ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรม

Posted: March 5, 2012 in Uncategorized

ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรม

 

10.1 อุตสาหกรรมแร่
แร่ คือ ธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยกระบวนการทางธรณีวิทยาภายในโลกและที่ผิวโลก  มีองค์ประกอบเป็นช่วง  มีโครงสร้างและองค์ประกอบเฉพาะตัว  ส่วนสินแร่ คือ กลุ่มของแร่ต่าง ๆ ที่มีปริมาณมากพอในเชิงเศรษฐกิจ  ซึ่งสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการหลอมเหลวหรือถลุง เพื่อให้ได้โลหะ  แร่หลักชนิดต่าง ๆ จำแนกตามองค์ประกอบทางเคมี ได้ดังตาราง 10.1

ตาราง 10.1  แร่หลักชนิดต่าง ๆ

ชนิด

แร่

โลหะเดี่ยว
คาร์บอเนต

เฮไลด์
ออกไซด์

 

ฟอสเฟต
ซิลิเกต

ซัลไฟด์

ซัลเฟต

เงิน  ทองคำ    บิสมัท  ทองแดง  แพลทินัม  แพลเลเดียม
CaCO3 ( แคลไซต์ หินปูน)  MgCO3 (แมกนีไซต์) CaMg(CO3)2 (โดโลไมต์) PbCO3 (เซอรัสไซต์) ZnCO3 (สมิทโซไนต์)
CaF2 (ฟลูออไรต์)  NaCl (เฮไลต์)  KCl (ซิลไวต์)  Na3AlF6 (ไครโอไลต์)
Al2O3.2H2O (บอกไซต์)  Al2O3 (คอรันดัม)  Fe2O3 (ฮีมาไทต์)  Fe3O4 (แมกนีไทต์)  Cu2O (คิวไพรต์)  MnO2 (ไพโรลูไลต์)  SnO2 (แคสซิเทอไรต์)  ZnO (ซิงไคต์)
Ca3(PO4)2 (หินฟอสเฟต)  Ca5(PO4)3OH (ไฮดรอกซีแอพาไทต์)
Be3Al2(Si6O18) (เบริล)  ZrSiO4 (เซอร์คอน)  NaAlSiO3 (แอลไบต์)3MgO.4SiO2.H2O (ทัลก์)
Ag2S (อาร์เจนไทต์)  CdS (กรนอกไคต์)  Cu2S (คาลโคไซต์)  Fe2S (ไพไรต์)  HgS (ซินนาบาร์)  PbS (กาลีนา)  ZnS (สฟาสเลอไรต์)
BaSO4 (แบไรต์)  CaSO4 (แอนไฮไดรต์)  PbSO4  (แองกลีไซต์)  SrSO4 (เซเลสไทต์)  MgSO4.7H2O (เอปโซไมต์)

นอกจากนี้อาจจำแนกแร่ตามโยชน์ทางเศรษฐกิจได้ดังนี้
แร่ประกอบหิน  หมายถึง แร่ที่เป็นส่วนประกอบของหิน เช่น หินแกรนิตประกอบด้วยแร่ควอตซ์ แร่เฟลด์สปาร์และแร่ไมกา  หินปูนประกอบด้วยแร่แคลไซต์ซึ่งจะกระจายแทรกตัวอยู่ในเนื้อหินและแยกออกมาใช้ประโยชน์ได้ยาก  จึงต้องนำหินเหล่านั้นมาใช้โดยตรง เช่น นำมาใช้ในกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมก่อสร้าง  นำหินแกรนิตหรือหินอ่อนในรูปของแผ่นหินมาใช้สำหรับปูพื้นหรือการก่อสร้าง

ตาราง 10.2 ตัวอย่างกลุ่มแร่เศรษฐกิจ

กลุ่มแร่

ตัวอย่างแร่

แร่โลหะพื้นฐาน
แร่หนักและแร่หายาก

แร่โลหะมีค่า
แร่ในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า
แร่วัตถุดิบในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์
แร่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง
แร่รัตนชาติ
แร่ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง

แร่ทองแดง  ตะกั่ว  สังกะสี  พลวง  ดีบุก  ทังสเตน
แร่เทนทาไลต์โคลัมไบต์  เซอร์คอน  อิลเมไนต์  โมนาไซต์
ทองคำ  ทองคำขาว  เงิน
แร่เหล็ก  แมงกานีส  นิกเกิล  โครไมต์  โมลิบไนต์
ยิปซัม  หินปูน  หินดินดาน  ดินมาร์ลหรือดินสอพอง
หินอ่อน  หินแกรนิต  หินทราย  หินกาบหรือหินชนวน
เพชร  คอรันดัม  มรกต    บุษราคัม  โกเมน
ถ่านหิน  หินน้ำมัน  น้ำมันดิบ  แก๊สธรรมชาติ

