زرکونیم اور ہفنیم علیحدگی ٹیکنالوجی کا اصول

نیوٹران جذب کراس سیکشنل علاقوں میں نمایاں فرق کی وجہ سے زرکونیم اور ہافنیم جوہری صنعت کے مختلف پہلوؤں میں استعمال ہوتے ہیں۔ عام طور پر، جوہری ری ایکٹرز میں استعمال ہونے والے زرکونیم-ہافنیم مرکب میں، دونوں ایک دوسرے کے لیے "نقصان دہ اجزاء" ہوتے ہیں۔ زرکونیم اور ہفنیم مرکب دھاتوں کی جوہری خصوصیات کو برقرار رکھنے کے لیے، زرکونیم اور ہفنیم مرکب کے مواد کے لیے کچھ تقاضے پیش کیے جاتے ہیں، یعنی زرکونیم میں ہفنیم کا مواد 100 پی پی ایم سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے، اور زرکونیم کا مواد ہفنیم 2٪ سے زیادہ نہیں ہونا چاہئے. فطرت میں، زرکونیم اور ہفنیم ہمیشہ ایک ساتھ پیدا ہوتے ہیں، اور وہاں کوئی زرکونیم یا ہفنیم اکیلے موجود نہیں ہے۔ لہذا، زرکونیم اور ہفنیم کی علیحدگی جوہری درجے کے زرکونیم اور ہفنیم کی تیاری کی کلید بن گئی ہے۔ صنعت میں، بہت سے ماہرین اور اسکالرز نے زرکونیم اور ہفنیم کو الگ کرنے کے لیے یکے بعد دیگرے مختلف طریقے تجویز کیے ہیں، جنہیں تقریباً درج ذیل دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پائرو علیحدگی اور گیلی علیحدگی۔

1. زرکونیم اور ہفنیم کی پائرو علیحدگی کا طریقہ
زرکونیم اور ہفنیم کی پائرو علیحدگی بھی مختلف ممالک میں سائنسی محققین کی تحقیق کا ایک اہم موضوع رہا ہے۔ اعداد و شمار کے مطابق، زرکونیم اور ہفنیم کی پائرو علیحدگی کی 16 اقسام ہیں، جن میں سب سے زیادہ نمائندہ کشید اور انتخابی کمی ہے۔

کشید کا طریقہ
کشید کا طریقہ اس حقیقت پر مبنی ہے کہ زرکونیم اور ہفنیم کے کچھ مرکبات، جیسے کہ کلورائیڈز اور پیچیدہ کلورائیڈز زرکونیم اور ہافنیم اور فاسفورس آکسی کلورائیڈ کے کلورائیڈز کے ابلتے پوائنٹس مختلف ہوتے ہیں، اور دونوں کی علیحدگی کشید کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔ کشید کے طریقہ کار کو دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: ہائی پریشر فریکشن کا طریقہ اور پگھلا ہوا نمک کشید کرنے کا طریقہ۔ فی الحال، صنعتی پیداوار میں صرف پگھلے ہوئے نمک کی کشید کا طریقہ کامیابی سے لاگو کیا گیا ہے، اور سب سے زیادہ استعمال ہونے والا پگھلا ہوا نمک کشید کرنے والا نظام KCl-AlCl3 اور NaCl-KCl ہے۔ یہ طریقہ زرکونیم اور ہفنیم ٹیٹرا کلورائیڈز کے بخارات کے دباؤ میں فرق کو سالوینٹس جیسے کہ (پگھلے ہوئے نمک KAlK4) کو ڈسٹلیشن ٹاور میں الگ کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے۔

انتخابی کمی کا طریقہ
یہ طریقہ اس حقیقت پر مبنی ہے کہ بعض شرائط کے تحت، زرکونیم ٹیٹراہلائیڈز کو منتخب طور پر ٹرائیہلائیڈز تک کم کیا جاتا ہے یا صرف زرکونیم کے ذریعے ڈیہالائیڈز سے غیر متناسب کیا جاتا ہے، جب کہ ہافنیم ٹیٹراہلائیڈز کو کم یا کم نہیں کیا جاتا ہے، اس طرح زرکونیم اور ہافنیم کے درمیان بخارات کے دباؤ کا فرق وسیع ہو جاتا ہے، اور پھر ہالائیڈز زرکونیم اور ہافنیم کو کشید کے ذریعے ایک دوسرے سے الگ کرنا۔ عمل کو بنیادی طور پر تین مراحل میں تقسیم کیا گیا ہے۔ پہلے مرحلے میں، ZrCl4 عام دباؤ کے تحت 390-405 ڈگری پر کمی کے رد عمل سے گزرتا ہے۔ دوسرے مرحلے میں، ایک غیر متناسب ردعمل 420-450 ڈگری پر ہوتا ہے۔ مندرجہ بالا دو مراحل بنیادی طور پر زرکونیم کو صاف کرنے کے لیے ہیں۔ تیسرا مرحلہ ہفنیم کو صاف کرنے کا ہے۔ طہارت کے بعد، خام مال میں ہفنیم کا مواد 50% سے 70% تک بڑھ جاتا ہے۔

