पाण्यातील विद्रावात घडून येणाऱ्या विक्रियांचा उपयोग करून घेऊन एखाद्या धातुकातील (कच्च्या धातूतील) धातू काढून घेण्याच्या प्रक्रियांसंबधीच्या विज्ञानास जलीय धातुविज्ञान म्हणतात. जलीय धातुवैज्ञानिक पद्धतीने धातू मिळविण्याच्या प्रक्रिया सामान्यतः पुढील क्रमाने कराव्या लागतात.
पूर्व तयारी : धातुकाचे योग्य आकारमानाचे तुकडे किंवा बारीक कण असलेले चूर्ण करणे. कणाचे आकारमान जितके लहान तितके त्याच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ अधिक असते आणि कण जो जो बारीक होत जातात तो तो विद्रावकाचा (विरघळविणाऱ्या द्रवाचा) परिणाम घडून येण्यासाठी उपलबध होणारे त्याचे पृष्ठ अधिक विस्तृत होत जाते. धातुकाचे गुणधर्म तपासून एखाद्या प्रक्रियेसाठी त्याचे तुकडे किंवा चूर्ण किती भरड किंवा बारीक करावयाचे हे, ठरवावे लागते. धातुकात मलद्रव्ये असतील तर ती धुऊन, भाजून किंवा इतर एखाद्या पद्धतीने काढून टाकावी लागतात.
अपक्षालन : धातुकाच्या अनेक घटकांपैकी फक्त इष्ट धातूंचे खनिज विद्राव्य (विरघळणाऱ्या) संयुगाच्या स्वरूपात आणून त्या संयुगाचा विद्राव इतर घटकांपासून वेगळा काढणे. या प्रक्रियेसाठी निर्मल केलेले धातुक योग्य अशा विद्रावकामध्ये मिसळून त्यांचा घनिष्ट संपर्क होईल असे मिसळावे लागते. सल्फ्युरिक किंवा हायड्रोक्लोरिक अम्ल, अमोनियाची संयुगे, सोडियम हायड्रॉक्साइड इत्यादींचे सजल विद्राव किंवा पाणी ही अपक्षालनासाठी सामान्यतः वापरण्यात येणारी द्रव्ये होत. धातुकातील इष्ट अंश विद्राव्य संयुगाचे रूप धारण करून विद्रावकात शिरण्यास पुरेसा अवधी दिल्यानंतर त्या मिश्रणातील विद्रावक गाळून किंवा पाझरू देऊन वेगळा केला जातो.
निष्कर्षण : अपक्षालनाने मिळालेला विद्राव पुढील संस्कारासाठी विशेष प्रक्रिया न करता तसाच वापरता येणे कधीकधी शक्य असते, पण कधीकधी त्यांच्यात येणारी काही अनिष्ट द्रव्ये काढून टाकावी लागतात किंवा इष्ट धातुद्रव्य विद्रावकातून वेगळे काढावे लागते. उदा., युरेनियमाच्या धातुकाच्या अपक्षालनाने मिळणाऱ्या विद्रावात अनेक अनिष्ट द्रव्ये असतात म्हणून आयन-विनिमय [विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट यांची म्हणजे आयनांची अदलाबदल, → आयन विनिमय] पद्धतीचा उपयोग करून युरेनियम द्रव्य वेगळे केले जाते. झिर्कोनियम-हाफनियम धातूंची द्रव्ये वेगळी करण्यासाठीही आयनविनिमय पद्धत वापरली जाते. अशाच कामासाठी वापरली जाणारी एक महत्त्वाची प्रक्रिया म्हणजे विद्रावक निष्कर्षण होय. उदा., युरेनियम व टँटॅलम या धातू वेगळ्या करण्यासाठी विद्रावक निष्कर्षणाचा उपयोग केला जातो [→ निष्कर्षण].