แร่เศรษฐกิจ  หมายถึง แร่ที่มีค่าทางเศรษฐกิจและมีปริมาณมากพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรม โดยอาจแบ่งเป็นกลุ่มได้ตามตาราง  หรืออาจแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ แร่โลหะและแร่อโลหะ  ตัวอย่างแร่เศรษฐกิจที่สำคัญของไทย เช่น หินปูน ยิปซัม สังกะสี เหล็ก ดีบุก ตะกั่ว หินอ่อน ทรายแก้ว เฟลด์มปาร์ ดินขาว ฟลูออไรต์ โพแทซและรัตนชาติ  รวมทั้งแร่อโลหะที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง เช่น ถ่านหิน หินน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ โดยประเทศไทยผลิตแร่ได้มากกว่า 40ชนิดทั้งการผลิตเพื่อส่งออกและเพื่อรองรับอุตสาหกรรมภายในประเทศ

10.1.1 ทองแดง
แร่ทองแดงพบที่ จ.เลย หนองคาย ขอนแก่น นครราชสีมา ตาก อุตรดิตถ์ แพร่ น่าน ลำปาง ลำพูน เพชรบูรณ์ ลพบุรี ฉะเชิงเทรา และกาญจนบุรี แต่ยังไม่มีการผลิต   แร่ทองแดงส่วนใหญ่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบปริมาณไม่มาก  แร่ทองแดงที่สำคัญคือ แร่คาลโคโพไรต์ ( CuFeS2 )

       

   

 

การถลุงทองแดงจากแร่นี้ ขั้นแรกคือ แยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปน อาจใช้วิธีการลอยตัว เป็นต้น จากนั้นนำแร่มาเผาในอากาศ หรือที่เรียกว่า การย่างแร่   ไอร์ออน (II) ซัลไฟต์บางส่วนจะถูกออกซิไดส์ เป็นไอร์ออน (II) ออกไซด์ ดังสมการ

2CuFeS2(s)   +   3O2(g)  —›     2CuS(s)   +   2FeO(s)    +   2SO2(g)

แล้วนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปเผารวมกับออกไซด์ของซิลิกอนมนเตาถลุงอุณหภูมิประมาณ 1100  oC  เพื่อกำจัดไอร์ออน (II) ออกไซด์ออก  ดังสมการ

FeO(s)   +   SiO2(s)       —›  FeSiO3(l)

ส่วนคอปเปอร์ ( II) ซัลไฟด์  เมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูงจะสลายตัวได้เป็นคอปเปอร์ ( I) ซัลไฟด์  ในสถานะของเหลวซึ่งสามารถแยกออกได้  และในขั้นสุดท้ายเมื่อแยกคอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ในอากาศ บางส่วนจะเปลี่ยนเป็นคอปเปอร์ (I) ออกไซด์

และคอปเปอร์ (I) ออกไซด์กับคอปเปอร์ ( I)ซัลไฟด์จะทำปฏิกิริยากันโดยมีซัลไฟด์ไออนเป็นตัวรีดิวซ์

แต่ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ก่อน โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า

ทองแดงเป็นโลหะที่มีความสำคัญและใช้มากในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์  อุปกรณ์ตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศ  อุปกรณ์เกี่ยวกับรถยนต์  อาวุธ เปรียญกษาปณ์ ฯลฯ  และยังเป็นส่วนปรกอบสำคัญในโลหะผสมหลายชนิด เช่น  ทองเหลือง บรอนซ์  โลหะผสมทองแดงนิกเกิลใช้ทำท่อในระบบกลั่น อุปกรณ์ภายในเรือเดินทะเล  โลหะผสมทองแดง นิกเกิล และสังกะสี ( เรียกว่าเงินนิกเกิลหรือเงินเยอรมัน ) ใช้ทำเครื่องใช้ เช่น ส้อม มีด เครื่องมือแพทย์   นอกจากนี้  แร่ทองแดงที่มีลวดลายสวยงาม เช่น มาลาไคต์ อะซูไรต์ และคริโซคอลลา สามารถนำมาทำเครื่องประดับได้อีกด้วย

10.1.2  สังกะสีและแคดเมียม

  • แร่สังกะสีที่พบมากที่สุดคือ แร่สฟาเลอไรด์( ZnS ) เมื่อนำมาถลุงแล้วจะอยู่ในรูปของของเหลวไม่บริสุทธิ์ ในประเทศไทยพบแร่สังกะสีในหลายจังหวัด เช่น ลำปาง แพร่ แต่สำหรับที่ตากเป็นแร่สังกะสีชนิดซิลิเกต คาร์บอเนตและออกไซด์ ซึ่งจะมีลำดับวิธีการถลุงแร่แตกต่างกันออกไป

