काजळी (कार्बन)

काजळी हा औद्योगिक दृष्टया महत्वाचा असा कार्बनाचा एक प्रकार आहे. तिच्या विशिष्ट गुणधर्मामुळे कार्बनाच्या इतर प्रकारांपासून ती वेगळी गणली जाते. काजळीचे अनेक प्रकार असून त्यांचे वर्गीकरण काजळी निर्माण करण्याच्या पद्धतीनुसार केले जाते. जसे चॅनेल काजळी, उष्ण वायुभटटीची काजळी, ज्वलन भट्टीची काजळी, दिव्याची काजळी, ॲसिटिलीन काजळी इत्यादी.

काजळी ही कार्बनाच्या अतिसूक्ष्म व गोलाकार अशा अस्फटिकी कणांची बनलेली असते. तिच्या रंगाचा गडदपणा तिच्या कणांच्या आकारमानावर अवलंबून असतो. उदा., अगदी काळयाभोर काजळीचे कण ५० ते ३५०A० अंश इतक्या लहान व्यासाचे असतात. (१ A० अंश =१०-८ सेंमी.). चॅनेल काजळी २५० ते ३५० A० अंश इतक्या व्यास असलेल्या कणांची बनलेली असते. काजळीची ऊमीय संवाहकता (उष्णता वाहून नेण्याची क्षमता) अगदी कमी असते, तर विद्युत संवाहकता (वीज वाहून नेण्याची क्षमता), विशेषतः ॲसिटिलीन काजळीची, फारच उच्च असते.

इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने असे आढळून आले आहे की, काजळीतील कणांचा आकार गोल असतो. तसेच क्ष-किरण विवर्तनाने (पार्य किंवा अपार्य पदार्थ्याच्या कडेवरून जाताना होणारा किरणांचा दिशाबदल) असे दिसून आले आहे की, काजळीच्या कार्बन अणूंची रचना ग्रॅफाइटामधील कार्बन अणूंच्या रचनेप्रमाणेच असते, परंतु ग्रॅफाइटामधील कार्बन अणूंच्या रचनेच्या इतकी ती नियमित नसते.

रासायनिक दृष्टया काजळीचे पृथक्करण पुढीलप्रमाणे देता येईल : कार्बन ८८-९९.३%, हायड्रोजन ०.४ – ०.८%, ऑक्सिजन ०.३ – ११.२%, राख ०.१ % हायड्रोजन कार्बनाशी संयुजाबंधाने (अणूंची परस्परांशी संयोग पावण्याची शक्ती असलेल्या बंधाने) जोडलेला असतो त्यामुळे काजळी ही अति-अतृप्त (काही संयुजा मुक्त असलेले) हायड्रोकार्बन मानता येते. तिच्यातील ऑक्सिजन मात्र कार्बन अणूंशी संयुजाबंधने जोडलेला नसून तो फक्त शोषित झालेला असतो, असे क्ष-किरणांच्या साहाय्याने सिद्ध झाले आहे.

पाणी व कार्बनी विद्रावकांत (विरघळविणाऱ्या पदार्थात) काजळी विरघळत नाही. अम्ले, क्षारके (आम्लाशी विक्रिया होऊन लवणे देणारे पदार्थ) इ. रासायनिक द्रव्यांचाही तिचावर परिणाम होत नाही. छापण्याच्या शाईमध्ये काजळीचे सूक्ष्म कण तेलामध्ये व इंडियन इंकमध्ये (दिव्याच्या काजळीपासून बनविलेल्या अतिशय गर्द टिकाऊ शाईमध्ये) पाण्यात निलंबित (लोंबकळत्या) अवस्थेत असतात.

काजळीच्या निर्मितीस मुख्यतः पुढील कच्च्या मालाची आवश्यकता असते. (1) नैसर्गिक इंधन वायू : या वायूत जवळजवळ ८५% टक्के मिथेन वायू असतो. तो खनिज तेलाच्या खाणीत आढळतो. (2) द्रवरूप हायड्रोकार्बने : ही ख्निज तेलाच्या शुद्धीकरणात मिळतात. कच्चा माल म्हणून यांचा वापर वाढत आहे. (3) ॲरोमॅटिक तेले, (4) ॲसिटिलीन इत्यादी.

