Occurrence and Extraction of Metals Questions in Gujarati

(B) લોખંડની કાચી ધાતુઓ એવા ખનિજો છે જેમાંથી લોખંડને નફાકારક રીતે મેળવી શકાય છે. સામાન્ય લોખંડની કાચી ધાતુઓમાં હેમેટાઈટ $(Fe_2O_3)$ અને મેગ્નેટાઈટ $(Fe_3O_4)$ નો સમાવેશ થાય છે.
- $A$: ક્યુપ્રાઈટ એ તાંબાની કાચી ધાતુ છે $(Cu_2O)$.
- $B$: મેગ્નેટાઈટ એ લોખંડની કાચી ધાતુ છે $(Fe_3O_4)$.
- $C$: મેલેકાઈટ એ તાંબાની કાચી ધાતુ છે $(Cu_2CO_3(OH)_2)$.
- $D$: બોક્સાઈટ એ એલ્યુમિનિયમની કાચી ધાતુ છે $(Al_2O_3 \cdot 2H_2O)$.
તેથી, સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(C) કાચી ધાતુમાંથી ધાતુને અલગ કરી તેને શુદ્ધ સ્વરૂપમાં મેળવવાની પ્રક્રિયાને $Metallurgy$ (ધાતુશાસ્ત્ર) કહેવામાં આવે છે.
$Calcination$ (કેલ્સિનેશન) અને $Roasting$ (ભૂંજન) એ ધાતુના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન વપરાતી ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ છે,જ્યારે $Smelting$ (પિગલન) એ કાચી ધાતુમાંથી ધાતુ મેળવવા માટે વપરાતી એક પ્રકારની નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિ છે. $Metallurgy$ એ એક વ્યાપક શબ્દ છે જે આ તમામ પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ કરે છે.

(C) સલ્ફાઇડ યુક્ત અયસ્કનું સંકેન્દ્રણ સામાન્ય રીતે $Froth$ $Floatation$ (ફેણ પ્લવન) પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ઝીણી દળેલી અયસ્કને પાણી અને પાઈન ઓઈલ સાથે ટાંકીમાં મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
મિશ્રણમાંથી દબાણયુક્ત હવા પસાર કરવામાં આવે છે,જેનાથી ફેણ ઉત્પન્ન થાય છે.
સલ્ફાઇડ અયસ્ક તેલ દ્વારા સરળતાથી ભીની થતી હોવાથી,તે ફેણ સાથે ચોંટીને સપાટી પર આવે છે,જ્યારે અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) પાણી દ્વારા ભીની થઈને તળિયે બેસી જાય છે.
ત્યારબાદ,સંકેન્દ્રિત અયસ્ક ધરાવતી ફેણને અલગ કરી લેવામાં આવે છે.

(B) ફીણ-પ્લવ પદ્ધતિનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુઓના સંકેન્દ્રણ માટે કરવામાં આવે છે.
કૉપર પાઈરાઈટસ $(CuFeS_2)$ એ કૉપરની સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુ છે.
હિમેટાઈટ $(Fe_2O_3)$ એ ઓક્સાઈડ કાચી ધાતુ છે,ક્યુપ્રાઈટ $(Cu_2O)$ એ ઓક્સાઈડ કાચી ધાતુ છે,અને સિડેરાઈટ $(FeCO_3)$ એ કાર્બોનેટ કાચી ધાતુ છે.
તેથી,કૉપર પાઈરાઈટસ એ સાચો જવાબ છે કારણ કે તે સલ્ફાઈડ કાચી ધાતુ છે.

(B) કાર્બોનેટયુક્ત કાચી ધાતુને હવાની ગેરહાજરીમાં અથવા મર્યાદિત હવાના પુરવઠામાં ગરમ કરીને તેને ધાતુના ઓક્સાઈડમાં ફેરવવાની પ્રક્રિયાને $Calcination$ (કેલ્સિનેશન) કહે છે।
ઉદાહરણ તરીકે, $ZnCO_3 \xrightarrow{\Delta} ZnO + CO_2$.
તેનાથી વિપરીત, $Roasting$ (ભૂંજન) પ્રક્રિયામાં સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુને હવાની હાજરીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે।

(B) સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુને હવાની હાજરીમાં વધુ ગરમ કરવાની પ્રક્રિયાને $Roasting$ (ભૂંજન) કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં, ધાતુનો સલ્ફાઈડ ઓક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુનો ઓક્સાઈડ અને સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ વાયુ બનાવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે: $2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$.
$Calcination$ (કેલ્સિનેશન) નો ઉપયોગ કાર્બોનેટ યુક્ત કાચી ધાતુઓ માટે મર્યાદિત હવામાં થાય છે, જ્યારે $Roasting$ ખાસ કરીને સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુઓ માટે વપરાય છે.

