سفالریٹ سے زنک نکالنا — نظر نہ آنے والی دھات کی بھوننا اور تخفیف

زنک (Zn، عنصر نمبر 30) ایک ٹرانزیشن دھات ہے جس کا ایٹمی وزن 65.38، کثافت 7.14 g/cm³، پگھلنے کا نقطہ 419.53 °C ہے، اور ایک اہم خاصیت جس نے اس کی دھاتی تاریخ کا تعین کیا: صرف 907 °C کا نقطۂ جوش۔ یہ اس درجۂ حرارت سے کم ہے جو زنک آکسائیڈ کو دھات میں تبدیل کرنے کے لیے درکار ہے (تقریباً 1000–1100 °C)، یعنی جیسے ہی زنک اپنے آکسائیڈ سے بنتا ہے، وہ فوراً بخارات بن کر بھٹی سے نظر نہ آنے والی گیس کی صورت میں نکل جاتا ہے۔

اس نے ایک تضاد پیدا کیا جس نے یورپی دھات کاروں کو صدیوں تک حیران رکھا: وہ تانبے کو زنک کی کان کے ساتھ گرم کر کے پیتل بنا سکتے تھے (زنک کے بخارات بچ نکلنے سے پہلے تانبے کے ساتھ مل جاتے تھے)، لیکن خود دھات کو الگ نہیں کر سکتے تھے۔ زاور کے ہندوستانی دھات کاروں نے تقریباً 1300 عیسوی میں مسئلے کو الٹ کر حل کیا — انہوں نے نیچے کی طرف جھکے ہوئے ریٹورٹ بنائے تاکہ زنک کے بخارات اوپر کی طرف نکلنے کے بجائے ردعمل والے علاقے کے نیچے ٹھنڈے ہو کر جم جائیں۔ یورپی دھات کاری نے خالص زنک اینڈریاس سیگismund مارگراف کے 1746 میں اسے ظاہر کرنے تک، یعنی 400 سال سے زائد بعد تک، پیدا نہیں کیا۔

زنک معتدل حد تک فعال ہے: یہ تیزابوں اور مضبوط اساسوں دونوں میں حل ہو جاتا ہے (ایمفوٹیرک رویہ)، ہوا میں چمکدار نیلے-سبز شعلے کے ساتھ جلتا ہے اور گھنے سفید ZnO دھوئیں پیدا کرتا ہے، اور نم ہوا میں آہستہ آہستہ زنگ آلود ہو کر بنیادی زنک کاربونیٹ کی حفاظتی تہہ بناتا ہے۔

سفالیرائٹ (ZnS، زنک بلینڈ) سب سے اہم زنک ایسک ہے، جس میں کمیت کے لحاظ سے 67% زنک ہوتا ہے۔ اس کی چمک رال جیسی سے ایڈامینٹائن تک ہوتی ہے اور رنگ ہلکے زرد (تقریباً خالص ہونے کی صورت میں) سے بھورے، سرخ-بھورے، اور تقریباً سیاہ (آئرن سے بھرپور ہونے کی صورت میں، جسے 'marmatite' کہا جاتا ہے) تک مختلف ہوتا ہے۔ سفالیرائٹ نام یونانی لفظ sphaleros ('دھوکہ دہ') سے آیا ہے کیونکہ اسے اکثر گیلینا کے ساتھ الجھایا جاتا تھا مگر یورپی طریقوں سے اس سے کوئی مفید دھات حاصل نہیں ہوتی تھی۔

شناخت کی اہم خصوصیات: موس سختی 3.5–4، چھ سمتوں میں کامل کلیویج (جس سے مخصوص زاویہ دار ٹکڑے بنتے ہیں)، مخصوص کثافت 3.9–4.1، اور بے چمک پورسلین پر ہلکا زرد سے بھورا اسٹریک۔ سفالیرائٹ ہائیڈرو تھرمل رگ ذخائر میں پایا جاتا ہے، اکثر گیلینا (PbS)، چالکوپائرائٹ (CuFeS₂)، پائرائٹ (FeS₂) اور کوارٹز کے ساتھ گہرا تعلق رکھتا ہے۔ بڑے ذخائر میں ٹرائی اسٹیٹ ضلع (USA)، بروکن ہل (آسٹریلیا)، اور بیلجیم–جرمنی کی زنک پٹی شامل ہیں۔

