लीचिंग (रसायन विज्ञान)

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For other uses, see निक्षालन.

निक्षालन एक विलायक के माध्यम से अपने वाहक पदार्थ से अलग होने या निकालने की प्रक्रिया है।[1]

निक्षालन 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 शोषक सामग्री जैसे संकेन्द्रण, वितरण, प्रकृति और आकार के सापेक्ष घुलनशील विशेषताओं पर निर्भर करती हैं।[1] निक्षालन स्वाभाविक रूप से पौधों के पदार्थों (अकार्बनिक और कार्बनिक) से,[2][3] मिट्टी में विलेय का निक्षालन,[4] और कार्बनिक पदार्थ सामग्री के अपघटन में देखी जा सकती है।[5] पानी की गुणवत्ता बढ़ाने और दूषित पदार्थों को हटाने के लिए निक्षालन को भी प्रभावित तरीके से लागू किया जा सकता है।[1][6] साथ ही राख जैसे हानिकारक अपशिष्ट उत्पादों के प्रवण के लिए,[7] या दुर्लभ-पृथ्वी तत्व (आरईई)।[8] निक्षालन प्रक्रिया को रोकने या प्रोत्साहित करने के लिए निक्षालन विशेषताओं को समझना और उस स्तिथि में इसकी तैयारी करना जहां यह अपरिहार्य है, वह महत्वपूर्ण है।[2]

एक आदर्श निक्षालन संतुलन अवस्था में, सभी विलेय को विलायक द्वारा भंग कर दिया जाता है, जिससे विलेय का वाहक अपरिवर्तित रहता है।[1] निक्षालन की प्रक्रिया हालांकि हमेशा आदर्श नहीं होती है, और समझने और दोहराने के लिए काफी जटिल हो सकती है,[6] और प्रायः अलग-अलग तरीके से अलग-अलग परिणाम देती है।[9]

प्राकृतिक अपक्षय की घटनाओं के कारण सीमेंट की दीवार में होने वाली निक्षालन।

निक्षालन प्रक्रियाएं

निक्षालन परिदृश्य कई प्रकार के होते हैं; इसलिए, इस विषय की सीमा विशाल है।[1][3][9] हालांकि, सामान्यतः, तीन पदार्थों को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:

  • वाहक, पदार्थ A;
  • विलेय, पदार्थ B;
  • और विलायक, पदार्थ C।[1][8]

पदार्थ A और B पदार्थ C के प्रारम्भ से पहले एक प्रणाली में कुछ समरूप हैं।[10] निक्षालन प्रक्रिया के प्रारम्भ में, पदार्थ C सतही पदार्थ B को काफी उच्च दर पर घोलने का काम करेगा।[1] पदार्थ B को लक्षित करने के लिए पदार्थ A के छिद्रों के माध्यम से प्रवेश करने की आवश्यकता होने पर विघटन की दर में काफी कमी आएगी।[1] यह पैठ प्रायः पदार्थ A के विघटन का कारण बन सकती है,[1] या एक से अधिक विलेय का उत्पाद,[10] विशिष्ट निक्षालन वांछित होने पर दोनों असंतोषजनक हैं। निक्षालन 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 सम्मिलित हो सकते हैं, लेकिन इन तक सीमित नहीं हैं:

सामान्य प्रक्रिया को सामान्यतः तोड़ा जाता है और निम्न तीन भागों में संक्षेपित किया जाता है:[1]

  1. विलायक द्वारा सतही विलेय का विघटन
  2. विलायक तक पहुँचने के लिए वाहक के छिद्रों के माध्यम से आंतरिक-विलेय का प्रसार
  3. प्रणाली से बाहर घुले हुए विलेय का स्थानांतरण