अवक्षेपण : निष्कर्षण करून मिळालेल्या विद्रावातील धातुद्रव्ये अवक्षेपित करणे (न विरघळणाऱ्या साक्याच्या स्वरूपात वेगळी करणे). ही धातुद्रव्ये सामान्यतः संयुगांच्या स्वरूपात असतात आणि त्यांच्यापासून निवळ धातू मिळविण्यासाठी इतर प्रक्रिया वापराव्या लागतात. काही प्रकारच्या धातुद्रव्यांतून अवक्षेपण पद्धतीने एकदम शुद्ध धातू मिळविता येते. उदा., विद्रावामध्ये विरघळलेल्या तांब्यासारख्या धातूला तिच्यापेक्षा विद्युत् दृष्ट्या जास्त क्रियाशील असलेल्या धातू बदली देऊन किंवा साधी विद्युत् विच्छेदनाची (विद्रावातून विद्युत् प्रवाह जाऊ देऊन आयन अलग करण्याची) पद्धत वापरून विद्रावातून अलग काढता येते. विद्रावामध्ये विरघळलेल्या, निकेल, जस्त वगैरे काही धातू वायुरूपी क्षपणकाचा [→ क्षपण] उपयोग करून अलग करता येतात परंतु काही प्रकारांत धातूच्या संयुगाचेच अवक्षेपण करावे लागते. उदा., ॲल्युमिनियम तयार करण्याच्या बायर यांच्या पद्धतीत बॉक्साइटापासून ॲल्युमिना हे संयुग अवक्षेपण करून वेगळे करावे लागते.
इतिहास व उपयोग : १८८९ साली कनिष्ठ प्रतीच्या धातुकातील सोने वा चांदी काढण्याच्या सायनाइड पद्धतीचा शोध लागला तेव्हा आधुनिक जलीय धातुविज्ञानाचा प्रारंभ झाला, असे म्हणता येईल पण या विज्ञानाची खरी प्रगती १९३० सालानंतरच झाली. तांबे, सोने, चांदी, ॲल्युमिनियम, युरेनियम व इतर कित्येक धातूंच्या उत्पादनात आता जलीय धातुवैज्ञानिक प्रक्रिया वापरल्या जात आहेत. या प्रक्रियांचे मुख्य फायदे पुढीलप्रमाणे आहेत. अगदी कनिष्ठ प्रतीच्या धातुकांपासून सोने, चांदी, तांबे, युरेनियम इ. धातू काढता येतात. उत्ताप धातुवैज्ञानिक (उच्च तापमानाचा उपयोग करून धातू मिळविण्याच्या) प्रक्रियांच्या मानाने इंधन कमी लागते. या प्रक्रियांना लागणारी यंत्रसामग्री अधिक सुटसुटीत असते व धातुके किंवा उपकरणे हाताळणे अधिक सोपे असते. यामुळे उत्पादनाच्या खर्चात काटकसर होते. जवळजवळ सारखेच गुणधर्म असलेल्या हाफनियम, झिर्कोनियम, निओबियम व टँटॅलम यांसारख्या एकमेकींपासून वेगळ्या करण्यास अवघड असलेल्या धातू या प्रक्रियांनी वेगळ्या करता येणे शक्य झाले आहे परंतु जलीय धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांनी मिळालेले पदार्थ सामान्यतः संयुगांच्या स्वरूपात असतात व त्यांच्यापासून निवळ धातू मिळविण्यासाठी इतर प्रकारच्या म्हणजे उत्तापीय (भट्टीचा उपयोग करणाऱ्या) किंवा विद्युत् धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांचा उपयोग करावा लागतो. आयन-विनिमय, विद्रावक निष्कर्षण, उच्च तापमान, उच्च दाब इत्यादींचा उपयोग जलीय धातुवैज्ञानिक प्रक्रियांत करण्याकडे अधिक लक्ष दिले जात असून कित्येक धातूंच्या व्यापारी उत्पादनात त्यांचा उपयोगही होऊ लागला आहे.
संदर्भ :
- Wadsworth, M. E. Davis, F. D., Eds, Unit Processes in Hydrometallurgy, New York, 1965.