(A) કાચી ધાતુમાંથી અશુદ્ધિઓ (જેમ કે રેતી,માટી વગેરે) દૂર કરવાની પ્રક્રિયાને કાચી ધાતુનું સંકેન્દ્રણ કહેવામાં આવે છે.
સંકેન્દ્રણ માટેની સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં હાઇડ્રોલિક વોશિંગ,ચુંબકીય અલગીકરણ,ફીણ પ્લવન પદ્ધતિ અને લીચિંગનો સમાવેશ થાય છે.
$A$. સેન્ટ્રિફ્યુગેશન એ ઘનતાના આધારે અલગીકરણ માટે વપરાતી ભૌતિક પદ્ધતિ છે,જેનો ઉપયોગ ઘણીવાર કાચી ધાતુના સંકેન્દ્રણમાં થાય છે.
$B$. કેલ્સિનેશન એ હવાના અભાવમાં કાચી ધાતુને ગરમ કરવાની પ્રક્રિયા છે જેથી બાષ્પશીલ અશુદ્ધિઓ અને ભેજ દૂર કરી શકાય.
$C$. ભૂંજન એ સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુને વધુ હવાના હાજરીમાં ગરમ કરવાની પ્રક્રિયા છે.
$D$. રાસાયણિક રિડક્શનનો ઉપયોગ સંકેન્દ્રિત કાચી ધાતુમાંથી ધાતુ મેળવવા માટે થાય છે.
તેથી,સેન્ટ્રિફ્યુગેશન એ કાચી ધાતુના સંકેન્દ્રણ માટે વપરાતી પદ્ધતિ છે.

(D) કાચી ધાતુમાંથી અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) દૂર કરવાની પ્રક્રિયાને સંકેન્દ્રણ કહેવામાં આવે છે.
સંકેન્દ્રણ માટેની સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં ફીણ-પ્લવન,ચુંબકીય અલગીકરણ અને સેન્ટ્રિફ્યુગેશન (અથવા ગુરુત્વાકર્ષી અલગીકરણ) નો સમાવેશ થાય છે.
કેલ્સિનેશન એ ધાતુના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન વપરાતી પ્રક્રિયા છે,જેમાં કાચી ધાતુને હવાના અભાવમાં ગરમ કરીને કાર્બોનેટનું ઓક્સાઇડમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે.
તેથી,કેલ્સિનેશન એ ધાતુના શુદ્ધિકરણ/નિષ્કર્ષણ માટેની પ્રક્રિયા છે,કાચી ધાતુના સંકેન્દ્રણ માટેની નહીં.

(D) ફીણ-પ્લવન પદ્ધતિનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સલ્ફાઈડ યુક્ત અયસ્ક (ખનિજ) ના સંકેન્દ્રણ માટે કરવામાં આવે છે.
આ પદ્ધતિમાં,અયસ્કને ઝીણો દળીને પાણી સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
તેમાં પાઈન ઓઈલ અથવા ટર્પેન્ટાઈન જેવા પદાર્થો ઉમેરવામાં આવે છે,જે સલ્ફાઈડ અયસ્કના કણોને જળવિરાગી (hydrophobic) બનાવે છે.
આ સલ્ફાઈડના કણો તેલ દ્વારા ભીંજાય છે અને ફીણ સાથે સપાટી પર આવે છે,જ્યારે અશુદ્ધિઓ (જેમ કે રેતી કે માટી) પાણી દ્વારા ભીંજાય છે અને નીચે બેસી જાય છે.

(B) વર્ણવેલી પદ્ધતિમાં કાચી ધાતુના બારીક ભૂકાને ગોળ ફરતા ખાંચાવાળ ટેબલ પર મૂકવામાં આવે છે.
જેમ ટેબલ ફરે છે,તેમ ભારે ધાતુના કણો ખાંચામાં જમા થાય છે,જ્યારે હલકી અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) પાણીના પ્રવાહ સાથે વહી જાય છે.
આ પ્રક્રિયાને ગુરુત્વાકર્ષી અલગીકરણ અથવા વિલ્ફલી ટેબલ પદ્ધતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે કાચી ધાતુ અને અશુદ્ધિઓ વચ્ચેની ઘનતાના તફાવત પર આધારિત છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(A) ચુંબકીય અલગીકરણ પદ્ધતિનો ઉપયોગ એવી કાચી ધાતુઓના સંકેન્દ્રણ માટે થાય છે જેમાં કાચી ધાતુ અથવા અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) ચુંબકીય ગુણધર્મ ધરાવતી હોય.
આયર્નની કાચી ધાતુઓ,જેવી કે મેગ્નેટાઈટ $(Fe_3O_4)$ અથવા હેમેટાઈટ $(Fe_2O_3)$,ચુંબકીય હોય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,દળેલી કાચી ધાતુને ચુંબકીય રોલર પર ફરતા કન્વેયર બેલ્ટ પરથી પસાર કરવામાં આવે છે.
ચુંબકીય કાચી ધાતુના કણો ચુંબકીય રોલર તરફ આકર્ષાય છે અને તેની નજીક પડે છે,જ્યારે બિન-ચુંબકીય અશુદ્ધિઓ દૂર પડે છે,જેનાથી અસરકારક રીતે અલગીકરણ થાય છે.
તેથી,આયર્નની કાચી ધાતુનું સંકેન્દ્રણ આ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે.

