लौह अयस्क

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हेमेटाइट: ब्राजील की खानों में मुख्य लौह अयस्क।
इस तरह के लौह अयस्क गुटिकाओं के भंडार का उपयोग इस्पात उत्पादन में किया जाता है।
टोलेडो, ओहायो में घाट में लौह अयस्क उतारा जा रहा है।

लौह अयस्क[1]वे चट्टानें और खनिज हैं जिनसे धात्विक लोहा आर्थिक रूप से निकाला जा सकता है। अयस्क सामान्यतः लोहे के आक्साइड में समृद्ध होते हैं और गहरे भूरे, चमकीले पीले या गहरे बैंगनी से लाल रंग के रंग में भिन्न होते हैं। लोहा सामान्यतः मैग्नेटाइट (Fe
3O
4, 72.4% Fe), हेमेटाइट (Fe
2O
3, 69.9% Fe), गोइथाइट (FeO(OH), 62.9% Fe), लिमोनाईट (FeO(OH)·n(H2O), 55% Fe) या सिडेराइट (FeCO3, 48.2% Fe) के रूप में पाया जाता है।

हेमेटाइट या मैग्नेटाइट (लगभग 60% से अधिक लोहे) की बहुत अधिक मात्रा वाले अयस्कों को प्राकृतिक अयस्क या प्रत्यक्ष निर्यात अयस्क के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि उन्हें सीधे लोहा बनाने वाली वात भट्टी में डाला जा सकता है। लौह अयस्क कच्चा लोहा बनाने के लिए उपयोग किया जाने वाला कच्चा माल है, जो इस्पात बनाने के लिए मुख्य कच्चे माल में से एक है - खनन किए गए लौह अयस्क का 98% इस्पात बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।[2] 2011 में वित्तीय समय ने बार्कलेज मूलधन के खनन क्रिस्टोफर लाफेमिना ने उद्धृत किया कि संभवतः पेट्रोलियम को छोड़कर लौह अयस्क किसी भी अन्य वस्तु की तुलना में वैश्विक अर्थव्यवस्था का अधिक अभिन्न अंग है।[3]


स्रोत

धात्विक लोहा पृथ्वी की सतह पर वस्तुतः अज्ञात है अतिरिक्त इसके कि उल्कापिंडों से निकली लौह-निकल मिश्रधातुएँ और गहरे आवरण अपराश्म के बहुत दुर्लभ रूप हैं। माना जाता है कि कुछ लोहे के उल्कापिंडों की उत्पत्ति 1,000 किमी व्यास या उससे बड़े पिंडों से हुई है[4] लोहे की उत्पत्ति अंततः सितारों में परमाणु संलयन के माध्यम से गठन के लिए खोजी जा सकती है, और अधिकांश लोहे को मरणकालीन सितारों में उत्पन्न हुआ माना जाता है जो सुपरनोवा के रूप में पतन या विस्फोट करने के लिए काफी बड़े हैं।[5] यद्यपि लोहा पृथ्वी की परत में चौथा सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है, जो लगभग 5% की रचना करता है, विशाल बहुमत सिलिकेट या अधिक दुर्लभ, कार्बोनेट खनिजों में बंधा हुआ है (अधिक सूचना के लिए, लौह चक्र देखें)। इन खनिजों से शुद्ध लोहे को पृथक करने के लिए ऊष्मागतिक बाधाएं दुर्जेय और ऊर्जा-गहन हैं; इसलिए, मानव उद्योग द्वारा उपयोग किए जाने वाले लोहे के सभी स्रोत तुलनात्मक रूप से दुर्लभ लौह ऑक्साइड खनिजों, मुख्य रूप से हेमेटाइट का उपयोग करते हैं।

औद्योगिक क्रांति से पूर्व, अधिकांश लोहा व्यापक रूप से उपलब्ध गोइथाइट या पंकलोह अयस्क से प्राप्त किया जाता था, उदाहरण के लिए, अमेरिकी क्रांति और नेपोलियन युद्धों के पर्यन्त अयस्क से प्राप्त किया जाता था। प्रागैतिहासिक समाज मखरैला का उपयोग लौह अयस्क के स्रोत के रूप में करते थे। ऐतिहासिक रूप से, औद्योगिक समाजों द्वारा उपयोग किए जाने वाले अधिकांश लौह अयस्क का खनन मुख्य रूप से लगभग 70% Fe के श्रेणी वाले हेमेटाइट भण्डार से किया गया है। इन निक्षेपित को सामान्यतः सीधे निर्यात अयस्कों या प्राकृतिक अयस्कों के रूप में जाना जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में उच्च श्रेणी के हेमेटाइट अयस्कों की कमी के साथ-साथ लौह अयस्क की मांग में वृद्धि, द्वितीय विश्व युद्ध के पश्चात निम्न श्रेणी के लौह अयस्क स्रोतों के विकास के लिए मुख्य रूप से मैग्नेटाइट और टैकोनाइट का उपयोग करते हैं।

लौह अयस्क के खनन की पद्धति में खनन किए जा रहे अयस्कों के प्रकार के आधार पर भिन्न होते हैं। अयस्क भण्डार के खनिज विज्ञान और भूविज्ञान के आधार पर वर्तमान में चार मुख्य प्रकार के लौह अयस्क भण्डार हैं। ये मैग्नेटाइट, टाइटैनोमैग्नेट्स, बड़े पैमाने पर हेमेटाइट और पिसोलाइटी लौह पाषाण भण्डार हैं।

पट्टित लोह की संरचनाएँ

Main article: पट्टित लोहे की संरचनाएँ
2.1 अरब वर्ष वर्ष चट्टान में पट्टित लोहे की संरचना दिखाई दे रही है।
इस्पात निर्माण उद्योग में उपयोग किए जाने वाले लाल रंग की सतह ऑक्सीकरण के साथ संसाधित टैकोनाइट गुटिकाओं को अमेरिकी चौथाई (व्यास: 24 mm [0.94 in]) मापन के लिए दर्शाया गया है।

पट्टित लोह विचरन (BIFs) तलछटी चट्टानें हैं जिनमें 15% से अधिक लोहा होता है जो मुख्य रूप से पतले संस्तरित वाले लोहे के खनिजों और सिलिका (क्वार्ट्ज के रूप में) से बना होता है। पट्टित लोह विचरन विशेष रूप से कैम्ब्रियनपूर्व चट्टानों में होती हैं, और सामान्यतः तीव्रता से रूपांतरण के लिए अशक्त होती हैं। पट्टित लौह संरचनाओं में कार्बोनेट खनिज (साइडेराइट या लंगर) या सिलिकेट खनिज ( मिनेसोटन्, ग्रीनेलाइट, या ग्रूनेराइट) में लोहा हो सकता है, परन्तु लौह अयस्क के रूप में खनन में, ऑक्साइड खनिज (मैग्नेटाइट या हेमेटाइट) प्रमुख लौह खनिज हैं।[6] पट्टित लौह संरचनाओं को उत्तरी अमेरिका के भीतर टैकोनाइट के रूप में जाना जाता है।

