चीन की नई लौह निर्माण विधि घंटों का काम सेकंड में करती है

लोहा अब भी धातुओं का राजा है

विनिर्माण में नवाचार की चर्चा अक्सर उन्नत तकनीकों (रोबोटिक्स, 3डी प्रिंटिंग) या दुर्लभ धातुओं और सामग्रियों, जैसे टंगस्टन, टाइटेनियम और रोडियम, पर केंद्रित होती है। प्रत्येक विषय की विस्तृत निवेश रिपोर्ट के लिए संबंधित लिंक देखें।

ये प्रगति महत्वपूर्ण हैं, लेकिन हमारे उपयोग की अधिकांश सामग्री अपेक्षाकृत साधारण है। आधुनिक जीवन में लोहे जितनी आवश्यक धातु शायद ही कोई दूसरी हो।

बुनियादी ढाँचे (पुल, प्रबलित कंक्रीट आदि), परिवहन और माल ढुलाई (कारें, रेलमार्ग, ट्रेनें, बंदरगाह और जहाज़) तथा अनेक औद्योगिक उपयोगों (पाइप, भंडारण टैंक, भट्टियाँ आदि) के लिए लोहा और इस्पात बड़े पैमाने पर आवश्यक हैं।

लोहा हेमेटाइट, मैग्नेटाइट और गोएथाइट जैसे लौह ऑक्साइड तथा संबंधित खनिजों से प्राप्त किया जाता है। लिमोनाइट लौहयुक्त खनिजों का मिश्रण है, जबकि पाइराइट ऑक्साइड नहीं, सल्फाइड है। लेख में उद्धृत अनुमान के अनुसार, उत्पादित धातुओं में लोहे का हिस्सा लगभग 90% है।

स्रोत: FTM Machinery

सौभाग्य से, पृथ्वी और ब्रह्मांड में लोहा प्रचुर मात्रा में है; पृथ्वी की पपड़ी के भार में इसका हिस्सा लगभग 5% है। लेकिन इसे उपयोगी धातु में बदलने में काफी ऊर्जा और समय लग सकता है। इसलिए चीनी शोधकर्ताओं की उस विधि की रिपोर्ट महत्वपूर्ण है जिसमें लौह निर्माण के एक प्रमुख अभिक्रिया चरण का समय घटने से 3,600 गुना तक तेजी का दावा किया गया है। इसे पूरे कारखाने की उत्पादकता में उतनी ही वृद्धि का प्रमाण नहीं समझना चाहिए।

लोहे का निर्माण कैसे होता है?

लौहयुक्त अयस्क से ऑक्सीजन और अन्य अशुद्धियाँ हटाकर लोहा प्राप्त किया जाता है। प्रगलन के दौरान बनने वाला गर्म धात्विक उत्पाद आवश्यक रूप से शुद्ध लोहा नहीं होता; कच्चे लोहे में कार्बन और अन्य तत्व भी मौजूद होते हैं।

प्राचीन काल की साधारण, कम तापमान वाली भट्टियों से आगे बढ़कर मध्य युग और आधुनिक काल में अधिक उन्नत भट्टियाँ विकसित हुईं। लगभग 1,400° से 1,500° C (लगभग 2,550° से 2,700° F) के तापमान पर उत्पादन अधिक कुशल हो सकता है। गर्म, पिघला हुआ कच्चा लोहा अक्सर सीधे इस्पात संयंत्र भेजा जाता है, जिससे ऊष्मा की हानि कम होती है।

आधुनिक विधियों के बावजूद, पारंपरिक ब्लास्ट फर्नेस में अयस्क से लोहा बनाने में कई घंटे लगते हैं; यहाँ उद्धृत तुलना में 5–6 घंटे बताए गए हैं। पूरी प्रक्रिया में उच्च तापमान बनाए रखने के कारण ऊर्जा की खपत अधिक होती है। पारंपरिक ब्लास्ट फर्नेस में कोयले से बने कोक की प्रमुख भूमिका होती है, जबकि अन्य लौह निर्माण प्रक्रियाओं में प्राकृतिक गैस भी इस्तेमाल होती है।

इसी कारण लौह और इस्पात उत्पादन जीवाश्म ईंधनों का बड़ा उपभोक्ता और ग्रीनहाउस गैसों का प्रमुख उत्सर्जक है। उद्धृत अनुमान के अनुसार, लौह और इस्पात उत्पादन कुल CO2 उत्सर्जन के लगभग 7% के लिए जिम्मेदार है—पूरे यूरोपीय संघ के उत्सर्जन से भी अधिक।

विश्व इस्पात संघ के 2023 के आँकड़ों के अनुसार, वैश्विक कच्चे इस्पात उत्पादन में चीन का हिस्सा लगभग 54% और भारत का लगभग 7.4% था। चीन विश्व का सबसे बड़ा इस्पात उत्पादक था।

स्रोत: GMK Center

चीन और भारत के इस्पात उद्योगों में कोयले का व्यापक उपयोग होता है, जिससे उत्पादन के दौरान बड़ी मात्रा में CO2 निकलती है।

कोयले की जगह हाइड्रोजन?

