लौहमिश्र धातु

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लौहमिश्र धातु के विभिन्न मिश्र धातुओं को संदर्भित करता है, जिसमें मैंगनीज (एमएन), अल्युमीनियम (अल), या सिलिकॉन (सी) जैसे अन्य रासायनिक तत्व का उच्च अनुपात होता है।[1] इनका उपयोग इस्पात और मिश्रधातु के उत्पादन में किया जाता है।[2][3] इन मिश्रणों से इस्पात और कच्चा लोहा को विशिष्ट गुण प्रदान करती हैं या उत्पादन के समय महत्वपूर्ण कार्य करती हैं और इसलिए, लौह और इस्पात उद्योग के साथ निकटता से जुड़ी हुई हैं, जो लौहमिश्र धातु के प्रमुख उपभोक्ता हैं। 2014 में फेरोलॉय के प्रमुख उत्पादक चीन, दक्षिण अफ्रीका, भारत, रूस और कजाखस्तान थे, जिनका विश्व उत्पादन में 84% का भाग बनाया था।[4]2015 में लौहमिश्र धातु का विश्व उत्पादन 52.8 मिलियन टन होने का अनुमान लगाया गया था।[5]

यौगिक

मुख्य लौहमिश्र हैं:

उत्पादन, प्रक्रियाओं द्वारा

[[image:Ferroalloys production evolution.svg|thumb|right|upright=1.5|lang=en|प्रक्रियाओं द्वारा वैश्विक लौहमिश्र उत्पादन का विकास।

लौहमिश्र धातु का उत्पादन सामान्यतः दो विधि : वात भट्टी में या इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस से किया जाता है। 20वीं सदी के समय ब्लास्ट फर्नेस का उत्पादन लगातार कम हुआ, चूँकि इलेक्ट्रिक आर्क उत्पादन अभी भी बढ़ रहा है। आज, फेरोमैंगनीज का उत्पादन अभी भी ब्लास्ट फर्नेस में कुशलतापूर्वक किया जा सकता है, किन्तु, इस स्थितियों में भी, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस फैल रहा है। सामान्यतः, लौहमिश्र धातु का उत्पादन कार्बोथर्मिक प्रतिक्रियाओं द्वारा किया जाता है, जिसमें धातु की उपस्थिति में कार्बन (कोक के रूप में) के साथ ऑक्साइड की कमी सम्मिलित होती है। कुछ लौहमिश्र धातुएँ पिघले हुए धातु में तत्वों को मिलाने से निर्मित किया जा सकता है।

यह संभव है कि कुछ लौहमिश्र धातु को प्रत्यक्ष कमी [fr] प्रक्रियाओं से भी उत्पन्न किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, क्रुप-रेन प्रक्रिया [fr] का उपयोग जापान में फेरोनिकेल के उत्पादन के लिए किया जाता है।[6]

उत्पादन और खपत, लौहमिश्र धातु द्वारा

फेरोक्रोमियम

फेरोक्रोमियम

Main article: फेरोक्रोमियम

2014 में अग्रणी विश्व क्रोमाइट अयस्क उत्पादक देश दक्षिण अफ्रीका (12 मिलियन टन), कजाकिस्तान (3.7 मिलियन टन), भारत (3.5 मिलियन टन) और तुर्की (2.6 मिलियन टन) थे। धातुकर्म उद्योग के लिए फेरोक्रोमियम का उत्पादन करने के लिए अधिकांश क्रोमाइट अयस्क उत्पादन को इलेक्ट्रिक-आर्क भट्टियों में पिघलाया गया था। 2014 में अग्रणी विश्व फेरोक्रोमियम उत्पादक देश चीन (4.5 मिलियन टन), दक्षिण अफ्रीका (3.6 मिलियन टन), कजाकिस्तान (1.2 मिलियन टन) और भारत (0.9 मिलियन टन) थे। विश्व भर में उत्पादित 11.7 मिलियन टन फेरोक्रोमियम में से अधिकांश का उपयोग स्टेनलेस इस्पात के निर्माण में किया गया था, जो 2014 में कुल 41.7 मिलियन टन था।[4]

