એ સખત છે અને નરમ પણ

એના દ્વારા પિયાનોમાંથી મધુર ધૂન વાગે છે, જેટ વિમાનોથી કાન ફાડી નાખતો અવાજ ઉત્પન્‍ન થાય છે, ઘડિયાળ ટીક ટીક કરે છે, મોટરગાડીના એન્જિનમાંથી અવાજ આવે છે, ગગનચુંબી ઇમારતો શક્ય બને છે અને લાંબા, ઝુલતા પુલ વર્ષો સુધી ટકી રહે છે. પરંતુ, એ છે શું?

એ લોખંડ છે. આ ધાતુ, મોટા પાયા પર બાંધવામાં આવતા બાંધકામમાં મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે. એમાંથી દરિયામાં મુસાફરી કરતા મોટાં મોટાં જહાજો બને છે. એમાંથી બનાવેલી પાઈપલાઈન હજારો કિલોમીટર દૂર તેલના કૂવાઓમાંથી તમને પેટ્રોલ અને ગેસ પહોંચાડે છે. વધુમાં, આ ધાતુમાંથી બીજી ઘણી વસ્તુઓ બને છે કે જેને આપણે દૈનિક જીવનમાં ભરપૂર પ્રમાણમાં ઉપયોગમાં લઈએ છીએ. દાખલા તરીકે, તમને કામના સ્થળે લઈ જતી બસના પૈડાંના પટ્ટા પોલાદના હોય છે અથવા તમારા એપાર્ટમેન્ટમાં તમને ઉપર-નીચે લઈ જતી લિફ્ટના દોરડાં પણ લોખંડમાંથી બનેલાં હોય છે. તમારા ચશ્માની ફ્રેમના સ્ક્રૂ અને તમે જે સ્ટીલની ચમચી વડે તમારા કપની ચા હલાવો છો એના વિષે શું? આ ટકાઉ પરંતુ નરમ ધાતુમાંથી આજે હજારો વસ્તુઓ બનાવવામાં આવે છે. લોખંડને કઈ રીતે બનાવવામાં આવે છે અને એમાં કયા ગુણો છે કે જે એને વધારે લાભદાયી બનાવે છે?

કાર્બન અને સ્ફટિક

લોખંડ એ લોઢું (આયર્ન) અને કાર્બનમાંથી બનેલી મિશ્ર ધાતુ છે. મોટા ભાગની ધાતુઓની સરખામણીમાં શુદ્ધ લોઢું બહુ નરમ હોય છે. એ કારણે એનો બહુ ઉપયોગ કરવામાં આવતો નથી. કાર્બન અધાતુ છે. આ ખાસ તત્ત્વ હીરા અને ચીમનીની મેશમાં પણ વિવિધ રૂપમાં મળી આવે છે. પરંતુ, જો પીગળેલા લોઢામાં થોડા પ્રમાણમાં પણ કાર્બન મિશ્ર કરવામાં આવે તો, જે પદાર્થ મળે છે એ કાર્બન કરતાં એકદમ ભિન્‍ન અને લોઢા કરતાં પણ વધારે મજબૂત હોય છે.

લોખંડ બનવામાં મુખ્ય ભાગ ભજવતા તત્ત્વને સ્ફટિક કહેવામાં આવે છે. શું તમે જાણો છો કે લોઢું સ્ફટિકોથી બનેલું હોય છે? * વાસ્તવમાં, બધી જ નક્કર ધાતુઓ, સ્ફટિકમાંથી બનેલી હોય છે અને એ કારણે ધાતુને ગમે તેવો ઘાટ આપી શકાય છે. ધાતુની ચમક અને બીજી ખાસિયતો સ્ફટિકને કારણે જોવા મળે છે. એ ઉપરાંત, લોખંડની સ્ફટિક રચનામાં બીજા પણ ઘણા ગુણો જોવા મળે છે.

લોખંડ પર સ્ફટિકની અસર

લોખંડ બનાવવામાં આવે છે ત્યારે, પીગળેલા લોઢા સાથે બીજા તત્ત્વો મિશ્ર કરવામાં આવે છે. આ મિશ્રણ સખત થતું જાય છે તેમ, લોઢું બીજા ઘટકોને ઓગાળી નાખે છે, એને શોષી લે છે અને પોતાની સ્ફટિક રચનામાં અંદરથી પકડી રાખે છે. બીજી ધાતુઓ પણ એ જ રીતે કરે છે. પરંતુ, લોઢાની ખાસ વિશિષ્ટતા શું છે?

