तांबे के विद्युत शोधन का अवलोकन
कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग एक औद्योगिक प्रक्रिया है जिसका उपयोग उच्च शुद्धता वाले कॉपर कैथोड बनाने के लिए किया जाता है, जिनकी शुद्धता आमतौर पर 99.99% से अधिक होती है। यह प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनिक्स, दूरसंचार और नवीकरणीय ऊर्जा क्षेत्रों द्वारा अपेक्षित अंतर्राष्ट्रीय मानकों, जिनमें एलएमई ग्रेड ए भी शामिल है, को पूरा करने के लिए आवश्यक है। इलेक्ट्रोरीफाइनिंग के दौरान, अशुद्ध कॉपर एनोड को कॉपर सल्फेट और सल्फ्यूरिक एसिड से बने इलेक्ट्रोलाइट में डुबोया जाता है। नियंत्रित विद्युत प्रवाह के माध्यम से, कॉपर एनोड पर घुल जाता है और उच्च शुद्धता वाले कैथोड शीट पर पुनः जमा हो जाता है।
इस प्रक्रिया का प्राथमिक कार्य सीसा, आर्सेनिक और एंटीमनी जैसी अशुद्धियों से तांबे को अलग करना है। एनोड पर, तांबे के परमाणु इलेक्ट्रॉन खोकर तांबे के आयन (Cu²⁺) बनाते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट में प्रवाहित होते हैं। कैथोड पर, ये आयन इलेक्ट्रॉन ग्रहण करते हैं और शुद्ध तांबे के रूप में जमा हो जाते हैं। साथ ही, अवांछित धातुएँ या तो इलेक्ट्रोलाइट में घुली रहती हैं या अघुलनशील एनोड स्लाइम के रूप में अवक्षेपित हो जाती हैं, जिससे अशुद्धियों के सह-जमाव को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है। शोधन प्रक्रिया के दौरान अशुद्धियों के जमाव को रोकने की क्षमता तांबे के कैथोड की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और नियंत्रण के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग प्रक्रिया का प्रदर्शन काफी हद तक कठोर इलेक्ट्रोलाइट प्रबंधन पर निर्भर करता है। कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण की सटीक संरचना, साथ ही इसका घनत्व और चालकता, कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में वर्तमान दक्षता को सीधे प्रभावित करती है। इष्टतम इलेक्ट्रोलाइट प्रवाह बनाए रखने से एकसमान निक्षेपण सुनिश्चित होता है, स्थानीय सांद्रता प्रवणता को रोका जा सकता है और अशुद्धियों को दूर करने में सहायता मिलती है। ऑपरेटर इलेक्ट्रोलाइट के लिए लोन्नमीटर लिक्विड डेंसिटी मीटर जैसे उपकरणों का उपयोग करके तरल घनत्व की निगरानी और समायोजन करते हैं, जो विलयन की चालकता और द्रव्यमान परिवहन को प्रभावित करता है।
तांबा इलेक्ट्रोरीफाइनिंग
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इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में ऊर्जा खपत को कम करने और सेल वोल्टेज को अनुकूलित करने पर परिचालन उत्कृष्टता निर्भर करती है। अनियंत्रित सेल वोल्टेज से ऊर्जा की बर्बादी बढ़ती है और कैथोड की गुणवत्ता खराब हो सकती है। कॉपर रिफाइनिंग में सेल वोल्टेज को अनुकूलित करने से विद्युत प्रतिरोध हानि कम होती है और उत्पादन लागत घटती है। इलेक्ट्रोलाइट परिसंचरण दर में सुधार और इलेक्ट्रोरीफाइनिंग सिस्टम में पंपिंग ऊर्जा बचत लागू करने से ऊर्जा खपत में और कमी आती है। प्रभावी इलेक्ट्रोलाइट घनत्व मापन इन लक्ष्यों को प्राप्त करने में सहायक होता है, क्योंकि विलयन के गुण पंपिंग ऊर्जा और विद्युत दक्षता दोनों को प्रभावित करते हैं।
कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में प्रमुख चुनौतियाँ कैथोड कॉपर की गुणवत्ता में निरंतरता बनाए रखना, दक्षता को अधिकतम करना और ऊर्जा की खपत को कम करना हैं। उच्च धारा घनत्व से उत्पादन बढ़ता है, लेकिन सावधानीपूर्वक प्रबंधन न करने पर स्पंजी या खुरदरे कैथोड बनने और अशुद्धियों के प्रवेश का खतरा रहता है। स्टार्टर शीट का उपयोग करने वाली पुरानी रिफाइनरियों में कैथोड को बार-बार बदलना पड़ता है और परिचालन जटिलता बढ़ जाती है। आधुनिक सेल डिज़ाइन में स्वचालन, स्थायी कैथोड, डिजिटल निगरानी और विलयन शुद्धिकरण रिएक्टरों को एकीकृत किया जाता है ताकि परिचालन सुरक्षा और उत्पाद की गुणवत्ता को अनुकूलित किया जा सके, साथ ही औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन के लिए कॉपर इलेक्ट्रोलाइट संरचना और इलेक्ट्रोलाइट चालकता अनुकूलन में सहायता मिल सके।
इलेक्ट्रोलाइट प्रबंधन, प्रक्रिया अनुकूलन और उन्नत मापन उपकरण, तांबे के कैथोड की गुणवत्ता नियंत्रण को बेहतर बनाने, परिचालन लागत को कम करने और तांबे के विद्युत शोधन में दक्षता संबंधी बाधाओं को दूर करने की वर्तमान रणनीतियों का आधार हैं। तांबे के विद्युत शोधन में यह निरंतर सुधार, आधुनिक अर्थव्यवस्था के लिए अति-शुद्ध तांबा उपलब्ध कराने में उद्योग की केंद्रीय भूमिका को मजबूत करता है।
कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट की संरचना और कार्य
कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में मानक इलेक्ट्रोलाइट है, जो नियंत्रित कॉपर आयन परिवहन और निक्षेपण के लिए आवश्यक माध्यम प्रदान करता है। इसके दो मुख्य घटक हैं: कॉपर सल्फेट (CuSO₄) प्राथमिक कॉपर आयन स्रोत के रूप में और सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) चालकता बढ़ाने वाले और रासायनिक स्थिरक के रूप में।
रसायन विज्ञान और प्रमुख गुण
व्यवहार में, औद्योगिक प्रक्रियाओं में इलेक्ट्रोलाइट में आमतौर पर 40-50 ग्राम/लीटर कॉपर सल्फेट और लगभग 100 ग्राम/लीटर सल्फ्यूरिक एसिड होता है। यह मिश्रण एक स्पष्ट, उच्च चालकता वाला जलीय विलयन होता है, जिसमें कॉपर सल्फेट इलेक्ट्रोडिपोजिशन प्रक्रिया के लिए Cu²⁺ आयन प्रदान करता है। सल्फ्यूरिक एसिड विलयन की आयनिक चालकता को बढ़ाता है, इलेक्ट्रोलाइट की स्थिरता में सुधार करता है और कैथोड पर हाइड्रोजन उत्सर्जन जैसी दुष्प्रभावों को नियंत्रित करने में मदद करता है।
मुख्य विद्युत रासायनिक अभिक्रियाएँ निम्नलिखित हैं:
- एनोड: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻
- कैथोड: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
प्रत्येक घटक की सांद्रता पर सटीक नियंत्रण सीधे तौर पर प्रतिक्रिया दरों, वर्तमान वितरण और परिणामस्वरूप बनने वाले तांबे के कैथोड की गुणवत्ता को प्रभावित करता है।
सटीक घनत्व और सांद्रता नियंत्रण का महत्व
कॉपर कैथोड की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए इलेक्ट्रोलाइट घनत्व और संरचना का उच्च परिशुद्ध नियंत्रण अत्यंत महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रोलाइट घनत्व में भिन्नता, जो सांद्रता से संबंधित होती है, आयन गतिशीलता और कॉपर जमाव की एकरूपता को प्रभावित करती है। लक्षित सांद्रता से विचलन के परिणामस्वरूप असमान जमाव मोटाई, अशुद्धियों का अधिक सह-जमाव, या वृक्ष-समान कॉपर वृद्धि हो सकती है, जिससे उत्पाद की शुद्धता और चिकनाई प्रभावित होती है।
आधुनिक तांबा शोधन संयंत्रों में तांबा शोधन के दौरान तरल घनत्व के निरंतर ऑनलाइन मापन के लिए लोन्नमीटर जैसे तरल घनत्व मीटरों का उपयोग किया जाता है। ये उपकरण आवश्यक कॉपर सल्फेट और सल्फ्यूरिक एसिड संतुलन बनाए रखने के लिए वास्तविक समय में इलेक्ट्रोलाइट निगरानी में सहायता करते हैं और बाद में कॉपर कैथोड की गुणवत्ता नियंत्रण में भी सहायक होते हैं।
हाल ही में किए गए प्रक्रिया अनुकूलन कार्य के उदाहरणों से पता चलता है कि लगभग 100 ग्राम/लीटर के आसपास सल्फ्यूरिक एसिड का स्तर बनाए रखने से इष्टतम विद्युत दक्षता प्राप्त होती है। यह संतुलन तांबे की पैदावार को अधिकतम करता है और स्थिर सेल स्थितियों को बनाए रखता है, जिससे अत्यधिक या अपर्याप्त एसिड स्तरों के कारण शॉर्ट सर्किट या कीचड़ बनने की संभावना कम हो जाती है।
इलेक्ट्रोलाइट संरचना, चालकता और अशुद्धता के सह-जमाव की रोकथाम के बीच अंतर्संबंध
इलेक्ट्रोलाइट की चालकता उसकी संरचना से घनिष्ठ रूप से जुड़ी होती है। सल्फ्यूरिक अम्ल की सांद्रता विलयन की समग्र चालकता निर्धारित करती है; अम्ल की कम मात्रा से सेल का प्रतिरोध बढ़ जाता है और ऊर्जा की खपत भी बढ़ जाती है, जबकि अम्ल की अधिक मात्रा तांबे के निक्षेपण को रोकती है और अशुद्धियों के सह-निक्षेपण को बढ़ावा दे सकती है।
कॉपर सल्फेट की सांद्रता कैथोड तक कॉपर आयनों के प्रवाह को निर्धारित करती है और कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में वर्तमान दक्षता को प्रभावित करती है। यदि सांद्रता बहुत कम हो जाती है, तो कैथोड पर क्षरण होता है, जिससे हाइड्रोजन उत्सर्जन और निक्षेप दोषों का खतरा बढ़ जाता है। हालांकि, उच्च सांद्रता के मामले में अत्यधिक ऊर्जा उपयोग और निक्षेपित कॉपर में क्रिस्टलीय विसंगतियों से बचने के लिए सटीक नियंत्रण आवश्यक है।
संघटन और परिणामस्वरूप चालकता पर उचित नियंत्रण निम्नलिखित के लिए आवश्यक है:
- तांबे के विद्युत शोधन में सेल वोल्टेज का अनुकूलन (ऊर्जा की खपत और ऊष्मा उत्पादन को कम करने के लिए सेल वोल्टेज को कम रखना)
- वर्तमान दक्षता को अनुकूलित करना (यह सुनिश्चित करना कि लगभग सभी करंट का उपयोग कॉपर डिपोजिशन के लिए किया जाए, न कि अवांछित दुष्प्रभावों के लिए)