ปัจจุบันมีการใช้โลหะสังกะสีอย่างกว้างขวาง โดยใช้เป็นสารเคลือบเหล็กกล้า ใช้ผสมกับทองแดงเกิดเป็นทองเหลืองเพื่อใช้ขึ้นรูปหรือหล่อมผลิตภัณฑ์ต่างๆ นอกจากนี้สารประกอบออกไซด์ของสังกะสียังนำมาใช้ในอุตสาหกรรมยาง สี เซรามิกส์ ยา เครื่องสำอาง และอาหารสัตว์

  • โลหะแคดเมียมใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมการผลิตเซลล์นิกเกิล-แคดเมียม ทำสีในอุตสาหกรรมพลาสติก เซรามิกส์ ทำโลหะผสม และใช้โลหะแคดเมียมเคลือบเหล็กกล้า ทองแดง และโลหะอื่นๆเพื่อป้องกันการผุกร่อน

10.1.3 ดีบุก
แร่ดีบุกที่พบส่วนใหญ่ พบในรูปของ แร่แคสซิเทอร์ไรต์ (SnO2)

 

การถลุงแร่ดีบุก

  • นำแร่ดีบุกผสมกับถ่านโค้กและหินปูน อัตราส่วน 20 : 4 : 5 โดยมวล
  • นำใส่เตาถลุงที่มีไฟฟ้าหรือน้ำมันเตาให้ความร้อน
  • เกิดปฏิกริยาดังนี้

3.1    แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้น สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้    สำหรับแร่ดีบุกบางชนิดที่มีสารประกอบ SiO ปนอยู่ ต้องจำกัดออก

โดยปฏิกริยา๖อไปนี้ที่สุดท้ายแล้วได้ผลิตภัณฑ์เป็นแคลเซียมซิลิเกต

  • ดีบุกที่ผ่านการถลุงแล้วต้องมีการนำไปทำให้บริสุทธิ์อีกทีก่อน

กากโลหะที่เป็นตะกรันที่มีดีบุกปนอยู่ ต้องมีการนำไปถลุงเอาดีบุกออกอีกครั้ง

คุณสมบัติของดีบุก

  • ทนต่อการกัดกร่อน
  • ไม่เป็นสนิม
  • ไม่เป็นพิษต่อร่างกาย
  • ผสมเป็นเนื้อเดียวกับโลหะอื่นได้ดี

ประโยชน์ของดีบุก

  • ใช้เคลือบโลหะ ทำภาชนะบรรจุอาหาร
  • ทำโลหะผสม เช่น

ดีบุก ผสม ทองแดง เป็น ทองสัมฤทธิ์/ทองบรอนซ์
ดีบุก ผสม ทองแดงและพลวง เป็น โลหะพิวเตอร์
ดีบุก ผสม ตะกั่ว เป็น ตะกั่วบัดกรี

 

10.1.4 ทังสเตน
ทังสเตนส่วนใหญ่พบร่วมกับแร่ดีบุก สินแร่ของโลหะทังสเตนที่พบในประเทศมี 2 ชนิด คือ วุลแฟรไมต์ (Fe,Mn)WO4 และซีไลต์ CaWO4
ทังสเตนเป็นโลหะสีเทาเงิน มีจุดหลอมเหลวและความหนาแน่นสูง เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี มีสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวต่ำ เมื่อผสมกับคาร์บอนจะมีความแข็งมาก โลหะทังสเตนใช้ทำไส้และขั้วหลอดไฟฟ้า ชิ้นส่วนบริเวณผิวสัมผัสของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ทำฉากป้องกันความร้อนและรังสีในอุปกรณ์ต่างๆ  ผสมกับเหล็กจะได้เหล็กกล้าที่มีความแข็งมาก สำหรับใช้ทำเกราะในยานพาหนะ อาวุธสงคราม ทำมีด มีดโกน ตะไบ ใบเลื่อย ผสมกับคาร์บอน นิกเกิลและโคบอลต์จะมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ จึงใช้ทำวัตถุสำหรับตัดเหล็กกล้า สารประกอบเรืองแสงของทังสเตนนำมาใช้เป็นสีเขียวและสีเหลืองในการย้อมไหม ตกแต่งแก้วและเครื่องปั้นดินเผา

            แร่วุลแฟรไมต์ (Fe,Mn)WO4

            แร่ซีไลต์ CaWO4

 