कोयले पर निर्भरता घटाने के लिए कम उत्सर्जन वाली इस्पात निर्माण विधियाँ विकसित की जा रही हैं। इनमें हाइड्रोजन का उपयोग विशेष रूप से आशाजनक है: यह लौह ऑक्साइड से ऑक्सीजन हटाने वाले अपचायक के रूप में काम कर सकता है। इसकी भूमिका केवल आवश्यक उच्च तापमान पैदा करना नहीं है।

एक चुनौती यह है कि प्रचलित हाइड्रोजन आधारित प्रत्यक्ष अपचयन प्रक्रियाओं के लिए सामान्यतः उच्च श्रेणी का लौह अयस्क चाहिए। कम लौहांश वाले सस्ते अयस्क का कुशल उपयोग संभव हो तो उससे हाइड्रोजन की अधिक लागत की कुछ भरपाई हो सकती है।

नई फ्लैश लौह निर्माण प्रक्रिया इस सीमा को कम करने का एक संभावित रास्ता है। यह पारंपरिक ब्लास्ट फर्नेस से अलग प्रक्रिया है।

फ़्लैश आयरन

चीनी शोधकर्ता झांग वेनहाई से जुड़े कार्य पर आधारित फ्लैश लौह निर्माण तकनीक की समीक्षा झांग रेनजी ने शोध पत्रिका नॉनफेरस मेटल्स में प्रकाशित की। इसमें प्रयोगशाला और पायलट परीक्षणों तथा भविष्य में औद्योगिक विस्तार की संभावनाओं का आकलन किया गया। संबंधित समाचार रिपोर्ट में मुख्य अभिक्रिया के लिए तीन से छह सेकंड बताए गए हैं, जबकि पारंपरिक ब्लास्ट फर्नेस की तुलना में पाँच से छह घंटे का समय उद्धृत है। यह पूरे औद्योगिक उत्पादन चक्र के समय की समान आधार पर तुलना नहीं है।

मुख्य विचार यह है कि अपेक्षाकृत बड़े अयस्क पेलेट के बजाय अयस्क को बहुत महीन कणों में पीसा जाए। इससे अभिक्रिया के लिए उपलब्ध सतह बढ़ती है और लौह ऑक्साइड का अपचयन अधिक तेजी से हो सकता है। यह रासायनिक अपचयन है, विस्फोट नहीं।

इससे कणों में मौजूद लौह ऑक्साइड का कुछ ही सेकंड में तीव्र अपचयन संभव होता है।

स्रोत: MDPI

अयस्क डालने वाली भँवर लांस

लौह अयस्क को महीन कणों में पीसना अपने आप में बहुत जटिल तकनीक नहीं है। बड़ी चुनौती इन कणों को रिएक्टर में सुरक्षित और कुशल ढंग से डालना है।

इस समस्या के लिए विकसित भँवर लांस की रिपोर्ट की गई क्षमता प्रति घंटे 450 टन लौह अयस्क कण डालने की है। ऐसे तीन लांसों वाले रिएक्टर के लिए वार्षिक 7.11 मिलियन टन लोहे की उत्पादन क्षमता का अनुमान बताया गया है; इसे पहले से प्राप्त वाणिज्यिक उत्पादन नहीं माना जाना चाहिए।

यह कार्य प्रयोगशाला परीक्षणों से पायलट स्तर तक पहुँचा है। प्रकाशित समीक्षा भविष्य में इसके औद्योगिक उपयोग का आकलन करती है; बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक संचालन स्थापित होना एक अलग चरण है।

यह अचानक मिली सफलता नहीं थी। झांग की टीम की लौह फ्लैश धातुकर्म उपकरण संबंधी पेटेंट प्रविष्टि 2013 में प्रकाशित हुई थी। इसके बाद लगभग दस वर्षों तक विधि को बेहतर बनाने और पायलट स्तर तक बढ़ाने का कार्य चला। पायलट परीक्षण आगे के विकास का आधार हैं, सभी औद्योगिक परिस्थितियों में सुरक्षित बड़े पैमाने के उत्पादन की गारंटी नहीं।