(A) ભૂંજન એ સલ્ફાઇડ યુક્ત કાચી ધાતુઓ માટે વપરાતી ધાતુશાસ્ત્રીય પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં, સંકેન્દ્રિત સલ્ફાઇડ કાચી ધાતુને હવાની હાજરીમાં ખૂબ ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે.
પરિણામે, સલ્ફાઇડ કાચી ધાતુ તેના અનુરૂપ ધાતુના ઓક્સાઇડમાં ફેરવાય છે અને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ વાયુ મુક્ત થાય છે.
ઉદાહરણ તરીકે: $2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$.

(C) એલ્યુમિનિયમનો રિડક્શન કર્તા તરીકે ઉપયોગ કરીને ધાતુના ઓક્સાઈડમાંથી ધાતુ મેળવવાની પ્રક્રિયાને થર્મિટ પ્રક્રિયા અથવા એલ્યુમિનોથર્મિક પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં, એલ્યુમિનિયમ જેવી વધુ સક્રિય ધાતુઓનો ઉપયોગ ક્રોમિયમ $(Cr_2O_3)$ અને મેંગેનીઝ $(MnO_2)$ જેવી ઓછી સક્રિય ધાતુઓના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરવા માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે, જેમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉષ્મા મુક્ત થાય છે, જે ઉત્પન્ન થયેલી ધાતુને પીગળાવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે: $Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3 + \text{ઉષ્મા}$.

(D) એલ્યુમિનિયમ એ ખૂબ જ સક્રિય ધાતુ છે અને તેનો ઓક્સાઈડ,એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$,ખૂબ જ સ્થાયી છે.
તેને કાર્બન કે કાર્બન મોનોક્સાઈડ જેવા સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા રિડક્શન કરી શકાતું નથી,કારણ કે કાર્બન કરતા એલ્યુમિનિયમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ઘણી વધારે હોય છે.
તેથી,એલ્યુમિનિયમને એલ્યુમિનામાંથી વિદ્યુતરાસાયણિક રિડક્શન (ક્રાયોલાઈટમાં ઓગળેલા પીગળેલા એલ્યુમિનાનું વિદ્યુતવિભાજન) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

(A) સક્રિયતા શ્રેણીમાં ઉપર રહેલી ધાતુઓ જેવી કે $Al$,$Mg$,$Ca$,$Na$ અને $K$ ની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ કાર્બન કરતા વધારે હોય છે.
તેથી,તેમના ઑક્સાઈડનું રિડક્શન કાર્બન દ્વારા થઈ શકતું નથી.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$Al$ (ઍલ્યુમિનિયમ) સૌથી વધુ સક્રિય ધાતુ છે અને તેના ઑક્સાઈડ $(Al_2O_3)$ નું રિડક્શન કાર્બન દ્વારા થઈ શકતું નથી.
જ્યારે $Fe$,$Zn$ અને $Pb$ જેવી અન્ય ધાતુઓ ઓછી સક્રિય હોવાથી તેમના ઑક્સાઈડનું રિડક્શન કાર્બન વડે કરી શકાય છે.