- तांबे के शोधन में अशुद्धियों के सह-जमाव को रोकना (सीसा, आर्सेनिक या एंटीमनी जैसे तत्वों के सह-जमाव को कम करना जो इलेक्ट्रोलाइट की अनुचित संरचना होने पर हो सकता है)
इसके परिणामस्वरूप ऊर्जा की खपत कम होती है, इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में पंपिंग ऊर्जा की बचत होती है, जमाव की संरचना में सुधार होता है और कैथोड कॉपर की गुणवत्ता सुनिश्चित होती है। इसलिए, तरल घनत्व और संरचना की निगरानी, जिसमें इनलाइन लोन्नमीटर सिस्टम शामिल हैं, नुकसान को कम करने, प्रक्रिया दक्षता में सुधार करने और प्रत्येक बैच में कॉपर कैथोड की गुणवत्ता को एक समान बनाए रखने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
इन संबंधों की पुष्टि उन अध्ययनों में होती है जो यह दर्शाते हैं कि सल्फ्यूरिक एसिड को लगभग 100 ग्राम/लीटर पर बनाए रखने से न केवल वर्तमान दक्षता अनुकूलित होती है बल्कि अशुद्धियों के सह-जमाव का सबसे कम जोखिम और जमाव संरचना पर मजबूत नियंत्रण भी सुनिश्चित होता है, और यह सब तांबे के इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में ऊर्जा खपत में कमी का समर्थन करते हुए होता है।
तांबे के विद्युत शोधन में घनत्व मापन
कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग प्रक्रिया में इलेक्ट्रोलाइट घनत्व एक महत्वपूर्ण सूचक है, क्योंकि यह कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण की संरचना को सीधे तौर पर दर्शाता है। इष्टतम तरल घनत्व बनाए रखना विश्वसनीय कैथोड कॉपर गुणवत्ता आश्वासन और कॉपर कैथोड गुणवत्ता नियंत्रण के लिए आवश्यक है। ऑपरेटर कॉपर आयन और एसिड सांद्रता दोनों का त्वरित अनुमान लगाने के लिए घनत्व का उपयोग करते हैं, जिससे कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में बेहतर करंट दक्षता और ऊर्जा खपत में कमी के लिए सटीक समायोजन संभव हो पाता है।
प्रक्रिया नियंत्रण में घनत्व की भूमिका
घनत्व कई महत्वपूर्ण प्रक्रिया परिणामों को नियंत्रित करता है:
- वर्तमान दक्षता और चालकता:तांबे और अम्ल की उच्च सांद्रता घनत्व बढ़ाती है, जिससे आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइट की चालकता और धारा दक्षता में सुधार होता है—एक निश्चित सीमा तक। इष्टतम घनत्व से अधिक होने पर, विसरण दर धीमी हो जाती है और दक्षता कम हो सकती है, जिससे सेल वोल्टेज अनुकूलन और तांबे के शोधन के लिए सेल वोल्टेज को अनुकूलित करने की क्षमता प्रभावित होती है।
- अशुद्धियों के सह-जमाव की रोकथाम:घनत्व में स्थिरता, आर्सेनिक, एंटीमनी और बिस्मथ जैसी धातुओं के सह-जमाव को बढ़ावा देने वाले घनत्व में उतार-चढ़ाव को कम करके तांबे के शोधन के दौरान अशुद्धियों के जमाव को रोकने में मदद करती है।
- कैथोड की विशेषताएं:स्थिर घनत्व एकसमान क्रिस्टल निर्माण में सहायक होता है, जिससे कम दोषों वाले चिकने तांबे के कैथोड बनते हैं। विचलन से खुरदरे, गांठदार या पाउडरनुमा जमाव हो सकते हैं, जिससे कैथोड की गुणवत्ता कम हो जाती है और बार-बार सुधारात्मक कार्रवाई की आवश्यकता होती है।
वास्तविक समय अनुकूलन के लिए तरल घनत्व मीटर प्रौद्योगिकी
तरल घनत्व मीटरविशेषकर कंपनशील तत्व प्रकार के उपकरण, आधुनिक तांबा विद्युत शोधन में इलेक्ट्रोलाइट घनत्व की निगरानी के लिए महत्वपूर्ण उपकरण हैं। ये उपकरण कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण की वास्तविक समय में निगरानी और नियंत्रण को सक्षम बनाते हैं, जिससे कैथोड कॉपर की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और प्रक्रिया दक्षता को अनुकूलित करने में सीधे सहायता मिलती है।
संचालन का सिद्धांत और प्रक्रिया एकीकरण
कंपनशील तत्व द्रव घनत्व मीटर एक सेंसर (अक्सर U-आकार की ट्यूब, फोर्क या सिलेंडर) को सीधे कॉपर इलेक्ट्रोलाइट में डुबोकर काम करता है। यह उपकरण सेंसर की अनुनाद आवृत्ति को मापता है, जो इलेक्ट्रोलाइट के घनत्व में वृद्धि के साथ घटती है। इस आवृत्ति को मानक (जैसे विआयनीकृत जल और कॉपर सल्फेट विलयन) के साथ अंशांकन करके घनत्व मान में परिवर्तित किया जाता है, जिससे ग्राम/सेमी³ में सीधा माप प्राप्त होता है।
कॉपर के इलेक्ट्रोरीफाइनिंग प्रोसेस में, ये मीटर इलेक्ट्रोलाइट सर्कुलेशन लूप या प्रोसेस टैंक में आसानी से एकीकृत हो जाते हैं। सेंसर में उपयोग की जाने वाली सामग्री, जैसे टाइटेनियम या हेस्टेलॉय, कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड के आक्रामक मिश्रणों के साथ रासायनिक अनुकूलता सुनिश्चित करती हैं। एकीकृत तापमान सेंसर तापमान के कारण होने वाले घनत्व परिवर्तनों की भरपाई करते हैं, जिससे परिचालन स्थितियों में उतार-चढ़ाव होने पर भी उच्च सटीकता बनी रहती है।
