादों के वाष्पीकरण में खपत न हो)। इसके यांत्रिक गुणों को बेहतर बनाने के लिए संरचना में कार्बनिक बाइंडर्स को जोड़ा जा सकता है, किंतु वे एंडोथर्मिक अपघटन उत्पादों का उत्पादन करते हैं, जिससे प्रतिक्रिया गर्मी और गैसों के उत्पादन में कुछ कमी आती है।[23]
प्रतिक्रिया के दौरान प्राप्त तापमान परिणाम को निर्धारित करता है। एक आदर्श मामले में, प्रतिक्रिया धातु और लावा के अच्छी तरह से अलग पिघल का उत्पादन करती है। इसके लिए, प्रतिक्रिया उत्पादों, परिणामी धातु और ईंधन ऑक्साइड दोनों को पिघलाने के लिए तापमान काफी अधिक होना चाहिए। बहुत कम तापमान पापी धातु और लावा का मिश्रण उत्पन्न करता है; बहुत अधिक तापमान (किसी भी अभिकारक या उत्पाद के क्वथनांक से ऊपर) गैस के तेजी से उत्पादन की ओर जाता है, जलती हुई प्रतिक्रिया मिश्रण को फैलाता है, कभी-कभी कम उपज वाले विस्फोट के समान प्रभाव के साथ। एल्युमिनोथर्मिक प्रतिक्रिया द्वारा धातु के उत्पादन के लिए बनाई गई रचनाओं में, इन प्रभावों का प्रतिकार किया जा सकता है। बहुत कम प्रतिक्रिया तापमान (उदाहरण के लिए, जब रेत से सिलिकॉन का उत्पादन होता है) को एक उपयुक्त ऑक्सीडाइज़र (जैसे, एल्यूमीनियम-सल्फर-रेत की रचनाओं में सल्फर) के अतिरिक्त बढ़ाया जा सकता है; उपयुक्त कूलेंट और/या स्लैग फ्लक्स (धातु विज्ञान) का उपयोग करके बहुत अधिक तापमान को कम किया जा सकता है। शौकिया रचनाओं में अधिकांशतः उपयोग किया जाने वाला फ्लक्स कैल्शियम फ्लोराइड होता है, क्योंकि यह केवल न्यूनतम रूप से प्रतिक्रिया करता है, इसमें अपेक्षाकृत कम गलनांक होता है, उच्च तापमान पर कम पिघली चिपचिपाहट होती है (इसलिए लावा की तरलता बढ़ती है) और एल्यूमिना के साथ एक यूटेक्टिक बनाता है। हालाँकि, बहुत अधिक प्रवाह, अभिकारकों को दहन को बनाए रखने में सक्षम नहीं होने के बिंदु तक पतला कर देता है। धातु ऑक्साइड के प्रकार का भी उत्पादित ऊर्जा की मात्रा पर नाटकीय प्रभाव पड़ता है; ऑक्साइड जितना अधिक होगा, उत्पादित ऊर्जा की मात्रा उतनी ही अधिक होगी। एक अच्छा उदाहरण मैंगनीज (IV) ऑक्साइड और मैंगनीज (II) ऑक्साइड के बीच का अंतर है, जहां पूर्व बहुत अधिक तापमान उत्पन्न करता है और बाद वाला मुश्किल से दहन को बनाए रखने में सक्षम होता है; अच्छे परिणाम प्राप्त करने के लिए, दोनों आक्साइड के उचित अनुपात वाले मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है।[24] प्रतिक्रिया दर को कण आकार के साथ भी ट्यून किया जा सकता है; महीन कणों की तुलना में मोटे कण धीमी गति से जलते हैं। प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए उच्च तापमान पर गर्म होने वाले कणों के साथ प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है। इस प्रभाव को नैनो-थर्माइट्स के साथ चरम पर धकेल दिया जाता है।
एडियाबेटिक प्रक्रिया में प्रतिक्रिया में प्राप्त तापमान, जब पर्यावरण में कोई गर्मी नहीं खोई जाती है, हेस के कानून का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है - प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित ऊर्जा की गणना करके (उत्पादों के तापीय धारिता से अभिकारकों की तापीय धारिता घटाकर) और उत्पादों को गर्म करने से खपत ऊर्जा को घटाना (उनकी विशिष्ट गर्मी से, जब पदार्थ केवल अपना तापमान बदलती है, और संलयन की उनकी तापीय धारिता और अंततः वाष्पीकरण की तापीय धारिता, जब पदार्थ पिघलती या उबलती है)। वास्तविक परिस्थितियों में, प्रतिक्रिया पर्यावरण को गर्मी खो देती है, इसलिए प्राप्त तापमान कुछ कम होता है। ऊष्मा अंतरण दर परिमित है, इसलिए प्रतिक्रिया जितनी तेज़ होती है, यह रुद्धोष्म स्थिति के जितना करीब होता है और प्राप्त तापमान उतना ही अधिक होता है।[25]