(C) કૉપર ધાતુના શુદ્ધિકરણ માટે સૌથી સામાન્ય અને અસરકારક પદ્ધતિ $\text{વિદ્યુતવિભાજન}$ ($Electrolytic$ $refining$) છે।
આ પ્રક્રિયામાં, અશુદ્ધ કૉપરના બ્લૉકને એનોડ તરીકે અને શુદ્ધ કૉપરની પાતળી પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે।
કૉપર સલ્ફેટ $(CuSO_4)$ ના જલીય દ્રાવણમાં મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ ઉમેરીને તેને વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે વાપરવામાં આવે છે।
જ્યારે દ્રાવણમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે એનોડમાંથી શુદ્ધ કૉપર વિદ્યુતવિભાજ્યમાં ઓગળે છે અને કેથોડ પર જમા થાય છે, જ્યારે અશુદ્ધિઓ એનોડની નીચે 'એનોડ પંક' ($anode$ $mud$) તરીકે જમા થાય છે।

(D) શુદ્ધિકરણ એ અશુદ્ધ ધાતુને શુદ્ધ કરવાની પ્રક્રિયા છે. ધાતુના શુદ્ધિકરણની સામાન્ય પદ્ધતિઓમાં પ્રવાહીકરણ,વિદ્યુતવિભાજન અને વિભાગીય શુદ્ધિકરણનો સમાવેશ થાય છે.
કેલ્સિનેશન એ ધાતુના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન વપરાતી એક પ્રક્રિયા છે,જેમાં કાર્બોનેટ યુક્ત અયસ્કને મર્યાદિત હવાના પુરવઠામાં ગરમ કરીને ઓક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ ધાતુના નિષ્કર્ષણનો એક તબક્કો છે,શુદ્ધિકરણની પદ્ધતિ નથી.

(B) કૉપરના વિદ્યુતવિભાજનીય શુદ્ધિકરણમાં,વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે સલ્ફ્યુરિક એસિડયુક્ત કૉપર સલ્ફેટ $(CuSO_4)$ ના જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
અશુદ્ધ કૉપરના બ્લોકને એનોડ તરીકે અને શુદ્ધ કૉપરની પાતળી પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે.
જ્યારે વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે,ત્યારે એનોડમાંથી શુદ્ધ કૉપર દ્રાવણમાં ઓગળે છે અને તેટલા જ પ્રમાણમાં શુદ્ધ કૉપર વિદ્યુતવિભાજ્યમાંથી કેથોડ પર જમા થાય છે.
તેથી,કેથોડ તરીકે શુદ્ધ કૉપરના સળિયાનો ઉપયોગ થાય છે.

(A) તાંબાના વિદ્યુતવિભાજનીય શુદ્ધિકરણમાં,અશુદ્ધ તાંબાના સળિયાને એનોડ તરીકે અને શુદ્ધ તાંબાની પાતળી પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે.
જ્યારે વિદ્યુતવિભાજ્ય (એસિડયુક્ત કોપર સલ્ફેટનું દ્રાવણ) માંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે,ત્યારે દ્રાવણમાંથી કોપર આયનો $(Cu^{2+})$ કેથોડ તરફ ગતિ કરે છે.
કેથોડ પર,આ $Cu^{2+}$ આયનો બે ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે અને રિડક્શન પામીને શુદ્ધ તાંબુ બનાવે છે,જે કેથોડ પર જમા થાય છે.
તેથી,શુદ્ધ તાંબુ કેથોડ પર જમા થાય છે.

(C) કૉપરના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા શુદ્ધિકરણમાં,અશુદ્ધ કૉપરના સળિયાને એનોડ તરીકે અને શુદ્ધ કૉપરની પાતળી પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે.
જ્યારે વિદ્યુતવિભાજ્ય (એસિડયુક્ત કૉપર સલ્ફેટનું દ્રાવણ) માંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે,ત્યારે એનોડમાંથી અશુદ્ધ કૉપર $Cu^{2+}$ આયનો તરીકે દ્રાવણમાં ઓગળે છે.
આ $Cu^{2+}$ આયનો ત્યારબાદ કેથોડ તરફ ગતિ કરે છે,જ્યાં તેઓ ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને શુદ્ધ કૉપર ધાતુ તરીકે જમા થાય છે.
જેમ જેમ અશુદ્ધ કૉપર એનોડ સતત કૉપરના પરમાણુઓ દ્રાવણમાં મુક્ત કરતું જાય છે,તેમ તેમ સમય જતાં તેનું વજન ઘટતું જાય છે.
તેનાથી વિપરીત,શુદ્ધ કૉપર કેથોડ પર વધુ કૉપર જમા થવાથી તેનું વજન વધે છે.