परंपरागत मापन विधियों पर इसके लाभ
कंपन तत्व मीटरयह पुराने घनत्व निगरानी उपकरणों - उदाहरण के लिए, मैनुअल हाइड्रोमीटर और आवधिक गुरुत्वाकर्षण विश्लेषण - को स्वचालित, उच्च-आवृत्ति डिजिटल घनत्व डेटा प्रदान करके पीछे छोड़ देता है।
उन्नत प्रक्रिया स्वचालन और पर्यवेक्षी नियंत्रण:
रियल-टाइम इनलाइन और ऑनलाइन डेटा स्ट्रीम को प्लांट के पीएलसी/एससीएडीए सिस्टम से जोड़ा जा सकता है, जिससे कॉपर सल्फेट या सल्फ्यूरिक एसिड की खुराक में स्वचालित समायोजन संभव हो पाता है और इष्टतम कॉपर इलेक्ट्रोलाइट संरचना के लिए सटीक फीडबैक मिलता है। यह स्वचालन प्रक्रिया मापदंडों को स्थिर करके और ट्रेसबिलिटी के लिए डेटा लॉगिंग का समर्थन करके कैथोड कॉपर गुणवत्ता नियंत्रण को मजबूत करता है।
इलेक्ट्रोलाइट प्रबंधन के लिए उत्कृष्ट परिशुद्धता:
कंपनशील तत्व वाले द्रव घनत्व मीटर सटीकता प्रदान करते हैं।uपीटीo कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड अनुपात को सटीक रूप से समायोजित करने के लिए ±0.001 g/cm³ की सटीकता महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रोलाइट घनत्व में मामूली विचलन से सेल वोल्टेज या ऊर्जा खपत में वृद्धि हो सकती है, करंट दक्षता कम हो सकती है, या कैथोड पर अशुद्धियों का सह-जमाव हो सकता है। ऐसे मीटर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में बार-बार मैन्युअल हस्तक्षेप के बिना सेल वोल्टेज के बेहतर प्रबंधन और समग्र ऊर्जा खपत को कम करने में सहायक होते हैं, जिससे परिचालन लागत और उत्पाद की गुणवत्ता पर सीधा प्रभाव पड़ता है।
पंपिंग ऊर्जा में कमी और सुरक्षा में सुधार:
इनलाइन मॉनिटरिंग से सैंपलिंग की आवश्यकता कम हो जाती है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट का हवा के संपर्क में आना कम हो जाता है, और इस प्रकार संदूषण के जोखिम और ऑफ-लाइन सैंपल ट्रांसफर के लिए आवश्यक पंपिंग ऊर्जा दोनों में कमी आती है।
इनलाइन और ऑनलाइन मॉनिटरिंग के लिए अनुप्रयोग उदाहरण
सामान्य सेटअप में इलेक्ट्रोलाइट पुनर्संचरण लाइन में सीधे स्थापित एक लोन्नमीटर कंपन तत्व घनत्व सेंसर होता है। उदाहरण के लिए, एक बड़े पैमाने के टैंकहाउस में,लंबाईमीटरयह हर कुछ सेकंड में घनत्व की निरंतर रीडिंग प्रदान करता है, जिससे इंजीनियर घनत्व के रुझानों का अवलोकन कर सकते हैं और प्रक्रिया में होने वाले बदलावों पर तेजी से प्रतिक्रिया कर सकते हैं।
एक व्यावहारिक प्रयोग में, 1.2 g/cm³ कॉपर सल्फेट इलेक्ट्रोलाइट पर चलने वाले एक संयंत्र ने इनलाइन घनत्व फीडबैक का उपयोग करके कॉपर आयन सांद्रता पर बेहतर नियंत्रण प्राप्त किया। इस सुधार से कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में वर्तमान दक्षता बढ़ी, ऊर्जा लागत में कमी आई और अशुद्धियों के सह-जमाव की संभावना कम हुई। रासायनिक खुराक प्रणाली वाले संयंत्र इलेक्ट्रोलाइट चालकता को और बेहतर बनाने के लिए घनत्व सेटपॉइंट के आधार पर एसिड या कॉपर की खुराक को स्वचालित कर सकते हैं।
कॉपर सल्फेट इलेक्ट्रोलाइट तैयार करने वाले बैटरी निर्माता गुणवत्ता नियंत्रण के लिए वाइब्रेटिंग एलिमेंट मीटर का भी उपयोग करते हैं; लोन्नमीटर उत्पाद हस्तांतरण से पहले लक्षित घनत्व और सांद्रता प्राप्त करना सुनिश्चित करता है। प्रक्रिया नमूनों के साथ नियमित अंशांकन चुनौतीपूर्ण वातावरण में माप की विश्वसनीयता बनाए रखता है।
कुल मिलाकर, वाइब्रेटिंग एलिमेंट डेंसिटी मीटर तांबे के शोधन कार्यों में इलेक्ट्रोलाइट्स की निगरानी और नियंत्रण के तरीके को मौलिक रूप से बदल देते हैं, जो भरोसेमंद, उच्च-सटीकता वाले, वास्तविक समय के विश्लेषक के रूप में कार्य करते हैं और तांबे के कैथोड उत्पादन श्रृंखला के हर चरण में गुणवत्ता और दक्षता दोनों को बढ़ाते हैं।
प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों पर इलेक्ट्रोलाइट घनत्व नियंत्रण का प्रभाव
उच्च-प्रदर्शन वाले कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग के लिए इलेक्ट्रोलाइट घनत्व का सटीक नियंत्रण अत्यंत महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण में। घनत्व कैथोड कॉपर की गुणवत्ता, ऊर्जा खपत, वर्तमान दक्षता, सेल वोल्टेज और समग्र उत्पादकता को प्रभावित करता है।
कैथोड कॉपर गुणवत्ता आश्वासन के साथ सहसंबंध