खनन में भारी मात्रा में अयस्क और अपशिष्ट को स्थानांतरित करना सम्मिलित है। अपशिष्ट दो रूपों में प्राप्त है; खदान में गैर-अयस्क मूल सिद्धान्त (उपरिभार या इंटरबर्डन जिसे स्थानीय रूप से मुलॉक के रूप में जाना जाता है), और अवांछित खनिज, जो स्वयं अयस्क चट्टानें (अपअयस्क) का एक आंतरिक भाग हैं। मुलॉक का खनन किया जाता है और उपरिभार में पुंजित कर दिया जाता है, और लाभकारी प्रक्रिया के पर्यन्त अपअयस्कों को पृथक कर दिया जाता है और अवशेष के रूप में निष्काषित कर दिया जाता है। टैकोनाइट अवशिष्ट अधिकतर खनिज क्वार्ट्ज हैं, जो रासायनिक रूप से निष्क्रिय हैं। यह सामग्री बड़े, विनियमित जल के निसादन वाले तालाबों में भंडारित होती है।

मैग्नेटाइट अयस्क

मैग्नेटाइट अयस्क के बहुमूल्य होने के लिए प्रमुख मापदण्ड मैग्नेटाइट की मणिभता, पट्टित लौह निर्माण आतिथेय शैल के भीतर लोहे का श्रेणी और मैग्नेटाइट सांद्रण के भीतर उपस्थित दूषित तत्व हैं। अधिकांश मैग्नेटाइट संसाधनों का आकार और पट्टी अनुपात अप्रासंगिक है क्योंकि पट्टित लौह संरचना सैकड़ों मीटर मोटी हो सकती है, आरंभी और नति के साथ सैकड़ों किलोमीटर तक फैल सकती है, और सरलता से तीन अरब या अधिक टन निहित अयस्क तक आ सकती है।

लोहे का विशिष्ट श्रेणी जिस पर मैग्नेटाइट युक्त पट्टित लौह का निर्माण आर्थिक हो जाता है, वह स्थूलतः 25% लोहा होता है, जो सामान्यतः भार से 33% से 40% तक मैग्नेटाइट की प्राप्ति कर सकता है, जिससे 64% से अधिक भार लोहे की सांद्रता वर्गीकरण का उत्पादन होता है। विशिष्ट मैग्नेटाइट लौह अयस्क सांद्रण में 0.1% से कम फास्फोरस, 3–7% सिलिका और 3% से कम एल्युमीनियम होता है।

वर्तमान में मैग्नेटाइट लौह अयस्क का खनन अमेरिका के मिनेसोटा और मिशिगन, पूर्वी कनाडा और उत्तरी स्वीडन में किया जाता है।[7] मैग्नेटाइट-दिक्मान पट्टित लौह शैलसमूह वर्तमान में ब्राजील में बड़े पैमाने पर खनन किया जाता है, जो एशिया को महत्वपूर्ण मात्रा में निर्यात करता है, और ऑस्ट्रेलिया में एक नवजात और बड़ा मैग्नेटाइट लौह अयस्क उद्योग है।

प्रत्यक्षतः-निर्यात (हेमेटाइट) अयस्क

दक्षिण अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया और एशिया में सबसे बड़ी तीव्रता के साथ प्रत्यक्षतः-निर्यात लौह अयस्क (DSO) भण्डार (सामान्यतः हेमेटाइट से बना) अंटार्कटिका को छोड़कर सभी महाद्वीपों पर खनन किया जाता है। हेमेटाइट लौह अयस्क के अधिकांश बड़े भंडार परिवर्तित पट्टित लौह संरचनाओं और संभवतः ही कभी आग्नेय संचय से प्राप्त होते हैं।

डीएसओ भण्डार सामान्यतः मैग्नेटाइट युक्त बीआईएफ या अन्य चट्टानों की तुलना में दुर्लभ होते हैं जो इसका मुख्य स्रोत या प्रोटोलिथ चट्टान बनाते हैं, परन्तु खदान और प्रक्रिया के लिए काफी सस्ते होते हैं क्योंकि उच्च लौह सामग्री के कारण उन्हें कम लाभ की आवश्यकता होती है। हालांकि, डीएसओ अयस्कों में अर्थदंड तत्वों की काफी अधिक सांद्रता हो सकती है, सामान्यतः फास्फोरस, जल की मात्रा (विशेष रूप से पिसोलाइट तलछटी संचय) और एल्यूमीनियम (पिसोलाइट के भीतर मिट्टी के खनिज) में अधिक होती है। निर्यात-श्रेणी डीएसओ अयस्क सामान्यतः 62-64% Fe श्रेणी में होते हैं।[8]


मैग्मीय मैग्नेटाइट अयस्क भण्डार

कभी-कभी ग्रेनाइट और अल्ट्रापोटासिक आग्नेय चट्टानें मैग्नेटाइट मणिभ को पृथक करती हैं और आर्थिक एकाग्रता के लिए उपयुक्त मैग्नेटाइट का द्रव्यमान बनाती हैं।[9] कुछ लौह अयस्क भण्डार, विशेष रूप से चिली में, मैग्नेटाइट लक्ष्यक्रिस्टल के महत्वपूर्ण संचय वाले ज्वालामुखीय प्रवाह से बनते हैं।[10] अटाकार्या रेगिस्तान के भीतर चिली के मैग्नेटाइट लौह अयस्क के भंडार ने भी इन ज्वालामुखी संरचनाओं से निकलने वाली धाराओं में मैग्नेटाइट के जलोढ़ संचय का निर्माण किया है।

कुछ मैग्नेटाइट स्कार्न और जलतापीय भंड़ार पूर्व में उच्च श्रेणी के लौह अयस्क के भंड़ार के रूप में कार्य किए गए हैं, जिनमें थोड़े से लाभ की आवश्यकता होती है। मलेशिया और इंडोनेशिया में इस प्रकृति के कई ग्रेनाइट से जुड़े भंडार हैं।

मैग्नेटाइट लौह अयस्कों के अन्य स्रोतों में बड़े पैमाने पर मैग्नेटाइट अयस्क के रूपांतरित संचय सम्मिलित हैं, जैसे अशिष्ट नदी, तस्मानिया में, जो ओफीयोलाइट अतिमैफिक के अपरूपण द्वारा निर्मित हैं।

लौह अयस्कों का एक और लघु स्रोत परतदार अंतर्वेधन में मैग्मीय संचय है जिसमें सामान्यतः वैनेडियम के साथ सामान्यतः टाइटेनियम युक्त मैग्नेटाइट होता है। ये अयस्क एक कर्मस्थिति बाजार बनाते हैं, जिसमें लोहे, टाइटेनियम और वैनेडियम को पुनर्प्राप्त करने के लिए विशेष प्रगालक का उपयोग किया जाता है। इन अयस्कों को पट्टित लोह शैलसमूह अयस्कों के समान अनिवार्य रूप से तैयार किया जाता है, परन्तु सामान्यतः संदलन और पृथक्करण के माध्यम से अधिक सरलता से सुधार किया जाता है। विशिष्ट टाइटानोमैग्नेटाइट सांद्र श्रेणी 57% Fe, 12% Ti और 0.5% V
2O
5 है।[citation needed]