जैविक पदार्थों के लिए निक्षालन प्रक्रियाएं

जैविक पदार्थ स्वयं निक्षालन का अनुभव कर सकते हैं,[2] साथ ही भारी धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए विलायक पदार्थ के हिस्से के रूप में निक्षालन के लिए उपयोग किया जाता है।[6] कई पौधे फेनोलिक्स, कार्बोहाइड्रेट और एमिनो अम्ल की निक्षालन का अनुभव करते हैं, और निक्षालन से 30% द्रव्यमान हानि का अनुभव सिर्फ पानी के स्रोतों जैसे बारिश, ओस, धुंध और कोहरे से कर सकते हैं। [5][2] पानी के इन स्रोतों को निक्षालन प्रक्रिया में विलायक माना जाएगा और पौधों से मुक्त शर्करा, पेक्टिक अम्ल पदार्थ और चीनी अल्कोहल जैसे कार्बनिक यौगिक पोषक तत्वों की निक्षालन 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 प्रायः पानी द्वारा ठोस से एक अवांछनीय घटक को हटाया जा सकता है, इस प्रक्रिया को धुलाई कहा जाता है।[11] पौधों की निक्षालन 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]

जैव निक्षालन 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 अम्ल का उपयोग करके अल्युमीनियम को पुनर्प्राप्त करके राख के पुन: उपयोग में जैव निक्षालन प्रक्रियाओं का भी उपयोग किया जा सकता है।[7]


राख के लिए निक्षालन प्रक्रियाएं

कोयला राख एक ऐसा उत्पाद है जो प्रवण के दौरान भारी मात्रा में निक्षालन का अनुभव करता है।[7] हालांकि अन्य सामग्रियों जैसे कंक्रीट और ईंटों में राख के पुन: उपयोग को प्रोत्साहित किया जाता है, फिर भी संयुक्त राज्य अमेरिका में इसका अधिकांश भाग तालाबों, खाड़ी, लैंडफिल और धातुमल के ढेर में निपटाया जाता है।[7] इन सभी प्रवण स्थलों में पानी होता है जहां धुलाई के प्रभाव से कई अलग-अलग प्रमुख रासायनिक तत्वों की निक्षालन हो सकती है, जो राख के प्रकार और उस स्थान पर निर्भर करता है जहां इसकी उत्पत्ति हुई थी।[7] राख की निक्षालन केवल तभी संबंधित है जब राख का प्रवण ठीक से नहीं किया गया हो, जैसे कि टेनेसी, टेनेसी के रोने काउंटी में किंग्स्टन जीवाश्म संयंत्र की स्तिथि में होता है।[12] टेनेसी घाटी प्राधिकरण किंग्स्टन जीवाश्म संयंत्र की संरचनात्मक विफलता पूरे क्षेत्र में बड़े मापक्रम पर विनाश और एमोरी नदी और क्लिंच नदी दोनों के नीचे की ओर संदूषण के गंभीर स्तर का कारण बनती है।[12]


मिट्टी में निक्षालन प्रक्रियाएं

मिट्टी में निक्षालन, मिट्टी की विशेषताओं पर अत्यधिक निर्भर है, जो प्रतिरूपण के प्रयासों को कठिन बना देता है।[4] अधिकांश निक्षालन पानी की अंतःस्पंदन से आती है, एक धुलाई प्रभाव जो कि जैविक पदार्थों की निक्षालन प्रक्रिया के लिए वर्णित है।[4][11] निक्षालन को सामान्यतः विलेय अभिगमन प्रतिरूप द्वारा वर्णित किया जाता है, जैसे कि डार्सी का नियम, द्रव्यमान प्रवाह अभिव्यक्ति और प्रसार-फैलाव की समझ द्वारा वर्णित किया जाता है।[4] निक्षालन को बड़े मापक्रम पर मिट्टी की द्रवचालित चालकता द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो कण आकार और सापेक्षिक घनत्व पर निर्भर है कि मिट्टी को स्वराघात के माध्यम से समेकित किया गया है।[4] विसरण को अन्य कारकों जैसे रंध्र आमाप और मिट्टी की रूप रेखा, प्रवाह पथ की वक्रता, और विलायक (पानी) और विलेय का वितरण द्वारा नियंत्रित किया जाता है।[4]


