लीचिंग (रसायन विज्ञान)
लीचिंग एक विलायक के माध्यम से अपने वाहक पदार्थ से अलग होने या निकालने की प्रक्रिया है।[1] लीचिंग एक स्वाभाविक रूप से होने वाली प्रक्रिया है जिसे वैज्ञानिकों ने विभिन्न तरीकों से विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया है। विशिष्ट निष्कर्षण विधियां शर्बत सामग्री जैसे एकाग्रता, वितरण, प्रकृति और आकार के सापेक्ष घुलनशील विशेषताओं पर निर्भर करती हैं।[1]लीचिंग स्वाभाविक रूप से पौधों के पदार्थों (अकार्बनिक और कार्बनिक) से देखी जा सकती है,[2][3] मिट्टी में विलेय का निक्षालन,[4] और कार्बनिक पदार्थ सामग्री के अपघटन में।[5] पानी की गुणवत्ता बढ़ाने और दूषित पदार्थों को हटाने के लिए लीचिंग को भी प्रभावित तरीके से लागू किया जा सकता है।[1][6] साथ ही फ्लाई ऐश जैसे खतरनाक अपशिष्ट उत्पादों के निपटान के लिए,[7] या दुर्लभ-पृथ्वी तत्व (आरईई)।[8] लीचिंग प्रक्रिया को रोकने या प्रोत्साहित करने के लिए लीचिंग विशेषताओं को समझना और उस मामले में इसकी तैयारी करना जहां यह अपरिहार्य है, महत्वपूर्ण है।[2]
एक आदर्श लीचिंग संतुलन अवस्था में, सभी विलेय को विलायक द्वारा भंग कर दिया जाता है, जिससे विलेय का वाहक अपरिवर्तित रहता है।[1]लीचिंग की प्रक्रिया हालांकि हमेशा आदर्श नहीं होती है, और समझने और दोहराने के लिए काफी जटिल हो सकती है,[6]और अक्सर अलग-अलग तरीके अलग-अलग परिणाम देंगे।[9]
लीचिंग प्रक्रियाएं
लीचिंग परिदृश्य कई प्रकार के होते हैं; इसलिए, इस विषय की सीमा विशाल है।[1][3][9]हालांकि, सामान्य तौर पर, तीन पदार्थों को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:
पदार्थ ए और बी पदार्थ सी की शुरूआत से पहले एक प्रणाली में कुछ समरूप हैं।[10] लीचिंग प्रक्रिया की शुरुआत में, पदार्थ सी सतही पदार्थ बी को काफी उच्च दर पर घोलने का काम करेगा।[1]पदार्थ बी को लक्षित करने के लिए पदार्थ ए के छिद्रों के माध्यम से प्रवेश करने की आवश्यकता होने पर विघटन की दर में काफी कमी आएगी।[1]इस पैठ से अक्सर पदार्थ A का विघटन हो सकता है,[1]या एक से अधिक विलेय का उत्पाद,[10]विशिष्ट लीचिंग वांछित होने पर दोनों असंतोषजनक। लीचिंग प्रक्रिया का अवलोकन करते समय वाहक और विलेय के भौतिक-रासायनिक और जैविक गुणों पर विचार किया जाना चाहिए, और सामग्री, विलायक और उनकी उपलब्धता के आधार पर कुछ गुण अधिक महत्वपूर्ण हो सकते हैं।[9]इन विशिष्ट गुणों में शामिल हो सकते हैं, लेकिन इन तक सीमित नहीं हैं:
- कण आकार[1]* विलायक[1]* तापमान[1]* घबराहट[1]* सतह क्षेत्रफल[9]* वाहक और विलेय की एकरूपता और विषमता[9]* सूक्ष्मजीव गतिविधि[9]* खनिज विज्ञान[10]* मध्यवर्ती उत्पाद[10]* क्रिस्टल की संरचना[10]
सामान्य प्रक्रिया को आम तौर पर तोड़ा जाता है और तीन भागों में संक्षेपित किया जाता है:[1]
- विलायक द्वारा सतही विलेय का विघटन
- विलायक तक पहुँचने के लिए वाहक के छिद्रों के माध्यम से आंतरिक-विलेय का प्रसार
- सिस्टम से बाहर घुले हुए विलेय का स्थानांतरण
जैविक पदार्थों के लिए लीचिंग प्रक्रियाएं