લોઢું અસાધારણ છે, કારણ કે નક્કર રૂપમાં પણ એની સ્ફટિક રચનાને ગરમીથી બદલી શકાય છે. આ ખાસિયતને લીધે લોઢાના સ્ફટિકોની નક્કર રચનાને ઓછી નક્કરતામાં બદલી શકાય છે અને એને પાછી મૂળ રચનામાં પણ લાવી શકાય છે. કલ્પના કરો કે તમે એક સરસ બાંધેલા ઘરમાં રહો છો કે જેની દીવાલો હલતી હોય છે, તમે બેઠક રૂમમાં બેઠા હોવ ત્યારે, એની જમીન ઉપર-નીચે થતી હોય છે. લોઢાને ઓગાળ્યા વગર ગરમ અને ઠંડું કરવામાં આવે છે ત્યારે, એના સ્ફટિકોની અંદર કંઈક આવું જ થાય છે.

આવા ફેરફારો દરમિયાન જો એમાં કાર્બન હોય તો, નક્કર મિશ્રધાતુ નરમ બની શકે છે અથવા નરમ મિશ્રધાતુ નક્કર બની શકે છે. લોખંડ કે પોલાદ બનાવનારાઓ એનો લાભ ઉઠાવીને પોતાના ઉત્પાદનની મજબૂતાઈમાં જોઈતા પ્રમાણમાં ફેરફારો કરે છે. એ માટે તેઓ પુષ્કળ ગરમી આપવાની કે ગરમ કરીને ઠંડુ પાડવાની ક્વેંચીંગ, ટેમ્પરીંગ અને એનીલીંગ જેવી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે. * પરંતુ, આ સિવાય એમાં બીજી ઘણી બાબતો રહેલી છે.

મૅંગેનિઝ, મોલીબ્ડેનમ, નિકલ, વેનેડિયમ, સિલિકોન, સીસું, ક્રોમિયમ, બોરોન, ટંગસ્ટન કે સલ્ફર જેવા બીજા તત્ત્વો મિશ્ર કરવામાં આવે છે ત્યારે, લોખંડ ફક્ત સખત કે નરમ જ બનતું નથી પરંતુ એ મજબૂત અને ટકાઉ પણ બને છે. એને ખેંચીને તાર બનાવવામાં આવે છે. એમાં કાટ લાગતો નથી. વળી, મશીનમાં જોઈએ એવો ઘાટ પણ આપી શકાય છે. એમાં ફેરફાર પણ કરી શકાય છે. એને લોહચુંબક કે બિનચુંબકીય પણ બનાવી શકાય છે. આમ,  એમાંથી એવી ઘણી વસ્તુઓ બની શકે છે કે જેની લાંબી યાદી થઈ જાય. જેવી રીતે, બેકરીવાળા વિવિધ પ્રકારની બ્રેડ બનાવવા માટે ખાદ્ય સામગ્રીનું પ્રમાણ બદલતા રહીને ઓવનમાં જુદા જુદા તાપમાને બ્રેડ બનાવે છે તેમ, ધાતુના ઉત્પાદકો વિવિધ પ્રકારના મિશ્રણ અને તાપમાનમાં ફેરફાર કરતા રહીને લોખંડની હજારો પ્રકારની વિવિધ વસ્તુઓ બનાવે છે. લોખંડમાંથી બનાવેલા રેલવેના પાટા સહેલાઈથી માલગાડીના ૧૨,૦૦૦ ટન વજનને ખમી શકે છે. બીજી બાજુ, ટાંકણીના માથા જેટલું નાનું સ્ટીલનું બેરિંગ તમારી ઘડિયાળના સમતોલન ચક્રને સંભાળી શકે છે.