10.1.5 แร่พลวง(antimony ore)
หนังสือธรณีวิทยาประเทศไทย (กรมทรัพยากรธรณี,2544) กล่าวว่า แร่พลวงส่วนใหญ่ที่พบเป็นแร่พลวงซัลไฟด์ คือ แร่สติบไนต์ (stibnite สูตรเคมี Sb2S3) หรือที่เรียกว่า “พลวงเงิน” และแร่พลวงไฮดรอกไซด์ คือแร่สติบิโคไนต์ (stibiconite สูตรเคมี Sb2O4H2O) หรือที่เรียกว่า “พลวงทอง”
แร่พลวงเงิน รูปผลึกระบบออโทรอมบิก (orthorhombic system) มักพบเป็นแท่งเรียวคล้ายเข็ม เกาะรวมกันเป็นกระจุกโดยมีปลายข้างหนึ่งอยู่รวมกัน คล้ายรัศมีดาว หรือเป็นแผ่นแบบใบมีดซ้อนกัน หรืออาจจะอยู่ในลักษณะเกาะกันเป็นก้อนก็ได้ สีภายนอกและสีผงละเอียดเป็นสีเดียวกัน คือ สีเทาตะกั่วถึงสีดำ ทึบแสง วาวแบบโลหะ ความแข็ง 2.0 ส่วนแร่พลวงทองเป็นแร่ที่แปรสภาพมาจากพลวงเงิน มักพบในลักษณะที่แร่ผ่านการผุมาแล้ว มีสีออกไปทางสีอ่อน น้ำตาลอ่อน หรือขาวคล้ำ ลักษณะคล้ายหินผุ แต่ยังคงมีรูปร่างของแร่เดิม
การกำเนิด
แร่พลวงเกิดได้ทั้งในหินชั้น หินแปร หรือหินอัคนี โดยแหล่งแร่มีอยู่ใน 2 แบบ คือ
แบบสายแร่และแบบกระเปาะแร่ (cavity filling type) เนื่องจากน้ำแร่พลวงมีอุณหภูมิการตกผลึกค่อนข้างต่ำ จะไหลแยกออกไปจากหินอัคนี ซึ่งเป็นหินต้อนกำเนิด แทรกตามรอยหรือโพรง หรือเขตที่มีการชะล้างได้ง่าย (weak zone) ในหินต่างๆ ที่สัมผัสหรืออยู่ใกล้เคียงกับหินอัคนี น้ำแร่พลวงจะตกผลึกเป็นแร่พลวงเงินตามรอยแตกหรือโพรงหินนั้น และเมื่อแร่พลวงเงินนี้ผุก็จะเกิดเป็นแร่พลวงทอง แหล่งแร่ส่วนใหญ่ของประเทศไทยและของโลกจะมีการกำเนิดแบบกระเปาะแร่
ลานแร่พัด เกิดจากการผุพังของสายแร่หรือกระเปาะแร่ แร่ถูกพัดไปสะสมตัวในที่ราบที่อยู่ไม่ไกลจากแหล่งต้นกำเนิดเดิมมากนัก แร่ที่พบมีทั้งพลวงเงินและพลวงทอง

ประโยชน์
สินแร่พลวงถลุงได้โลหะพลวง ใช้ในการทำโลหะผสม โดยผสมกับโลหะตะกั่วทำแผ่นกริด แบตเตอรี่ ผสมตะกั่วและดีบุกในการทำตะกั่วตัวพิมพ์และโลหะบัดกรีบางชนิด ใช้เป็นส่วนประกอบของกระสุนปืน ใช้ในอุตสาหกรรมไม้ขีดไฟ ยาง ผ้าทนไฟ และในอุตสาหกรรมเครื่องเคลือบ นอกจากนี้ยังใช้ในการหุ้มสายโทรศัพท์ สายไฟขนาดใหญ่ ทำหมึกโรเนียว อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ หลอดยาสีฟัน สี และ ยารักษาโรค

แหล่งแร่พลวงของประเทศไทย
แร่พลวงเป็นแร่เศรษฐกิจที่สำคัญชนิดหนึ่งของประเทศไทยที่เริ่มมีการผลิตตั้งแต่ พ.ศ. 2486 เป็นต้นมา โดยเริ่มมีการผลิตส่วนใหญ่ในภาคเหนือ และมีการผลิตอย่างจริงจัง ตั้งแต่ พ.ศ. 2506 ทำให้แร่พลวงเริ่มมีบทบาทสำคัญต่ออุตสาหกรรมเหมืองแร่ แหล่งแร่พลวงที่สำคัญ ได้แก่ แหล่งแร่ในบริเวณอำเภอแม่ทา จังหวัดลำพูน อำเภอแจ้ห่ม และเสริมงาม จังหวัดลำปาง อำเภอลองและอำเภอวังชิ้น จังหวัดแพร่ อำเภอบ้านนาสารและเวียงสระ จังหวัดสุราษฎร์ธานี และแหล่งแร่พลวงที่พบใหม่ คือ ที่อำเภอพนัสนิคม จังหวัดชลบุรี นอกจากนี้ ยังพบแหล่งแร่พลวงที่น่าสนใจจังหวัดต่างๆ คือ จังหวัดเชียงใหม่ พะเยา แม่ฮ่องสอน ตาก สุโขทัย กาญจนบุรี ราชบุรี เลย สตูล นครศรีธรรมราช ชุมพร กระบี่ ระยอง และจันทบุรี