जैविक पदार्थ स्वयं लीचिंग का अनुभव कर सकते हैं,[2]साथ ही भारी धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए विलायक पदार्थ के हिस्से के रूप में लीचिंग के लिए उपयोग किया जाता है।[6]कई पौधे फेनोलिक्स, कार्बोहाइड्रेट और एमिनो एसिड की लीचिंग का अनुभव करते हैं, और लीचिंग से 30% द्रव्यमान हानि का अनुभव कर सकते हैं,[5]सिर्फ पानी के स्रोतों जैसे बारिश, ओस, धुंध और कोहरे से।[2]पानी के इन स्रोतों को लीचिंग प्रक्रिया में विलायक माना जाएगा और पौधों से मुक्त शर्करा, पेक्टिक एसिड पदार्थ और चीनी अल्कोहल जैसे कार्बनिक यौगिक पोषक तत्वों की लीचिंग भी हो सकती है।[2]यह बदले में पौधों की प्रजातियों में अधिक विविधता ला सकता है जो पानी तक अधिक सीधी पहुंच का अनुभव कर सकते हैं।[2]इस प्रकार के निक्षालन से अक्सर पानी द्वारा ठोस से एक अवांछनीय घटक को हटाया जा सकता है, इस प्रक्रिया को धुलाई कहा जाता है।[11] पौधों की लीचिंग के लिए एक प्रमुख चिंता यह है कि यदि कीटनाशकों का निक्षालन किया जाता है और तूफानी जल अपवाह के माध्यम से ले जाया जाता है;[3]यह न केवल पौधों के स्वास्थ्य के लिए आवश्यक है, बल्कि इसे नियंत्रित करना भी महत्वपूर्ण है क्योंकि कीटनाशक मानव और पशु स्वास्थ्य के लिए विषाक्त हो सकते हैं।[3]
बायोलीचिंग एक शब्द है जो जैविक ऑक्सीकरण और जटिल प्रक्रियाओं द्वारा अघुलनशील अयस्कों से धातु आयन को हटाने का वर्णन करता है।[6]यह प्रक्रिया अधिकांश भाग में अघुलनशील सल्फाइड या ऑक्साइड से तांबा, कोबाल्ट, निकल, जस्ता और यूरेनियम निकालने के लिए की जाती है।[6]सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करके अल्युमीनियम को पुनर्प्राप्त करके फ्लाई ऐश के पुन: उपयोग में बायोलीचिंग प्रक्रियाओं का भी उपयोग किया जा सकता है।[7]
फ्लाई ऐश के लिए लीचिंग प्रक्रियाएं
कोयला फ्लाई ऐश एक ऐसा उत्पाद है जो निपटान के दौरान भारी मात्रा में लीचिंग का अनुभव करता है।[7]हालांकि अन्य सामग्रियों जैसे कंक्रीट और ईंटों में फ्लाई ऐश के पुन: उपयोग को प्रोत्साहित किया जाता है, फिर भी संयुक्त राज्य अमेरिका में इसका अधिकांश भाग तालाबों, खाड़ी, लैंडफिल और स्लैग के ढेर में निपटाया जाता है।[7]इन सभी निपटान स्थलों में पानी होता है जहां धुलाई के प्रभाव से कई अलग-अलग प्रमुख रासायनिक तत्वों की लीचिंग हो सकती है, जो फ्लाई ऐश के प्रकार और उस स्थान पर निर्भर करता है जहां इसकी उत्पत्ति हुई थी।[7]फ्लाई ऐश की लीचिंग केवल तभी संबंधित है जब फ्लाई ऐश का निपटान ठीक से नहीं किया गया हो, जैसे कि टेनेसी, टेनेसी के रोने काउंटी में किंग्स्टन फॉसिल प्लांट कोयला फ्लाई ऐश स्लरी स्पिल के मामले में।[12] टेनेसी घाटी प्राधिकरण किंग्स्टन फॉसिल प्लांट की संरचनात्मक विफलता पूरे क्षेत्र में बड़े पैमाने पर विनाश और एमोरी नदी और क्लिंच नदी दोनों के नीचे की ओर संदूषण के गंभीर स्तर का कारण बनती है।[12]
मिट्टी में लीचिंग प्रक्रियाएं
