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धातुओं को उनके प्राकृतिक रूप में निकालने की प्रक्रिया को धातुकर्म कहते हैं। धातुओं के वे यौगिक जो मिट्टी, रेत, चूना पत्थर और चट्टानों के साथ मिश्रित पाए जाते हैं, खनिज कहलाते हैं। व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए खनिजों से धातुओं का निष्कर्षण सस्ता है और इसके लिए न्यूनतम प्रयास की आवश्यकता होती है। इन खनिजों को अयस्क कहते हैं। अशुद्धियों को दूर करने के उद्देश्य से भट्टी में आवेश में एक पदार्थ मिलाया जाता है। इस पदार्थ को फ्लक्स कहते हैं। धातुकर्म में धातुओं के शुद्धिकरण की प्रक्रिया के साथ-साथ मिश्र धातुओं का निर्माण शामिल है।
धातु विज्ञान धातु तत्वों, अंतर-धात्विक यौगिकों के साथ-साथ मिश्र धातुओं के मिश्रण के रासायनिक और भौतिक व्यवहार का भी अध्ययन करता है। धातुकर्म धातुकर्म से भिन्न है। धातुकर्म धातु विज्ञान पर निर्भर है। एक व्यक्ति जो धातु विज्ञान का अभ्यास करता है, उसे धातु विज्ञानी कहा जाता है।
धातु विज्ञान को मोटे तौर पर भौतिक धातु विज्ञान और रासायनिक धातु विज्ञान में बांटा जा सकता है। भौतिक धातु विज्ञान धातुओं के भौतिक गुणों, भौतिक प्रदर्शन और यांत्रिक गुणों से संबंधित है। रासायनिक धातु विज्ञान धातुओं के ऑक्सीकरण और कमी और उनके रासायनिक प्रदर्शन पर केंद्रित है।
ऐतिहासिक रूप से, धातु विज्ञान ने मुख्य रूप से धातु उत्पादन पर ध्यान केंद्रित किया है। धातु निकालने के लिए अयस्क प्रसंस्करण से धातुओं का उत्पादन शुरू होता है। इसमें मिश्र धातुओं का उत्पादन करने के लिए धातुओं का मिश्रण शामिल है। धातु मिश्र धातु मुख्य रूप से दो या दो से अधिक धातु तत्वों के मिश्रण से बनी होती है। धातुओं के उत्पादन के अध्ययन को लौह धातु विज्ञान और अलौह धातु विज्ञान में वर्गीकृत किया गया है।
लौह धातु विज्ञान में मिश्र धातुएं और प्रक्रियाएं शामिल होती हैं जो लोहे पर आधारित होती हैं। अलौह धातु विज्ञान में मिश्र धातु और प्रक्रियाएं शामिल होती हैं जो लोहे के अलावा अन्य धातुओं पर आधारित होती हैं।
पारंपरिक धातुकर्म प्रक्रियाओं में धातु उत्पादन, विफलता विश्लेषण, गर्मी उपचार, और सोल्डरिंग, ब्रेजिंग और वेल्डिंग जैसी धातुओं में शामिल होना शामिल है। धातु विज्ञान के क्षेत्र में उभरते हुए क्षेत्रों में नैनो टेक्नोलॉजी, बायोमेडिकल सामग्री, अर्धचालक जैसे इलेक्ट्रॉनिक सामग्री, साथ ही सतह इंजीनियरिंग शामिल हैं।
धातुओं को उनके अयस्कों से निकालने और उपयोग के लिए उनका शोधन करने की प्रक्रिया धातु विज्ञान है। धातुकर्म प्रक्रियाओं या धातु निष्कर्षण के विभिन्न चरण निम्नलिखित हैं।
कुचलना और पीसना । यह धातु विज्ञान में पहली प्रक्रिया है। इसमें बार मिल या कोल्हू में अयस्कों को महीन पाउडर में कुचलना शामिल है। इस प्रक्रिया को चूर्णीकरण कहा जाता है।
अयस्कों की सांद्रता । यह एक अयस्क से अशुद्धियों को दूर करने की प्रक्रिया है। इसे अयस्क ड्रेसिंग भी कहा जाता है। नीचे अयस्कों के सान्द्रण की विभिन्न विधियाँ दी गई हैं।
नीचे तांबे के निष्कर्षण की प्रक्रिया का एक उदाहरण दिया गया है।