10.1.6 แทนทาลัมและไนโอเบียม
แทนทาลัมและไนโอเบียมเกิดอยู่ร่วมกันในสินแร่แทนทาไลต์โคลัมไบต์ (Fe,Mn) (Ta,Nb)2O6)  ซึ่งพบในตะกรันจากการถลุงแร่ดีบุก  ประเทศไทยมีการผลิตผงแทนทาลัมเพนตะออกไซด์ (Ta2O5) และไนโอเบียมเพนตะออกไซด์ (Nb2O5) จากตะกรันดีบุก  โดยนำตะกรันดีบุกมาบดให้ละเอียด  แล้วละลายด้วยสารละลายผสมของกรดไฮโดรฟลูออริกกับกรดซัลฟิวริก  แล้วเติมเมทิลไอโซบิวทิลคีโตนลงไป  สารประกอบของแทนลาลัมและไนโอเบียมจะละลายอยู่ในชั้นของเมทิลไอโซบิวทิลคีโตน  จากนั้นแยกชั้นของเมทิลไอโซบิวทิลคีโตนออกมา   แล้วเติมกรดซัลฟิวริกเจือจางลงไป  ไนโอเบียมจะละลายอยู่ในชั้นของกรด  เมื่อแยกชั้นของสารละลายกรดออกและทำสารละลายให้เป็นกลาง  ด้วยสารละลายแอมโมเนีย  จะได้ตะกอน  เมื่อนำไปเผาจะได้ Nb2O5 เกิดขึ้น  ส่วนแทนทาลัมที่ละลายอยู่ในชั้นของเมทิลไอโซบิวทิลคีโตน แยกออกได้โดยการผ่านไอน้ำเข้าไป  จะได้แทนทาลัมละลายอยู่ในชั้นของน้ำในรูปของสารประกอบ H2TaF7  เมื่อเติมสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์แล้วนำไปตกผลึก  จะได้สาร K2TaF7  ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์ได้   แต่ถ้านำ H2TaF7   มาเติมสารละลายแอมโมเนียจนเกิดตะกอน  ซึ่งเมื่อนำตะกอนไปเผาจะได้ Ta2O5 เกิดขึ้น

Ta2O5  และ  Nb2O5 สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้โดยตรง  แต่ถ้าต้องการสกัดจนได้โลหะ Ta และ Nb  ต้องใช้โลหะแคลเซียมทำปฏิกิริยากับ   Ta2O5     หรือ Nb2O5  โดยมี  CaCl2     เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา  ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

                              CaCl2
Ta2O5(s) + 5Ca(s)           —›  Ta2(s) + 5CaO(s)
ตะกรัน

                              CaCl2
Nb2O5(s) + 5Ca(s)         —›  2Nb(s) + 5CaO(s)
ตะกรัน

 

การสกัดแร่แทนทาไลด์โคลัมไบด์นั้น ก่อนปล่อยน้ำทิ้งลงสู่สิ่งแวดล้อมจึงต้องกำจัดสารเจือปน  และปรับสภาพน้ำทิ้งให้เป็นกลาง  นอกจากนี้ตะกรันดีบุก  อาจมีสารกัมมันตรังสี  เช่นยูเรเนียมและทอเรียมปนอยู่ด้วย  จึงต้องตรวจสอบปริมาณสารกัมมันตรังสีไม่ให้มีปริมาณมากเกินค่ามาตรฐาน

โลหะแทนทาลัมมีสีเทาเงิน  จุดหลอมเหลว 29960C  เป็นโลหะทนไฟ  มีความแข็งและเหนียวใกล้เคียงกับเหล็กกล้า  นำมาใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องคอมพิวเตอร์  เครื่องมือสื่อสาร  เครื่องส่งสัญญาณกันภัย  เครื่องตั้งเวลาทำโลหะผสมที่ทนความร้อนสูงเพื่อใช้ทำบางส่วนของลำตัวเครื่องบิน  ทำหัวของจรวดขีปนาวุธ  อุปกรณ์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู  ใช้แทนทาลัมออกไซด์เคลือบเลนส์เพื่อให้มีสมบัติในการสะท้อนแสงได้ดี