फेरोमैंगनीज

Main article: फेरोमैंगनीज

फेरोमैंगनीज और सिलिकोमैंगनीज दो मैंगनीज फेरोएलॉय्स, इस्पात निर्माण के लिए महत्वपूर्ण घटक होते हैं। चीन मैंगनीज लौहमिश्र धातु (2.7 मिलियन टन) का अग्रणी विश्व उत्पादक है, जिसका उत्पादन अगले तीन सबसे बड़े उत्पादकों-ब्राजील (0.34 मिलियन टन), दक्षिण अफ्रीका (0.61 मिलियन टन) और यूक्रेन (0.38 मिलियन टन) के संयुक्त उत्पादन से कहीं अधिक है।[2]

फेरोमोलीब्डेनम

Main article: फेरोमोलिब्डेनम

फेरोमोलीब्डेनम के प्रमुख उत्पादक देश चिली (16,918 टन), चीन (40,000 टन) और संयुक्त राज्य अमेरिका (जिन्होंने 2008 में दुनिया के मोलिब्डेनाइट खनिज उत्पादन के 78% का हिस्सा बनाया) हैं। कनाडा, मेक्सिको और पेरू शेष के लिए उत्तरदायी थे। मोलिब्डेनाइट सांद्रण भुना हुआ है मोलिब्डेनम ऑक्साइड बनाने के लिए, जिसे फेरोमोलिब्डेनम, मोलिब्डेनम रसायन, या मोलिब्डेनम धातु में परिवर्तित किया जा सकता है। चूंकि संयुक्त राज्य अमेरिका 2008 में विश्व का दूसरा प्रमुख मोलिब्डेनम उत्पादक देश था, इसने 2008 में अपनी फेरोमोलीब्डेनम आवश्यकताओं का 70% से अधिक आयात किया था, अधिकतर इस्पात उद्योग के लिए (83% फेरोमोलीब्डेनम की खपत)।[2]

फेरोनिकेल

See also: लौह-निकल क्लस्टर
Characteristics,
17–24% Ni[7]
घनत्व 3.8 g/cm3
गलनांक 1500°C
क्वथनांक 2900°C

2014 में, विश्व के वार्षिक नए निकल का अधिकतर 33% फेरोनिकेल था,[8]जिसका व्यापक समीक्षा लेख 1991 में स्वार्टज़ेंड्रबर एट अल द्वारा प्रकाशित किया गया था।[9] पृथ्वी पर गिरने वाले कई उल्कापिंड फेरोनिकेल सिद्ध होते हैं,[9]और कमासाइट और/या टेनाइट का रूप ले लेते हैं। फेरोनिकेल में चेहरा-केंद्रित घन क्रिस्टल संरचना होती है (नी के माध्यम से)।[10] यह फेराइट (लोहा), मार्टेंसाईट या ऑस्टेनाईट के रूप में हो सकता है। इस्पात के अनुरूप उद्देश्यों के लिए बाइनरी Fe-Ni प्रणाली की जांच की गई है क्योंकि ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पातों और मैरेजिंग इस्पातों जैसे उच्च-मिश्र धातु इस्पातों में निकल की उपस्थिति बॉडी-केंद्रित क्यूबिक फेराइट से फेस-केंद्रित क्यूबिक में संक्रमण के लिए महत्वपूर्ण चालक है।[11]