زرکونیم اور ہفنیم کے عمل کی پائرومیٹلرجیکل علیحدگی براہ راست زرکونیم ٹیٹرا کلورائیڈ اور ہفنیم کو خام مال کے طور پر استعمال کرتی ہے، جو براہ راست دھاتی کمی کے عمل سے منسلک ہو سکتے ہیں، پائرومیٹالرجی اور پانی کے طریقہ کار کے وقفے وقفے سے آپریشن کے پیچیدہ عمل کو ختم کرتے ہوئے، اور عمل کے بہاؤ کو آسان بناتے ہیں۔ تاہم، اس طریقہ کار کو زیادہ درجہ حرارت (350-500 ڈگری) پر انجام دینے کی ضرورت ہے، جس میں سازوسامان کے مواد کے لیے زیادہ تقاضے ہوتے ہیں، اور اس عمل کے نقصانات ہیں کہ نجاست کو مکمل طور پر صاف کرنا مشکل ہے اور بڑی سرمایہ کاری، اور صرف بڑے smelters کے لئے موزوں ہے.

2. زرکونیم اور ہافنیم کے گیلے علیحدگی کا عمل
اسی طرح کی بیرونی الیکٹران پرت کی ساخت اور لینتھانائیڈ کے سنکچن کی وجہ سے، زرکونیم اور ہافنیم کیمیائی خصوصیات میں بہت ملتے جلتے ہیں۔ ان میں آکسیجن کے ساتھ پیچیدہ بنانے کی مضبوط صلاحیت ہوتی ہے، اس لیے وہ مختلف قسم کے کمپلیکس بنانے کے لیے پانی کے محلول میں ہائیڈرولائز اور پولیمرائز کرنے میں بہت آسان ہوتے ہیں، جس سے زرکونیم اور ہافنیم کو الگ کرنے کی دشواری بھی بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، مختلف ذرائع ابلاغ میں زرکونیم اور ہافنیم میں کچھ معمولی فرق بھی ہیں۔ ان معمولی اختلافات کی بنیاد پر، ملکی اور غیر ملکی محققین نے یکے بعد دیگرے زرکونیم اور ہفنیم کے لیے گیلے علیحدگی کے طریقوں کی ایک سیریز تجویز کی ہے۔ اس کی درجہ بندی کے مطابق، اسے بنیادی طور پر درج ذیل زمروں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: سالوینٹس نکالنا، جذب علیحدگی، جھلی کی علیحدگی، مائیکرو سالوینٹ نکالنا، دو فیز نکالنا، فریکشنل کرسٹلائزیشن اور ورن، جن میں سالوینٹس نکالنے کی علیحدگی سب سے عام اور مطالعہ کی جاتی ہے۔ طریقہ

سالوینٹ نکالنا، جسے مائع مائع نکالنے کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، محلول کو الگ کرنے اور صاف کرنے کا ایک طریقہ ہے جس میں محلول کی مختلف تقسیم کو دو ناقابل تسخیر یا جزوی طور پر متفرق حل کے مراحل میں استعمال کیا جاتا ہے۔ اس میں بڑے پیداواری حجم، سادہ سامان، آسان آٹومیشن، محفوظ اور تیز آپریشن، اور کم لاگت کے فوائد ہیں اور مادوں کی علیحدگی میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ سالوینٹس نکالنے کا طریقہ چونکہ فشر نے 1947 میں پہلی بار MIBK کا استعمال تھائیوسیانیٹ محلول میں زرکونیم اور ہفنیم کو الگ کرنے کے لیے کیا تھا، سالوینٹ نکالنے کے طریقہ کار نے طویل مدتی ترقی اور ترقی کی ہے، اور نکالنے کے مختلف نظام اور ایکسٹراٹینٹس یکے بعد دیگرے تیار کیے گئے ہیں۔ اس وقت، کئی نسبتاً پختہ جوہری درجے کے زرکونیم اور ہفنیم سالوینٹس کو نکالنے کے عمل کو یکے بعد دیگرے تیار کیا گیا ہے: MIBK-HSCN سسٹم، بہتر TBP سسٹم اور TOA/N235-H2SO4 سسٹم۔