(C) પ્રવાહિકરણ એ ધાતુશાસ્ત્રની એક એવી પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ એવી ધાતુઓના શુદ્ધિકરણ માટે થાય છે જેમના ગલનબિંદુ તેમની અશુદ્ધિઓ કરતા ઓછા હોય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,અશુદ્ધ ધાતુને ભઠ્ઠીના ઢળતા પાયા (sloping hearth) પર મૂકીને ગરમ કરવામાં આવે છે.
ધાતુ પીગળીને ઢાળ પરથી નીચે વહી જાય છે,જ્યારે ન પીગળતી અશુદ્ધિઓ પાછળ રહી જાય છે.
ટિન $(Sn)$ એ આ પદ્ધતિ દ્વારા શુદ્ધ કરવામાં આવતી ધાતુનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે,કારણ કે તેની સાથે રહેલી અશુદ્ધિઓની સરખામણીમાં તેનું ગલનબિંદુ $(231.9 \ ^\circ C)$ પ્રમાણમાં ઘણું નીચું હોય છે.

(B) પ્રવાહિકરણ (Liquation) એ એવી ધાતુશાસ્ત્રીય પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ નીચા ગલનબિંદુ ધરાવતી ધાતુઓ જેવી કે ટીન $(Sn)$,સીસું $(Pb)$ અને બિસ્મથ $(Bi)$ ના શુદ્ધીકરણ માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,અશુદ્ધ ધાતુને ભઠ્ઠીના ઢળતા પાયા પર મૂકવામાં આવે છે અને તેને ધીમેથી ગરમ કરવામાં આવે છે.
ધાતુ પીગળીને ઢાળ પરથી નીચે વહી જાય છે,જ્યારે પીગળી ન શકે તેવી અશુદ્ધિઓ ભઠ્ઠીના પાયા પર રહી જાય છે.
આમ,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(A) વિભાગીય નિસ્યંદન એ મિશ્રણને તેના ઘટકો અથવા અંશોમાં અલગ કરવા માટે વપરાતી પ્રક્રિયા છે.
તે મિશ્રણમાં રહેલા ઘટકોના ઉત્કલનબિંદુઓ (boiling points) વચ્ચેના તફાવતના સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે.
જ્યારે મિશ્રણને ગરમ કરવામાં આવે છે,ત્યારે જે ઘટકનું ઉત્કલનબિંદુ ઓછું હોય તે પહેલા બાષ્પીભવન પામે છે,ત્યારબાદ વધુ ઉત્કલનબિંદુ ધરાવતો ઘટક બાષ્પીભવન પામે છે.
આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ક્રૂડ ઓઈલના ઘટકોને અલગ કરવા અથવા હવામાંથી વાયુઓને અલગ કરવા માટે થાય છે.

(B) વિદ્યુતવિભાજન શુદ્ધિકરણની પ્રક્રિયામાં, અશુદ્ધ ધાતુના સળિયાને એનોડ તરીકે અને શુદ્ધ ધાતુની પાતળી પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે.
જ્યારે વિદ્યુતવિભાજ્ય દ્રાવણમાંથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે એનોડમાંથી શુદ્ધ ધાતુ વિદ્યુતવિભાજ્યમાં ઓગળે છે અને તેટલી જ માત્રામાં શુદ્ધ ધાતુ વિદ્યુતવિભાજ્યમાંથી કેથોડ પર જમા થાય છે.
અશુદ્ધ ધાતુમાં રહેલી અદ્રાવ્ય અશુદ્ધિઓ, જે વિદ્યુતવિભાજ્યમાં ઓગળતી નથી, તે એનોડની નીચે પાત્રના તળિયે જમા થાય છે.
આ અદ્રાવ્ય અશુદ્ધિઓના જથ્થાને $Anode \text{ } mud$ (એનોડ પંક) કહેવામાં આવે છે.

(C) ઝોન રિફાઇનિંગ એ $Si$,$Ge$ અને $Ga$ જેવી અર્ધવાહક ધાતુઓને શુદ્ધ કરવા માટે વપરાતી પદ્ધતિ છે.
આ પ્રક્રિયા એ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે કે અશુદ્ધિઓ ધાતુની ઘન અવસ્થા કરતા પીગળેલી અવસ્થામાં વધુ દ્રાવ્ય હોય છે.
અશુદ્ધ ધાતુના સળિયાના એક છેડે ગોળાકાર મોબાઈલ હીટર લગાવવામાં આવે છે.
જેમ જેમ હીટર આગળ વધે છે,તેમ શુદ્ધ ધાતુ પીગળેલા ભાગમાંથી સ્ફટિકીકરણ પામે છે અને અશુદ્ધિઓ બાજુના પીગળેલા ઝોનમાં જાય છે.
આ પ્રક્રિયા ઘણી વખત પુનરાવર્તિત કરવામાં આવે છે જ્યાં સુધી અશુદ્ધિઓ એક છેડે કેન્દ્રિત ન થાય,જેને પછી કાપી નાખવામાં આવે છે.