इलेक्ट्रोलाइट का घनत्व कॉपर कैथोड की शुद्धता और सतह की गुणवत्ता को सीधे प्रभावित करता है। कॉपर या अम्ल की सांद्रता बढ़ने से घनत्व बढ़ने पर एनोड स्लाइम की गति बदल जाती है, जिससे अशुद्धियों के एक साथ जमा होने का खतरा बढ़ जाता है—विशेष रूप से निकेल, लेड और आर्सेनिक के मामले में। उच्च घनत्व वाले इलेक्ट्रोलाइट अधिक कणों को फंसा सकते हैं, खासकर इलेक्ट्रोड के बीच कम दूरी या उच्च धारा घनत्व की स्थिति में। ये अंतर्निहित अशुद्धियाँ कैथोड की चिकनाई, यांत्रिक मजबूती और बाजार में इसकी स्वीकार्यता को कम करती हैं। बहुआयामी अध्ययनों से पता चलता है कि सघन इलेक्ट्रोलाइट में निकेल की अधिक मात्रा से कैथोड अधिक खुरदरे और कम शुद्ध हो जाते हैं, जिसकी पुष्टि स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा की गई है। थायोयूरिया और जिलेटिन जैसे योजक कभी-कभी सतह की खुरदरापन को कम करते हैं, लेकिन अनुचित मात्रा में उपयोग करने पर, यदि इलेक्ट्रोलाइट के गुणों को सख्ती से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो ये अशुद्धियों के जमाव को बढ़ा सकते हैं।
ऊर्जा खपत में कमी और पंपिंग ऊर्जा बचत पर प्रभाव
घनत्व श्यानता को प्रभावित करता है—उच्च घनत्व मुक्त प्रवाह में बाधा उत्पन्न करते हैं। इस प्रकार, अधिक घनत्व पर इलेक्ट्रोलाइट को पंप करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है; घनत्व को नियंत्रित करने से पंपिंग ऊर्जा में उल्लेखनीय बचत हो सकती है। कम घनत्व वाले विलयन श्यानता के कारण होने वाले खिंचाव को कम करते हैं, जिससे इलेक्ट्रोलाइट का अधिक कुशल परिसंचरण और ऊष्मा निष्कासन संभव होता है, जो तांबे के इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में ऊर्जा खपत को कम करने में प्रत्यक्ष रूप से सहायक होता है। तरल के घनत्व का सटीक मापन न केवल बैच की गुणवत्ता के लिए बल्कि परिचालन लागत नियंत्रण के लिए भी आवश्यक है; लोन्नमीटर जैसे उपकरण तांबे के इलेक्ट्रोलाइट की संरचना की सटीक, इनलाइन घनत्व निगरानी को सक्षम बनाते हैं, जिससे पंपिंग शेड्यूल और ऊर्जा व्यय को अनुकूलित किया जा सकता है।
वर्तमान दक्षता, सेल वोल्टेज अनुकूलन और समग्र उत्पादकता पर प्रभाव
कॉपर और एसिड की सांद्रता का संतुलन (जो इलेक्ट्रोलाइट घनत्व में परिलक्षित होता है) आयनों की गतिशीलता को नियंत्रित करता है, जिससे कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में वर्तमान दक्षता प्रभावित होती है। अत्यधिक घनत्व से आयनों का परिवहन धीमा हो जाता है, जिससे सेल वोल्टेज बढ़ जाता है और दक्षता कम हो जाती है। आदर्श घनत्व स्तर पर, कॉपर आयन कुशलतापूर्वक कैथोड की ओर स्थानांतरित होते हैं, जिससे अनावश्यक दुष्प्रभाव कम होते हैं और सेल वोल्टेज स्थिर रहता है। कॉपर रिफाइनिंग में सेल वोल्टेज को अनुकूलित करना आवश्यक है—बहुत अधिक वोल्टेज से ऊर्जा लागत और अशुद्धियों का सह-जमाव बढ़ जाता है, जबकि बहुत कम वोल्टेज उत्पादन दर को बाधित करता है।इलेक्ट्रोलाइट घनत्व नियंत्रणयह प्रक्रिया इष्टतम चार्ज ट्रांसफर और कैथोड निर्माण दरों को बनाए रखकर उत्पादकता को अधिकतम करते हुए इन परिणामों को और भी बेहतर बनाती है। गणितीय मॉडल इलेक्ट्रोलाइट घनत्व, वर्तमान दक्षता और सेल वोल्टेज के बीच सीधा संबंध स्थापित करते हैं।
इष्टतम इलेक्ट्रोलाइट चालकता बनाए रखने और अशुद्धियों के सह-जमाव को कम करने में भूमिका
कॉपर इलेक्ट्रोलाइट की चालकता का अनुकूलन लक्षित घनत्व और कॉपर सल्फेट की मात्रा बनाए रखने पर निर्भर करता है। यदि विलेय की मात्रा बढ़ने या तापमान में बदलाव के कारण घनत्व बढ़ता है, तो चालकता कम हो जाती है, जिससे सेल वोल्टेज और बढ़ जाता है और उत्पाद की गुणवत्ता खतरे में पड़ जाती है। उच्च घनत्व वाले इलेक्ट्रोलाइट्स अशुद्धियों के सह-जमाव की संभावना को भी बढ़ाते हैं—ठोस कण और घुले हुए पदार्थ (निकल, सीसा) कैथोड की सतह पर स्थिर या अपचयित होने की अधिक संभावना रखते हैं, विशेष रूप से अनुचित योजक व्यवस्था या खराब प्रवाह स्थितियों में। कॉपर शोधन में अशुद्धियों के जमाव को रोकने के लिए कठोर घनत्व और संरचना नियंत्रण, कॉपर शोधन में तरल घनत्व का सटीक मापन और कॉपर सल्फेट और अम्ल अनुपात का सतर्कतापूर्वक समायोजन आवश्यक है। यह एकीकृत दृष्टिकोण अशुद्धियों के प्रवेश के मार्गों (कणों का फंसना, इलेक्ट्रोलाइट का समावेश और सह-इलेक्ट्रोडिपोजिशन) को कम करता है और कॉपर कैथोड की गुणवत्ता नियंत्रण के कड़े उद्देश्यों का समर्थन करता है।