आयरन थर्माइट
सबसे समान रचना आयरन थर्माइट है। सामान्यतः इस्तेमाल किया जाने वाला ऑक्सीकारक या तो आयरन (III) ऑक्साइड या आयरन (II, III) ऑक्साइड होता है। पूर्व अधिक गर्मी उत्पन्न करता है। बाद वाले को प्रज्वलित करना आसान है, संभवतः ऑक्साइड की क्रिस्टल संरचना के कारण। तांबे या मैंगनीज ऑक्साइड को जोड़ने से प्रज्वलन की आसानी में काफी सुधार हो सकता है। तैयार थर्माइट का घनत्व अधिकांशतः 0.7 ग्राम/सेमी जितना कम होता है3</उप>। यह, बदले में, अपेक्षाकृत कम ऊर्जा घनत्व (लगभग 3 kJ/cm3), तेजी से जलने का समय, और फंसी हुई हवा के विस्तार के कारण पिघले हुए लोहे का छिड़काव। थर्माइट को 4.9 ग्राम/सेमी तक उच्च घनत्व तक दबाया जा सकता है3 (लगभग 16 kJ/cm3) धीमी जलने की गति के साथ (लगभग 1 सेमी/सेकेंड)। दबाए गए थर्माइट में पिघलने की शक्ति अधिक होती है, यानी यह स्टील के कप को पिघला सकता है जहां कम घनत्व वाला थर्माइट विफल हो जाएगा।[26] एडिटिव्स के साथ या बिना आयरन थर्माइट को काटने वाले उपकरणों में दबाया जा सकता है जिनमें गर्मी प्रतिरोधी आवरण और नोजल होता है।[27] ऑक्सीजन संतुलित आयरन थर्माइट 2Al + Fe2O3 सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 4.175 ग्राम/सेमी है3 3135 K या 2862 °C या 5183 °F का रुद्धोष्म ज्वलन तापमान (चरण संक्रमण सहित, लोहे द्वारा सीमित, जो 3135 K पर उबलता है), एल्यूमीनियम ऑक्साइड (संक्षेप में) पिघला हुआ है और उत्पादित लोहा है इसका अधिकांश हिस्सा गैसीय रूप में होने के कारण तरल होता है - 78.4 ग्राम लौह वाष्प प्रति किलो थर्माइट का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 945.4 कैलोरी/जी (3 956 जे/जी) है। ऊर्जा घनत्व 16 516 जे/सेमी है3</उप>।[28] मूल मिश्रण, जैसा आविष्कार किया गया था, मिल स्केल के रूप में आयरन ऑक्साइड का उपयोग किया गया था। रचना को प्रज्वलित करना बहुत कठिन था।[23]
कॉपर थर्माइट
कॉपर थर्माइट को या तो कॉपर (I) ऑक्साइड (Cu2O, लाल) या कॉपर (II) ऑक्साइड (CuO, काला)। जलने की दर बहुत तेज होती है और तांबे का गलनांक अपेक्षाकृत कम होता है, इसलिए प्रतिक्रिया बहुत कम समय में महत्वपूर्ण मात्रा में पिघला हुआ तांबा उत्पन्न करती है। कॉपर (II) थर्माइट प्रतिक्रियाएं इतनी तेज हो सकती हैं कि इसे एक प्रकार का फ्लैश पाउडर माना जा सकता है। एक विस्फोट हो सकता है, जो तांबे की बूंदों का एक स्प्रे काफी दूरी तक भेजता है।[29] ऑक्सीजन-संतुलित मिश्रण में सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 5.109 g/cm2 है3, एडियाबेटिक फ्लेम तापमान 2843 K (चरण संक्रमण शामिल) जिसमें एल्युमिनियम ऑक्साइड पिघला हुआ और तांबा दोनों तरल और गैसीय रूप में होता है; इस थर्माइट के प्रति किलो 343 ग्राम कॉपर वाष्प का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 974 कैलोरी/जी है।[28]