काजळीची औद्योगिक निर्मिती अल्प किंमतीच्या नैसर्गिक इंधन वायूच्या भरपूर पुरवठयावर इवलंबून आहे, परंतु नैसर्गिक इंधन वायूच्यावाढत्या किंमतीमुळे हायड्रोकार्बनापासून काजळी बनविण्यावर जास्त भर दिला जात आहे. मिथेनापासून काजळी पुढील रासायनिक विक्रियेने बनवितात :

CH4	→	C (अस्फटिकी) +	2H2
मिथेन		कार्बन (काजळी)	हायड्रोजन

निर्मिती

काजळीचे औद्योगिक उत्पादन पुढील पद्धतींनी करतात :

1. चॅनेल काजळी : या पद्धतीत भरपूर धूर येणाऱ्या ज्वाळांचा झोत बारीक ज्योतींच्या रुपात लोखंडी पष्याच्या खालील बाजूस साठू लागतो. स्थिर ठेवलेल्या खरवडणाऱ्या यंत्रावरून पष्याच्या खालील काजळीयुक्त पृष्ठभाग काढण्यात येतो. त्यामुळे काजळी खरवडली जाऊन खाली साठते.
2. उष्ण वायुभट्टी काजळी : उच्चतापसह (उच्च तापमान सहन करु शकतील अशा) विटांच्या बांधलेल्या मोठाल्या कोठ्यांमधून वायुरूप किंवा द्रवरूप हायड्रोकार्बनाचे अपूर्ण ज्वलन केले असता जी काजळी निर्माण होते, तिला उष्ण वायुभट्टी काजळी म्हणतात. सर्व तऱ्हेच्या कार्बनयुक्त इंधनांचा वापर या भट्टयांत करण्यात येतो.
3. औष्णिक काजळी : हवेच्या अनुपस्थितीत हायड्रोकार्बनाचा उष्ण केलेल्या उच्चतापसह भट्टीशी संयोग आला असता आयड्रोकार्बनाचे विघटन (मोठया येणूचे लहान रेणूत तुकडे) होऊन काजळी मिळते.
4. दिव्याची काजळी : या प्रकारची काजळी मिळविण्यासाठी एका भट्टीमध्ये क्रिओसोट (डांबरापासून मिळविलेले) तेल उथळ कढ्यांमध्ये जाळण्यात येते. या ज्वलनक्रियेकरिता लागणारा हवेचा पुरवठा नियंत्रित करून जास्त प्रमाणात धूर निर्माण करण्यात येतो. विटांच्या मोठाल्या कोठ्यांमधून हा धूर थंड केला जातो व काजळी गोळा करण्यात येते. ही काजळी वापरातून जवळजवळ नाहीशी झालेली असून तिची जागा चॅनेल काजळीने घेतल आहे.
5. ॲसिटिलीन काजळी : ॲसिटिलीन वायू ८००० अंश से. तापमानापर्यंत तापवून मोठाल्या उच्चतापसह कोठयांतून हवेच्या अनुपस्थितीत त्याचे विघटन घडवून आणले जाते. या प्रक्रियेने काजळीचे बारीक कण मिळतात. तिला ऍसिटिलीन काजळी म्हणतात.

उपयोग

काजळीची औद्योगिक उपयुक्तता तिच्या कणांच्या आकारमानावर अवलंबून असते. अतिसूक्ष्म कणांनी बनलेली दिव्याची काजळी रंगरोगणे किंवा छापण्याची शाई तयार करण्यासाठी उपयोगी पडते, तर मोटारीच्या रबरी धावा (टायर) करताना त्यातल्या त्यात मोठया कणांनी बनलेली काजळी वापरली जाते. काजळीच्या एकूण निर्मितीपैकी ९० टक्के पेक्षा जास्त काजळी रबराच्या धंद्यात वापरली जाते. रबरामध्ये काजळी मिसळल्याने रबराचा अपघर्षणरोध व टिकाऊपणा कित्येक पटींनी वाढतो. नैसर्गिक रबरामध्ये दर ४५.३६ किग्रॅ. मध्ये सरासरी ९.२६ किग्रॅ. आणि संश्लेषित (कृत्रिम रीतीने तयार केलेल्या) रबरामध्ये दर ४५.३६ किग्रॅ. मध्ये सरासरी १८.५२ किग्रॅ. काजळी घातली जाते. ॲसिटिलीन काजळी स्फोटक द्रव्ये आणि कोरडे विद्युत् घट बनविण्यासाठी वापरतात. ह्या व्यतिरिक्त काजळीचा उपयोग बूट पॉलिश, कार्बन पेपर, लिनोलियम, ग्रामोफोनाच्या तबकडया, टंकलेखनासाठी लागणाऱ्या फिती, प्लॅस्टिके, उष्णतारोधके, छायाचित्रणाच्या वस्तू गुंडाळण्यास लागणारा काळा कागद वगैरे उपयुक्त वस्तू तयार करण्याकडे होतो.

काजळीच्या धंद्याचे भवितव्य रबर आणि त्यापासून बनणाऱ्या मोटारीच्या धावांच्या धंद्यावर अवलंबून आहे. पॉलिस्टरपासून धावा निर्माण करण्याची कृती पूर्णत्वास पोहोचताच रबराचे आणि पर्यायाने काजळीचे महत्व बरेचसे कमी होण्याची शक्यता आहे. रबराच्या धंद्याव्यतिरिक्त स्फोटक द्रव्ये आणि थंडीपासून जमिनीचे व वनस्पतींचे रक्षण करणारी द्रव्ये यांच्या निर्मितीत काजळीचा उपयोग होण्याची खूप शक्यता आहे.