લોખંડ બનાવવાની જૂની અને નવી પદ્ધતિ

સદીઓ પહેલાં ધાતુઓનું ઢાળકામ કરનારાઓ લોઢાનાં વાસણો અને હથિયાર બનાવતા હતા. તેઓએ શોધી કાઢ્યું કે પીગાળેલા કાચા લોઢામાં (ખનીજની ખાણ કે પથ્થરોમાંથી કાઢવામાં આવેલું લોઢું) બીજા તત્ત્વો પણ હતા કે જેનાથી એ નક્કર અને સખત રહેતું હતું. તેઓને એ પણ જાણવા મળ્યું કે હથિયારોને ગરમ કર્યા પછી તરત જ પાણીમાં નાખીને ઠંડાં પાડવાથી એ વધારે મજબૂત બને છે. આજે લુહારની નાની ભઠ્ઠીને બદલે મોટી મોટી ભઠ્ઠીઓ આવી ગઈ છે; અને તેમના હથોડા કે એરણની જગ્યાએ મોટી મોટી રોલીંગ મિલો આવી ગઈ છે. તોપણ, આજના ઉત્પાદકો લોખંડ બનાવવામાં એ જ રીતનો ઉપયોગ કરે છે જે રીતથી પ્રાચીન સમયના ખડતલ લુહારો લોખંડ બનાવતા હતા. તેઓ (૧) લોઢાને ઓગાળે છે, (૨) એમાં બીજી મિશ્ર ધાતુઓ ઉમેરે છે, (૩) લોખંડને ઠંડું પાડે છે અને, (૪) એને ઘાટ આપીને ફરી આગમાં વધતા ઓછા તાપમાને તપાવે છે.

બાજુમાં આપવામાં આવેલા બૉક્સને જુઓ કે લોખંડ બનાવવા માટે કેટલી સામગ્રીની જરૂર પડે છે. જોવામાં એની માત્રા પુષ્કળ લાગી શકે, તોપણ એ બધી સામગ્રી લોખંડના એક કારખાના માટે એક દિવસના ખોરાક બરાબર છે. કારખાનું એક વિશાળ વિસ્તારમાં ફેલાયેલું હોય છે. એની આસપાસ ખનીજોના પહાડો જેવા ઢગલાઓ જોવા મળે છે જેને, કારખાનું જાણે પોતાની ભૂખ સંતોષતું હોય એમ ધીમે ધીમે હડપ કરી જાય છે.

જુદા જુદા રૂપ ધારણ કરનારી અદ્‍ભુત ધાતુ

લોખંડ કેટલું લાભદાયી છે, એ ઘણી વિવિધ રીતોએ જાણવા મળે છે. તમે ગ્રાંડ પિયાનોનું ઉપરનું ઢાંકણું ખોલશો તો ધાતુના તાર જોવા મળશે કે જે એકદમ મજબૂત સ્ટીલમાંથી બનાવવામાં આવ્યા છે. એમાંથી મનપસંદ સંગીતની મધુર ધૂન નીકળે છે. હેડફિલ્ડ મૅંગેનિઝ સ્ટીલનો, મોટા મોટા પથ્થરો તોડવાના મશીન બનાવવામાં ઉપયોગ કરવામાં આવે છે અને પથ્થરો તોડવામાં એનો જેટલો વધુ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે એટલું જ એ સ્ટીલ વધારે મજબૂત થાય છે. સ્ટેનલેસ સ્ટીલમાંથી સર્જરીના ઓજાર, વાઈન બનાવવાની ટાંકીઓ અને આઈસક્રીમનું મશીન બનાવવામાં આવે છે. તમે તમારા માથાના વાળ ગણી શકતા નથી તેમ, સ્ટીલ કે લોખંડના ફાયદાઓ પણ પાર વગરના છે.

દર વર્ષે આખા જગતમાં લગભગ ૮૦ કરોડ ટન લોખંડનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. લોઢા વગર લોખંડ કે સ્ટીલનું અસ્તિત્વ જ ન હોત અને લોઢું જ એક એવું તત્ત્વ છે કે જે પૃથ્વીના પેટાળમાં ભરપૂર પ્રમાણમાં મળી આવે છે. કોલસા અને ચૂનાના પથ્થરો પણ સારા એવા પ્રમાણમાં મળી આવતા હોવાથી, એમ લાગે છે કે ભવિષ્યમાં પણ લોખંડની ખોટ પડશે નહિ.

આથી, હવે તમે કોઈ ધાતુથી બનેલી સોયથી સીવતા હોવ કે માછલી પકડવા આંકડાનો ઉપયોગ કરતા હોવ, બોલ્ટની ચાકીને પકડીને ફેરવવાના પાનાનો ઉપયોગ કરતા હોવ, કડીઓથી બનેલા દરવાજાને ખોલતા હોવ, કોઈ વાહનમાં મુસાફરી કરતા હોવ અથવા ખેતી કરવા માટે હળ ચલાવતા હોવ ત્યારે, લોઢા અને કાર્બનના અદ્‍ભુત મિશ્રણ વિષે વિચારો કે જેના દ્વારા આ બધાં કામો શક્ય બન્યાં છે. (g01 9/8)