कॉपर (I) थर्माइट का औद्योगिक उपयोग होता है, उदाहरण के लिए, मोटे कॉपर कंडक्टर (कैडवेल्डिंग) की वेल्डिंग। उच्च-वर्तमान प्रणालियों में उपयोग के लिए अमेरिकी नौसेना के बेड़े पर केबल स्प्लिसिंग के लिए इस तरह की वेल्डिंग का भी मूल्यांकन किया जा रहा है, उदाहरण के लिए, विद्युत प्रणोदन।[30] ऑक्सीजन संतुलित मिश्रण में सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 5.280 ग्राम/सेमी है3, एडियाबेटिक फ्लेम तापमान 2843 K (चरण संक्रमण शामिल) जिसमें एल्युमिनियम ऑक्साइड पिघला हुआ और तांबा दोनों तरल और गैसीय रूप में होता है; इस थर्माइट के प्रति किलो 77.6 ग्राम कॉपर वाष्प का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 575.5 कैलोरी/जी है।[28]
थर्मेट्स
थर्मेट रचना एक नमक-आधारित ऑक्सीडाइज़र (सामान्यतः नाइट्रेट्स, जैसे, बेरियम नाइट्रेट, या पेरोक्साइड) से समृद्ध एक थर्माइट है। थर्माइट्स के विपरीत, थर्मेट्स ज्वाला और गैसों के विकास के साथ जलते हैं। ऑक्सीडाइज़र की उपस्थिति मिश्रण को प्रज्वलित करना आसान बनाती है और जलती हुई रचना द्वारा लक्ष्य के प्रवेश में सुधार करती है, क्योंकि विकसित गैस पिघले हुए धातुमल को प्रक्षेपित कर रही है और यांत्रिक आंदोलन प्रदान कर रही है।[23]यह तंत्र आग लगाने वाले उपकरण के लिए थर्मेट की तुलना में थर्मेट को अधिक उपयुक्त बनाता है और संवेदनशील उपकरण (जैसे, क्रिप्टोग्राफ़िक डिवाइस) के आपातकालीन विनाश के लिए, क्योंकि थर्माइट का प्रभाव अधिक स्थानीय होता है।[citation needed]
प्रज्वलन
धातु, सही परिस्थितियों में, लकड़ी या गैसोलीन के दहन के समान प्रक्रिया में जलती है। वास्तव में, जंग बहुत धीमी गति से इस्पात या लोहे के ऑक्सीकरण का परिणाम है। एक थर्माइट प्रतिक्रिया का परिणाम तब होता है जब धातु ईंधन के सही मिश्रण मिलते हैं और प्रज्वलित होते हैं। प्रज्वलन के लिए अत्यधिक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।[31] थर्माइट प्रतिक्रिया के प्रज्वलन के लिए सामान्यतः हीरा या आसानी से प्राप्त होने वाले मैग्नीशियम रिबन की आवश्यकता होती है, किंतु इसके लिए लगातार प्रयासों की आवश्यकता हो सकती है, क्योंकि प्रज्वलन अविश्वसनीय और अप्रत्याशित हो सकता है। इन तापमानों को पारंपरिक काला पाउडर फ्यूज (विस्फोटक), nitrocellulose रॉड्स, बारूद भरा हुआ पटाखा , पायरोटेक्निक आरंभकर्ता, या अन्य सामान्य प्रज्वलन वाले पदार्थों के साथ नहीं पहुँचा जा सकता है।[16]यहां तक कि जब थर्माइट चमकदार लाल चमकने के लिए पर्याप्त गर्म होता है, तब भी यह प्रज्वलित नहीं होता है, क्योंकि इसका ज्वलन तापमान बहुत अधिक होता है।[32] अगर सही तरीके से किया जाए तो प्रोपेन मशाल का उपयोग करके प्रतिक्रिया शुरू करना संभव है।[33] प्राय: मैग्नीशियम धातु की पट्टियों का उपयोग फ्यूज (विस्फोटक) के रूप में किया जाता है। चूँकि धातुएँ शीतलन गैसों को छोड़े बिना जलती हैं, वे संभावित रूप से अत्यधिक उच्च तापमान पर जल सकती हैं। प्रतिक्रियाशील धातु जैसे मैग्नीशियम आसानी से थर्माइट प्रज्वलन के लिए पर्याप्त उच्च तापमान तक पहुंच सकते हैं। मैग्नीशियम प्रज्वलन शौकिया थर्माइट उपयोगकर्ताओं के बीच लोकप्रिय है, मुख्यतः क्योंकि इसे आसानी से प्राप्त किया जा सकता है,[16]किंतु जलती हुई पट्टी का एक टुकड़ा मिश्रण में गिर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप समय से पहले आग लग सकती है।[citation needed]