20वीं सदी के अंत में, निकल उत्पादन का 60% सल्फाइड अयस्कों के मैट स्मेल्टिंग पर आधारित था, जो फेरोनिकल उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं था।[12] 2003 के आंकड़ों के अनुसार, प्राथमिक निकल उत्पादन में लेटराइट की योगदान 42% बताई गई थी।[12]2014 में फेरोनिकेल का विश्व वार्षिक उत्पादन अधिकतर 250,000 टन था।[8]दो सबसे बड़े उत्पादक बीएचपी और सोसाइटी ले निकेल थे।[8] लेटराइट अयस्कों का उपयोग अधिकांशतः उत्पादन प्रक्रिया की आपूर्ति के लिए किया जाता है।[13][14] आरकेईएफ प्रक्रिया का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है।[15] निम्न-श्रेणी के फ़ीड के कारण लेटराइट अयस्कों के लिए प्रति टन उत्पाद ऊर्जा की खपत अधिक होती है, और इसलिए बहुत अधिक अपशिष्ट स्लैग और गैसीय प्रदूषण पैदा होता है।[16] सामान्यतः, भट्ठी का 90% से अधिक उत्पादन लावा के रूप में होता है।[8]पिघले हुए फेरोनिकेल को परिष्कृत करने की विधि विशेषज्ञों के लिए विषय है,[17] और अयस्क सामग्री परिवर्तनशीलता के कारण प्रक्रियाओं को स्रोत के अनुसार तैयार करने की भी आवश्यकता हो सकती है: उदाहरण के लिए ग्रीक अयस्कों की लार्को प्रक्रिया।[18] "लौह मिश्रधातुओं में निकेल मिलाने का मुख्य कारण ऑस्टेनिटिक माइक्रोस्ट्रक्चर को बढ़ावा देना है। निकेल सामान्यतः लचीलापन, कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध में वृद्धि करता है"।[19] निकेल पिग आयरन को फेरोनिकेल से निकेल के कम वजन वाले अंश (4-10%) और उच्च कार्बन सामग्री (>3%) द्वारा अलग किया जाता है। इसके विपरीत, फेरोनिकेल अपेक्षाकृत शुद्ध बाइनरी मिश्र धातु है।[19]

2008 में, प्रमुख फेरोनिकेल उत्पादक देश जापान (301,000 टन), न्यू केलडोनिया (144,000 टन) और कोलंबिया (105,000 टन) थे। यदि चीन को छोड़ दिया जाए तो, इन तीन देशों का विश्व उत्पादन में अधिकतर 51% योगदान है। यूक्रेन, इंडोनेशिया, ग्रीस और मैसेडोनिया, सकल वजन उत्पादन के घटते क्रम में, चीन को छोड़कर, सभी ने 68,000 टन और 90,000 टन फेरोनिकेल का उत्पादन किया, जो अतिरिक्त 31% का भाग बनता है। चीन को आंकड़ों से बाहर रखा गया था क्योंकि उसके उद्योग ने 590,000 टन सकल वजन के अनुमानित संयुक्त उत्पादन के लिए पारंपरिक फेरोनिकेल ग्रेड के स्पेक्ट्रम के अतिरिक्त लावा बड़े टन निकल पिग आयरन का उत्पादन किया था। ग्राहक के अंतिम उपयोग के आधार पर, व्यक्तिगत चीनी उत्पादों की निकल सामग्री अधिकतर 1.6% से लेकर 80% तक भिन्न होती है।[2]

संयुक्त राज्य अमेरिका में, इस्पात उद्योग ने 2008 में अधिकतर सभी फेरोनिकेल की खपत की गणना की, जिसमें 98% से अधिक का उपयोग स्टेनलेस और गर्मी प्रतिरोधी इस्पातों में किया गया; 2008 में अमेरिका में कोई फेरोनिकेल का उत्पादन नहीं किया गया था।[2]

निकेल पिग आयरन चीन में निर्मित निम्न श्रेणी का फेरोनिकेल है, जो 2010 से बहुत लोकप्रिय है।

फेरोसिलिकॉन

Main article: फेरोसिलिकॉन
फेरोसिलिकॉन

सिलिकॉन लौहमिश्र धातु की खपत कच्चा लोहा और इस्पात उत्पादन से प्रेरित होती है, जहां सिलिकॉन मिश्र धातुओं का उपयोग डीऑक्सीडाइज़र के रूप में किया जाता है। कुछ सिलिकॉन धातु का उपयोग धातु के साथ मिश्र धातु एजेंट के रूप में भी किया जाता था। सिलिकॉन सामग्री के आधार पर, अमेरिका में फेरोसिलिकॉन और विविध सिलिकॉन मिश्र धातुओं का शुद्ध उत्पादन 2008 में 148,000 टन था। चीन प्रमुख आपूर्तिकर्ता है, जिसने 2008 की शेष जगहों की समानता में अधिक फेरोसिलिकॉन (4.9 मिलियन टन) का उत्पादन किया था। अन्य प्रमुख उत्पादक देश नॉर्वे(0.21 मिलियन टन), रूस (0.85 मिलियन टन) और अमेरिका (0.23 मिलियन टन) हैं।[2]