लोनमीटर जैसे आधुनिक तरल घनत्व मीटरों का उपयोग करके लक्षित सीमाओं के भीतर घनत्व का सावधानीपूर्वक प्रबंधन इलेक्ट्रोलाइट की स्वच्छता को मजबूत करता है, ऊर्जा लागत को कम करता है, उत्पादकता बढ़ाता है और उच्च-शुद्धता वाले तांबे के उत्पादन का समर्थन करता है, जो तांबे के इलेक्ट्रोरीफाइनिंग के सभी प्रमुख प्रदर्शन संकेतकों में इसकी मूलभूत भूमिका को रेखांकित करता है।
तांबे का शोधन - इलेक्ट्रोप्लेटिंग सतह उपचार
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वास्तविक समय समायोजन के लिए घनत्व माप का एकीकरण
घनत्व मापन का वास्तविक महत्व प्रक्रिया नियंत्रण वर्कफ़्लो में इसके सहज एकीकरण में निहित है। SCADA के साथ एकीकृत होने पर, लोन्नमीटर जैसे उपकरणों से प्राप्त लाइव घनत्व रीडिंग सीधे महत्वपूर्ण नियंत्रण लूपों को सूचित करती हैं:
- सेल वोल्टेज अनुकूलन: मापी गई इलेक्ट्रोलाइट घनत्व के आधार पर वास्तविक समय में करंट और वोल्टेज मापदंडों को समायोजित करने से ओवरपोटेंशियल नुकसान से बचा जा सकता है और अनावश्यक ऊर्जा उपयोग को कम किया जा सकता है।
- वर्तमान दक्षता नियंत्रण: लक्षित घनत्व को बनाए रखने से कैथोड पर इष्टतम आयन सांद्रता को बनाए रखकर, धातु निक्षेपण को अधिकतम करके और परजीवी प्रतिक्रियाओं को न्यूनतम करके उच्च वर्तमान दक्षता सुनिश्चित होती है।
- इलेक्ट्रोलाइट चालकता अनुकूलन: उचित घनत्व नियंत्रण यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोलाइट उच्च चालक बना रहे, जिससे इलेक्ट्रोरीफाइनिंग सेल में कुशल और एकसमान धातु निक्षेपण में सहायता मिलती है।
- अशुद्धियों के सह-जमाव की रोकथाम: इलेक्ट्रोलाइट की विशेषताओं को स्थिर करके, वास्तविक समय का घनत्व डेटा तांबे के चयनात्मक जमाव के लिए अनुकूल परिस्थितियों को बनाए रखने में मदद करता है, जिससे निकल या लोहे जैसी अशुद्धियों के सह-जमाव का जोखिम कम हो जाता है।
विश्वसनीयता, समस्या निवारण और निरंतरता के लिए लाभ
एक सशक्त SCADA प्लेटफॉर्म में रीयल-टाइम इंस्ट्रूमेंटेशन को एकीकृत करने से परिचालन विश्वसनीयता बढ़ती है। ऑपरेटरों को प्रमुख प्रक्रिया संकेतकों की चौबीसों घंटे जानकारी मिलती है, जिससे कॉपर इलेक्ट्रोलाइट संरचना में किसी भी विचलन का पता लगाने और उस पर प्रतिक्रिया करने में तेजी आती है।
यह दृष्टिकोण निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:
- बेहतर समस्या निवारण: तत्काल डेटा तक पहुंच और ऐतिहासिक रुझान लॉग उत्पाद की गुणवत्ता में गिरावट आने या सेल वोल्टेज में अप्रत्याशित वृद्धि होने पर मूल कारण विश्लेषण में सहायता करते हैं।
- परिचालन विश्वसनीयता: मॉडल-आधारित नियंत्रण प्रक्रिया संबंधी गड़बड़ियों को कम करता है, डाउनटाइम को न्यूनतम करता है और अशुद्धियों से भरे कैथोड उत्पादन जैसी महंगी घटनाओं को रोकता है।
- बैच की एकरूपता: घनत्व और तापमान जैसे मापदंडों का स्वचालित नियंत्रण यह सुनिश्चित करता है कि तांबे का जमाव एक बैच से दूसरे बैच में या निरंतर प्रक्रियाओं के दौरान एक समान हो।
- ऊर्जा की खपत में कमी: सेल वोल्टेज को अनुकूलित करने और अनावश्यक इलेक्ट्रोलाइट हीटिंग को कम करने से परिचालन लागत सीधे कम हो जाती है।
- बेहतर वर्तमान दक्षता: इष्टतम इलेक्ट्रोलाइट स्थितियों को बनाए रखने से, अधिक विद्युत इनपुट से दुष्प्रभाव के बजाय शुद्ध तांबे की पुनर्प्राप्ति होती है।
- पंपिंग में ऊर्जा की बचत: इलेक्ट्रोलाइट घनत्व की निगरानी से कुशल पंप नियंत्रण में मदद मिलती है, जिससे अत्यधिक परिसंचरण या कैविटेशन से बचा जा सकता है और उपकरण का जीवनकाल बढ़ाया जा सकता है।
ये लाभ मिलकर तांबे के कैथोड की गुणवत्ता पर प्रभावी नियंत्रण में सहायता करते हैं और आधुनिक इलेक्ट्रोरीफाइनिंग कार्यों में समग्र उत्पादकता और पर्यावरणीय अनुपालन सुनिश्चित करते हैं।
तांबे के विद्युत शोधन में तरल घनत्व मीटरों को लागू करने के लिए सर्वोत्तम पद्धतियाँ
उच्च सांद्रता वाले अम्लीय मिश्रणों के लिए स्थापना और अंशांकन दिशानिर्देश
कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग के लिए उपयुक्त लिक्विड डेंसिटी मीटर का चयन उसकी सामग्री से शुरू होता है। गीले होने वाले हिस्से सल्फ्यूरिक एसिड और कॉपर सल्फेट की उच्च सांद्रता का प्रतिरोध करने में सक्षम होने चाहिए। PTFE, PFA, PVDF और कांच पसंदीदा सामग्रियां हैं, जो आक्रामक इलेक्ट्रोलाइट वातावरण में विश्वसनीय संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती हैं। धातुओं का उपयोग तभी करना चाहिए जब आवश्यक हो; यदि धात्विक भागों का उपयोग अनिवार्य हो, तो केवल हैस्टेलॉय C-276 या टाइटेनियम जैसी उच्च मिश्रधातु श्रेणियों का ही उपयोग करें।