โลหะไนโอเบียมมีสีเทาเงิน  จุดหลอมเหลว 24870C มีความแข็งและเหนียวใกล้เคียงกับทองแดง เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี แปรรูปได้ง่าย จึงนำมาใช้ทำโลหะผสมที่มีสมบัติพิเศษ เช่นทนแรงดัน มีความเหนียว ไม่เป็นสนิม ทนต่อการกัดกร่อนและนำไฟฟ้าได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์นิวเคลียร์ ส่วนประกอบของเครื่องบินและขีปนาวุธได้

10.1.7 เซอร์โคเนียม

 

เซอร์โคเนียม (Zr) เป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลว 1852  .C  จุดเดือด 4377 .C  พบอยู่ในรูปของแร่เซอร์คอน (ZrSiO4) เกิดตามแหล่งแร่ดีบุก
การถลุงเซอร์โคเนียม
นำแร่เซอร์คอน ไปถลุงในเตาที่อุณหภูมิ 800 – 1000.C โดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ จะได้โลหเซอร์โคเนียมที่ไม่บริสุทธิ์
นำโลหะไปเผาที่อุณหภูมิ 500 .C  และพ่นก๊าซคลอรีนลงไปตลอดเวลาจะได้ไอของ ZrCI4 เมื่อควบแน่นจะได้ผลึก ZrCI4
นำผลึก  ZrCI4  ทำปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียมที่หลอมเหลวในเตา ภายใต้บรรยากาศของก๊า:เฉื่อย จะได้Zr ดังสมการ
ZrCI4 +  Mg(l)                              Zr  +  2MgCI2
แยก Mg และ MgCI2 โดยเผาในภาวะที่เป็นสุญญากาศที่ 900.C  และนำโลหะเซอร์โคเนียมไปหลอมในเตาสุญญากาศ เพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ขึ้นถ้าเติม Y2O3  ลงใน ZrO2 ประมาณ 5% จะได้สารที่ชื่อว่า PSZ (Partially Stabilizer Zirconia)ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ ที่ทนความร้อนได้สูง  และไม่นำไฟฟ้า จึงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆเช่น
1.  ใช้เป็นชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่น  และจรวด
2.  ใช้ทำถ้วยกระเบื้องทนไฟ
3.  ทำอิฐทนไฟสำหรับเตาหลอมโลหะ
4.  ทำฉนวนกันไฟฟ้าแรงสูง
5.  ทำชิ้นส่วนของหัวเทียนรถยนต์
6.  ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ในการถลุงแร่จะเกิดกากแร่ซึ่งเป็นสาพิษเกิดขึ้นด้วย เช่น

-กากแคดเมียมCd ซึ่งเป็นโลหะทรานซิสชั่นสีขาว-ฟ้า เป็นธาตุมีพิษ ในธรรมชาติพบอยู่ในแร่สังกะสี
-การย่างแร่ ทองแดง สังกะสี และพลวง จะได้แก๊ส SO2

10.1.8แร่รัตนชาติ
แร่รัตนชาติเป็น “อโลหะ” ที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศไทยเป็นอย่างมาก เพราะเป็นสินค้าส่งออกที่ทำรายได้ให้มาก   โดยเฉพาะเพชรพลอยที่แปรรูปเป็นอัญมณีแล้ว
สถาบันอัญมณีศาสตร์แห่งสหรัฐอเมริกาได้ให้  ความหมายของรัตนชาติหรืออัญมณีว่า“เป็นแร่และหรือสารประกอบอินทรีย์ที่นำมาใช้เป็นเครื่องประดับ”    มีสมบัติสำคัญคือ1. ความสวยงาม 2.ความคงทน 3.ความหายาก 4.ความนิยม และ 5. ความสามารถในการพกพา  ส่วนสารประกอบที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตและจัดเป็นรัตนชาติ ได้แก่ 1.ไข่มุก 2.ปะการัง 3.อำพัน นอกจากนี้สถาบันดังกล่าว  ยังแบ่ง อัญมณีออกเป็น 2 กลุ่มคือ 1.เพชร 2.พลอยหรือหินสี
บ่อพลอยที่เป็นแหล่งผลิตรัตนชาติที่สำคัญและเก่าแก่ของไทยอยู่ที่จังหวัดจันทบุรี  ตราด และกาญจนบุรี  ส่วนเพชรพบปนอยู่ในลานแร่ดีบุกที่จังหวัดภูเก็ตและพังงา แต่ปริมาณน้อยและคุณภาพต่ำมาก  แร่รัตนชาติ ที่มีชื่อเสียงของไทย ได้แก่ ทับทิมสยาม  ไพลินหรือแซปไฟร์สีน้ำเงิน บุษราคัม
ทับทิมสยามและไพลินเป็นพลอยในตระกูลแร่ คอรันดัม มีส่วนประกอบหลักเป็น อะลูมิเนียมออกไซด์  โดย มี Al ร้อยละ52.9 และ O ร้อยละ 47.1 โดยมวล   การที่พลอยตระกูลคอรันดัมมีสีแตกต่างกันเนื่องจากมีธาตุอื่นเป็นมลทิน เช่น
–       ถ้ามี Cr จะทำให้เนื้อพลอยมีสีชมพูจนถึงสีแดงเข้ม ซึ่งเรียกว่า “ทับทิม”