(A) બોક્સાઈટ કાચી ધાતુમાંથી શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ મેળવવાની પ્રક્રિયાને બેયરની પ્રક્રિયા (Bayer's process) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બોક્સાઈટને ઊંચા દબાણ અને તાપમાને સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ $(NaOH)$ ના સાંદ્ર દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે.
આનાથી એલ્યુમિના ઓગળીને સોડિયમ એલ્યુમિનેટ બનાવે છે,જ્યારે સિલિકા,આયર્ન ઓક્સાઈડ અને ટાઈટેનિયમ ઓક્સાઈડ જેવી અશુદ્ધિઓ અદ્રાવ્ય અવશેષો (રેડ મડ) તરીકે રહી જાય છે.
ત્યારબાદ દ્રાવણને ગાળી લેવામાં આવે છે અને શુદ્ધ એલ્યુમિનાને અવક્ષેપિત કરવામાં આવે છે.

(C) બેયર પદ્ધતિ એ બોક્સાઈટમાંથી એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ મેળવવાની મુખ્ય ઔદ્યોગિક રીત છે.
આ પદ્ધતિમાં,બોક્સાઈટ કાચી ધાતુને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડ $(NaOH)$ ના ગરમ સાંદ્ર દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં વપરાતા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડના દ્રાવણની સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે વજનના આધારે લગભગ $45\%$ હોય છે.
આ પ્રક્રિયા એલ્યુમિનિયમ ધરાવતા ખનિજોને ઓગાળીને સોડિયમ એલ્યુમિનેટ બનાવે છે,જ્યારે આયર્ન ઓક્સાઈડ જેવી અશુદ્ધિઓ ઘન અવશેષ (રેડ મડ) તરીકે બાકી રહે છે.

(B) બેયર પદ્ધતિ એ બૉક્સાઈટમાંથી ઍલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ મેળવવાની મુખ્ય ઔદ્યોગિક પદ્ધતિ છે.
આ પદ્ધતિમાં,બારીક દળેલી બૉક્સાઈટની કાચી ધાતુને દબાણ હેઠળ $NaOH$ ના ગરમ સાંદ્ર દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે.
બૉક્સાઈટમાં રહેલ $Al_2O_3$,$NaOH$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને દ્રાવ્ય સોડિયમ ઍલ્યુમિનેટ ($NaAlO_2$ અથવા $Na[Al(OH)_4]$) બનાવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે: $Al_2O_3(s) + 2NaOH(aq) + 3H_2O(l) \rightarrow 2Na[Al(OH)_4](aq)$.

(A) બેયરની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ બોક્સાઈટ અયસ્કમાંથી શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ મેળવવા માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બોક્સાઈટ અયસ્કને ઊંચા તાપમાન અને દબાણે સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ $(NaOH)$ ના સાંદ્ર દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન સિલિકા,આયર્ન ઓક્સાઈડ અને ટાઈટેનિયમ ઓક્સાઈડ જેવી અશુદ્ધિઓ દૂર થાય છે.
કેલ્સિનેશન પછી મેળવેલ અંતિમ એલ્યુમિના અત્યંત શુદ્ધ હોય છે,જેમાં સામાન્ય રીતે આશરે $99.5\%$ શુદ્ધ $Al_2O_3$ હોય છે.
તેથી,એલ્યુમિનામાં બાકી રહેલી અશુદ્ધિ આશરે $100\% - 99.5\% = 0.5\%$ છે.

(B) શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ માંથી એલ્યુમિનિયમનું નિષ્કર્ષણ હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખાતી વિદ્યુતવિભાજ્ય રિડક્શન પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિનાને પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગાળવામાં આવે છે,જે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડે છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે.
ત્યારબાદ કાર્બનનું અસ્તર ધરાવતી સ્ટીલની ટાંકીમાં વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે,જ્યાં કેથોડ પર એલ્યુમિનિયમ જમા થાય છે.

(D) ક્રાયોલાઇટ એ $Na_{3}AlF_{6}$ રાસાયણિક બંધારણ ધરાવતું એક દુર્લભ ખનિજ છે.
તેને રાસાયણિક રીતે સોડિયમ હેક્ઝાફ્લોરોએલ્યુમિનેટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેનો મુખ્ય ઉપયોગ એલ્યુમિના $(Al_{2}O_{3})$ માંથી એલ્યુમિનિયમ મેળવવાની વિદ્યુતવિભાજન પ્રક્રિયામાં થાય છે,જેથી મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડી શકાય અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારી શકાય.