स्रोत: News.com.au

प्रोफेसर झांग को धातुकर्म में नवाचार का लंबा अनुभव है। उद्धृत विवरण के अनुसार, उन्होंने 1970 के दशक से तांबे के फ्लैश प्रगलन के विकास में योगदान दिया। उसी विवरण में 2000 के राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रगति पुरस्कार में प्रथम श्रेणी का सम्मान तथा 2003 में चीनी अभियांत्रिकी अकादमी के लिए उनके चयन का उल्लेख है।

चीन के रणनीतिक लक्ष्य

कार्बन उत्सर्जन

विश्व के सबसे बड़े इस्पात उत्पादक के रूप में चीन की कोयले पर निर्भरता उसके कार्बन उत्सर्जन घटाने के प्रयासों के सामने बड़ी चुनौती है। उद्योग के लिए कोकिंग कोयले का आयात, जिसमें ऑस्ट्रेलिया से होने वाला आयात भी शामिल है, आपूर्ति सुरक्षा से जुड़ा एक और मुद्दा है।

इसलिए चीन को वैकल्पिक विधियाँ विकसित करने और अपनाने का मजबूत प्रोत्साहन है, खासकर यदि उनमें कम उत्सर्जन से बने हाइड्रोजन का उपयोग संभव हो। नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में उसका बड़ा आधार कम उत्सर्जन वाले इस्पात के विकास में मदद कर सकता है।

वैश्विक लोहे के बाजारों को पुनः आकार देना?

इस विधि की एक महत्वपूर्ण संभावना कम या मध्यम लौहांश वाले अयस्क का उपयोग है। यदि इसे औद्योगिक स्तर पर कुशलता से लागू किया जा सके, तो वैश्विक लौह अयस्क बाजार पर बड़ा प्रभाव पड़ सकता है।

ऑस्ट्रेलिया चीन के लौह अयस्क आयात का एक प्रमुख स्रोत है और वहाँ का अयस्क चीनी लौह तथा इस्पात संयंत्रों को बड़ी मात्रा में आपूर्ति किया जाता है।

स्रोत: S&P Global

यदि हाइड्रोजन आधारित फ्लैश लौह निर्माण को औद्योगिक स्तर पर अपनाया जा सके, तो कुछ कोयला आधारित ब्लास्ट फर्नेस की जगह लेने और कम श्रेणी के घरेलू अयस्क का अधिक उपयोग करने की संभावना बन सकती है।

चीन और ऑस्ट्रेलिया के संबंध पिछले दशक में तनावपूर्ण रहे और बाद में सुधार के प्रयास भी हुए। इस दौरान चीन ऑस्ट्रेलियाई लौह अयस्क पर निर्भर रहा। उदाहरण के लिए, 2020 के व्यापारिक तनाव के समय लौह अयस्क को प्रतिबंधों से बाहर रखा गया। इसलिए आयात पर निर्भरता घटाना चीन के लिए आर्थिक विचारों के साथ एक रणनीतिक प्राथमिकता भी हो सकता है।

लौह अयस्क की खनन कंपनी

वैले

लौह प्रगलन की लागत और कार्बन उत्सर्जन घटने से इस्पात का उपयोग और बढ़ सकता है। खनन में संचालन का पैमाना तथा भंडार की भूवैज्ञानिक गुणवत्ता बहुत महत्वपूर्ण हैं। कम उत्पादन लागत अधिक मुनाफे और जिंस बाजार की मंदी के दौरान बेहतर वित्तीय सहनशीलता में मदद करती है।

ब्राज़ील की वैले लौह अयस्क और निकेल की प्रमुख उत्पादक है। 2024 के लिए उसका लौह अयस्क उत्पादन पूर्वानुमान 323–330 मिलियन टन था। यह उस समय का पूर्वानुमान था, पूरे वर्ष का अंतिम उत्पादन आँकड़ा नहीं।

कंपनी तांबे जैसी ऊर्जा संक्रमण के लिए महत्वपूर्ण धातुएँ भी बनाती है। इनका भविष्य में महत्व बढ़ सकता है, लेकिन इस लेख के समय लौह अयस्क कंपनी के कारोबार का मुख्य आधार था।