फेरोटिटेनियम

Main article: फेरोटिटेनियम

इस्पात निर्माण में टाइटेनियम का उपयोग डिऑक्सीडेशन, अनाज-आकार नियंत्रण और कार्बन और नाइट्रोजन नियंत्रण और स्थिरीकरण के लिए किया जाता है। इस्पात निर्माण के समय, टाइटेनियम सामान्यतः फेरोटाइटेनियम के रूप में प्रस्तुत किया जाता है क्योंकि इसका तापमान संशोधन और ऊची घनत्व के कारण उच्च होता है। अपेक्षाकृत उच्च टाइटेनियम सामग्री वाले इस्पात में अंतररस-मुक्त, स्टेनलेस और उच्च शक्ति वाले कम-मिश्र धातु इस्पात सम्मिलित हैं। फेरोटिटेनियम का उत्पादन सामान्यतः धातु या इस्पात के साथ टाइटेनियम स्क्रैप के प्रेरण पिघलने से होता है; हालाँकि, यह सीधे टाइटेनियम खनिज सांद्रण से भी निर्मित होता है। फेरोटिटेनियम के मानक ग्रेड 30% और 70% टाइटेनियम होते हैं। सिलिकॉन और टाइटेनियम को साथ जोड़ने की अनुमति देने के लिए फेरोसिलिकॉन-टाइटेनियम का भी उत्पादन किया जाता है। प्रमुख फेरोटिटेनियम उत्पादक देशों में ब्राजील, चीन, भारत, जापान, रूस, यूक्रेन, यूनाइटेड किंगडम और संयुक्त राज्य अमेरिका सम्मिलित हैं।[2]

फेरोटेन्टालम

Main article: फेरोटैंटलम

कठोर करने योग्य विशेष इस्पात बनाने के लिए पिघले हुए इस्पात में फेरोटैंटलम मिलाया जाता है। इसका उपयोग वेल्डिंग सामग्री, पाउडर छिड़काव और पाउडर धातुकर्म अनुप्रयोगों के लिए भी किया जाता है। [20]

सड़ी-गली इच्छाएँ

Main article: फेरोटुंगस्टन

टंगस्टन उच्च गति और अन्य उपकरण इस्पातों में महत्वपूर्ण मिश्रण तत्व है, और इसका कुछ सीमा तक थोड़े ही स्टेनलेस और संरचनात्मक इस्पातों में उपयोग होता है। टंगस्टन को अधिकांशतः इस्पात पिघलने में फेरोटंगस्टन के रूप में जोड़ा जाता है, जिसमें 80% तक टंगस्टन हो सकता है। विश्व फेरोटंगस्टन उत्पादन का प्रमुख प्रायोजक चीन है, जिसने 2008 में इस मिश्रित धातु का 4,835 टन (कुल वजन) निर्यात किया था। फेरोटुंगस्टन अपेक्षाकृत महंगा होता है, जिसकी मूल्य मिले तो $31–44 प्रति किलोग्राम टंगस्टेन की आवश्यक मात्रा पर होती है।[2]

फ़ेरोवैनेडियम

Main article: फेरोवानेडियम
फेरोवानेडियम के टुकड़े

2008 में, चीन, रूस (12,000 टन) और दक्षिण अफ्रीका (17,000 टन) ने विश्व वैनेडियम खदान उत्पादन का 98% भाग था। इन तीन देशों में, वैनेडियम मुख्य रूप से पिग आयरन का उत्पादन करने के लिए संसाधित टाइटेनियम युक्त मैग्नेटाइट अयस्क से प्राप्त किया गया था। इस प्रक्रिया में वैनेडियम (वी) ऑक्साइड, एल्युमीनियम (ऑक्साइड गेटर के रूप में), और स्क्रैप आयरन की एल्यूमिनोथर्मिक कमी सम्मिलित होती है।[1] इससे 20% से 24% वेनेडियम पेंटाक्साइड की धातु उत्पन्न होती है, जिसे आगे 40% से 50% वैनेडियम युक्त फेरोवैनेडियम में संसाधित किया जा सकता है। 2008 में संयुक्त राज्य अमेरिका में उपभोक्त वेनेडियम की 5,090 टन में से 84% फेरोवेनेडियम से आया था और उसमें से अधिकतर सभी (99%) इसे इस्पात निर्माण में लगाया गया।[2]