खदान अवशिष्ट

प्रत्येक 1 टन लौह अयस्क के उत्पादन के लिए लगभग 2.5-3.0 टन लौह अयस्क अवशेष का निर्वहन किया जाएगा। आंकड़े बताते हैं कि प्रत्येक वर्ष 130 मिलियन टन लौह अयस्क का निस्तारण होता है। उदाहरण के लिए, यदि खदान के अवशेषों में औसतन लगभग 11% लौह होता है, तो वार्षिक लगभग 1.41 मिलियन टन लौह नष्ट हो जाएगा।[11] ये अवशेष अन्य उपयोगी धातुओं जैसे तांबा, निकल और कोबाल्ट में भी उच्च हैं,[12] और इनका उपयोग सड़क निर्माण सामग्री जैसे कुट्टिम और भराव और निर्माण सामग्री जैसे चूना, निम्न-श्रेणी के कांच और दीवार सामग्री के लिए किया जा सकता है।[11][13][14] जबकि अवशेष एक अपेक्षाकृत निम्न-श्रेणी के अयस्क हैं, वे इकट्ठा करने के लिए सस्ते भी हैं क्योंकि उन्हें खनन नहीं करना पड़ता है। इसके कारण मैग्नेटेशन (लौह अयस्क) जैसे उद्योगों ने पुनर्ग्रहण परियोजनाएं प्रारंभ की हैं, जहां वे धातु के लोहे के स्रोत के रूप में लौह अयस्क के अवशेषों का उपयोग करते हैं।[11]

लौह अयस्क के अवशेषों से लोहे को पुनर्चक्रित करने की दो मुख्य विधियाँ चुंबकीय भर्जन और प्रत्यक्ष अपचयन हैं। लोहे को गलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले लौह सांद्र (Fe3O4) का उत्पादन करने के लिए 1 घंटे से कम समय के लिए चुंबकन भर्जन 700 और 900 डिग्री सेल्सियस के मध्य तापमान का उपयोग किया जाता है। भर्जन को चुम्बकित करने के लिए ऑक्सीकरण और Fe2O3 के गठन को रोकने के लिए कम करने वाले वातावरण का होना महत्वपूर्ण है क्योंकि इसे पृथक करना कठिन होता है क्योंकि यह कम चुंबकीय होता है।[11][15]प्रत्यक्ष अपचयन 1000 °C से अधिक गर्म तापमान और 2-5 घंटों के लंबे समय का उपयोग करती है। इस्पात बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्पंज लोहा (Fe) का उत्पादन करने के लिए प्रत्यक्ष अपचयन का उपयोग किया जाता है। प्रत्यक्ष अपचयन के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है क्योंकि तापमान अधिक और समय अधिक होते है और इसे भर्जन की तुलना में अधिक कम करने वाले कारक की आवश्यकता होती है।[11][16][17]


निष्कर्षण

See also: खनिज प्रसंस्करण and लौह अयस्क खनन का पर्यावरणीय प्रभाव

लौह अयस्क के निम्न-श्रेणी के स्रोतों को सामान्यतः अयस्क की एकाग्रता में सुधार करने और अशुद्धियों को दूर करने के लिए संदलन, भ्रमिकर्तन, गुरुत्वीय पृथकन, पृथक्करण, और सिलिका फेन प्लवन जैसी प्रविधियों का उपयोग करके सज्जीकरण की आवश्यकता होती है। परिणाम, उच्च गुणवत्ता वाले महीन अयस्क चूर्ण को महीन के रूप में जाना जाता है।

मैग्नेटाइट

मैग्नेटाइट चुंबकीय है, और इसलिए सरलता से अपअयस्क खनिजों से पृथक हो जाता है और बहुत कम स्तर की अशुद्धियों के साथ एक उच्च श्रेणी सांद्र केंद्रित करने में सक्षम होता है।

मैग्नेटाइट के दाने का आकार और सिलिका आधात्रिका के साथ मिलने की इसकी डिग्री उस पेषक आकार को निर्धारित करती है, जिस पर उच्च शुद्धता वाले मैग्नेटाइट सांद्र प्रदान करने के लिए कुशल चुंबकीय पृथक्करण को सक्षम करने के लिए चट्टान को कम किया जाना चाहिए। यह भ्रमिकर्तन संक्रिया चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा इनपुट निर्धारित करता है।

पट्टित लोहे की संरचनाओं के खनन में अशिष्ट संदलन और पृथक्करण सम्मिलित है, इसके पश्चात अमसृण संदलन और महीन पेषण के बाद अयस्क को उस बिंदु तक पहुँचाया जाता है, जहाँ क्रिस्टलीकृत मैग्नेटाइट और क्वार्ट्ज़ इतने महीन होते हैं कि क्वार्टज़ पीछे रह जाते है, जब परिणामी चूर्ण को चुंबकीय विभाजक के अंतर्गत पारित किया जाता है।

सामान्यतः अधिकांश मैग्नेटाइट पट्टित लोह शैलसमूह भंड़ार 32 और 45 सूक्ष्ममापी के मध्य स्थिर किया जाना चाहिए ताकि कम सिलिका मैग्नेटाइट सांद्र का उत्पादन किया जा सके। मैग्नेटाइट सांद्र श्रेणी सामान्यतः भार से 70% लोहे से अधिक होते हैं और सामान्यतः कम फास्फोरस, कम एल्यूमीनियम, कम टाइटेनियम और कम सिलिका होते हैं और अधिमूल्य प्रभार की मांग करते हैं।

हेमेटाइट

संबद्ध सिलिकेट अपअयस्क के सापेक्ष हेमेटाइट के उच्च घनत्व के कारण, हेमेटाइट सज्जीकरण में सामान्यतः सज्जीकरण प्रविधियों का संयोजन सम्मिलित होता है।

एक विधि मैग्नेटाइट या अन्य कारक जैसे फेरोसिलिकॉन युक्त घोल के ऊपर महीन संदलित अयस्क को प्रवाहित करने पर निर्भर करती है जो इसके घनत्व को बढ़ाता है। जब घोल का घनत्व ठीक से अंशांकित किया जाता है, तो हेमेटाइट डूब जाएगा और सिलिकेट खनिज के टुकड़े तैरेंगे और उन्हें निष्काषित किया जा सकता है।[18]


उत्पादन और खपत

For a more comprehensive list, see लौह अयस्क उत्पादन द्वारा देशों की सूची.
विभिन्न देशों (कनाडा, चीन, ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, संयुक्त राज्य अमेरिका, स्वीडन, यूएसएसआर-रूस, विश्व) में निकाले गए लौह अयस्क श्रेणी का विकास है। विश्व अयस्क श्रेणी में हाल के गिरावट निम्न श्रेणी के चीनी अयस्कों की बड़ी खपत के कारण है। बेचे जाने से पूर्व अमेरिकी अयस्क को 61% से 64% के मध्य सुधार किया जाता है।[19]
2015 के लिए मिलियन मात्रिक टन में प्रयोग करने योग्य लौह अयस्क का उत्पादन[20] चीन के लिए खदान उत्पादन का अनुमान राष्ट्रीय सांख्यिकी विभाग चीन के कच्चे अयस्क के आँकड़ों से लगाया गया है, न कि प्रयोग करने योग्य अयस्क के बदले अन्य देशों के लिए उद्धृत किया गया है।[21]
देश उत्पादन
ऑस्ट्रेलिया 817
ब्राज़िल 397
चीन 375*
भारत 156
रूस 101
दक्षिण अफ्रीका 73
यूक्रेन 67
संयुक्त राज्य अमेरिका 46
कनाडा 46
ईरान 27
स्वीडन 25
कज़ाकस्तान 21
अन्य देश 132
कुल विश्व 2,280

लोहा विश्व का सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला धातु-इस्पात है, जिसमें लौह अयस्क प्रमुख घटक है, जो प्रति वर्ष उपयोग की जाने वाली सभी धातुओं का लगभग 95% प्रतिनिधित्व करता है।[3] यह मुख्य रूप से संरचनाओं, जहाजों, वाहनों और कलयंत्रो में उपयोग किया जाता है।