(B) હૉલ-હેરાઉલ્ટ પદ્ધતિમાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોય છે અને તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે.
આ સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે,એલ્યુમિનામાં ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોસ્પાર $(CaF_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
આ પદાર્થો મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડીને આશરે $1240 \ K$ સુધી લાવે છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતામાં વધારો કરે છે,જે એલ્યુમિનિયમના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા રિડક્શનને સરળ બનાવે છે.

(C) પૃથ્વીના પોપડામાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળી આવતી ધાતુ $Aluminium$ $(Al)$ છે,જે વજનની દ્રષ્ટિએ પોપડાના આશરે $8.1\%$ જેટલી છે.
પૃથ્વીના પોપડામાં બીજા ક્રમે સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળી આવતી ધાતુ $Iron$ $(Fe)$ છે,જે વજનની દ્રષ્ટિએ પોપડાના આશરે $5.0\%$ જેટલી છે.
તેથી,$Iron$ (લોખંડ) પૃથ્વી પર મળી આવતી બીજી સૌથી વધુ પ્રમાણ ધરાવતી ધાતુ છે.

(A) લોખંડની ખનીજ (મુખ્યત્વે હેમેટાઈટ, $Fe_2O_3$) માંથી લોખંડ મેળવવા માટે વાતભઠ્ઠી $(Blast$ furnace$)$ નો ઉપયોગ થાય છે।
આ પ્રક્રિયામાં, લોખંડની કાચી ધાતુ, કોક અને ચૂનાના પથ્થરને ભઠ્ઠીના ઉપરના ભાગમાંથી નાખવામાં આવે છે, જ્યારે નીચેના ભાગમાંથી ગરમ હવા ફૂંકવામાં આવે છે।
કોક બળતણ અને રિડક્શન કર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે, જે લોખંડના ઓક્સાઈડનું પીગળેલા લોખંડમાં રૂપાંતર કરે છે।

(B) વાતભઠ્ઠીમાં લોખંડના નિષ્કર્ષણ માટે મુખ્યત્વે $\text{હિમેટાઈટ}$ $(Fe_2O_3)$ ખનીજનો ઉપયોગ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઊંચા તાપમાને કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ દ્વારા ખનીજનું રિડક્શન કરવામાં આવે છે, જેનાથી પીગળેલું લોખંડ મળે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.

(A) વાતભઠ્ઠીમાં,ફ્લક્સ (ફ્લક્સ) તરીકે ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ ઉમેરવામાં આવે છે. તે વિઘટિત થઈને કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ બનાવે છે.
$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$
આ કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ અયસ્કમાં રહેલી અશુદ્ધિ સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પીગળેલું કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે,જેને સ્લેગ (ધાતુમલ) કહેવામાં આવે છે.
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (સ્લેગ)
તેથી,સાચો જવાબ કેલ્શિયમ સિલિકેટ છે.

(C) વાતભઠ્ઠીમાં,આયર્ન ઓક્સાઇડનું કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ દ્વારા વિવિધ તાપમાનના વિસ્તારોમાં રિડક્શન થાય છે.
$1$. નીચા તાપમાને $(500-800 \ K)$: $3Fe_{2}O_{3} + CO \longrightarrow 2Fe_{3}O_{4} + CO_{2}$ અને $Fe_{3}O_{4} + CO \longrightarrow 3FeO + CO_{2}$ પ્રક્રિયાઓ થાય છે.
$2$. ઊંચા તાપમાને $(> 1000 \ K)$: $FeO + CO \longrightarrow Fe + CO_{2}$ પ્રક્રિયા થાય છે.
વિકલ્પ $C$ ખોટો છે કારણ કે તેમાં $Fe_{3}O_{4}$ નું $Fe_{2}O_{3}$ માં રિડક્શન દર્શાવ્યું છે (જે વાસ્તવમાં ઓક્સિડેશન છે) અને તેમાં ઘન કાર્બન ઉત્પન્ન થાય છે,જે આ રિડક્શન પ્રક્રિયામાં થતું નથી.

(C) હેમેટાઈટ એ લોખંડની સૌથી મહત્વની કાચી ધાતુઓમાંની એક છે.
તેનું રાસાયણિક સૂત્ર $Fe_{2}O_{3}$ છે.
- $Fe_{3}O_{4}$ એ મેગ્નેટાઈટનું સૂત્ર છે.
- $FeCO_{3}$ એ સિડેરાઈટનું સૂત્ર છે.
- $FeS_{2}$ એ આયર્ન પાયરાઈટ્સ (મૂર્ખનું સોનું) નું સૂત્ર છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(D) વાતભઠ્ઠીમાં,$Coke$ $(C)$ રિડક્શન કર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે. તે ઓક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ બનાવે છે,જે આયર્ન ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરીને પીગળેલું લોખંડ આપે છે. વધુમાં,$Coke$ ની હાજરી અને $CO$ દ્વારા નિર્મિત રિડક્શન વાતાવરણ ઉત્પન્ન થયેલા પીગળેલા લોખંડનું ફરીથી ઓક્સિડેશન થતું અટકાવે છે.

