नई चीनी लोहे का उत्पादन विधि घंटों को सेकंड में बदल देती है

लोहे अभी भी धातुओं का राजा है

When discussing manufacturing innovation, the attention tends to be concentrated on high tech (रोबोटिक्स, 3डी प्रिंटिंग) or on rare metals and materials, like टंगस्टन, टाइटेनियम, रोडियम, etc. (follow the links for detailed investment reports for each).

अंत में, महत्वपूर्ण होने के बावजूद, ये प्रगति इस तथ्य को नहीं बदलती कि हम जो अधिकांश सामग्री उपयोग करते हैं वह बहुत सरल हैं—और कोई भी धातु आधुनिक जीवन में लोहे जितनी आवश्यक नहीं है।

इन्फ्रास्ट्रक्चर (पुल, सुदृढ़ कंक्रीट आदि), लॉजिस्टिक्स और परिवहन (कारें, रेलमार्ग, ट्रेनें, बंदरगाह, जहाज) और अनगिनत औद्योगिक उपयोगों (पाइप, भंडारण टैंक, भट्ठी आदि) के लिए बड़े पैमाने पर लोहे और इस्पात आवश्यक सामग्री हैं।

लोहे के ऑक्साइड खनिजों जैसे हेमेटाइट, लिमोनाइट, मैग्नेटाइट, पाइराइट, गॉएथाइट आदि से प्राप्त हो सकते हैं, और आजकल शुद्ध किए जाने वाले लगभग 90% धातु लोहे ही है।

स्रोत: FTM Machinery

सौभाग्य से, पृथ्वी पर (वज़न के हिसाब से पृथ्वी की पपड़ी का 5%) और ब्रह्मांड में लोहे की बहुत प्रचुरता है। हालांकि, इसे उपयोगी रूप में बदलना बहुत ऊर्जा-गहन और समय-सापेक्ष प्रक्रिया हो सकती है। इसलिए यह बड़ी खबर है कि चीनी शोधकर्ताओं ने घोषणा की है कि उन्होंने लोहे के निर्माण के एक केंद्रीय चरण को बढ़ाने की विधि खोजी है, जिससे उत्पादकता 3,600 गुना बढ़ गई है।

लोहे का निर्माण कैसे होता है?

Pure iron is produced from iron-rich ore, which is turned into purer metal through the process of smelting.

प्राचीन काल के primitive, कम तापमान वाले स्मेल्टर से, मध्य युग और आधुनिक समय में अधिक उन्नत भट्ठियों का विकास किया गया, जो 1,400° से 1,500° C (2,550° से 2,700° F) तक के उच्च तापमान पर लोहे का अधिक कुशल उत्पादन करती हैं। यह गर्म, शुद्ध लोहे अक्सर सीधे इस्पात कारखाने में इस्पात उत्पादन के लिए भेजा जाता है, जिससे गर्मी का नुकसान कम हो जाता है।

आधुनिक तरीकों के साथ भी, ब्लास्ट फर्नेस में लोहे का पिघलाना एक लंबी प्रक्रिया है, जिसमें 5-6 घंटे लगते हैं। यह बहुत ऊर्जा-खपत वाला बनाता है, क्योंकि पूरे प्रक्रिया में उच्च तापमान को बनाए रखना पड़ता है, जो आमतौर पर कोयले या प्राकृतिक गैस से किया जाता है।

यह लोहे और इस्पात उत्पादन को जीवाश्म ईंधन का बड़ा उपभोक्ता और ग्रीनहाउस गैसों का समान रूप से बड़ा उत्सर्जक बनाता है। लोहे और इस्पात उत्पादन कुल CO2 उत्सर्जन के लगभग 7% के लिए जिम्मेदार हैं, जो पूरे यूरोपीय संघ के उत्सर्जन से अधिक है।

आज, वैश्विक इस्पात उत्पादन का अधिकांश हिस्सा चीन में स्थित है, जो विश्व के कुल इस्पात उत्पादन का 55% से अधिक बनाता है, उसके बाद भारत (कुल इस्पात उत्पादन का 7%)।

स्रोत: GMK Center

चीन और भारत दोनों मुख्यतः कोयले का उपयोग करके लोहे और इस्पात का उत्पादन करते हैं, जिससे उनके उत्पादन प्रक्रियाएँ विशेष रूप से बड़े CO2 उत्सर्जक बनती हैं।

कोयले की जगह हाइड्रोजन?

In order to replace coal, green steel manufacturing methods have been proposed, with the best candidate being using hydrogen instead of coal to reach the required high temperatures.