इसे ऐसी जगह पर स्थापित किया जाना चाहिए जो तांबे के इलेक्ट्रोलाइट की समग्र संरचना को दर्शाती हो। प्रवाह अवरोध क्षेत्रों या उन स्थानों से बचें जहां इलेक्ट्रोलाइट परतदार हो जाता है। मुख्य परिसंचरण या पुनर्संचरण लाइनें आदर्श हैं, जो तांबे के सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड के एकसमान मिश्रण और स्थिर घनत्व रीडिंग सुनिश्चित करती हैं। एक बाईपास लूप आपको अंशांकन या रखरखाव के दौरान मीटर को अलग करने की सुविधा देता है, जिससे परिचालन स्थितियां स्थिर रहती हैं और प्रक्रिया में लगने वाला समय कम हो जाता है।
तापमान में बदलाव से सल्फ्यूरिक एसिड का घनत्व और परिणामस्वरूप कॉपर इलेक्ट्रोलाइट की संरचना बदल जाती है। डेंसिटी मीटर के साथ एक तापमान सेंसर लगाएं और अपने उपकरण में तापमान क्षतिपूर्ति सक्षम करें। ऐसे कैलिब्रेशन सैंपल का उपयोग करें जो आपके संयंत्र में कॉपर और एसिड की वास्तविक सांद्रता को दर्शाते हों। इससे यह सुनिश्चित होता है कि इलेक्ट्रोलाइट के लिए आपका लिक्विड डेंसिटी मीटर कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में कैथोड कॉपर की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और वर्तमान दक्षता को अनुकूलित करने के लिए सटीक और उपयोगी डेटा प्रदान करता है।
घनत्व मीटर से प्रवाह को मध्यम और स्थिर स्तर पर नियंत्रित करें। उच्च अशांति से माप में गड़बड़ी और यांत्रिक घिसाव होता है, जबकि कम प्रवाह से बुलबुले फंस सकते हैं, जिससे रीडिंग गलत हो सकती हैं। सभी तारों को ग्राउंड करें और उपकरण को विद्युत रूप से पृथक करें। इलेक्ट्रोलाइट की उच्च चालकता के कारण आवारा धाराएं उत्पन्न होने का खतरा रहता है, जिससे सेल वोल्टेज अनुकूलन और कॉपर कैथोड गुणवत्ता नियंत्रण प्रभावित हो सकता है।
सुरक्षा प्रोटोकॉल और आक्रामक इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अनुकूलता
जहां भी कर्मियों के कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण के संपर्क में आने की संभावना हो, वहां घनत्व मीटर के चारों ओर छींटे से बचाव के उपकरण और द्वितीयक रोकथाम स्थापित करें। सभी मीटर इंस्टॉलेशन के पास चेतावनी संकेत और पहुंच प्रतिबंध लगाएं। सुनिश्चित करें कि फिटिंग, सील और जंक्शन आक्रामक इलेक्ट्रोलाइट्स के अनुकूल हों, और उच्च अम्लीय और ऑक्सीकरण स्थितियों के लिए अनुपयुक्त इलास्टोमर और प्लास्टिक का उपयोग करने से बचें।
विद्युत पृथक्करण और सुदृढ़ ग्राउंडिंग अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। तांबे के विद्युत शोधन में आवारा धाराओं का खतरा बढ़ जाता है, जिससे सेंसर की सटीकता और व्यक्तिगत सुरक्षा को खतरा होता है। खतरनाक दोषों को रोकने के लिए अवरोधक और पृथक्करण घटकों का नियमित रूप से निरीक्षण करें।
मौजूदा संयंत्र संचालन में सहज एकीकरण के लिए अनुशंसाएँ
अपने संयंत्र की मौजूदा नियंत्रण प्रणाली में घनत्व मीटर को एकीकृत करें, जिससे वास्तविक समय में तांबे के इलेक्ट्रोलाइट की संरचना की निगरानी के लिए डिजिटल आउटपुट का उपयोग किया जा सके। केंद्रीकृत डेटा के लिए मीटर को मुख्य पाइपलाइनों या पुनर्संचरण लूप में लगाएं। अंशांकन या रखरखाव की आवश्यकता होने पर त्वरित अलगाव के लिए बाईपास इंस्टॉलेशन का उपयोग करें, जिससे सेल संचालन में रुकावट न आए और तांबे के इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में वर्तमान दक्षता बनी रहे।
फ्लो मॉडलिंग का उपयोग करके घनत्व मीटर की स्थिति को सत्यापित करने के लिए प्रोसेस इंजीनियरों के साथ समन्वय करें; सीएफडी अध्ययन स्तरीकरण और मिश्रण क्षेत्रों को सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं। मीटर के आउटपुट का उपयोग सेल वोल्टेज और इलेक्ट्रोलाइट चालकता के स्वचालित समायोजन के लिए करें, जिससे ऊर्जा खपत अनुकूलित हो और तांबे के शोधन के दौरान अशुद्धियों के सह-जमाव को रोका जा सके।
नियमित सेंसर अंशांकन के लिए प्रोटोकॉल स्थापित करें, संयंत्र के कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण से मेल खाने वाले संदर्भ नमूनों का उपयोग करें। रखरखाव अनुसूची और त्वरित पहुंच डिजाइन सफाई या सर्विसिंग के बाद त्वरित पुनर्स्थापना की अनुमति देते हैं, जिससे उत्पादकता हानि कम होती है और इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में पंपिंग ऊर्जा की बचत होती है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों
तांबे के विद्युत शोधन में तरल घनत्व मीटर की क्या भूमिका है?
