विज्ञानवाटा : हायटेक युगाला उपयुक्त ‘निओडायमियम’

सौरऊर्जा, दळणवळण, अंतराळविज्ञान, वैद्यक, लष्करी सामग्री, माहिती-तंत्रज्ञान इत्यादी क्षेत्रे वेगाने पुढे जात आहेत. त्यामुळेच त्यासाठी लागणाऱ्या दुर्मिळ खनिजसाठ्याचे महत्त्व वाढले आहे. भारतीय संशोधकांनी पुढील काळात आवश्यक असणाऱ्या कच्च्या मालाची यादी केली असून त्यात ‘निओडायमियम’चा उल्लेख आहे.

सध्याचा जमाना अत्याधुनिक उपकरणांचा आहे. उच्चदर्जाची यंत्रसामग्री तयार करण्यासाठी कच्चामाल दर्जेदार असायला पाहिजे. भारतीय संशोधकांनी पुढील दहा वर्षात आवश्यक असणाऱ्या कच्च्या मालाची यादी केली आहे. त्यात ‘निओडायमियम’ धातूचा उल्लेख आहे. मूलद्रव्यांच्या तक्त्यात दुर्मिळ मूलद्रव्यांच्या रांगेत ६० क्रमांकाच्या जागेवर निओडायमियमचे स्थान आहे.

ऑस्ट्रियाचे कार्ल ऊर फॉन वेल्शबाख १८८५ साली प्रॅसिओडायमियम हे मूलद्रव्य खनिजापासून विलग करताना त्यांना त्याच्या ‘संगती’त एक वेगळेच मूलद्रव्य त्यांना आढळले. ते प्रॅसिओडायमियमचा एक जुळा भाऊ असल्यासारखे त्यांना वाटले. ग्रीकभाषेत निओ म्हणजे नवा आणि डिडमॉस म्हणजे जुळा. म्हणून त्यांनी नव्याने शोध लागलेल्या मूलद्रव्याला ‘निओडायमियम’ नाव ठेवले. निओडायमियम चकाकणारा धातू आहे.

मूलद्रव्यांच्या आवर्त सारणीमध्ये प्रॅसिओडायमियम आणि निओडायमियम यांना ‘दुर्मिळ मूलद्रव्यां’च्या (‘रेअर अर्थ्स’च्या) रांगेत जागा मिळाली. तथापि अणुक्रमांक ५७ ते ७१ या रांगेतील सर्वच मूलद्रव्ये दुर्मिळ नाहीत, पण ‘दुर्लभ’ आहेत. याचे कारण त्यांचे रासायनिक आणि भौतिक गुणधर्म एकमेकांशी इतके जुळतात, की त्यांना शुद्ध करणे अवघड आणि वेळखाऊ असते.

ते धातू आणि त्यांचे क्षार हे वेगवेगळ्या विद्रावकात कमी-अधिक विरघळतात म्हणून शुद्धीकरण जमू शकते. निओडायमियमचा उपयोग काचा जांभळट, लालसर रंगांच्या करण्यासाठी केला जायचा. वेल्डिंग करताना संरक्षक गॉगलच्या काचांमध्ये निओडायनियम वापरले जाते.

या विशिष्ट काचा खगोलशास्त्रज्ञ वापरतात, त्या स्पेक्ट्रोफोटोमीटरमध्ये वापरल्या ताऱ्यांचे संशोधन अधिक चांगल्या प्रकारे करता येते. या धातूच्या क्षारांचा उपयोग एनॅमल्डची भांडी रंगीत करण्यासाठी देखील करतात. गॅस लायटरचा स्पार्क ज्या मिश्रधातूंचा उडतो, त्यात निओडायमियम असते.

शक्तिशाली चुंबक

आधुनिक जगामध्ये सौरऊर्जा, दळणवळण, संपर्क साधने,अंतराळ विज्ञान, वैद्यकशास्त्र, लष्करी सामग्री, माहिती तंत्रज्ञान अशा विषयांचं महत्त्व वाढलेय. त्यासाठीच्या गुंतागुंतीच्या यंत्रणांमध्ये छोट्या पण शक्तिशाली चुंबकांचे महत्व अनन्यसाधारण आहे. निओडायमियम, लोह आणि बोरॉन यांच्या मिश्रणातून नेहमीच्या चुंबकापेक्षा वीस पट शक्तिशाली आणि टिकाऊ चुंबक तयार होतात.

प्रयोगशाळेमध्ये शक्तिशाली चुंबक वापरताना अपघात होऊ शकतात. दोन चुंबकांमध्ये योग्य अंतर नसेल ते अत्यंत जोरात एकमेकांवर आपटून अपघात होतो. या चुंबकांच्या जवळ ऑडिओ/व्हिडीओ कॅसेट, क्रेडिट कार्ड किंवा हातातील मेकॅनिकल घड्याळ नेल्यास ते सहजपणे बिघडते. ज्यांच्या हृदयात पेसमेकर बसवला आहे त्यांनी या चुंबकाच्या जवळपास जाऊ नये.

माहिती तंत्रज्ञानाच्या हार्डडिस्क ड्राइव्हमध्ये निओडायमियमचे चुंबक वापरल्यास संगणकातील किमान जागेत मोठ्या प्रमाणात मेमरी/ (डेटा) साठवता येतो. दूरचित्रवाणीच्या उपकरणांमध्ये, सॉफ्टवेअरमध्ये, छोट्या-मोठ्या ध्वनिक्षेपक आणि ऑन-ऑफ स्विचमध्ये विशिष्ट ताकदीचे चुंबक लागतात. वैद्यकशास्त्रात रोगनिदान आणि रोगनिवारण करणाऱ्या उपकरणांमध्ये निओडायमियम वर्गीय चुंबक वापरतात.