(A) લોખંડના તેના અયસ્કમાંથી નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,ફ્લક્સ તરીકે ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_{3})$ ઉમેરવામાં આવે છે.
ઊંચા તાપમાને,ચૂનાનો પથ્થર વિઘટન પામીને કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ $(CO_{2})$ બનાવે છે.
આ કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ અયસ્કમાં રહેલી સિલિકા $(SiO_{2})$ ની અશુદ્ધિ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_{3})$ બનાવે છે,જેને સ્લેગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $CaO + SiO_{2} \rightarrow CaSiO_{3}$ (સ્લેગ).
તેથી,કેલ્શિયમ સિલિકેટનું સાચું આણ્વીય સૂત્ર $CaSiO_{3}$ છે.

(D) દરેક જૂથનું મૂલ્યાંકન કરીએ:
$(1)$ આયર્ન - મેગ્નેટાઈટ - $Fe_{3}O_{4}$: આ સાચું છે. મેગ્નેટાઈટ એ આયર્નની ઓક્સાઈડ ખનીજ છે જેનું સૂત્ર $Fe_{3}O_{4}$ છે.
$(2)$ આયર્ન - સિડેરાઈટ - $FeS_{2}$: આ ખોટું છે. સિડેરાઈટનું સૂત્ર $FeCO_{3}$ છે. $FeS_{2}$ એ આયર્ન પાઈરાઈટ છે.
$(3)$ કૉપર - કૉપર ગ્લાન્સ - $Cu_{2}S$: આ સાચું છે. કૉપર ગ્લાન્સ (ચાલકોસાઈટ) એ કૉપરની સલ્ફાઈડ ખનીજ છે જેનું સૂત્ર $Cu_{2}S$ છે.
$(4)$ કૉપર - ડોલેમાઈટ - $Al_{2}O_{3}$: આ ખોટું છે. ડોલેમાઈટનું સૂત્ર $CaCO_{3} \cdot MgCO_{3}$ છે. $Al_{2}O_{3}$ એ કોરન્ડમ (એલ્યુમિનિયમની ખનીજ) છે.
તેથી, માત્ર જૂથ $(1)$ અને $(3)$ સાચા છે.

(B) સાચી જોડ નીચે મુજબ છે:
$1$. સલ્ફરનું નિષ્કર્ષણ $Frasch$ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે $(1-q)$.
$2$. નાઈટ્રિક એસિડનું ઉત્પાદન $Ostwald's$ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે $(2-s)$.
$3$. સલ્ફ્યુરિક એસિડનું ઉત્પાદન $Contact$ પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે $(3-p)$.
$4$. એમોનિયા વાયુનું ઉત્પાદન $Haber's$ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે $(4-r)$.
તેથી,સાચો ક્રમ $(1-q), (2-s), (3-p), (4-r)$ છે.

(A) આપેલા વિકલ્પોમાંથી સલ્ફરનું ખનિજ ગેલિના $(PbS)$ છે.
ગેલિના એ સીસા (Lead) ની મુખ્ય કાચી ધાતુ છે અને રાસાયણિક રીતે તેને લેડ સલ્ફાઈડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
સિલિકા એ સિલિકોન ડાયોક્સાઈડ $(SiO_2)$ છે.
હૉર્નસિલ્વર એ સિલ્વર ક્લોરાઈડ $(AgCl)$ છે.
સિડેરાઈટ એ આયર્ન કાર્બોનેટ $(FeCO_3)$ છે.

(C) પૃથ્વીના પોપડામાં રહેલા સલ્ફરના જથ્થામાંથી સલ્ફર મેળવવા માટે $Frasch$ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે.
આ પદ્ધતિમાં,અતિશય ગરમ પાણી $(170 \ ^\circ C)$ ને સલ્ફરના જથ્થામાં પમ્પ કરવામાં આવે છે જેથી તે પીગળી જાય.
ત્યારબાદ પીગળેલા સલ્ફરને દબાણયુક્ત હવા દ્વારા સપાટી પર લાવવામાં આવે છે.
$Contact$ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ સલ્ફ્યુરિક એસિડના ઉત્પાદન માટે થાય છે.
$Haber's$ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ એમોનિયાના ઉત્પાદન માટે થાય છે.
$Oswald's$ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ નાઈટ્રિક એસિડના ઉત્પાદન માટે થાય છે.