निक्षालन रचनातंत्र

निक्षालन प्रक्रियाओं के वर्गीकरण के कारण प्रयोगशाला विधियों और प्रतिरूपण के माध्यम से एकत्र किए जाने वाले आंकड़ों में कई विविधताएँ हैं, जिससे आंकड़ों की व्याख्या करना कठिन हो जाता है।[10] न केवल निर्दिष्ट निक्षालन प्रक्रिया महत्वपूर्ण है, बल्कि स्वयं प्रयोग का केंद्रबिन्दु भी है। उदाहरण के लिए, केंद्रबिन्दु को निक्षालन, समूह के रूप में या व्यक्तिगत रूप से खनिज विज्ञान, या विलायक जो निक्षालन 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 मापक्रम पर हानि का मूल्यांकन करके किया जाता है।[1] विभिन्न निक्षालन प्रक्रियाओं और उनके संबंधित प्रयोगशाला परीक्षणों का सारांश निम्न तालिका में देखा जा सकता है:

सूची 1: विभिन्न निक्षालन प्रक्रियाओं के लिए प्रयोगशाला परीक्षण
निक्षालन प्रक्रिया प्रयोगशाला परीक्षण
अपशिष्ट निक्षालितक हटाना वर्ग परीक्षण या स्तंभ परीक्षण[9]
पौधों से निक्षालन t-परीक्षण या क्रमचय परीक्षण[5]
धातु के धनायन का संघटन जैव निक्षालन[6]
राख निक्षालन निष्कासन तालाब से वाष्पीकरण[7]
कोशिकीय निष्कर्ष मन्द भूतेल प्रभाज, ट्राईक्लोरोइथीलीन शोधक्षम, या शुक्ता/ईथर विलायक[1]
अशिष्ट ठोस पदार्थों का निक्षालन वर्ग संयंत्र[1]
उत्तम ठोस निक्षालन यांत्रिक विलोडक या संपीडित वायु द्वारा उत्तेजन[1]


पर्यावरण के अनुकूल निक्षालन

यह देखने के लिए हाल ही में कुछ काम किया गया है कि क्या कुछ सफलता के साथ लिथियम और कोबाल्ट को खपत की गई बैटरी (बिजली) से निक्षालन करने के लिए कार्बनिक अम्ल का उपयोग किया जा सकता है। अलग-अलग तापमान और मैलिक अम्ल 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 है।