मैग्नीशियम विधि के विकल्प के रूप में पोटेशियम परमैंगनेट और ग्लिसरॉल या इथाइलीन ग्लाइकॉल के बीच प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। जब ये दो पदार्थ मिश्रित होते हैं, तो एक सहज प्रतिक्रिया शुरू होती है, धीरे-धीरे मिश्रण का तापमान तब तक बढ़ता है जब तक कि यह लपटें उत्पन्न न कर दे। ग्लिसरीन के ऑक्सीकरण द्वारा जारी गर्मी थर्माइट प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए पर्याप्त है।[16]
मैग्नीशियम प्रज्वलन के अलावा, कुछ शौकिया भी थर्माइट मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए फुलझड़ियों का उपयोग करना चुनते हैं।[34] ये आवश्यक तापमान तक पहुँचते हैं और जलने के बिंदु तक नमूने तक पहुँचने से पहले पर्याप्त समय प्रदान करते हैं।[35] यह एक खतरनाक तरीका हो सकता है, क्योंकि लोहे की चिंगारी (आग), मैग्नीशियम स्ट्रिप्स की तरह, हजारों डिग्री पर जलती है और थर्माइट को प्रज्वलित कर सकती है, हालांकि स्पार्कलर स्वयं इसके संपर्क में नहीं है। यह बारीक चूर्ण थर्माइट के साथ विशेष रूप से खतरनाक है।[citation needed]
माचिस की तीली थर्माइट को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त गर्म होती है। एल्युमिनियम फॉयल से ढकी माचिस की तीली का उपयोग संभव है और माचिस की तीली तक जाने के लिए पर्याप्त रूप से लंबा विस्कोफ्यूज/इलेक्ट्रिक मैच संभव है।[citation needed]
इसी तरह, बारीक चूर्णित थर्माइट को चकमक चिंगारी लाइटर से प्रज्वलित किया जा सकता है, क्योंकि चिंगारी धातु को जला रही है (इस मामले में, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील दुर्लभ-पृथ्वी धातुएं लेण्टेनियुम और मोम)।[36] इसलिए, थर्माइट के करीब लाइटर को मारना असुरक्षित है।[citation needed]
नागरिक उपयोग
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थर्माइट प्रतिक्रियाओं के कई उपयोग हैं। यह विस्फोटक नहीं है; इसके बजाय, यह बहुत छोटे क्षेत्र को अत्यधिक उच्च तापमान में उजागर करके संचालित होता है। एक छोटे से स्थान पर केंद्रित तीव्र गर्मी का उपयोग धातु या वेल्ड धातु के घटकों को एक साथ काटने के लिए किया जा सकता है, घटकों से धातु को पिघलाकर और थर्माइट प्रतिक्रिया से ही पिघली हुई धातु को इंजेक्ट करके।[citation needed]
थर्माइट का उपयोग लोकोमोटिव धुरा -फ्रेम जैसे मोटे स्टील सेक्शन के स्थान पर वेल्डिंग द्वारा मरम्मत के लिए किया जा सकता है, जहां इसके स्थापित स्थान से भाग को हटाए बिना मरम्मत की जा सकती है।[37] जटिल या भारी उपकरण की आवश्यकता के बिना रेल पटरियों जैसे स्टील को जल्दी से काटने या वेल्डिंग करने के लिए थर्माइट का उपयोग किया जा सकता है।[38][39] हालांकि, ऐसे वेल्डेड जंक्शनों में स्लैग समावेशन और वॉयड्स (छेद) जैसे दोष अधिकांशतः मौजूद होते हैं, इसलिए प्रक्रिया को सफलतापूर्वक संचालित करने के लिए बहुत सावधानी की आवश्यकता होती है। रेलों के थर्माइट वेल्डिंग का संख्यात्मक विश्लेषण कास्टिंग कूलिंग विश्लेषण के समान किया गया है। थर्माइट रेल वेल्ड के इस परिमित तत्व विश्लेषण और प्रायोगिक विश्लेषण दोनों ने दिखाया है कि वेल्ड गैप दोष निर्माण को प्रभावित करने वाला सबसे प्रभावशाली पैरामीटर है।