विश्व भर में लौह-समृद्ध चट्टानें सामान्य हैं, परन्तु अयस्क-श्रेणी के व्यावसायिक खनन कार्यों में अलग-अलग तालिका में सूचीबद्ध देशों का वर्चस्व है। लौह अयस्क भण्डारों के लिए अर्थशास्त्र की प्रमुख बाधा आवश्यक रूप से निक्षेपों का क्रम या आकार नहीं है, क्योंकि भूवैज्ञानिक रूप से चट्टानों के पर्याप्त टन भार को सिद्ध करना विशेष रूप से कठिन नहीं है। मुख्य बाधा बाजार के सापेक्ष लौह अयस्क की स्थिति, इसे बाजार में लाने के लिए रेल आधारभूत संरचना की लागत और ऐसा करने के लिए आवश्यक ऊर्जा लागत है।

लौह अयस्क का खनन एक उच्च मात्रा, कम संचय वाला व्यवसाय है, क्योंकि लोहे का मूल्य आधार धातुओं की तुलना में काफी कम है।[22] यह अत्यधिक पूंजी गहन है, और अयस्क को खदान से मालवाहक जहाज तक ले जाने के लिए रेल जैसे आधारभूत संरचना में महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होती है।[22]इन कारणों से, लौह अयस्क का उत्पादन कुछ प्रमुख खिलाड़ियों के हाथों में केंद्रित है।

विश्व उत्पादन औसतन दो अरब मात्रिक टन कच्चा अयस्क वार्षिक है। लौह अयस्क का विश्व का सबसे बड़ा उत्पादक ब्राजीलियाई खनन निगम वेल है, इसके पश्चात ऑस्ट्रेलियाई संगठन रियो टिंटो समूह और बीएचपी हैं। एक और ऑस्ट्रेलियाई आपूर्तिकर्ता, फोर्टेस्क्यू धातु समूह सीमित, ने ऑस्ट्रेलिया के उत्पादन को विश्व में प्रथम स्थान पर लाने में सहायता की है।

2004 में लौह अयस्क का समुद्री व्यापार—अर्थात दूसरे देशों में भेजे जाने वाला लौह अयस्क—849 मिलियन टन था।[22]72% बाजार के साथ ऑस्ट्रेलिया और ब्राजील समुद्री व्यापार पर वर्चस्व हैं।[22]बीएचपी, रियो और वैले इस बाजार के 66% भाग को अपने मध्य नियंत्रित करते हैं।[22]

ऑस्ट्रेलिया में लौह अयस्क को तीन मुख्य स्रोतों से प्राप्त किया जाता है: पिसोलाइट प्रणाल लौह भण्डार अयस्क प्राथमिक पट्टित-लौह संरचनाओं के यांत्रिक क्षरण से प्राप्त होता है और जलोढ़ प्रणालो जैसे पन्नावोनिका, पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में भण्डार होता है; और न्यूमैन, पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया, चिचेस्टर परिसर, हैमरस्ले परिसर और कूल्यानोबिंग, पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया, पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया जैसे प्रमुख तत्वांतरणी रूप से परिवर्तित पट्टित लोह शैलसमूह सेसं बंधित अयस्क है। अन्य प्रकार के अयस्क हाल ही में सामने आ रहे हैं,[when?] जैसे ऑक्सीकृत फेरुजिनस हार्डकैप्स, उदाहरण के लिए पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में अर्गाइल झील के पास लेटराइट लौह अयस्क भण्डार है।

भारत में लौह अयस्क का कुल पुनर्प्राप्त करने योग्य भंडार लगभग 9,602 मिलियन टन हेमेटाइट और 3,408 मिलियन टन मैग्नेटाइट है।[23] छत्तीसगढ़, मध्य प्रदेश, कर्नाटक, झारखंड, ओडिशा, गोवा, महाराष्ट्र, आंध्र प्रदेश, केरल, राजस्थान और तमिलनाडु लौह अयस्क के प्रमुख भारतीय उत्पादक हैं। चीन, जापान, कोरिया, संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोपीय संघ के मुख्य उपभोक्ताओं के साथ लौह अयस्क की विश्व खपत प्रति वर्ष 10%[citation needed]बढ़ जाती है।

चीन वर्तमान में लौह अयस्क का सबसे बड़ा उपभोक्ता है, जो विश्व का सबसे बड़ा इस्पात उत्पादक देश है।यह सबसे बड़ा आयातक भी है, जिसने 2004 में लौह अयस्क के समुद्री व्यापार का 52% खरीदा था।[22]चीन के पश्चात जापान और कोरिया हैं, जो कच्चे लौह अयस्क और धातुकर्म कोयले की महत्वपूर्ण मात्रा का उपभोग करते हैं। 2006 में, चीन ने 38% की वार्षिक वृद्धि के साथ 588 मिलियन टन लौह अयस्क का उत्पादन किया।

लौह अयस्क बाजार

पिछले 40 वर्षों में, लौह अयस्क की कीमतों का फैसला छोटे खनिकों और इस्पात निर्माताओं के मध्य बंद दरवाजे की बातचीत में तय किया गया है, जो स्थान और अनुबंध दोनों बाजारों पर वर्चस्व हैं। परंपरागत रूप से, इन दो समूहों के मध्य हुआ प्रथम समझौता शेष उद्योगों द्वारा पालन किए जाने के लिए एक मानदण्ड निर्धारित करता है।[3]

हाल के वर्षों में, हालांकि, यह मानदण्ड प्रणाली का अनुविभाजन प्रारंभ हो गया है, मांग और आपूर्ति श्रृंखला दोनों के प्रतिभागियों ने अल्पावधि मूल्य निर्धारण में परिवर्तन की मांग की है। यह देखते हुए कि अधिकांश अन्य पण्य वस्तुओं में पहले से ही एक परिपक्व बाजार-आधारित मूल्य निर्धारण प्रणाली है, लौह अयस्क के लिए वाद का पालन करना स्वाभाविक है। अधिक सुस्पष्ट मूल्य निर्धारण के लिए बाजार की बढ़ती मांगों का उत्तर देने के लिए, विश्व भर के कई वित्तीय विनिमय और/या समाशोधन गृहों ने लौह अयस्क विनिमय समाशोधन प्रस्तुत किया है। सीएमई समूह, एसजीएक्स (सिंगापुर विनिमय), लंदन समाशोधन गृह (LCH.Clearnet), एनओएस समूह और आईसीईएक्स (भारतीयपण्‍य पदार्थ विनिमय) सभी इस्पात सूचकांक (TSI) लौह अयस्क संक्रमणी दत्त के आधार पर स्वीकृत विनिमय प्रस्तुत करते हैं। सीएमई अपने टीएसआई विनिमय समाशोधन के अतिरिक्त प्लैट्स-आधारित विनिमय भी प्रदान करता है। आईसीई (अंतर्महाद्वीपीय विनिमय) प्लैट्स-आधारित विनिमय समाशोधन सेवा भी प्रदान करता है। टीएसआई के मूल्य निर्धारण के आसपास तरलता गुच्छन के साथ, विनिमय बाजार तीव्रता से बढ़ा है।[24] अप्रैल 2011 तक, टीएसआई कीमतों के आधार पर US$5.5 बिलियन मूल्य के लौह अयस्क के विनिमय की संस्वीकृति दे दी गई है। टीएसआई के आधार पर, अगस्त 2012 तक प्रति दिन दस लाख टन से अधिक विनिमय व्यापार नियमित रूप से हो रही थी।