4 LiCoO2(ठोस) + 12 C4H6O5(द्रव) → 4 LiC4H5O5(द्रव) + 4 Co(C4H6O5)2(द्रव) + 6 H2O(द्रव) + O2(वाष्प)

साइट्रिक अम्ल के साथ समान विश्लेषण ने इष्टतम तापमान और साइट्रिक अम्ल के 90 डिग्री सेल्सियस और 1.5 मोलर समाधान के साथ समान परिणाम दिखाए।[14]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 Richardson, J. F.; Harker, J. H.; Backhurst, J. R. (2002), Richardson, J. F.; Harker, J. H.; Backhurst, J. R. (eds.), "CHAPTER 10 - Leaching", Chemical Engineering (Fifth Edition), Chemical Engineering Series, Butterworth-Heinemann, pp. 502–541, doi:10.1016/b978-0-08-049064-9.50021-7, ISBN 9780080490649
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Tukey, H.B. (1970). "पौधों से पदार्थों की लीचिंग". Annual Review of Plant Physiology. 21 (1): 305–324. doi:10.1146/annurev.pp.21.060170.001513. ISSN 0066-4294.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 Dubus, I.G.; Beulke, S.; Brown, C.D. (2002). "Calibration of pesticide leaching models: critical review and guidance for reporting". Pest Management Science. 58 (8): 745–758. doi:10.1002/ps.526. ISSN 1526-4998. PMID 12192898.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Addiscott, T. M.; Wagenet, R. J. (1985). "Concepts of solute leaching in soils: a review of modelling approaches". Journal of Soil Science. 36 (3): 411–424. doi:10.1111/j.1365-2389.1985.tb00347.x. ISSN 1365-2389.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 Bärlocher, Felix (2005), Graça, M.A.S.; Bärlocher, Felix; Gessner, M.O. (eds.), "CHAPTER 5 - Leaching", Methods to Study Litter Decomposition: A Practical Guide, Springer Netherlands, pp. 33–36, doi:10.1007/1-4020-3466-0_5, ISBN 9781402034664
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Rohwerder, T.; Gehrke, T.; Kinzler, K.; Sand, W. (2003). "Bioleaching review part A: Progress in bioleaching: Fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation". Applied Microbiology and Biotechnology. 63 (3): 239–248. doi:10.1007/s00253-003-1448-7. ISSN 1432-0614. PMID 14566432. S2CID 25547087.
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 Iyer, R. (2002). "लीचिंग कोल फ्लाई ऐश की सतह रसायन". Journal of Hazardous Materials. 93 (3): 321–329. doi:10.1016/S0304-3894(02)00049-3. ISSN 0304-3894. PMID 12137992.
  8. ↑ 8.0 8.1 Peelman, S.; Sun, Z.H.I.; Sietsma, J.; Yang, Y. (2016), "CHAPTER 21 - Leaching of Rare Earth Elements: Review of Past and Present Technologies", Rare Earths Industry, Elsevier, pp. 319–334, doi:10.1016/b978-0-12-802328-0.00021-8, ISBN 9780128023280, retrieved 2019-10-17
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 Perket, C.L.; Webster, W.C. (1981). "Literature Review of Batch Laboratory Leaching and Extraction Procedures". In Conway, R.; Malloy, B. (eds.). Hazardous Solid Waste Testing: First Conference. Fatigue and Fracture Mechanics. (West Conshohocken, PA: ASTM International 1981): ASTM. pp. 7–7–21. doi:10.1520/stp28826s. ISBN 978-0-8031-0795-3. ISSN 1040-3094 – via in Hazardous Solid Waste Testing: First Conference.{{cite book}}: CS1 maint: location (link)
  10. ↑ 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 Prosser, A.P. (1996). "लीचिंग डेटा के संग्रह और व्याख्या में अनिश्चितता की समीक्षा". Hydrometallurgy. 41 (2): 119–153. doi:10.1016/0304-386X(95)00071-N. ISSN 0304-386X.
  11. ↑ 11.0 11.1 Geankoplis, Christie (2004). परिवहन प्रक्रिया और पृथक्करण सिद्धांत. NJ: Pretence Hall. pp. 802–817. ISBN 978-0-13-101367-4.
  12. ↑ 12.0 12.1 "Kingston Fossil Plant coal fly ash slurry spill", Wikipedia, 2019-11-18, retrieved 2019-11-21
  13. ↑ Li, Li; Jing Ge; Renjie Chen; Feng Wu; Shi Chen; Xiaoxiao Zhang (2010). "कोबाल्ट और लिथियम रिकवरी के लिए पर्यावरण के अनुकूल लीचिंग अभिकर्मक". International Journal of Integrated Waste Management, Science and Technology. Waste Management. 30 (12): 2615–2621. doi:10.1016/j.wasman.2010.08.008. PMID 20817431. Retrieved December 22, 2011.
  14. ↑ Li, Li; Jing Ge; Feng Wu; Renjie Chen; Shi Chen; Borong Wu (2010). "लीचेंट के रूप में कार्बनिक साइट्रिक एसिड का उपयोग करके खर्च की गई लिथियम आयन बैटरी से कोबाल्ट और लिथियम की वसूली". Journal of Hazardous Materials. 176 (1–3): 288–293. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.11.026. PMID 19954882.
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