[40] सिकुड़न गुहा गठन और ठंडे गोद वेल्डिंग दोषों को कम करने के लिए बढ़ते वेल्ड अंतराल को दिखाया गया है, और पहले से गरम और थर्माइट तापमान में वृद्धि इन दोषों को कम कर देती है। हालांकि, इन दोषों को कम करने से दोष के दूसरे रूप को बढ़ावा मिलता है: माइक्रोप्रोसिटी।[41] यह सुनिश्चित करने के लिए भी ध्यान रखा जाना चाहिए कि रेल सीधे रहें, जिसके परिणामस्वरूप जोड़ों में गिरावट न हो, जिससे उच्च गति और भारी धुरा भार लाइनों पर घिसाव हो सकता है।[42] एक थर्माइट प्रतिक्रिया, जब कुछ धातुओं के अयस्कों को शुद्ध करने के लिए उपयोग की जाती है, कहलाती है thermite process, या एल्युमिनोथर्मिक प्रतिक्रिया। प्रतिक्रिया का एक अनुकूलन, शुद्ध यूरेनियम प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, फ्रैंक स्पेडिंग के निर्देशन में एम्स प्रयोगशाला में मैनहट्टन परियोजना के हिस्से के रूप में विकसित किया गया था। इसे कभी-कभी एम्स प्रक्रिया भी कहा जाता है।[43] तांबे के थर्माइट का उपयोग बिजली के कनेक्शन के उद्देश्य से तांबे के मोटे तारों को जोड़ने के लिए किया जाता है। यह विद्युत उपयोगिताओं और दूरसंचार उद्योगों (एक्ज़ोथिर्मिक वेल्डेड कनेक्शन ) द्वारा बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।
सैन्य उपयोग
थर्माइट हथगोले और आवेश समान तौर पर सशस्त्र बलों द्वारा सामग्री-विरोधी भूमिका और उपकरणों के आंशिक विनाश दोनों में उपयोग किए जाते हैं, बाद वाला सामान्य होता है जब सुरक्षित या अधिक गहन तरीकों के लिए समय उपलब्ध नहीं होता है।[44][45] उदाहरण के लिए, थर्माइट का उपयोग क्रिप्टोग्राफिक उपकरणों के आपातकालीन विनाश के लिए किया जा सकता है जब कोई खतरा होता है कि इसे दुश्मन सैनिकों द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है। क्योंकि मानक आयरन-थर्माइट को प्रज्वलित करना मुश्किल होता है, व्यावहारिक रूप से कोई लौ नहीं जलती है और क्रिया का एक छोटा दायरा होता है, मानक थर्माइट का उपयोग शायद ही कभी आग लगाने वाली रचना के रूप में किया जाता है। सामान्य तौर पर, थर्माइट मिश्रण की गैसीय रासायनिक प्रतिक्रिया की मात्रा में वृद्धि से उस विशेष थर्माइट मिश्रण की गर्मी हस्तांतरण दर (और इसलिए क्षति) बढ़ जाती है।[46] यह सामान्यतः अन्य अवयवों के साथ प्रयोग किया जाता है जो इसके आग लगाने वाले प्रभाव को बढ़ाते हैं। थर्मेट | थर्मेट-टीएच3 थर्माइट और पायरोटेक्निक एडिटिव्स का मिश्रण है जो आग लगाने वाले उद्देश्यों के लिए मानक थर्माइट से बेहतर पाया गया है।[47] वजन के हिसाब से इसकी संरचना समान तौर पर लगभग 68.7% थर्माइट, 29.0% बेरियम नाइट्रेट, 2.0% गंधक और 0.3% बाइंडर (सामग्री) (जैसे पॉलीब्यूटाडाइन एक्रिलोनिट्राइल) होती है।[47]थर्माइट में बेरियम नाइट्रेट मिलाने से उसका तापीय प्रभाव बढ़ जाता है, बड़ी ज्वाला उत्पन्न होती है और प्रज्वलन तापमान काफी कम हो जाता है।[47]यद्यपि सशस्त्र बलों द्वारा थर्मेट-टीएच3 का प्राथमिक उद्देश्य आग लगानेवाला विरोधी पदार्थ हथियार के रूप में है, यह धातु के घटकों को एक साथ वेल्डिंग करने में भी उपयोग करता है।