विनिमय के अतिरिक्त, एक अपेक्षाकृत नया विकास लौह अयस्क विकल्पों का समावेशन भी रहा है। सीएमई समूह अगस्त 2012 में 12,000 से अधिक स्पष्ट हित के साथ टीएसआई के विरूद्व लिखे गए विकल्पों के समाशोधन के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला स्थल रहा है।

सिंगापुर वाणिज्यीय विनिमय (SMX) ने धातु विज्ञप्ति लौह अयस्क सूचकांक (MBIOI) के आधार पर विश्व का प्रथम वैश्विक लौह अयस्क वायदा अनुबंध प्रारंभ किया है, जो उद्योग प्रतिभागियों और स्वतंत्र चीनी इस्पात परामर्श और डेटा प्रदाता शंघाई स्टीलहोम के व्यापक वर्णक्रम से दैनिक मूल्य डेटा का उपयोग करता है। सम्पूर्ण चीन में इस्पात उत्पादकों और लौह अयस्क व्यापारियों का व्यापक संपर्क आधार[25]आठ महीने के कारोबार के बाद वायदा अनुबंध में मासिक मात्रा 1.5 मिलियन टन से अधिक देखी गई है।[26]

यह परिवर्तन विश्व के तीन सबसे बड़े लौह अयस्क खनिकों- वैले, रियो टिंटो और बीएचपी द्वारा 2010 के प्रारम्भ में सूचकांक-आधारित त्रैमासिक मूल्य निर्धारण के लिए परिवर्तन का अनुसरण करते है, मानदण्ड वार्षिक मूल्य निर्धारण की 40 वर्ष की परंपरा को खंडन करता है।[27]







देश द्वारा बहुतायत

उपलब्ध विश्व लौह अयस्क संसाधन

लोहा पृथ्वी पर सबसे प्रचुर तत्व है, परन्तु भूपर्पटी में नहीं है।[28] सुलभ लौह अयस्क भंडार की सीमा ज्ञात नहीं है, हालांकि वर्ल्डवॉच संस्थान के लेस्टर आर ब्राउन ने 2006 में सुझाव दिया था कि प्रति वर्ष मांग में 2% की वृद्धि के आधार पर लौह अयस्क 64 वर्षों के भीतर (अर्थात, 2070 तक) समाप्त हो सकता है।

ऑस्ट्रेलिया

भूविज्ञान ऑस्ट्रेलिया ने गणना की है कि देश के आर्थिक रूप से प्रदर्शित लौह संसाधन वर्तमान में 24 गीगाटन, या 24 बिलियन टन हैं।[citation needed] एक अन्य अनुमान ऑस्ट्रेलिया के लौह अयस्क के भंडार को 52 बिलियन टन, या विश्व के अनुमानित 170 बिलियन टन का 30 प्रतिशत रखता है, जिसमें से पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया का भाग 28 बिलियन टन है।[29] पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के पिलबरा क्षेत्र से वर्तमान उत्पादन दर लगभग 430 मिलियन टन प्रति वर्ष है और बढ़ रही है। गैविन मुड (आरएमआईटी विश्वविद्यालय) और जोनाथन लॉ (सीएसआईआरओ) आशा करते हैं कि क्रमशः 30-50 वर्ष और 56 वर्ष के भीतर यह समाप्त हो जाएगा।[30] 2010 के इन अनुमानों के लिए निम्न-श्रेणी के लौह अयस्क की मांग में परिवर्तन और खनन और पुनर्प्राप्ति प्रविधियों में सुधार (भूजल तालिका के नीचे गहरे खनन की अनुमति) को ध्यान में रखते हुए निरंतर समीक्षा की आवश्यकता है।

संयुक्त राज्य

2014 में संयुक्त राज्य अमेरिका में खानों ने $5.1 बिलियन के अनुमानित मूल्य के साथ 57.5 मिलियन मात्रिक टन लौह अयस्क का उत्पादन किया।[31] संयुक्त राज्य अमेरिका में लौह खनन का अनुमान है कि विश्व के लौह अयस्क उत्पादन का 2% भाग है। संयुक्त राज्य अमेरिका में बारह लौह अयस्क की खदानें हैं जिनमें से नौ विवृत खनन और तीन पुनर्ग्रहण परिचालन हैं। 2014 में कार्य कर रहे दस गुटिकायन सयंत्र, नौ सान्द्रण सयंत्र, दो प्रत्यक्ष अपचयन लौह (DRI) सयंत्र और एक लौह जलोढ सयंत्र भी थे।[31]संयुक्त राज्य अमेरिका में अधिकांश लौह अयस्क लेक सूपीरियर झील के आसपास लौह श्रेणियों में होता है। ये लौह श्रेणियां मिनेसोटा और मिशिगन में पाए जाते हैं, जो 2014 में संयुक्त राज्य अमेरिका में उत्पादित प्रयोग करने योग्य लौह अयस्क का 93% भाग था। संयुक्त राज्य में नौ परिचालन विवृत खनन खदानों में से सात मिनेसोटा में स्थित हैं और साथ ही तीन में से दो अवशेष पुनर्ग्रहण संचालन हैं। अन्य दो सक्रिय मुक्त खदानें मिशिगन में स्थित थीं, 2016 में दो खानों में से एक बंद हो गई।[31]यूटा और अलाबामा में लौह अयस्क की खदानें भी रही हैं; हालांकि, यूटा में अंतिम लौह अयस्क खदान 2014 में बंद हो गई[31]और अलबामा में अंतिम लौह अयस्क खदान 1975 में बंद हो गई।[32]


कनाडा

2017 में कनाडा की लौह अयस्क खदानों ने 49 मिलियन टन लौह अयस्क का सांद्रण गुटिकाओं और 13.6 मिलियन टन कच्चे इस्पात का उत्पादन किया। 13.6 मिलियन टन इस्पात में से 7 मिलियन का निर्यात किया गया था, और 4.6 बिलियन डॉलर के मूल्य पर 43.1 मिलियन टन लौह अयस्क का निर्यात किया गया था। निर्यात किए गए लौह अयस्क में से 38.5% मात्रा $2.3 बिलियन के मूल्य के साथ लौह अयस्क गुटिकाओं का था और 61.5% $2.3 बिलियन मूल्य के साथ लौह अयस्क केंद्रित था।[33] कनाडा के लौह अयस्क का छत्तीस प्रतिशत कनाडा के लौह अयस्क उद्योग, लैब्राडोर नगर, न्यूफ़ाउन्डलंड में मैरी रिवर माइन, नुनावुत सहित द्वितीयक स्रोतों से आता है।[33][34]


ब्राजील

ब्राजील लौह अयस्क का द्वितीय सबसे बड़ा उत्पादक है जिसमें ऑस्ट्रेलिया सबसे बड़ा है। 2015 में ब्राज़ील ने 397 मिलियन टन प्रयोग करने योग्य लौह अयस्क का निर्यात किया।[31]दिसंबर 2017 में ब्राजील ने 346,497 मात्रिक टन लौह अयस्क का निर्यात किया और दिसंबर 2007 से मई 2018 तक उन्होंने मासिक औसत 139,299 मात्रिक टन का निर्यात किया।[35]


यूक्रेन

लौह अयस्क पर अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण की 2021 विवरण के अनुसार,[36] यूक्रेन ने 2020 (2019: 63 मिलियन टन) में 62 मिलियन टन लौह अयस्क का उत्पादन करने का अनुमान लगाया है, जो इसे ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, चीन, भारत, रूस और दक्षिण अफ्रीका के पश्चात लौह अयस्क उत्पादन का सातवां सबसे बड़ा वैश्विक केंद्र बन गया है। यूक्रेन में लौह अयस्क के उत्पादकों में सम्मिलित: फेरेक्सपो, मेटिन्वेस्ट और आर्सेलर मित्तल क्रीवी रिह हैं।