  • ถ้ามี Fe จะทำให้พลอยมีสีเขียวอ่อน สีเหลือง หรือสีน้ำตาล
  • ถ้ามีทั้ง Fe และ Ti ปนด้วยกัน จะทำให้พลอยมีสีน้ำเงินอ่อนถึงสีน้ำเงินเข้ม เรียก “ไพลิน”
  • ถ้ามีแร่รูไทล์ ปนอยู่ จะทำให้พลอยมีลายเส้นเหลือบๆ หรือ รูปดาว เรียกว่า “พลอยสาแหรกหรือพลอยสตาร์”

การตรวจสอบเพชรและพลอยเพื่อจำแนกชนิดหรือเพื่อพิสูจน์ว่า เป็นของแท้หรือเทียม จะใช้เครื่องมือและวิธีการเฉพาะ เพื่อตรวจสอบสมบัติที่ปรากฏ เช่น ความแข็ง  ความถ่วงจำเพาะ รูปลักษณะของผลึกที่เกิดตามธรรมชาติ เป็นต้น ซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะของรัตนชาติแต่ละชนิด
แร่รัตนชาติแต่ละชนิดมีความแข็งหรือความทนทานต่อการขูดขีดได้ไม่เท่ากัน นักธรณีวิทยาชาวเยอรมัน ชื่อ เฟดริก  โมส์   ได้จัดระดับความแข็งของแร่ตั้งแต่อ่อนที่สุดจนถึงแข็งที่สุดไว้ 10 ระดับ โดยเพชร เป็นแร่ที่มีความแข็งที่สุด  และ โดยทั่วไปแร่รัตนชาติจะมีความแข็งสูงกว่า 6
เพชรเป็นอัญมณีที่มีความแข็งที่สุด ประกอบด้วยผลึกของธาตุคาร์บอน มีโครงสร้างเป็นร่างตาข่าย ไม่นำไฟฟ้า แต่นำความร้อนได้ดีที่สุด และดีกว่าทองแดง 5 เท่า จึงถูกนำไปใช้ทำส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ปัจจุบันสามารถสังเคราะห์เพชรได้ โดยอัดแกรไฟต์ภายใต้ความดัน 50,000-100,000 บรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 2000 oC โดยมีโครเมียม เหล็ก หรือแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพชรที่ได้จะมีความแข็ง ความถ่วงจำเพาะ ค่าดัชนีหักเหแสง และโครงสร้างผลึกเหมือนกับเพชรธรรมชาติ แต่การผลิตเพชรจะเสียค่าใช้จ่ายสูงมาก
ส่วน ทับทิม ไพลิน และบุษราคัม มีระดับความแข็ง ความถ่วงจำเพาะ และค่าดัชนีหักเหแสงเท่ากัน จึงจัดเป็นแร่ชนิดเดียวกัน แต่มีสีแตกต่างกันเนื่องจากมีธาตุมลทินในเนื้อพลอยแตกต่างกัน
ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีช่วยให้มีการเพิ่มคุณภาพของแร่ได้หลายวิธี เช่นการเจียระไน การเผา การอาบรังสี การย้อมเคลือบสี และการฉายแสงเลเซอร์ วิธีการเหล่านี้ช่วยให้อัญมณีมีความงดงามและมีคุณค่ามากขึ้น
การเจียระไน เป็นเทคนิคที่ทำให้อัญมณีมีความแวววาวเป็นประกายและมีสีสันเด่นชัดขึ้น โดยใช้เครื่องมือทำให้เป็นเหลี่ยม เพื่อให้แสงหักเหสะท้อนกลับไปมาภายในผลึกและสะท้อนออกด้านหน้า

 

รูป 1 การเจียระไนเพชรพลอยแบบต่างๆ

                การเผาพลอยหรือการหุงพลอย เป็นเทคนิคที่ช่วยให้พลอยมีสีสันสวยงาม โดยใช้ความร้อนและอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำให้ธาตุต่างๆ ในเนื้อพลอยจัดเรียงตัวใหม่ ทำให้พลอยใสขึ้นและมีสีเปลี่ยนไปอย่างถาวรดังแสดงในตารางที่ 1