कंपनी का कारोबार पहले अधिक विविध था, लेकिन हाल के वर्षों में उसने लौह अयस्क पर अधिक ध्यान केंद्रित किया। उद्धृत विवरण के अनुसार, उसने अन्य धातुओं की खानों और पाम ऑयल जैसी जिंसों से जुड़े लगभग 2 बिलियन डॉलर के कारोबार बेचे।

स्रोत: Vale

विस्तृत संपत्ति आधार

वैले के पास व्यापक परिवहन और रसद ढाँचा है। अयस्क को खानों से ग्राहकों तक पहुँचाने के लिए वह रेलमार्ग, ट्रेनें, बंदरगाह और जहाज़ों का संचालन करती है। इससे उसे सार्वजनिक उपयोगिता कंपनी की श्रेणी में रखना सही नहीं होगा।

वह अपनी ऊर्जा जरूरतों का एक बड़ा हिस्सा स्वयं भी पूरा करती है। दूरस्थ स्थानों पर स्थित खानों की भारी ऊर्जा माँग के लिए विश्वसनीय आपूर्ति सुनिश्चित करना आवश्यक होता है।

इसमें जलविद्युत का महत्वपूर्ण योगदान रहा है। जलविद्युत परियोजनाओं और बड़े खनन कार्यों में कुछ अभियांत्रिकी गतिविधियाँ समान होती हैं, जैसे मिट्टी और चट्टान की खुदाई, भारी मशीनरी, बड़े कंक्रीट ढाँचे और जल प्रबंधन। दोनों उद्योग फिर भी अलग हैं।

इन परिसंपत्तियों को कंपनी के अनुसंधान और विकास केंद्रों, प्रयोगशालाओं, भूवैज्ञानिकों तथा प्रशिक्षण केंद्रों का समर्थन मिलता है।

पिछली आपदाओं से जुड़े दायित्व

वैले जैसी बड़ी खनन कंपनी के लिए गंभीर दुर्घटनाएँ बड़ा जोखिम हैं। उनसे भारी मानवीय, पर्यावरणीय और वित्तीय नुकसान हो सकता है।

2015 में सामार्को का फुंदाओ बाँध टूटने से बड़ी आपदा हुई। सामार्को वैले और बीएचपी का संयुक्त उद्यम था; केवल वैले द्वारा निर्मित बाँध कहना सही नहीं है। 2019 में वैले के ब्रुमादिन्हो बाँध का अलग हादसा हुआ।

2015 की फुंदाओ आपदा ब्राज़ील की सबसे गंभीर पर्यावरणीय आपदाओं में से एक थी। इसमें 19 लोगों की मृत्यु हुई और दो राज्यों की 39 नगरपालिकाएँ प्रभावित हुईं। ये आँकड़े 2015 की घटना के हैं, 2019 की अलग आपदा के संयुक्त आँकड़े नहीं।

इसके बाद कई बाँधों की सुरक्षा सुधारने और कुछ संरचनाओं को निष्क्रिय करने के प्रयास किए गए। इन उपायों का उद्देश्य जोखिम घटाना है; वे भविष्य में किसी हादसे के न होने की गारंटी नहीं देते।

कंपनी ने अपने संचालन में बदलाव करते हुए चार निस्यंदन संयंत्रों में 2.5 बिलियन डॉलर के निवेश की घोषणा की। इनसे खनिज प्रसंस्करण के अवशेषों में पानी घटाकर सूखा भंडारण बढ़ाया जा सकता है। इससे बाँधों पर निर्भरता कम करने में मदद मिलती है, लेकिन यह कहना सही नहीं कि कंपनी की सभी खनन गतिविधियों में अब बाँध की जरूरत वाला कोई अवशेष नहीं बनेगा।

कंपनी अपनी पर्यावरणीय छवि सुधारने का प्रयास भी करती है। उसका कहना है कि खनन क्षेत्रों के साथ उसके वित्तपोषण से संरक्षित बड़े प्राकृतिक क्षेत्र ब्राज़ील के वर्षावनों के संरक्षण में योगदान देते हैं, जबकि आसपास के कुछ क्षेत्र चरागाहों में बदले गए हैं। यह कंपनी का दावा है।

स्रोत: Vale

वैले विश्व की प्रमुख खनन कंपनियों और चीन को लौह अयस्क की बड़ी आपूर्तिकर्ताओं में शामिल है। ब्राज़ील और चीन के ब्रिक्स संबंध भी इस व्यापारिक संदर्भ का हिस्सा हैं। फिर भी पिछली पर्यावरणीय आपदाओं की क्षतिपूर्ति और पुनर्वास संबंधी दायित्वों को समाप्त मानना सही नहीं होगा।