भारत

लौह अयस्क पर अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण की 2021 विवरण के अनुसार,[36]भारत में 2020 (2019: 52 मिलियन टन) में 59 मिलियन टन लौह अयस्क का उत्पादन करने का अनुमान है, जो इसे ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, चीन, रूस और दक्षिण अफ्रीका और यूक्रेन के पश्चात लौह अयस्क उत्पादन के सातवें सबसे बड़े वैश्विक केंद्र के रूप में स्थापित करता है।

प्रगलन

Main articles: वात भट्टी and ब्लूमरी

लौह अयस्क में ऑक्सीजन और लोहे के परमाणु एक साथ अणुओं में बंधे होते हैं। इसे धात्विक लोहे में परिवर्तित करने के लिए ऑक्सीजन को निष्काषित करने के लिए इसे प्रगलन या प्रत्यक्ष कमी प्रक्रिया के माध्यम से प्रेषित किया जाना चाहिए। ऑक्सीजन-लौह बंधन सुदृढ़ होते हैं, और लोहे को ऑक्सीजन से निष्काषित करने के लिए, ऑक्सीजन से जुड़ने के लिए एक सुदृढ़ मौलिक बंधन प्रस्तुत किया जाना चाहिए। कार्बन का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि उच्च तापमान पर कार्बन-ऑक्सीजन बंधन की क्षमता लौह-ऑक्सीजन बन्धन की तुलना में अधिक होती है। इस प्रकार, प्रगलन की प्रक्रिया में दहन के लिए लौह अयस्क को चूर्ण और कोक (ईंधन) के साथ मिश्रित किया जाना चाहिए।

कार्बन मोनोआक्साइड लोहे से ऑक्सीजन को रासायनिक रूप से पृथक करने का प्राथमिक घटक है। इस प्रकार, लोहे और कार्बन प्रगलन को ऑक्सीजन की कमी (कम करने वाली) स्थिति में रखा जाना चाहिए ताकि कार्बन के दहन को बढ़ावा देने के लिए CO नहीं CO
2 का उत्पादन किया जा सके।

  • वायु विस्फोट और चारकोल (कोक): 2 C + O2 → 2 CO
  • कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) प्रमुख कमी कारक है।
    • प्रथम चरण: 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
    • द्वितीय चरण: Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2
    • तृतीय चरण: FeO + CO → Fe + CO2
  • चूना पत्थर निस्तापन: CaCO3 → CaO + CO2
  • चूना प्रवाह के रूप में कार्य करता है: CaO + SiO2 → CaSiO3

सूक्ष्म मात्रिकतत्व

कुछ तत्वों की थोड़ी मात्रा को सम्मिलित करने से लोहे के एक वर्ग या प्रगालक के संचालन की व्यवहार संबंधी विशेषताओं पर गहरा प्रभाव पड़ सकता है। ये प्रभाव अच्छे और कुछ विनाशकारी रूप से बुरे दोनों हो सकते हैं। कुछ रसायनों को एहतियात जोड़ा जाता है जैसे गालक जो वात्या भट्टी को अधिक कुशल बनाता है। दूसरों को जोड़ा जाता है क्योंकि वे लोहे को अधिक तरल, सख्त बनाते हैं, या इसे कुछ अन्य वांछनीय गुण देते हैं। अयस्क, ईंधन और प्रवाह का चयन निर्धारित करती है कि धातुमल कैसे व्यवहार करता है और उत्पादित लोहे की परिचालन विशेषताएं निर्धारित करता है। आदर्श रूप से लौह अयस्क में केवल लोहा और ऑक्सीजन होता है। वास्तविकता में ऐसा कम ही होता है। विशिष्ट रूप से, लौह अयस्क में कई तत्व होते हैं, जो आधुनिक इस्पात में प्रायः अवांछित होते हैं।

सिलिकॉन

सिलिका (SiO
2) लगभग सदैव लौह अयस्क में उपस्थित होता है। इसका अधिकांश भाग प्रगलन की प्रक्रिया के पर्यन्त धातुमल हो जाता है। 1,300 °C (2,370 °F) से ऊपर के तापमान पर कुछ कम हो जाएगा और लोहे के साथ एक मिश्र धातु बन जाएगा। भट्टी जितनी गर्म होगी, लोहे में उतना ही अधिक सिलिकन होगा। 16वीं से 18वीं शताब्दी के मध्य यूरोपियन संचक लोहा में 1.5% Si तक का मिलना असामान्य नहीं है।

सिलिकॉन का प्रमुख प्रभाव धूसर लोह के निर्माण को बढ़ावा देना है। धूसर लोह श्वेत लोह की तुलना में कम भंगुर और परिष्कृत करने में सरल होती है। इस कारण संचयन उद्देश्यों के लिए इसे प्राथमिकता दी जाती है।खरादक (1900, pp. 192–197) ने बताया कि सिलिकॉन भी संकुचन और वायुमार्ग के गठन को कम करता है, जिससे त्रुटिपूर्ण संचयन की संख्या कम हो जाती है।

फास्फोरस

फास्फोरस (P) के लोहे पर चार प्रमुख प्रभाव हैं: बढ़ी हुई कठोरता और ऊर्जा, कम ठोस तापमान, बढ़ी हुई तरलता और शीत की कमी है। लोहे के उपयोग के उद्देश्य के आधार पर, ये प्रभाव या तो अच्छे या बुरे होते हैं। पंक अयस्क में प्रायः उच्च फास्फोरस सामग्री होती है।(गॉर्डन 1996, p. 57)

फास्फोरस की सांद्रता से लोहे की क्षमता और कठोरता बढ़ जाती है। पिटवां लोह में 0.05% फॉस्फोरस इसे मध्यम कार्बन इस्पात जितना कठोर बनाता है। उच्च फॉस्फोरस इस्पात को ठंडे हथौड़े से भी कठोर किया जा सकता है। फॉस्फोरस की किसी भी सांद्रता के लिए कठोरण प्रभाव सही है। जितना अधिक फॉस्फोरस होता है, लोहा उतना ही कठोर होता है और हथौड़े से उसे उतना ही कठोर बनाया जा सकता है। आधुनिक इस्पात निर्माता 0.07 और 0.12% के मध्य फास्फोरस के स्तर को बनाए रखते हुए प्रघात प्रतिरोध का त्याग किए बिना कठोरता को 30% तक बढ़ा सकते हैं। यह द्रुत शीतन के कारण कठोरण होने की गहराई को भी बढ़ाता है, परन्तु साथ ही उच्च तापमान पर लोहे में कार्बन की विलेयता भी कम करता है। इससे फफोलेदार इस्पात (संयोजन) बनाने में इसकी उपयोगिता कम हो जाएगी, जहां कार्बन अवशोषण की गति और मात्रा सर्वोपरि विचार है।