थर्माइट के लिए एक क्लासिक सैन्य उपयोग तोपखाने के टुकड़ों को अक्षम कर रहा है, और इसका उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध के बाद से इस उद्देश्य के लिए किया गया है, जैसे पोइंटे डु होक, नॉरमैंडी में।[48] थर्माइट विस्फोटक आवेशों के उपयोग के बिना तोपखाने के टुकड़ों को स्थायी रूप से निष्क्रिय कर सकता है, इसलिए ऑपरेशन के लिए मौन आवश्यक होने पर थर्माइट का उपयोग किया जा सकता है। यह ब्रीचलोडर में एक या एक से अधिक सशस्त्र थर्माइट ग्रेनेड डालकर और फिर इसे जल्दी से बंद करके किया जा सकता है; यह ब्रीच को बंद कर देता है और हथियार को लोड करना असंभव बना देता है।[49] द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, जर्मन और सहयोगी आग लगाने वाले दोनों बमों ने थर्माइट मिश्रण का इस्तेमाल किया।[50][51] आग लगाने वाले बमों में सामान्यतः मैग्नीशियम फ्यूज द्वारा प्रज्वलित दर्जनों पतले, थर्माइट से भरे कनस्तर (बमबलेट ) होते हैं। थर्माइट द्वारा शुरू की गई आग के कारण आग लगाने वाले बमों ने कई शहरों में बड़े पैमाने पर नुकसान पहुंचाया। मुख्य रूप से लकड़ी की इमारतों वाले शहर विशेष रूप से अतिसंवेदनशील थे। इन आग लगाने वाले बमों का इस्तेमाल मुख्य रूप से टोक्यो में बमबारी #B-29 छापे के दौरान किया गया था। रात में बॉम्बसाइट्स का उपयोग नहीं किया जा सकता था, जिससे ऐसे युद्ध पदार्थ का उपयोग करने की आवश्यकता उत्पन्न हुई जो सटीक प्लेसमेंट की आवश्यकता के बिना लक्ष्यों को नष्ट कर सके।
खतरे
अत्यंत उच्च तापमान के उत्पादन के कारण थर्माइट का उपयोग खतरनाक है और एक बार शुरू होने वाली प्रतिक्रिया को दबाने में अत्यधिक कठिनाई होती है। प्रतिक्रिया में छोड़े गए पिघले हुए लोहे की छोटी धाराएँ काफी दूरी तय कर सकती हैं और धातु के कंटेनरों के माध्यम से पिघल सकती हैं, जिससे उनकी पदार्थ प्रज्वलित हो सकती है। इसके अतिरिक्त, अपेक्षाकृत कम क्वथनांक वाली ज्वलनशील धातुएं जैसे जस्ता (907 °C के क्वथनांक के साथ, जो उस तापमान से लगभग 1,370 °C नीचे है जिस पर थर्माइट जलता है) संभावित रूप से सुपरहिट उबलते धातु को हवा में हिंसक रूप से स्प्रे कर सकता है यदि थर्माइट के पास प्रतिक्रिया।[citation needed]
अगर, किसी कारण से, थर्माइट ऑर्गेनिक्स, हाइड्रेटेड ऑक्साइड और अन्य यौगिकों से दूषित होता है जो थर्माइट घटकों के साथ हीटिंग या प्रतिक्रिया पर गैसों का उत्पादन करने में सक्षम होते हैं, तो प्रतिक्रिया उत्पादों का छिड़काव किया जा सकता है। इसके अलावा, अगर थर्माइट मिश्रण में हवा के साथ पर्याप्त खाली स्थान होता है और पर्याप्त तेजी से जलता है, तो सुपर-हीट हवा भी मिश्रण को स्प्रे करने का कारण बन सकती है। इस कारण अपेक्षाकृत कच्चे पाउडर का उपयोग करना बेहतर होता है, इसलिए प्रतिक्रिया की दर मध्यम होती है और गर्म गैसें प्रतिक्रिया क्षेत्र से बच सकती हैं।
प्रज्वलन से पहले थर्माइट का प्रीहीटिंग आसानी से आकस्मिक रूप से किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, थर्माइट स्लैग के हाल ही में प्रज्वलित ढेर पर थर्माइट का एक नया ढेर डालकर। प्रज्वलित होने पर, पहले से गरम किया हुआ थर्माइट लगभग तुरंत जल सकता है, प्रकाश और ऊष्मा ऊर्जा को सामान्य से बहुत अधिक दर पर जारी करता है और सामान्य रूप से सुरक्षित दूरी पर जलन और आंखों की क्षति का कारण बनता है।[citation needed]
थर्माइट प्रतिक्रिया गलती से औद्योगिक स्थानों में हो सकती है जहां श्रमिक लौह धातुओं के साथ अपघर्षक पीस पहिया का उपयोग करते हैं। इस स्थिति में एल्युमीनियम का उपयोग करने स