[ફુટનોટ્‌સ]

[પાન ૨૩ પર બોક્સ]

દસ હજાર ટન લોખંડ બનાવવા માટે જરૂરી સામગ્રી

૬,૫૦૦ ટન કોલસો

૧૩,૦૦૦ ટન કાચું ખનીજ લોઢું

૨,૦૦૦ ટન ચુનાના પથ્થર

૨,૫૦૦ ટન લોખંડનો ભંગાર કે ટુકડા

૧,૫૦,૦૦,૦૦,૦૦૦ લિટર પાણી

૮૦,૦૦૦ ટન હવા

 [પાન ૨૪, ૨૫ પર બોક્સ/ચિત્રો]

લોખંડ કેવી રીતે બને છે

ચિત્ર દ્વારા સહેલાઈથી સમજી શકાય માટે, ઝીણવટભરી માહિતી આપી નથી

લોખંડ બનાવવા માટે પુષ્કળ તાપમાનની જરૂર પડે છે. ચાલો આપણે થર્મોમીટરની મદદથી જોઈએ કે લોખંડને બનાવવા માટે કઈ કઈ પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.

◼ ૧૪૦૦° સે. હવાબંધ ખંડોની, મોટી મોટી ભઠ્ઠીઓમાં કોલસો પકવવામાં આવે છે. એમાંથી બિનજરૂરી ઘટકો વરાળ થઈને જતા રહે છે. પરંતુ, કોલસાના ટુકડાઓ બળી જતા નથી. પરિણામે, આ પ્રક્રિયાથી જે કોલસો બને છે એને કોક કહેવામાં આવે છે. આ કોક લોખંડ બનાવવાની પ્રક્રિયામાં ગરમી અને કાર્બન મેળવવાનું કામ કરે છે.

◼ ૧૬૫૦° સે. કોક, કાચું ખનીજ લોઢું અને ચૂનાના પથ્થરોને વારાફરતી વાતભઠ્ઠીમાં (Blast Furnace) નાખવામાં આવે છે. ભઠ્ઠીમાં એને આગ અને અતિશય ગરમ હવામાં પકવવામાં આવે છે. એમાં કોક સળગી જાય છે અને આ ધગધગતી ગરમીથી કાચા ખનીજમાં રહેલા બિનજરૂરી ઘટકો, ચૂનાના પથ્થર સાથે મળીને સ્લેગ (ખનીજ કચરાનો ઘટ્ટ પોપડો) બની જાય છે. પીગળેલું લોઢું ઘટ્ટ બનીને ભઠ્ઠીની નીચે બેસી જાય છે, જ્યારે કે સ્લેગ ઉપર તરતો રહે છે. આ સ્લેગને એક મોટા પાત્રમાં કાઢીને દૂર કરવામાં આવે છે. ત્યાર પછી, પ્રવાહી લોઢાને સબમરીન જેવા આકારની ટૅન્કરમાં રેડવામાં આવે છે અને એને સીધું લોખંડ બનાવતી ભઠ્ઠીમાં પહોંચાડવામાં આવે છે.

◼ ૧૬૫૦° સે. ત્યાર પછી, સાફ કરેલા ૯૦ ટન ધાતુના ભંગારને સાવચેતીથી ૩૦ ફૂટ ઊંચી નાસપતીના આકાર જેવી મોટી ભઠ્ઠીમાં નાખવામાં આવે છે કે જેને બેઝિક ઑક્સિજન ભઠ્ઠી પણ કહેવામાં આવે છે. એ ધાતુના ભંગાર પર, એક વિશાળ કડછા જેવા પાત્રથી ઉકળતા લોઢાના પ્રવાહીને રેડવામાં આવે છે. આ ધાતુ ગાળવાની  ભઠ્ઠીમાં લૈંસ નામના અતિશય ઠંડા પાણીની ટ્યુબ હોય છે જેમાંથી સુપરસૉનિક જેટ વિમાનની ઝડપથી શુદ્ધ ઑક્સિજન નીકળે છે. એનાથી આ ધાતુઓ, ચાલુ સ્ટવ પર મૂકેલા સૂપની જેમ ઊકળવા લાગે છે. રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ ચાલુ થઈ જાય છે. એક કલાકની અંદર ભઠ્ઠીનું કામ પૂરું થઈ જાય છે અને ૩૦૦ ટન પીગળેલું લોખંડ (જેને હીટ કહેવામાં આવે છે) મોટા પાત્રોમાં રેડીને બીજા સ્થાને લઈ જવામાં આવે છે. ત્યાર બાદ, એમાં બીજી મિશ્ર ધાતુઓ ઉમેરવામાં આવે છે અને પછી એ લાલચોળ પ્રવાહી લોખંડને ઢાળકામ માટે કાસ્ટિંગ મશીનોમાં નાખવામાં આવે છે. છેવટે, લોખંડ એનો નિશ્ચિત આકાર ધારણ કરે છે.