سفالیرائٹ بہت سے نمونوں میں لانگ ویو الٹرا وائلٹ روشنی کے تحت نارنجی یا زرد-نارنجی فلوئیرس کرتا ہے — فیلڈ میں شناخت کا ایک مفید ٹیسٹ۔ اس کا اسٹریک ہمیشہ نمونے کے جسمانی رنگ سے ہلکا ہوتا ہے، جو اسے اسی طرح کے رنگ والے معدنیات سے ممتاز کرتا ہے۔

اسفیلرائٹ کے نمونوں کو فولادی اینول پر جیولوجیکل ہتھوڑے کی مدد سے چھوٹے ٹکڑوں (1 سینٹی میٹر سے کم) میں توڑیں۔ ایسک کو تقریباً یکساں دانے کے سائز تک پیسا جانا چاہیے تاکہ یکساں بھوننا یقینی ہو۔ ہاتھ سے چھانٹ کر گینگ (فضول چٹان، عموماً کوارٹز یا کیلسائٹ) کے بڑے ٹکڑے ہٹا دیں، ایسک کا چارج جتنا صاف ہوگا، زنک کی پیداوار اتنی ہی زیادہ ہوگی۔

پسے ہوئے ایسک کا وزن کریں اور مقدار درج کریں۔ تقریباً معقول حد تک خالص اسفیلرائٹ کے 500 گرام کے چارج سے بھوننے کے بعد تقریباً 200–250 گرام زنک آکسائیڈ حاصل ہونا چاہیے، اور تخفیف کے بعد نظریاتی طور پر 160–200 گرام دھاتی زنک تک، لیکن عملی طور پر (نقصانات کی وجہ سے) کہیں کم۔

اسفیلرائٹ کا غبار پھیپھڑوں کو ہلکا سا متاثر کرتا ہے۔ کچلنے کے دوران دھول سے بچاؤ کا ماسک پہنیں اور ہوادار جگہ پر کام کریں۔ پسے ہوئے ایسک کو سیرامک یا فولادی برتن میں جمع کریں، ایلومینیم میں نہیں، کیونکہ زنک اعلیٰ درجہ حرارت پر اس کے ساتھ مرکب بنا لیتا ہے۔

PERFORM OUTDOORS ONLY — زہریلی SO₂ گیس پیدا کرتا ہے۔ روسٹنگ ہوا میں گرم کرکے زنک سلفائیڈ کو زنک آکسائیڈ میں بدل دیتی ہے: 2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂۔ یہ عمل تقریباً 700 °C پر شروع ہوتا ہے اور 800–900 °C پر تیزی سے آگے بڑھتا ہے۔ سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO₂) ایک دم گھوٹنے والی تیز گیس کے طور پر خارج ہوتی ہے — وہی مرکب جو تیزابی بارش کا ذمہ دار ہے۔

کچلے ہوئے sphalerite کو کسی ہموار حرارت-مزاحم سطح پر پتلی تہہ (زیادہ سے زیادہ 2 cm گہری) میں پھیلائیں — ایک اتھلی سیرامک ڈش، ٹوٹا ہوا بھٹی کا شیلف، یا فائر برک کی چادر مناسب رہتی ہے۔ اسے کھلی آگ یا چارکول بھٹی میں رکھیں اور تقریباً 800–900 °C تک گرم کریں۔ ایسک کو ہوا کے سامنے رکھنا ضروری ہے — اسے ڈھانپیں نہیں، کیونکہ آکسیجن ایک ری ایکٹنٹ ہے۔ تازہ سطحیں ظاہر کرنے کے لیے کبھی کبھار اسٹیل کی چھڑ سے ایسک کو ہلاتے رہیں۔