MIBK-HSCN سسٹم
MIBK-HSCN طریقہ SCN- آئنوں کے ساتھ Zr4+ اور Hf4+ کی پیچیدہ صلاحیت میں فرق کو ترجیحی طور پر ہافنیم نکالنے کے لیے استعمال کرتا ہے، اور زرکونیم پانی کے مرحلے میں رہتا ہے، اس طرح زرکونیم کی علیحدگی حاصل ہوتی ہے اور ہافنیم 1970 کی دہائی سے، MIBK طریقہ دنیا میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا زرکونیم اور ہفنیم علیحدگی کی پیداوار کا عمل رہا ہے، اور دنیا کے تقریباً 1/3 جوہری درجے کے زرکونیم اور ہفنیم اس طریقے سے تیار کیے جاتے ہیں۔ تاہم، MIBK کے طریقہ کار کے کچھ نقصانات ہیں: (1) MIBK میں پانی میں حل پذیری زیادہ ہے (1.7%)، جس کے نتیجے میں سالوینٹ کا بڑا نقصان ہوتا ہے۔ (2) صنعتی گندے پانی میں امونیم تھیوسیانیٹ کے گلنے سے ہائیڈروجن سلفائیڈ، مرکیپٹنز اور سائینائیڈ آئن پیدا ہوتے ہیں، جو ماحول کے لیے نقصان دہ ہیں۔ (3) MIBK میں ایک خاص بو ہے، جس سے آپریٹنگ ورکشاپ کا ماحول خراب ہوتا ہے۔

ٹی بی پی سسٹم
TBP طریقہ اصل میں فرانسیسی جے وی کیریگن نے ایجاد کیا تھا۔ ملکی اور غیر ملکی اسکالرز کی سالوں کی مسلسل تحقیق اور بہتری کے بعد، اس کے عمل کے پیرامیٹرز اور حالات پہلے کے مقابلے بہت بدل چکے ہیں۔ اس وقت، TBP-HNO3-HCl مخلوط تیزابی نظام بنیادی طور پر صنعت میں استعمال ہوتا ہے۔ یہ نظام زرکونیم ٹیٹرا کلورائیڈ کو براہ راست خام مال کے طور پر استعمال کرتا ہے اور زرکونیم (ہافنیم) کے نائٹرک ایسڈ-ہائیڈروکلورک ایسڈ نکالنے کے حل کو براہ راست تیار کرنے کے لیے نائٹرک ایسڈ کا اضافہ کرتا ہے۔ بہتری کے بعد، زرکونیم سے ہفنیم کے علیحدگی کے گتانک میں بہت بہتری آئی ہے، 30 ~ 40 تک، اور ایٹم لیول کی زرکونیم ڈائی آکسائیڈ اور ہافنیم ڈائی آکسائیڈ ایک ہی وقت میں ایک نکالنے کے بعد حاصل کی جا سکتی ہے۔ تاہم، TBP سسٹم کی تیزابیت زیادہ ہونے کی وجہ سے، یہ سامان کو سختی سے corrodes اور نکالنے کے دوران emulsify کرنے میں آسان ہے، جو کہ نکالنے کے آپریشن کے معمول کے عمل کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔

TOA/N{{0}H2SO4
TOA طریقہ MIBK طریقہ اور TBP طریقہ کے بعد ایک اور زرکونیم اور ہافنیم کو الگ کرنے کا عمل ہے۔ یہ طریقہ سلفیورک ایسڈ کو درمیانے درجے کے طور پر استعمال کرتا ہے، ترجیحی طور پر زرکونیم کو نکالتا ہے، اور زرکونیم اور ہافنیم کی علیحدگی کا گتانک 8~10 ہے۔ TOA طریقہ میں کم آلودگی، مرتکز تابکار مواد، آسان ہینڈلنگ، اور کم سرمایہ کاری کے فوائد ہیں، لیکن زرکونیم اور ہفنیم کی نکالنے کی صلاحیت کم ہے اور علیحدگی کا گتانک زیادہ نہیں ہے۔ TOA کی حدود کے پیش نظر، سائنسی محققین نے اس طریقہ کار پر مطالعہ اور بہتری کی ایک سیریز کی ہے۔

اگرچہ مندرجہ بالا عمل زرکونیم اور ہفنیم کی علیحدگی کی ضروریات کو حاصل کر سکتے ہیں، لیکن ان کے کچھ نقصانات ہیں، جیسے MIBK کی زیادہ پانی میں حل پذیری، کم ابلتا نقطہ، بڑے سالوینٹ کا نقصان، سنگین ماحولیاتی آلودگی وغیرہ؛ ٹی بی پی کے عمل میں سازوسامان کو شدید سنکنرن ہوتا ہے اور اسے ایمولسی کرنا آسان ہے، وغیرہ۔ TOA طریقہ اور N235 طریقہ میں چھوٹی نکالنے کی گنجائش اور کم علیحدگی کا گتانک ہے، جو ان کے صنعتی استعمال کو محدود کرتا ہے۔ روایتی عمل کو بہتر بنانا اور اعلی علیحدگی کے گتانک کے ساتھ نئے زرکونیم اور ہفنیم علیحدگی کے عمل کو تیار کرنا موجودہ سالوینٹ نکالنے کے علیحدگی کے طریقوں کی بنیادی تحقیقی اہداف اور ترقی کی سمت ہیں۔