◼ ૧૨૦૦° સે. પછી લાલચોળ ગરમ લોખંડને રોલર મશીનની વચ્ચે જોઈતી જાડાઈ મળે ત્યાં સુધી દબાવવામાં આવે છે. મશીનમાં સખત રીતે દબાવવાથી લોખંડ એટલું મજબૂત થઈ જાય છે કે પછી એને બીજો કોઈ આકાર આપી શકાતો નથી.

◼ સામાન્ય તાપમાન. લોખંડને ઢાળવામાં આવ્યું છે, એને કાપવામાં આવ્યું છે. પહેલા ગરમ તાપમાને અને પછી ઠંડા તાપમાને મશીનમાં દબાવવામાં આવ્યું છે. ત્યાર બાદ, એને ઍસિડમાં પણ સાફ કરવામાં આવ્યું છે. છેલ્લે, એને ઘણી વાર આગમાં પણ તપાવવામાં આવ્યું છે. છેવટે, લોખંડ તૈયાર થઈ જાય છે. પીગળેલું લોખંડ કે હીટ હવે સખત લોખંડની શીટોમાં તૈયાર છે. પછી એને ધાતુકામની દુકાનો પર લઈ જવામાં આવે છે જ્યાં અલગ અલગ કામ માટે એનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે.

પરંતુ, લોખંડના કારખાનાનો મોટો ભાગ એ જ ધાતુનો બનેલો હોય છે. તો પછી, શા માટે લોખંડ બનાવવાની પ્રક્રિયામાં એ ભાગો પણ પીગળી જતા નથી? ધાતુ ગાળવાની મોટી ભઠ્ઠી, સબમરીન જેવી ટૅન્કર અને વિશાળ કડછા જેવા પાત્રની અંદરનું આવરણ, એવા પદાર્થની ઈંટોમાંથી બનાવવામાં આવ્યું હોય છે કે જે ઊંચા તાપમાનમાં પણ પીગળતું નથી. એવી જ રીતે, બેઝિક ઑક્સિજન ભઠ્ઠીની અંદર પણ એવા પદાર્થનું એક મીટર જાડું આવરણ બનાવવામાં આવ્યું હોય છે. પરંતુ, ધગધગતી આગથી આ ઈંટોમાં પણ ધીમે ધીમે નુકસાન થતું હોવાથી, એને નિયમિતપણે બદલવામાં આવે છે.

[ડાયગ્રામ]

(લેખને છપાયો છે એવો જોવા એ પ્રકાશનમાં જુઓ)

૧. લોઢું બને છે

૧૪૦૦° સે. કોલસો → કોકની ભઠ્ઠી

↓

૧૬૫૦° સે. કાચું ખનીજ લોઢું → વાતભઠ્ઠ

ચૂનાના પથ્થર

↓

પીગળેલું લોઢું

૨. લોખંડ બને છે

૧૬૫૦° સે. ધાતુઓનો ભંગાર → બેઝિક

ચૂનાના પથ્થર અને ફ્લક્સ → ઑક્સિજન

ઑક્સિજન → ભઠ્ઠી

૩. ઠંડું કરવું

સતત ઢાળકામ ચાલે છે

જાડી ચીપો

સળિયા

પાટ

૪. છેલ્લો ઘાટ આપવો ↓

૧૨૦૦° સે. મશીનમાં લોખંડને દબાવવું (સળિયા અથવા પાટ)

જસતનો ઢોળ ચઢાવવો

ઠંડા તાપમાનમાં દબાવવું

ગરમ તાપમાનમાં દબાવવું

સામાન્ય તાપમાન

[ચિત્ર]

લોકો કેટલા નાના દેખાય છે એ જુઓ

[પાન ૨૩ પર ચિત્રની ક્રેડીટ લાઈન]

ઘડિયાળનું ચિત્ર છોડીને પાન ૨૩-૫ પરનાં બધાં જ ચિત્રો: Courtesy of Bethlehem Steel