روسٹنگ مکمل ہونے پر ایسک گہرے رنگ (سلفائیڈ) سے سفید سے زرد پاؤڈر (زنک آکسائیڈ، ZnO) میں بدل جاتا ہے۔ اس میں عموماً 1–2 گھنٹے لگتے ہیں۔ تاریخی دھاتکاری کی اصطلاح میں سفید پاؤڈر کو 'calx' یا 'calcine' کہا جاتا ہے۔ سنبھالنے سے پہلے calcine کو ٹھنڈا ہونے دیں۔

زنک پگھلانے کی بنیادی جدت نیچے کی جانب کنڈینسر کے ساتھ بند رٹارٹ ہے۔ لوہے یا تانبے کو پگھلانے کے برعکس (جہاں دھات بھٹی کے درجہ حرارت پر مائع ہوتی ہے)، ری ڈکشن درجہ حرارت (1000–1100 °C) پر زنک ایک گیس ہے جو کھلی بھٹی میں اوپر کی جانب نکل جاتی ہے۔ اس کا حل یہ ہے کہ ری ڈکشن ایک بند نلی میں کیا جائے جس کا کھلا سرا نیچے کی طرف یا ٹھنڈے جمع کرنے والے برتن کی طرف ہو۔

ایک مناسب رٹارٹ موٹی دیوار والی سیرامک نلی (موللائٹ یا فائرکلے، تقریباً 30–40 سینٹی میٹر لمبی، 5–8 سینٹی میٹر قطر) سے بنایا جا سکتا ہے، جس کا ایک سرا بند ہو۔ کھلا سرا ایک نیچے کی طرف جھکی ہوئی اسٹیل کنڈینسر نلی سے جڑتا ہے، جو پانی سے ٹھنڈے جمع کرنے والے برتن تک جاتی ہے۔ زاور کے ہندوستانی دھاتی کاریگر الٹے مٹی کے برتن استعمال کرتے تھے؛ اٹھارہویں صدی کی یورپی روایت میں، فائرکلے کے افقی رٹارٹ سیکڑوں کی قطاروں میں استعمال ہوتے تھے۔

رٹارٹ کو بغیر چٹخے 1100 °C برداشت کرنا چاہیے، اور رٹارٹ اور کنڈینسر کے درمیان جوڑ اتنا مضبوط ہونا چاہیے کہ زنک کے بخارات باہر نہ نکلیں۔ جوڑوں کو سیل کرنے کے لیے ریفractory مٹی یا فائرکلے اور ریت کا آمیزہ استعمال کریں۔ کنڈینسر نلی رٹارٹ سے کافی نیچے تک پھیلنی چاہیے اور ہوا یا گیلے کپڑے سے ٹھنڈی کی جانی چاہیے — زنک 419 °C سے نیچے جم جاتا ہے۔

अपचयन अभिक्रिया है: ZnO + C → Zn(वाष्प) + CO. भुने हुए जिंक ऑक्साइड (कैलसाइन) को कुचले हुए चारकोल के साथ लगभग 1:1 भार अनुपात में अच्छी तरह मिलाएं। कार्बन अपचायक का काम करता है, जो जिंक ऑक्साइड से ऑक्सीजन हटाकर धात्विक जिंक वाष्प और कार्बन मोनोऑक्साइड गैस बनाता है।

घनिष्ठ मिश्रण के लिए चारकोल को कैलसाइन के समान कण आकार (5 mm से कम) तक कुचलें। बड़े चारकोल के टुकड़े अनअभिक्रियित जिंक ऑक्साइड के जेब छोड़ देते हैं। कुछ ऐतिहासिक विधियों में लौह अशुद्धियों को स्लैग के रूप में हटाने में मदद के लिए थोड़ी मात्रा में पिसा हुआ चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है, लेकिन छोटे पैमाने के कार्य के लिए यह वैकल्पिक है।