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Rudolf Fichte. "Ferroalloys". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a10_305.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Corathers, Lisa A.; et al. (October 2010). ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2008 (Report). Vol. I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.14. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
  3. ↑ Moskalyk, R. R.; Alfantazi, A. M. (2003). "Processing of vanadium: a review". Minerals Engineering. 16 (9, September 2003): 793–805. doi:10.1016/S0892-6875(03)00213-9.
  4. ↑ 4.0 4.1 Bedinger, George M.; Corathers, Lisa A.; et al. (October 2016). ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2014 (Report). Vol. I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.3. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
  5. ↑ Singerling, Sheryl A.; Tuck, Christopher A.; et al. (June 2018). ferroalloys (PDF). Minerals Yearbook 2015 (Report). Vol. I. U.S. Geological Survey. pp. 25.1–25.14. doi:10.3133/mybvi. Retrieved 2019-10-18.
  6. ↑ Kudo, Akira. Japanese-German Business Relations: Co-operation and Rivalry in the Interwar. pp. 89–108. Archived from the original on 2014-10-20. Retrieved 2014-12-21.
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  8. ↑ 8.0 8.1 8.2 8.3 Swinbourne, Douglas R. "निकेल लेटराइट स्मेल्टिंग से लेकर फेरोनिकेल तक की मॉडलिंग" (PDF). High Temperature Processing Symposium 2014. Swinburne University of Technology.
  9. ↑ 9.0 9.1 Swartzendruber, L. J.; Itkin, V. P.; Alcock, C. B. (1991). "Fe-Ni (लौह-निकल) प्रणाली". Journal of Phase Equilibria. 12 (3): 288–312. doi:10.1007/BF02649918. S2CID 198915324.
  10. ↑ Tatsuya Tokunaga; Hiroshi Ohtani; Mitsuhiro Hasebe (2005). "Thermodynamic Study of Phase Equilibria in the Ni–Fe–B System". Materials Transactions. 46 (6): 1193–1198. doi:10.2320/matertrans.46.1193.{{cite journal}}: CS1 maint: date and year (link)
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  13. ↑ Crundwell, Frank K.; Moats, Michael S.; Ramachandran, Venkoba; Robinson, Timothy G.; Davenport, William G. (2011). "Upgrading of Laterite Ores". निकेल, कोबाल्ट और प्लैटिनम समूह धातुओं का निष्कर्षण धातुकर्म. pp. 39–47. doi:10.1016/B978-0-08-096809-4.10003-6. ISBN 9780080968094.
  14. ↑ Polyakov, Oleg (2013). "Technology of Ferronickel". फेरोलॉयज़ की हैंडबुक. pp. 367–375. doi:10.1016/B978-0-08-097753-9.00010-1. ISBN 9780080977539.
  15. ↑ "Production of FeNi from high iron nickel ores" Svana, Erik and Ysteb, Roald (1983) Production of FeNi from high iron nickel ores. In: Proceedings of the Seminar on Problems and Prospects of Ferro-Alloy Industry in India, Oct. 24–26, 1983, NML, Jamshedpur.
  16. ↑ Swinbourne, D. R. (2014). "कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स मॉडलिंग के माध्यम से लेटराइट से फेरोनिकेल गलाने को समझना". Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 123 (3): 127–140. doi:10.1179/1743285514Y.0000000056. S2CID 136838900.
  17. ↑ Crundwell, Frank K.; Moats, Michael S.; Ramachandran, Venkoba; Robinson, Timothy G.; Davenport, William G. (2011). "Refining Molten Ferronickel". निकेल, कोबाल्ट और प्लैटिनम समूह धातुओं का निष्कर्षण धातुकर्म. pp. 85–93. doi:10.1016/B978-0-08-096809-4.10007-3. ISBN 9780080968094.
  18. ↑ Zevgolis, Emmanouil. (2004). The evolution of the Greek ferronickel production process. International Laterite Nickel Symposium. 619–632.
  19. ↑ 19.0 19.1 "लौह मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए निकल धातु बनाम फेरोनिकेल". Metals Hub GmbH.
  20. ↑ "FA1679 Ferro Tantalum (FeTa) Alloy". Refractory Metals and Alloys (in English). Retrieved 2022-12-05.
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