लोन्नमीटर जैसे तरल घनत्व मीटर, कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग सेल में कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण की निरंतर, वास्तविक समय की निगरानी प्रदान करते हैं। इससे ऑपरेटर इलेक्ट्रोलाइट के घनत्व का आकलन कर सकते हैं, जो कॉपर और सल्फ्यूरिक एसिड की सांद्रता का प्रत्यक्ष संकेतक है—ये दोनों ही प्रभावी कॉपर कैथोड गुणवत्ता नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। निरंतर घनत्व डेटा प्रक्रिया नियंत्रण प्रणालियों के साथ एकीकृत होता है, जिससे तापमान, फीड दर और एसिड सांद्रता में सटीक, स्वचालित समायोजन संभव हो पाता है, और मैन्युअल नमूनाकरण पर निर्भरता काफी कम हो जाती है। यह दृष्टिकोण कॉपर इलेक्ट्रोलाइट संरचना में स्थिरता बढ़ाता है, जिससे कैथोड कॉपर की गुणवत्ता को अधिकतम करने और परिचालन परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए लक्षित स्थितियों का समर्थन मिलता है।
इलेक्ट्रोलाइट का घनत्व कैथोड कॉपर की गुणवत्ता सुनिश्चित करने को कैसे प्रभावित करता है?
इलेक्ट्रोलाइट का घनत्व विलयन में तांबे और सल्फ्यूरिक अम्ल के संतुलन को दर्शाता है। घनत्व में विचलन सांद्रता में परिवर्तन का संकेत देता है, जिसे यदि ठीक न किया जाए तो कैथोड पर निकेल, टिन या एंटीमनी जैसी अशुद्धियों का अवांछित सह-जमाव हो सकता है। लक्षित घनत्व सीमा को बनाए रखने से अशुद्धियों का सह-जमाव रोका जा सकता है, जिससे कैथोड तांबे की गुणवत्ता सुनिश्चित होती है और अंतिम तांबे का उत्पाद शुद्धता की सख्त आवश्यकताओं को पूरा करता है। उन्नत घनत्व नियंत्रण इलेक्ट्रोलाइट समावेशन से संबंधित समस्याओं के निदान में भी सहायता करता है, जिससे तांबे के कैथोड की गुणवत्ता नियंत्रण प्रयासों को और मजबूती मिलती है।
क्या घनत्व का सटीक मापन ऊर्जा खपत को कम करने में सहायक हो सकता है?
जी हाँ। घनत्व का सटीक मापन कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड मिश्रण पर बेहतर नियंत्रण सक्षम बनाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट चालकता को सीधे प्रभावित करता है। चूंकि चालकता कॉपर जमाव को संचालित करने के लिए आवश्यक सेल वोल्टेज निर्धारित करती है, इसलिए वास्तविक समय मापन के माध्यम से इष्टतम घनत्व बनाए रखना न्यूनतम ऊर्जा हानि सुनिश्चित करता है—जो सेल वोल्टेज अनुकूलन और कॉपर इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में ऊर्जा खपत को कम करने दोनों में सहायक होता है। उचित घनत्व प्रबंधन अनावश्यक पंपिंग और मिश्रण को भी कम करता है, जिससे ऊर्जा की मांग और परिचालन लागत में और कमी आती है।
तांबे के विद्युत शोधन में वर्तमान दक्षता इलेक्ट्रोलाइट घनत्व पर क्यों निर्भर करती है?
करंट एफिशिएंसी, आपूर्ति की गई विद्युत धारा के उस अंश को मापती है जिसका उपयोग शुद्ध तांबा जमा करने में किया जाता है। इष्टतम घनत्व यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोलाइट तांबे के आयनों और अम्ल का सही संतुलन प्रदान करे, जो कुशल आयन परिवहन के लिए आवश्यक है। यदि घनत्व अनुशंसित सीमा से बाहर हो जाता है, तो अवांछित दुष्प्रभाव (जैसे हाइड्रोजन या ऑक्सीजन का उत्सर्जन) हो सकते हैं, जिससे धारा तांबे के जमाव से हटकर दूसरी दिशा में चली जाती है और करंट एफिशिएंसी कम हो जाती है। घनत्व को निर्धारित सीमा के भीतर रखना, तांबा शोधन में करंट एफिशिएंसी को बेहतर बनाने की एक मूलभूत रणनीति है।
तरल के घनत्व का मापन पंपिंग में ऊर्जा बचाने में कैसे योगदान देता है?
इलेक्ट्रोलाइट का संचलन और प्रवाह दर विलयन की श्यानता और घनत्व के अनुरूप होना चाहिए ताकि धारा का एकसमान वितरण और तांबे का निक्षेपण सुनिश्चित हो सके। वास्तविक समय में तरल घनत्व मापन से इलेक्ट्रोलाइट के गुणों में होने वाले परिवर्तनों की सटीक जानकारी मिलती है, जिससे पंप की गति और मिश्रण प्रणालियों का स्वचालित समायोजन संभव हो पाता है। सही घनत्व बनाए रखने से संयंत्रों में अत्यधिक पंपिंग से बचा जा सकता है, जिससे इलेक्ट्रोरीफाइनिंग में पंपिंग ऊर्जा की बचत होती है और यांत्रिक घिसावट कम होने से उपकरणों का जीवनकाल बढ़ता है। इससे इलेक्ट्रोलाइट स्नान में स्थिर क्षेत्रों के कारण स्थानीय अशुद्धियों और तांबे की असमान वृद्धि की संभावना भी कम हो जाती है।
पोस्ट करने का समय: 05 दिसंबर 2025