मिश्रित चार्ज को रिटॉर्ट के बंद सिरे में कसकर भरें, जिससे नली की लंबाई का लगभग दो-तिहाई भाग भर जाए। शेष एक-तिहाई खाली छोड़ें — यह स्थान जिंक वाष्प को कैलसाइन की धूल के बिना कंडेंसर की ओर जाने देता है। रिटॉर्ट के खुले सिरे को रिफ्रैक्टरी मिट्टी से कंडेंसर नली से सील करें, और केवल कंडेंसर का निकास खुला छोड़ें ताकि जिंक वाष्प बाहर निकलकर संघनित हो सके।

OUTDOORS ONLY — کاربن مونو آکسائیڈ اور زنک بخارات پیدا کرتا ہے۔ بھری ہوئی ریٹورٹ کو چارکول بھٹی میں رکھیں، جس کا بند سرا سب سے گرم زون میں ہو اور کنڈینسر ٹیوب باہر اور نیچے کی طرف پھیلی ہو۔ بھٹی کو مسلسل 1000–1100 °C تک گرم کریں — ریٹورٹ روشن نارنجی چمکنا چاہیے۔ تخفیفی ردعمل ZnO + C → Zn + CO تقریباً 1000 °C پر شروع ہوتا ہے اور زیادہ درجۂ حرارت پر تیزی سے آگے بڑھتا ہے۔

کاربن مونو آکسائیڈ (CO) — ایک بے بو اور مہلک گیس — ضمنی پیداوار کے طور پر بنتی ہے اور زنک بخارات کے ساتھ کنڈینسر ٹیوب سے باہر نکلتی ہے۔ اسی لیے یہ عمل کھلی جگہ پر کیا جانا چاہیے، ہوا کی سمت میں کوئی بند جگہ نہ ہو۔ CO ہوا سے ہلکی ہے اور کھلی ہوا میں تیزی سے منتشر ہو جاتی ہے، مگر کسی بھی اوپری ڈھکن کے نیچے جمع ہو کر مہلک ثابت ہوگی۔

درجۂ حرارت 2–3 گھنٹے برقرار رکھیں۔ یہ ردعمل گرماگیر (حرارت جذب کرتا ہے) ہے، اس لیے آپ کو مسلسل چارکول ڈالنا ہوگا اور بھٹی کو ہوا کی فراہمی برقرار رکھنی ہوگی۔ دھونکنی کا رخ بھٹی کی دیواروں کی طرف رکھیں، ریٹورٹ کی طرف نہیں — براہ راست ہوا کنڈینسر کو آکسائیڈ کر دے گی اور دھاتی زنک کے بجائے زنک آکسائیڈ (سفید پاؤڈر) جمع کرے گی۔

جیسے ہی ریٹارٹ آپریٹنگ درجہ حرارت تک پہنچتا ہے، زنک بخارات ٹیوب کے ذریعے ٹھنڈے کنڈینسر حصے تک جاتے ہیں، جہاں وہ جم جاتے ہیں۔ زنک کنڈینسر ٹیوب کی اندرونی دیواروں اور جمع کرنے والے برتن پر چاندی جیسے خاکستری دھاتی ذخیرے کی صورت میں کنڈینس ہوتا ہے۔ اگر کنڈینسر بہت ٹھنڈا ہو یا کنڈینس ہونے سے پہلے بخارات ہوا سے ملیں تو کچھ زنک باریک پاؤڈر (زنک ڈسٹ) کی صورت میں بھی کنڈینس ہو سکتا ہے۔