फॉस्फोरस मिलाने का एक ऋणात्मक पक्ष है। 0.2% से अधिक सांद्रता पर लोहा तीव्रता से शीतल हो जाता है, या कम तापमान पर भंगुर हो जाता है। रोध लोह के लिए अतप्त भंगुर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। हालांकि रोध लोह को सामान्यतः उष्ण कार्य किया जाता है, इसका उपयोग[example needed] के लिए प्रायः इसे कठिन, मोड़ने योग्य और कमरे के तापमान पर संक्षोभ के लिए प्रतिरोधी होने की आवश्यकता होती है। एक कील जो हथौड़े से टकराने पर टूट जाती है या एक गाड़ी का पहिया जो चट्टान से टकराने पर टूट जाता है, वह अच्छी तरह से नहीं बिकेगा।[citation needed] फास्फोरस की पर्याप्त उच्च सांद्रता किसी भी लोहे को अनुपयोगी बना देती है।(रोस्टोकर & ब्रॉनसन 1990, p. 22) शीत की कमी के प्रभाव तापमान से बढ़ जाते हैं। इस प्रकार, लोहे का एक टुकड़ा जो ग्रीष्म काल में पूर्णतया से कार्य में आता है, शीत काल में अत्यंत भंगुर हो सकता है। कुछ प्रमाण हैं कि मध्य युग के पर्यन्त बहुत धनी लोगों के पास ग्रीष्म काल के लिए उच्च-फास्फोरस वाले खड्ग और शीत काल के लिए कम-फास्फोरस वाले खड्ग हो सकते थे।(रोस्टोकर & ब्रॉनसन 1990, p. 22)

संचकन संचालन में फास्फोरस का सावधानीपूर्वक नियंत्रण बहुत लाभकारी हो सकता है। फास्फोरस तरल पदार्थ के तापमान को कम करता है, जिससे लोहा अधिक समय तक गलित रहता है और तरलता बढ़ जाती है। 1% जोड़ने से पिघला हुआ लोहा प्रवाहित होने वाली दूरी को दुगुना कर सकता है। (रोस्टोकर & ब्रोंसन 1990, p. 22) अधिकतम प्रभाव, लगभग 500 °C, 10.2% की सांद्रता पर प्राप्त किया जाता है (रोस्टोकर & ब्रोंसन 1990, p. 194)। संचकनी कार्य के लिए खरादक (टर्नर 1900) ने अनुभव किया कि आदर्श लोह में 0.2–0.55% फॉस्फोरस होता है। परिणामी लोह कम रिक्तियों वाले सांचों को भरता है और कम सिकुड़ता भी है। 19वीं शताब्दी में सजावटी संचक लोहे के कुछ उत्पादकों ने 5% फॉस्फोरस वाले लोहे का उपयोग किया। अत्यधिक तरलता ने उन्हें बहुत जटिल और अतिप्रवीण संचकन करने की अनुमति दी। परन्तु, वे भार वहन नहीं कर सकते थे, क्योंकि उनमें क्षमता नहीं थी।(टर्नर 1900, pp. 202–204).

उच्च फास्फोरस आयरन के लिए[according to whom?] दो उपाय हैं । सबसे पूर्वतन, सरल और सस्ता परिवर्जन है। यदि लौह, जिससे अयस्क का उत्पादन होता था, कम शीतल होता, तो व्यक्ति लौह अयस्क के नए स्रोत की खोज करता। द्वितीय विधि में लोहे के आक्साइड को जोड़कर विमलीकरण प्रक्रिया के पर्यन्त फास्फोरस को ऑक्सीकरण करना सम्मिलित है। यह प्रविधि सामान्यतः 19वीं शताब्दी में आलोड़न से जुड़ी हुई है, और हो सकता है कि इसे पहले नहीं समझा गया हो। उदाहरण के लिए मार्लबोरो लोह कार्य के मालिक इसहाक ज़ेन को 1772 में इसके विषय में ज्ञात नहीं था। ज़ेन की प्रतिष्ठा को देखते हुए[according to whom?] नवीनतम विकास के समान रखने के लिए, प्रविधि संभवतः वर्जीनिया और पेंसिल्वेनिया के आयरनमास्टर्स के लिए अज्ञात थी।

फास्फोरस को सामान्यतः एक हानिकारक संदूषक माना जाता है क्योंकि यह इस्पात को भंगुर बना देता है, यहां तक ​​कि 0.6% की कम सांद्रता पर भी भंगुर बना देता है। 1870 के दशक में जब गिलक्रिस्ट-थॉमस प्रक्रिया ने कच्चा लोहा से बड़ी मात्रा में तत्वों को निष्काषित करने की अनुमति दी, तो यह एक प्रमुख विकास था क्योंकि उस समय महाद्वीपीय यूरोप में खनन किए गए अधिकांश लौह अयस्क फॉस्फोरस थे। हालांकि, गालकन या प्रगलन से सभी दूषित पदार्थों को निष्काषित करना जटिल है, और इसलिए प्रारंभ करने के लिए वांछनीय लौह अयस्कों में सामान्यतः फॉस्फोरस कम होना चाहिए।

एल्युमिनियम

लौह अयस्क, रेत और कुछ चूना पत्थर सहित कई अयस्कों में एल्युमिनियम (Al) की थोड़ी मात्रा उपस्थित होती है। प्रगलन से पूर्व अयस्क को धोकर पूर्ववर्ती को निष्काषित किया जा सकता है। ईंट की परत वाली भट्टियों की समावेशन तक, एल्यूमीनियम संदूषण की मात्रा इतनी कम थी कि इसका लोहे या धातुमल पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। हालांकि, जब ईंट का उपयोग चूल्हों और वात्या भट्टी के अभ्यंतर के लिए किया जाने लगा, तो एल्यूमीनियम संदूषण की मात्रा में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई। यह तरल धातुमल द्वारा भट्टी आस्तर के क्षरण के कारण था।

एल्युमीनियम को कम करना कठिन है। परिणामस्वरूप, लोहे का एल्यूमीनियम संदूषण कोई समस्या नहीं है। हालाँकि, यह धातुमल की स्यानता को बढ़ाता है। काटो & मिनोवा 1969, p. 37, रोसेनकविस्ट 1983, p. 311। इससे भट्टी के संचालन पर कई प्रतिकूल प्रभाव पड़ेंगे। मोटा धातुमल आवेश के अवरोहण को धीमा कर देगा, और प्रक्रिया को लंबा कर देगा। उच्च एल्युमिनियम भी तरल धातुमल को अपसारण करना अधिक कठिन बना देगा। चरम पर यह एक हिमशीत भट्टी का कारण बन सकता है।

उच्च एल्युमीनियम धातुमल के लिए कई साधन हैं। प्रथम परिहार है; उच्च एल्यूमीनियम सामग्री वाले अयस्क या चूने के स्रोत का उपयोग न करें। चूने के प्रवाह के अनुपात में वृद्धि से स्यानता कम हो जाएगी (रोसेनकविस्ट 1983, p. 311)।

सल्फर

सल्फर (S) कोयले में निरंतर प्रदूषक है। यह कई अयस्कों में कम मात्रा में भी उपस्थित होता है, परन्तु निस्तापन द्वारा इसे निष्काषित किया जा सकता है। लोहे के प्रगलन में उपस्थित तापमान पर सल्फर तरल और ठोस लोहे दोनों में सरलता से घुल जाता है। गंधक की थोड़ी मात्रा का भी प्रभाव तत्काल और गंभीर होता है। वे लोहे के निर्माताओं द्वारा सर्वप्रथम कार्य करने वालों में से एक थे। सल्फर के कारण लोहा लाल या तप्त भंगुर हो जाता है।(गॉर्डन 1996, p. 7)

