Chapter 6 — General Principles and Processes of Isolation of Elements



1. Metallurgy — धातुकर्म

Metallurgy is the process of extraction of metals from their ores and purification.
धातुकर्म वह प्रक्रिया है जिसमें अयस्कों से धातुओं का निष्कर्षण और परिशोधन किया जाता है।

2. Minerals and Ores — खनिज और अयस्क

Minerals — खनिज
Naturally occurring chemical compounds containing metals.
धातुओं वाले प्राकृतिक यौगिक खनिज कहलाते हैं।

Ore — अयस्क
Mineral from which metal can be economically extracted.
वह खनिज जिससे धातु को लाभ के साथ निकाला जा सके — अयस्क कहलाता है।

3. Gangue or Matrix — गेंग / मैट्रिक्स

Unwanted impurities such as sand, rock etc. present in ore.
अयस्क में उपस्थित अवांछित अशुद्धियाँ जैसे बालू, मिट्टी आदि।

4. Metallurgy के मुख्य चरण

Main steps — मुख्य चरण:

1. Crushing and Grinding — पीसना व कुचलना
2. Concentration of ore — अयस्क का सघनीकरण
3. Oxide में परिवर्तन — Conversion to oxide
4. Reduction — अवकरण (धातु निकालना)
5. Purification — परिशोधन

Concentration of Ore — अयस्क का सघनीकरण

अयस्क से गेंग (अशुद्धियाँ) हटाई जाती हैं।

(a) Hydraulic Washing — धुलाई विधि

Using water flow to remove lighter impurities.
पानी के बहाव से हल्की अशुद्धियों को अलग किया जाता है।

(b) Magnetic Separation — चुम्बकीय पृथक्करण

If ore or gangue is magnetic.
यदि अयस्क या गेंग चुम्बकीय हो।

Example — उदाहरण
Fe₃O₄

(c) Froth Flotation — फ्रोथ फ्लोटेशन विधि

Used for sulphide ores.
सल्फाइड अयस्कों के लिए प्रयोग की जाती है।

Principle — सिद्धांत
Sulphide ore becomes wet by oil and gangue by water.
सल्फाइड अयस्क तेल से गीला होता है और गेंग पानी से।

Collecting agent — पाइन ऑयल

(d) Leaching — लीचिंग

Ore is dissolved in suitable chemical solution.
अयस्क को उपयुक्त रासायनिक विलयन में घोला जाता है।

Example — उदाहरण
Bauxite with NaOH → Al₂O₃ निकलता है

Conversion into Oxide — ऑक्साइड में परिवर्तन

(a) Calcination — कैल्सिनेशन

Heating the ore in absence of air.
अयस्क को हवा की अनुपस्थिति में गरम करना।

Used for — carbonates and hydrated ores
कार्बोनेट एवं जलयोजित अयस्कों के लिए

Example
CaCO₃ → CaO + CO₂

(b) Roasting — रोस्टिंग

Heating sulphide ores in presence of air.
सल्फाइड अयस्कों को हवा में गरम करना।

Example
2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

Reduction of Oxide — ऑक्साइड का अवकरण

धातु का ऑक्साइड → धातु

(a) Using Carbon — कोक/कोयला द्वारा

ZnO + C → Zn + CO

(b) Using CO gas

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

(c) Using Aluminium (Thermite Process) — थर्माइट अभिक्रिया

Al is strong reducing agent.
Al एक शक्तिशाली अवकारक है।

Example
Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃ + heat

Molten iron is obtained
गलित लोहा प्राप्त होता है।

(d) Electrolytic Reduction — विद्युत अपघटन

Used for very reactive metals like Na, Mg, Ca, Al
बहुत सक्रिय धातुओं के लिए।

Example
Al from alumina
Al₂O₃ के विद्युत अपघटन से Al

Ellingham Diagram — एलिंघम आरेख

Shows relation between ΔG and temperature for metal oxides.
यह धातुओं के ऑक्साइड बनने की उर्जा और तापमान का संबंध बताता है।
इससे तय करते हैं कि कौन-सा अवकारक उपयुक्त है।

Refining of Metals — धातुओं का परिशोधन

कच्ची धातु में अभी भी अशुद्धियाँ होती हैं।

(a) Distillation — आसवन

Low boiling metals (Zn, Hg).
कम क्वथनांक वाली धातुओं के लिए।

(b) Liquation — द्रवण

Metal with low melting point melts first.
कम गलनांक वाली धातु पहले पिघलती है।

(c) Electrolytic Refining — विद्युत परिशोधन

Most important method.
सबसे महत्त्वपूर्ण विधि।

Impure metal — anode
Pure metal — cathode

Example — उदाहरण
Cu refining

(d) Zone Refining — जोन परिशोधन

Used for semiconductors
अर्धचालकों के लिए

Si, Ge, Ga

Principle — अशुद्धियाँ पिघले भाग में अधिक घुलती हैं।

(e) Vapour Phase Refining — वाष्प अवस्था परिशोधन

Example — उदाहरण
Mond’s process for Ni
Ni + 4CO → Ni(CO)₄ (volatile)
Heating → Ni + 4CO

Extraction of Important Metals — महत्वपूर्ण धातुओं का निष्कर्षण

Aluminium — एल्युमिनियम

Ore — अयस्क

Bauxite — Al₂O₃·2H₂O

Steps — चरण

1. Concentration by leaching (Bayer process)
2. Electrolytic reduction (Hall-Heroult process)

Cathode → Al
Anode → O₂ (oxidises C → CO₂)

Iron — लोहा (Blast Furnace)

Ores — हेमटाइट, मैग्नेटाइट

Main reactions
Fe₂O₃ → FeO → Fe

Slag formed with CaO + SiO₂
यह अशुद्धियों को अलग करता है।

Copper — ताँबा

Ore — Copper pyrite (CuFeS₂)

Steps
• Concentration
• Roasting
• Smelting
• Bessemerisation

Blister copper → Electrolytic refining
→ 99.9% pure copper

Thermodynamic Principles — ऊष्मागतिक सिद्धांत

Reduction possible only if
ΔG is negative
अवकरण तभी संभव जब ΔG नकारात्मक हो।

इसका उपयोग Ellingham diagram में किया जाता है।

Uses — उपयोग

• Electrical wires
• Construction
• Alloy preparation
• Stainless steel
• Transport industry


  1.  Ore = Economically useful mineral
  2.  Gangue = Unwanted impurity
  3.  Concentration removes gangue
  4.  Roasting → sulphide → oxide
  5.  Calcination → carbonates
  6.  Thermite → Fe₂O₃ + Al
  7.  Electrolytic refining → Cu
  8.  Zone refining → Semiconductors