2 سے 3 گھنٹے مسلسل گرم کرنے کے بعد بھٹی کو قدرتی طور پر ٹھنڈا ہونے دیں۔ گرم ریٹارٹ کو نہ کھولیں — گرم ریٹارٹ میں داخل ہونے والی ہوا باقی زنک بخارات کو فوراً ZnO میں آکسائڈائز کر دے گی اور وہ سفید پاؤڈر کی صورت میں ضائع ہو جائے گا۔ جب ریٹارٹ اور کنڈینسر موٹے دستانوں سے سنبھالنے کے قابل ٹھنڈے ہو جائیں (200 °C سے کم)، تو کنڈینسر ٹیوب الگ کریں اور کنڈینس شدہ زنک نکالیں۔

زنک کنڈینسر کے اندر ٹھوس پلگ یا کیک کی شکل میں، یا بے قاعدہ دھاتی قطروں اور چھینٹوں کی صورت میں نظر آ سکتا ہے۔ کنڈینسر ٹیوب کو آہستگی سے تھپتھپا کر اور کھرچ کر تمام دھاتی زنک جمع کریں۔ کل بازیابی ریٹارٹ سیل کے معیار، درجہ حرارت کنٹرول اور کنڈینسر کی کارکردگی پر منحصر ہے — پہلی کوشش کے لیے نظریاتی پیداوار کا 30–50% متوقع ہے۔

جمع شدہ زنک کے ٹکڑوں کو دوبارہ پگھلا کر ایک ہی سل میں یکجا کیا جا سکتا ہے۔ زنک 419.53 °C پر پگھلتا ہے — یہ درجہ حرارت لکڑی کے کوئلے کی آگ یا پروپین ٹارچ سے آسانی سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ ایک چھوٹا اسٹیل یا کاسٹ آئرن کا کروزیبل استعمال کریں (سیرامک نہیں — پگھلا ہوا زنک سلیکیٹ سیرامکس پر حملہ کرتا ہے)۔ زنک کے ٹکڑوں کو کروزیبل میں رکھیں، مکمل طور پر پگھلنے تک گرم کریں، اور ایک سادہ سل سانچے میں ڈالیں (خشک ریت میں کھدی ہوئی نالی، یا ایک چھوٹا اسٹیل سانچہ)۔

WARNING: زنک کو تقریباً 500 °C سے زیادہ گرم نہ کریں — زیادہ درجہ حرارت پر، زنک ہوا میں تیزی سے آکسیڈائز ہوتا ہے اور ZnO (زنک آکسائیڈ) کے گاڑھے سفید دھوئیں پیدا کرتا ہے۔ یہ دھوئیں میٹل فیوم فیور کا سبب بنتے ہیں: نمایاں کرنے والی فلو جیسی علامات جو نمائش کے 4–12 گھنٹے بعد ظاہر ہوتی ہیں اور 24–48 گھنٹے تک رہتی ہیں۔ زنک کو اس سب سے کم درجہ حرارت پر پگھلائیں جو سیالیت برقرار رکھے، اور کسی بھی سفید دھوئیں کو سانس کے ذریعے اندر لینے سے گریز کریں۔

نتیجے میں حاصل ہونے والی سل تازہ کٹی ہوئی سطحوں پر روشن چاندی جیسی سلیٹی ہونی چاہیے، جس کی کثافت 7.14 g/cm³ ہو (لوہے سے بھاری، 7.87 g/cm³ — نہیں، ہلکا؛ لوہا زیادہ کثیف ہے)۔ زنک کا ایک مخصوص نیلا-سفید رنگ ہوتا ہے اور ٹوٹنے پر اس کا کرسٹلین فریکچر پیٹرن ہوتا ہے۔

اپنی زنک کی شناخت اس کی خصوصیات کی جانچ کر کے تصدیق کریں۔ زنک کا ایک نمایاں نیلا-سفید رنگ ہوتا ہے (ایلومینیم کی روشن سفیدی اور سیسے کے خاکستری رنگ کے درمیان)۔ کمرے کے درجہ حرارت پر یہ بھربھرا ہوتا ہے — زنک کی سلاخ بغیر مڑے صاف ٹوٹ جاتی ہے۔ تاہم، 100–150 °C کے درمیان زنک نرم ہو جاتا ہے اور اسے چادروں میں لپیٹا جا سکتا ہے؛ 200 °C سے اوپر یہ دوبارہ بھربھرا ہو جاتا ہے۔