गर्म छोटा लोहा गर्म होने पर भंगुर होता है। यह एक गंभीर समस्या थी क्योंकि 17वीं और 18वीं शताब्दी के पर्यन्त उपयोग किया जाने वाला अधिकांश रोध लोह या पिटवां लोह था। पिटवां लोह गर्म होने पर हथौड़े से बार-बार प्रहार करने से बनता है। अगर हथौड़े से कार्य किया जाए तो गर्म छोटे लोहे का टुकड़ा टूट जाएगा। जब गर्म लोहे या इस्पात का एक टुकड़ा अनावृत सतह को तुरंत ऑक्सीकृत करता है। ऑक्साइड की यह परत वेल्डिंग द्वारा दरार को ठीक होने से रोकती है। बड़ी दरारें लोहे या इस्पात को तोड़ने का कारण बनती हैं। छोटी दरारें उपयोग के पर्यन्त वस्तु के विफल होने का कारण बन सकती हैं। गर्म कमी की डिग्री उपस्थित सल्फर की मात्रा के सीधे अनुपात में है। आज 0.03% से अधिक सल्फर वाले लौह से बचा जाता है।

तप्त भंगुर लोहे से कार्य किया जा सकता है, परन्तु इसे कम तापमान पर कार्य करना पड़ता है। कम तापमान पर कार्य करने के लिए लोहार या फोर्जमैन से अधिक शारीरिक प्रयास की आवश्यकता होती है। एक ही परिणाम प्राप्त करने के लिए धातु को अधिक बार प्रहार किया जाना चाहिए। हल्के सल्फर से दूषित रोध पर कार्य किया जा सकता है, परन्तु इसके लिए अधिक समय और प्रयास की आवश्यकता होती है।

संचक लोहे में सल्फर श्वेत लोहे के निर्माण को बढ़ावा देता है। कम से कम 0.5% धीमी शीतलन और उच्च सिलिकॉन सामग्री के प्रभावों का प्रतिकार कर सकता है।(रोस्टोकर & ब्रॉनसन 1990, p. 21) श्वेत संचक लोहा अधिक भंगुर होता है, परन्तु कठिन भी होता है। सामान्यतः इससे बचा जाता है, क्योंकि यह कार्य कठिन है, चीन को छोड़कर जहां कोयले और कोक के साथ उच्च सल्फर संचक लोहे, कुछ उच्च 0.57%, का उपयोग घंटियों और झंकार बनाने के लिए किया जाता था। (रोस्टोकर, ब्रोंसन & ड्वोरक 1984, p. 760) के अनुसार टर्नर (1900, pp. 200), अच्छे फाउंड्री आयरन में 0.15% से कम सल्फर होना चाहिए। विश्व के शेष भागो में एक उच्च सल्फर संचक लोहा संचकन बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है, परन्तु लोहे को निष्फ्राण कर देता है।

सल्फर संदूषण के लिए कई उपचार हैं। प्रथम, और ऐतिहासिक और प्रागैतिहासिक कार्यों में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परिहार है। यूरोप में (चीन के विपरीत) कोयले के प्रगलन के लिए ईंधन के रूप में उपयोग नहीं किया जाता था क्योंकि इसमें सल्फर होता है और इसलिए लोहे को गर्म करने का कारण बनता है। यदि एक अयस्क गर्म छोटी धातु के रूप में परिणत होता है, तो लौह स्वामी दूसरे अयस्क की खोज करते हैं। जब 1709 (या संभवतः पूर्व) में खनिज कोयले का प्रथम बार यूरोपीय विस्फोट भट्टियों में उपयोग किया गया था, तो इसे कोक किया गया था। 1829 से तप्त वात्या के प्रारंभ के साथ ही कच्चे कोयले का उपयोग किया जाने लगा।

अयस्क भर्जन

अयस्कों से गंधक को भर्जन और धावन द्वारा निष्काषित किया जा सकता है। भर्जन से सल्फर का ऑक्सीकरण होकर सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) बनाता है, जो या तो वायुमंडल में चला जाता है या धुल सकता है। गर्म जलवायु में माक्षिकी अयस्क को बारिश में बाहर छोड़ना संभव है। बारिश, जीवाणु और गर्मी की संयुक्त क्रिया सल्फाइड को सल्फ्यूरिक एसिड और सल्फेट में ऑक्सीकृत करती है, जो जल में घुलनशील और निक्षालित होते हैं।(टर्नर 1900, pp. 77) हालांकि, ऐतिहासिक रूप से (कम से कम), आयरन सल्फाइड (लौह पाइराइट FeS
2), हालांकि एक सामान्य लौह खनिज, लौह धातु के उत्पादन के लिए अयस्क के रूप में उपयोग नहीं किया गया है। स्वीडन में भी प्राकृतिक अपक्षय का उपयोग किया गया था। एक ही प्रक्रिया, भूगर्भीय गति से, गोसन लिमोनाइट अयस्कों में परिणत होती है।

16वीं से 18वीं शताब्दी तक स्वीडन, रूस और स्पेन के लोहे के लिए भुगतान की गई निरंतर उच्च कीमतों से कम सल्फर वाले लोहे से जुड़ा महत्व प्रदर्शित होता है। आज गंधक की कोई समस्या नहीं है। आधुनिक उपचार मैंगनीज के अतिरिक्त है। परन्तु, संचालक को ज्ञात होना चाहिए कि लोहे में कितना सल्फर है क्योंकि इसे निष्प्रभाव करने के लिए कम से कम पांच गुना अधिक मैंगनीज मिलाया जाना चाहिए। कुछ ऐतिहासिक लौह मैंगनीज के स्तर को प्रदर्शित करते हैं, परन्तु अधिकांश सल्फर को निष्प्रभाव करने के लिए आवश्यक स्तर से काफी नीचे हैं।(रोस्टोकर & ब्रॉनसन 1990, p. 21)

मैंगनीज सल्फाइड (MnS) के रूप में सल्फाइड को सम्मिलित करने से एसएई 304 जंगरोधी इस्पात जैसे निम्न-श्रेणी के जंगरोधी इस्पात में गंभीर क्षरण समस्या हो सकती है।[37][38] ऑक्सीकरण स्थितियों के अंतर्गत और नमी की उपस्थिति में, जब सल्फाइड ऑक्सीकरण करता है तो यह थायोसल्फेट आयनों को मध्यवर्ती प्रजातियों के रूप में उत्पन्न करता है और क्योंकि थायोसल्फेट आयनों में क्लोराइड आयनों की तुलना में इसके दोहरे ऋणात्मक विद्युत आवेश के कारण उच्च समतुल्य इलेक्ट्रोमोबिलिटी होती है, यह गर्त के विकास को बढ़ावा देता है।[39]वास्तव में, गर्त के भीतर ऐनोडी क्षेत्र पर Fe ऑक्सीकरण द्वारा समाधान में जारी किए Fe2+ धनायनों द्वारा उत्पन्न किए गए धनात्मक विद्युत आवेशों को केशिका गर्त में आयनों के वैद्युतगतिक घटना प्रवास द्वारा लाए गए ऋणात्मक आवेशों द्वारा शीघ्रता से क्षतिपूर्ति/निष्प्रभावी किया जाना चाहिए। एक केशिका गर्त में होने वाली कुछ विद्युत रासायनिक प्रक्रियाएं केशिका वैद्युतकणसंचलन में होने वाली प्रक्रियाओं के समान होती हैं। उच्च आयनों वैद्युतगतिक प्रव्रजन दर, गर्तन संक्षारण की दर जितनी अधिक होगी। गर्त के भीतर आयनों की वैद्युतगतिक घटनाएं गर्त की वृद्धि दर में दर-सीमित चरण हो सकती हैं।

यह भी देखें

उद्धरण

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बाहरी संबंध

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