धातुओं का निष्कर्षण । निष्कर्षण धातु विज्ञान में अयस्कों से मूल्यवान धातुओं को निकालना और फिर उन्हें शुद्ध रूप में परिष्कृत करना शामिल है। आपके लिए धातु सल्फाइड या धातु ऑक्साइड को शुद्ध धातु में परिवर्तित करने के लिए, आपको अयस्क को रासायनिक, भौतिक या इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से कम करना होगा।
अशुद्ध धातुओं का शोधन और शोधन । एल्युमिनियम, कॉपर और आयरन जैसी धातुएँ प्रकृति में संयुक्त अवस्था में पाई जाती हैं। वे कार्बोनेट, सल्फाइड या ऑक्साइड के रूप में हो सकते हैं। उनके अयस्कों से निकाली गई धातुएँ हमेशा अपने शुद्ध रूप में नहीं होती हैं। उनमें अशुद्धियाँ होती हैं जिन्हें हटाया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि उत्पादित धातु अपने शुद्धतम रूप में हो। निकाली गई धातुओं के शुद्धिकरण की प्रक्रिया को शोधन कहते हैं। धातुओं के शोधन की विभिन्न विधियाँ हैं। उपयोग की जाने वाली विधि मौजूद अशुद्धियों और धातु के परिष्कृत होने के साथ गुणों में उनके अंतर पर निर्भर करती है।
धातु विज्ञान से संबंधित अन्य क्षेत्रों में शामिल हैं:
इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली सामान्य धातुओं में लोहा, तांबा, मैग्नीशियम, जस्ता, निकल, टाइटेनियम, सिलिकॉन और एल्यूमीनियम शामिल हैं। सिलिकॉन के अपवाद के साथ इन धातुओं का मुख्य रूप से मिश्र धातुओं के रूप में उपयोग किया जाता है। लौह-कार्बन मिश्र धातु प्रणाली आज बहुत आम है। इसमें कच्चा लोहा और स्टील शामिल हैं। सादा कार्बन स्टील्स में केवल मिश्र धातु तत्व के रूप में कार्बन होता है। उनका उपयोग उच्च-शक्ति, कम लागत वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां न तो जंग और न ही वजन एक प्रमुख चिंता का विषय है।
स्टेनलेस स्टील जैसे निकल मिश्र धातु, जस्ती स्टील, टाइटेनियम मिश्र धातु, या कभी-कभी तांबे मिश्र धातु को लागू किया जाता है जहां जंग के प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।
मैग्नीशियम मिश्र धातु और एल्यूमीनियम मिश्र धातु का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है जहां मजबूत और हल्के भागों की आवश्यकता होती है जैसे एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव इंजीनियरिंग में।
कॉपर-निकल मिश्र धातु जैसे मोनल अत्यधिक संक्षारक वातावरण के साथ-साथ गैर-चुंबकीय अनुप्रयोगों के लिए भी लागू होते हैं।
इनकॉनेल जैसे निकेल-आधारित सुपर एलॉय का उपयोग टर्बोचार्जर, प्रेशर वेसल्स, हीट एक्सचेंजर्स और गैस टर्बाइन जैसे उच्च तापमान वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है।
धातुओं को प्रक्रियाओं के माध्यम से आकार दिया जाता है जैसे:
कोल्ड वर्किंग प्रोसेस का मतलब उत्पाद के ठंडे होने के साथ फैब्रिकेशन, रोलिंग या अन्य प्रक्रियाओं द्वारा उत्पाद के आकार को बदलना है। यह इसकी ताकत बढ़ाने में मदद करता है, एक प्रक्रिया जिसे वर्क हार्डनिंग कहा जाता है।
लचीलापन, ताकत, क्रूरता, जंग के प्रतिरोध और कठोरता के गुणों को बदलने के लिए धातुओं को गर्मी का इलाज किया जा सकता है। ताप उपचार की सबसे आम प्रक्रियाओं में तड़का लगाना, शमन करना और जलना शामिल है।
हमने वह सीखा है;