दंतवैद्याच्या उपकरणात आणि मॅग्नेटिक रेझोनन्स ईमेजींग (एमआरआय)च्या उपकरणात निओडायमियमचे चुंबकच लागतात. यामुळे शरीराच्या आतील इंद्रियांचे चित्रीकरण रेखीव आणि अचूक मिळते. अनेक प्रकारच्या ज्वेलरीमध्ये निओडायमियमचे चुंबक वापरता येतात.

उदाहरणार्थ डूल (इयर रिंग) घालण्यासाठी कानांच्या पाळीला छिद्र पाडावे लागते. पण ज्यांच्या कानाच्या पाळीला छिद्र नाही अशा महिला निओडायमियमचे छोटे शक्तिशाली चुंबक वापरून डूलचा वापर करू शकतात! त्यांना फिरकीची गरज नाही!

बॅटरीवर पळणाऱ्या अत्याधुनिक मोटार-कार मध्ये सुमारे एक किलोग्रॅम निओडायमियमचा उपयोग केलेला असतो. त्याचे चुंबक १५० ते २०० अंश सेल्सिअस तापमानाला कार्यक्षमतेने काम करतात. बॅटरीच्या मोटारीत वापरण्यासाठी हा धातू हलका असल्याने योग्य ठरतो. कारण त्याची घनता प्रति घनसेंटिमीटर ७ ग्रॅम आहे. हे चुंबक मायक्रोवेव्ह ओव्हन, स्मार्टफोन, संगणक आदी उपकरणांमध्ये वापरतात. हा धातू क्रेन्स, मॅग्नेटिक ब्रेक्समध्येही ल उपयोगी पडतो.

जगामध्ये प्रदूषणविरहित अक्षय-विकासाच्या तत्वांचा पुरस्कार केला जातो. त्यासाठी निओडायमियमसारखे अन्य दुर्मिळ धातू कामी येत आहेत. पवनऊर्जा निर्मिती करताना एरोजनरेटर मध्ये निओडायमियमचे बळकट चुंबक वापरले जातात. यामुळे वीज वाया जाण्याचे प्रमाण कमीत कमी होऊन यंत्रणेची कार्यक्षमता वाढते. दुर्मिळ मूलद्रव्यासाठीच आवश्यक असणारे खनिज साठे भारतामध्ये काही ठिकाणी आहेत.

पण ते कोस्टल रेग्युलेशन झोन, आणि खारफुटीच्या जंगल क्षेत्रात येतात. जगात जेवढे खनिज साठे आहेत, त्याच्या सहा खनिजे भारतात आहेत. या खनिजाच्या बाबतीत आपल्या देशाचा जगात पाचवा क्रमांक आहे. भारतातील ब्लॅक स्टोन मिनरल (बीएसएम) मध्ये निओडायमियम आणि प्रॅसिओडायमियमचे प्रमाण सुमारे ०. ००१ ते ०. ०१२ टक्के एवढे; म्हणजे बरे आहे. ते आपण ९९.९ टक्के शुद्ध करू शकतो.

तथापि त्यात थोडे युरेनियम/थोरियमचे किरणोत्सर्जन असल्यामुळे उत्पादन करताना जास्त वेळ लागून उत्पादन खर्चिक पडते. नॅशनल जिओफिजिकल रिसर्च इन्स्टिट्यूटला आंध्र प्रदेशातील अनंतपूर जिल्ह्यामध्ये काही खनिजे सापडली आहेत.

केरळच्या किनाऱ्यावरील मोनाझाइट वाळूत, तामिळनाडू, ओडिशा, महाराष्ट्र आणि गुजरातच्या किनारी काही खनिजे आहेत. झारखंड मध्ये थोडी दुर्मिळ खनिजे आहेत. विशाखापट्टनम् येथे दुर्मिळ मूलद्रव्यांची निर्मिती करण्यासाठी जपानच्या कंपनीबरोबर संधान साधले आहे.

दुर्मिळ मूलद्रव्यांच्या बाबतीत चीन ९७% उत्पादन करून आघाडीवर आहे. ते बहुतांशी निर्यात होते. चीनमध्ये पर्यावरण विषयक नियम शिथिलक्षम असल्यामुळे दुर्मिळ मूलद्रव्यांच्या क्षेत्रात त्यांनी मक्तेदारी मिळवली आहे. यानंतर ऑस्ट्रेलिया, ब्राझील आणि रशिया यांचा क्रमांक लागतो.

खनिजद्रव्यापासून दुर्मिळ मूलद्रव्ये पर्यावरण अनुकूल पद्धतीने विलग करण्यासाठी संशोधन करणं जरुरीचे आहे. आपल्या देशात दुर्मिळ आणि दुर्लभ मूलद्रव्ये सुलभपणे मिळवता आली तर आपल्याला चीन किंवा अन्य कोणत्याही देशावर अवलंबून राहावे लागणार नाही. काही खासगी कंपन्यांनी यासाठी प्रयत्न करीत आहेत, ही बाब दिलासा देणारी आहे.

(लेखक विज्ञानाचे अभ्यासक आहेत.)