کیمیائی جانچ: زنک تھوڑے ہائیڈروکلورک ایسڈ (HCl) میں شدت کے ساتھ گھلتا ہے اور ہائیڈروجن گیس کے بلبلے بناتا ہے: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑۔ یہ ردعمل ایسڈ میں سیسے کے مقابلے میں کہیں زیادہ شدید ہے (سیسہ آہستہ گھلتا ہے) اور تصدیق کرتا ہے کہ دھات زنک ہے، سیسہ یا ٹن نہیں۔ زنک سوڈیم ہائیڈروکسائیڈ محلول (NaOH) میں بھی گھل کر ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے — یہ ایمفوٹیرک رویہ زنک کو زیادہ تر دیگر عام دھاتوں سے ممتاز کرتا ہے۔

پروپین شعلے میں پکڑے گئے زنک کا ایک چھوٹا ٹکڑا نیلے-سبز رنگ کے روشن شعلے کے ساتھ جلتا ہے اور سفید ZnO دھواں پیدا کرتا ہے۔ شعلے کا یہ رنگ صرف زنک کا خاصہ ہے اور یہ فوری شناختی جانچ ہے۔ یہ جانچ کھلی جگہ پر اور مختصر وقت کے لیے کریں — ZnO کے بخارات دھاتی دھوئیں کا بخار پیدا کرتے ہیں۔

حتمی زنک کی سل کا وزن کریں اور اپنی پیداوار کا حساب لگائیں: (حاصل شدہ زنک ÷ اصل اسفیلیرائٹ کا وزن × 0.67) × 100 = بازیابی کا فیصد۔ پہلی کوشش میں ناقص آلات کے ساتھ 30% سے زیادہ پیداوار اچھی سمجھی جاتی ہے۔ زاوار کے دھاتی کاریگروں نے اپنی خصوصی طور پر بنائی گئی ریٹورٹ بیٹریوں کے ساتھ تقریباً 60–70% بازیابی حاصل کی — قرون وسطیٰ کی انجینئرنگ کا ایک قابلِ ذکر کارنامہ۔

تاریخ، ایسک کا ماخذ، چارج کے وزن، حاصل کردہ تقریبی درجہ حرارت، اور عمل کے بارے میں کسی بھی مشاہدے کو ریکارڈ کریں۔ نوٹ کریں کہ کن مراحل میں سب سے زیادہ دشواری پیش آئی — کنڈینسر کا ڈیزائن اور سیل کی سالمیت عموماً اہم چیلنج ہوتے ہیں۔ ریٹورٹ سیٹ اپ اور حتمی زنک پروڈکٹ کی تصاویر دستاویزی ریکارڈ کے طور پر قیمتی ہیں۔

صفائی: زنک آکسائیڈ کا گرد اور استعمال شدہ ریٹورٹ مواد سانس کے ذریعے اندر جانے پر ہلکے زہریلے ہوتے ہیں اور ذمہ داری سے ٹھکانے لگانے چاہئیں۔ سطحوں کو نم کپڑوں سے صاف کریں۔ استعمال شدہ چارکول اور کیلسائن کی باقیات کو مکمل طور پر ٹھنڈا ہونے دیا جا سکتا ہے اور معدنی فضلے کے ساتھ ٹھکانے لگایا جا سکتا ہے۔ اگر ریٹورٹ ٹیوب فائرنگ کے دوران بغیر دراڑ کے بچ گئی ہو تو اسے دوبارہ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ زنک کی سل کو خشک جگہ پر رکھیں — زنک نم ہوا میں آہستہ آہستہ زنگ آلود ہوتا ہے اور بنیادی زنک کاربونیٹ کی مدھم سلیٹی تہہ بناتا ہے۔