मिट्टी में निक्षालन मिट्टी की विशेषताओं पर अत्यधिक निर्भर है, जो मॉडलिंग के प्रयासों को कठिन बना देता है।[4]अधिकांश लीचिंग पानी की घुसपैठ से आती है, एक धुलाई प्रभाव जो कि जैविक पदार्थों की लीचिंग प्रक्रिया के लिए वर्णित है।[4][11]लीचिंग को आमतौर पर विलेय ट्रांसपोर्ट मॉडल द्वारा वर्णित किया जाता है, जैसे कि डार्सी का नियम | डार्सी का नियम, द्रव्यमान प्रवाह अभिव्यक्ति और प्रसार-फैलाव की समझ।[4]लीचिंग को बड़े पैमाने पर मिट्टी की हाइड्रोलिक चालकता द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो कण आकार और सापेक्ष घनत्व पर निर्भर करता है कि मिट्टी को तनाव के माध्यम से समेकित किया गया है।[4]विसरण को अन्य कारकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है जैसे ताकना आकार और मिट्टी का कंकाल, प्रवाह पथ की वक्रता, और विलायक (पानी) और विलेय का वितरण।[4]
लीचिंग मैकेनिज्म
लीचिंग प्रक्रियाओं के वर्गीकरण के कारण प्रयोगशाला विधियों और मॉडलिंग के माध्यम से एकत्र किए जाने वाले डेटा में कई विविधताएँ हैं, जिससे डेटा की व्याख्या करना कठिन हो जाता है।[10]न केवल निर्दिष्ट लीचिंग प्रक्रिया महत्वपूर्ण है, बल्कि स्वयं प्रयोग का फोकस भी है। उदाहरण के लिए, फोकस को लीचिंग, समूह के रूप में या व्यक्तिगत रूप से खनिज विज्ञान, या विलायक जो लीचिंग का कारण बनता है, के लिए निर्देशित किया जा सकता है।[10]अधिकांश परीक्षण एक अभिकर्मक, गर्मी, या केवल पानी से धोने के कारण बड़े पैमाने पर नुकसान का मूल्यांकन करके किया जाता है।[1]विभिन्न लीचिंग प्रक्रियाओं और उनके संबंधित प्रयोगशाला परीक्षणों का सारांश निम्न तालिका में देखा जा सकता है:
| Leaching Process | Laboratory Tests |
|---|---|
| Waste Leachate Removal | Batch Test or Column Test[9] |
| Leaching from Plants | t-test or permutation test[5] |
| Mobilization of Metal Cations | Bioleaching[6] |
| Leaching Fly Ash | Evaporation from Disposal Pond[7] |
| Cellular Extraction | Light Petroleum Fractions, Trichlorethylene Solvent, or Acetone/Ether Solvent[1] |
| Coarse Solids Leaching | Batch Plant[1] |
| Fine Solids Leaching | Agitation by Mechanical Stirrer or Compressed Air[1] |
पर्यावरण के अनुकूल लीचिंग
यह देखने के लिए हाल ही में कुछ काम किया गया है कि क्या कुछ सफलता के साथ लिथियम और कोबाल्ट को खर्च की गई बैटरी (बिजली) से लीच करने के लिए कार्बनिक अम्ल का उपयोग किया जा सकता है। अलग-अलग तापमान और सेब का तेज़ाब की सांद्रता के साथ किए गए प्रयोग बताते हैं कि 90 °C के तापमान पर 2.0 m/L कार्बनिक अम्ल की इष्टतम स्थितियाँ हैं।[13] प्रतिक्रिया की समग्र दक्षता 90% से अधिक थी जिसमें कोई हानिकारक उपोत्पाद नहीं था।
- 4 लीकू2(ठोस) + 12 सी4H6O5(तरल) → 4 ली.सी4H5O5(तरल) + 4 सह (सी4H6O5)2(तरल) + 6 एच2ओ (तरल) + ओ2(गैस)
साइट्रिक एसिड के साथ समान विश्लेषण ने इष्टतम तापमान और साइट्रिक एसिड के 90 डिग्री सेल्सियस और 1.5 मोलर समाधान के साथ समान परिणाम दिखाए।[14]
यह भी देखें
संदर्भ
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