समस्या यह है कि अब तक, केवल बहुत उच्च गुणवत्ता वाले लोहे के अयस्क को हाइड्रोजन के साथ उपयोग किया जा सकता है। हाइड्रोजन की कोयले की तुलना में अधिक लागत को संतुलित करने के लिए कम लोहे वाली सस्ती अयस्क की आवश्यकता होगी।

यह बात सही है, कम से कम ब्लास्ट फर्नेस में, लेकिन एक नई प्रक्रिया, जिसे फ्लैश आयरन स्मेल्टिंग कहा जाता है, अलग हो सकती है।

फ़्लैश आयरन

The process was described by Chinese researcher Professor Zhang Wenhai and his team in a paper published in the peer-reviewed journal Nonferrous Metals. It claims to complete the iron-making process in just three to six seconds, compared to the five to six hours required by traditional blast furnaces.

मुख्य विचार यह है कि छोटे लोहे के अयस्क पेललेट्स के बजाय इसे बहुत छोटे कणों के धूल में पीसा जाता है। इससे अयस्क को शुद्ध लोहे में बदलने की प्रतिक्रिया लगभग त्वरित हो जाती है, जो अयस्क के धीरे-धीरे पिघलने की तुलना में विस्फोट के समान है।

इससे कण की कुछ सेकंड में तेज़ ऑक्सीकरण होती है।

स्रोत: MDPI

आयरन वॉर्टेक्स लांस

Reducing the iron ore into fine particles is not a very difficult step or complex technology. What is a lot more tricky is injecting it into the smelter safely and efficiently.

इस समस्या को हल करने के लिए, प्रो. ज़ांग की टीम ने एक वॉर्टेक्स लांस विकसित किया है जो प्रति घंटे 450 टन लोहे के अयस्क कणों को इंजेक्ट कर सकता है। ऐसे तीन लांसों से सुसज्जित एक रिएक्टर वार्षिक 7.11 मिलियन टन लोहे का उत्पादन करता है।

और भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह तकनीक केवल प्रयोगशाला प्रयोग नहीं है बल्कि पहले ही वाणिज्यिक उत्पादन में प्रवेश कर रही है।

यह रातोंरात की सफलता नहीं थी, बल्कि 2013 में शुरू हुए दीर्घकालिक प्रयासों का परिणाम है, जब ज़ांग की टीम ने सीधे तरल लोहे का उत्पादन करने वाली फ्लैश स्मेल्टिंग तकनीक के लिए पेटेंट प्राप्त किया। इस विधि को परिष्कृत करने और पायलट प्लांट तक स्केल करने में दस साल लगे, जिससे सुरक्षित, बड़े पैमाने पर उत्पादन संभव सिद्ध हुआ।

स्रोत: News.com.au

यह भी उल्लेखनीय है कि प्रोफ़ेसर ज़ांग को धातु विज्ञान में परिवर्तन का अनुभव है। उन्होंने 1970 के दशक में तांबे पर लागू समान फ्लैश स्मेल्टिंग तकनीक के साथ तांबे के उत्पादन में क्रांति लाई। उन्हें 2000 में राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रगति पुरस्कार का पहला पुरस्कार मिला और 2003 में चीनी अभियांत्रिकी अकादमी में चुना गया।

चीन के रणनीतिक लक्ष्य

कार्बन उत्सर्जन

As China is the global leader in steel making, the over-reliance of this process on coal has hindered the country’s ambitions to reduce carbon emissions. It also makes its industry highly reliant on imported coal, especially from Australia.

इसलिए, चीन के पास वैकल्पिक विधियों को विकसित करने और उन्हें शीघ्रता से लागू करने का मजबूत प्रोत्साहन है, विशेष रूप से यदि यह हाइड्रोजन के उपयोग की अनुमति देता है। हरे ऊर्जा उत्पादन में उसके नेतृत्व की भूमिका के साथ, चीन हरे इस्पात उत्पादन में अग्रणी बनने के लिए उपयुक्त स्थिति में है।

वैश्विक लोहे के बाजारों को पुनः आकार देना?

Another thing that makes this method unique is that it works very well for low or medium-yield ores. This could completely reshape the global iron markets.

वर्तमान में, ऑस्ट्रेलिया से उच्च गुणवत्ता वाला, लोहे-समृद्ध अयस्क चीनी स्मेल्टर और इस्पात कारखानों को लोहे की मुख्य आपूर्ति है।

स्रोत: S&P Global

यदि हाइड्रोजन के साथ फ्लैश आयरन स्मेल्टिंग को कोयले-चालित ब्लास्ट फर्नेस की जगह उपयोग किया जाता है, तो कम गुणवत्ता वाले घरेलू लोहे के अयस्क को बदले में उपयोग किया जा सकता है।

चीन और ऑस्ट्रेलिया के बीच संबंध पिछले दशक में लगातार बिगड़ते गए हैं, हालांकि चीन की ऑस्ट्रेलियाई लोहे पर निर्भरता है। उदाहरण के तौर पर, 2020 के ऑस्ट्रेलिया के साथ व्यापार युद्ध में, लोहे को प्रतिबंधों से बाहर रखा गया क्योंकि देश इसकी उच्च निर्भरता रखता था। इसलिए, इस कमजोरी को हल करना चीन के लिए एक रणनीतिक अनिवार्यता के रूप में देखा जा सकता है, चाहे आर्थिक गणना कुछ भी हो।

लोहे की खनन कंपनी

वाले

A decrease in iron smelting costs and carbon emissions could make steel an even more popular material than it is today. When it comes to mining, scale and good geology are everything, with low production costs allowing for higher profits and safety during downturns, which are inevitable in commodity markets.

The Brazilian company Vale is the largest producer of iron and nickel in the world, with a total of 323-330 million tons produced in 2024.

The company is also a producer of metals relevant to the “energy transitions,” like copper. While these metals might be important for the future, for now, iron is the core of the company.

The company used to be more diversified but re-centered around iron in recent years, having divested $2B worth of various other metal mines and other commodities like palm oil.

स्रोत: Vale

विस्तृत संपत्ति आधार

वाले एक मध्यम आकार की उपयोगिता कंपनी के रूप में योग्य है, जो अयस्क को निकासी से ग्राहकों तक पहुँचाने के लिए अपनी रेलमार्ग, ट्रेन, बंदरगाह और जहाज़ संचालित करती है।

यह अपनी बहुत सारी ऊर्जा भी स्वयं उत्पन्न करता है, क्योंकि यह दूरस्थ क्षेत्रों में संचालित होता है और ब्राज़ीलियाई सरकार पर अपने काम को सही ढंग से करने के लिए निर्भर नहीं रह सकता, विशेष रूप से इसकी विशाल ऊर्जा आवश्यकताओं को देखते हुए।

यह आमतौर पर जलविद्युत से किया जाता था, क्योंकि खनन का व्यवसाय जलविद्युत निर्माण से बहुत अलग नहीं है (भूमि कार्य, विस्फोटकों से चट्टान खोदना, बड़े पैमाने पर कंक्रीट, भारी मशीनरी, मेगा निर्माण परियोजनाएँ, बारिश का प्रबंधन, आदि)।

इन बुनियादी ढांचों को कंपनी के अनुसंधान एवं विकास केंद्र, प्रयोगशालाएँ, सैकड़ों भूवैज्ञानिक, प्रशिक्षण केंद्र आदि द्वारा पूरक किया गया है।

भूतकालिक दायित्वों को पार करना

वाले जैसी बड़ी खनन कंपनी के साथ एक बड़ा जोखिम बड़ी दुर्घटना है जो बड़े नुकसान का कारण बनती है।

यह 2015 में हुआ, जब वैले द्वारा निर्मित एक बांध के ढहने के बाद एक बड़ी आपदा हुई। और फिर 2019 में एक समान घटना हुई।

बाढ़ ने ब्राज़ील की अब तक की सबसे बड़ी पर्यावरणीय आपदा पैदा की, 19 लोगों की जान ली, और दो राज्यों में 39 नगरपालिकाओं को प्रभावित किया, उन्हें खनन अपशिष्ट में दफना दिया।

तब से, कई समान बांधों की मरम्मत और/या सुधार किया गया है ताकि बरसात के मौसम में फिर से कोई आपदा न हो।

कंपनी ने अपने संचालन में भी बदलाव किया है, चार फ़िल्ट्रेशन प्लांटों में $2.5 बिलियन निवेश करके सूखे टेलिंग (कुचला हुआ चट्टान, धूल, और कीचड़) बनाया है, बजाय गीले टेलिंग के जो बांधों की आवश्यकता रखते हैं। इसलिए भविष्य में, लोहे की खनन गतिविधि अब ऐसे अपशिष्ट नहीं बनाएगी जिसके लिए बांधों की जरूरत हो।

कंपनी अपनी छवि को सक्रिय रूप से सुधार रही है, यह ज़ोर देती है कि उसकी खनन गतिविधि, कंपनी द्वारा वित्तपोषित बड़े प्राकृतिक आरक्षित क्षेत्र के साथ मिलकर, ब्राज़ीलियाई वर्षावन को संरक्षित करने में एक प्रमुख योगदानकर्ता है, जबकि अन्य क्षेत्रों को चरागाह में बदल दिया गया है।

स्रोत: Vale

समग्र रूप से, वाले अब पर्यावरणीय आपदाओं से जुड़ी अपनी पिछली समस्याओं को पार कर रहा है और ब्राज़ील की सबसे मूल्यवान संपत्तियों में से एक तथा विश्व, विशेषकर चीन को लोहे का मुख्य आपूर्तिकर्ता बन रहा है, एक ऐसा देश जिसके साथ ब्राज़ील ब्रिक्स वाणिज्यिक नेटवर्क के माध्यम से गहरे संबंध स्थापित कर रहा है।