 

การเผาพลอย
การเผาพลอยหรือการหุงพลอย คือ การทำให้พลอยมีสีสันสวยงามยิ่งขึ้น โดยการนำพลอยมาให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิและภาวะที่เหมาะสม จนธาตุต่างๆในเนื้อพลอยใสขึ้นและมีสีเปลี่ยนไปถาวร  เช่น

ชนิดของพลอย สีเดิมตามธรรมชาติ สีที่เปลี่ยนแปลงหลังการให้ความร้อน
-ทับทิม
-แซปไฟร์สีน้ำเงิน(ไพลิน)
-แซปไฟร์สีขาว
-เพทาย
-โทแปซ

-ควอตซ์ (แอเมทิสต์)

แดงอมม่วง แดงอมน้ำตาล ชมพูอมม่วง
น้ำเงิน
ขาวใส ขาวขุ่นน้ำนม หรือขาวอมเหลือง
น้ำตาล สีชา
ขาวใส

ม่วง

แดงสดหรือชมพูสด
น้ำเงินเข้มขึ้นหรือน้ำเงินสว่างขึ้น
น้ำเงิน เขียว เหลือง หรือเหลืองน้ำทอง
ใสไม่มีสี เหลืองน้ำทอง น้ำเงิน
น้ำเงิน (ก่อนเผาจะอาบรังสีนิวตรอนให้ได้สีเหลือง น้ำตาล หรือเขียว)
ใสไม่มีสี เหลืองน้ำทอง เขียว

การย้อมเคลือบสี คือการเผาพลอยรวมกับสารเคมีบางชนิด ทำให้พลอยมีสีสันสวยงามขึ้น สารเคมีที่ใช้จะมีส่วนผสมของธาตุมลทินที่ทำให้พลอยชนิดนั้นเกิดสีตามธรรมชาติ แต่จะแตกต่างกับการเผาพลอยตรงที่ สีที่เกิดขึ้นสามารถอยู่ได้เพียงชั่วคราวเท่านั้น
การอาบรังสี คือการนำพลอยไปอาบรังสีแกมมาจากโคบอลต์-60 ทำให้สีเปลี่ยนแปลง

ปัจจุบันมีการนิยมทำเพชรเทียมกันมากขึ้นเนื่องจากเพชรธรรมชาติหายากและมีราคาแพง โดยเพชรเทียมที่ได้รับความนิยาสูงสุดคือ เพชรรัสเซีย หรือคิวบิกเซอร์โคเนีย เพชรเทียมมีการกระจายแสงสูงกว่าเพชรธรรมชาติจึงทำให้เป็นประกายแวววาว และมีความถ่วงจำเพาะสูงกว่าเพชรธรรมชาติมาก
ในการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีการนำแผ่นฟิล์มเพชรบางๆซึ่งได้จากการทำเพชรสังเคราะห์ โดยการเผาแก๊สมีเทนหรืออะเซติลีนสลายพันธะได้อะตอมของคาร์บอนเกาะติดบนแผ่นฟิล์มซิลิคอน เป็นแผ่นเพชรช่วยถ่ายเทความร้อนออกจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์

10.2 อุตสาหกรรมเซรามิกส์
ในสมัยก่อน เซรามิกส์หมายถึงศิลปะที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปั้นดินเผา เนื่องจากคำว่า “เซรามิกส์” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกว่า “เครามอส” ซึ่งหมายถึงวัสดุที่ผ่านการเผา
ปัจจุบันนี้ เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทราย และแร่ธาตุต่างๆ นำมาผสมกัน แล้วทำเป็นสิ่งประดิษฐ์ หลังจากนั้นจึงนำไปเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรง สามารถคงรูปอยู่ได้
อุตสาหกรรมเซรามิกส์เป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศ รวมทั้งเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานรองรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น วัสดุทนไฟเป็นวัสดุพื้นฐานของอุตสหกรรมถลุงและผลิตโลหะ ซีเมนต์เป็นวัสดุสำคัญของงานการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม เป็นต้น
กระบวนการผลิตเซรามิกส์มีขั้นตอน ดังนี้

  1. การเตรียมวัตถุดิบ
  2. การขึ้นรูป
  3. การตากแห้ง
  4. การเผาดิบ
  5. การเคลือบ
  6. การเผาเคลือบ

นอกจากนี้ อาจมีการตกแต่งให้สวยงามโดยการเขียนลวดลายด้วยสีหรือการติดรูปลอก สามารถทำได้ทั้งก่อนและหลังเคลือบ

10.2.1 การเตรียมวัตถุดิบ
วัตถุดิบอาจแบ่งเป็น

  1. วัตถุดิบหลัก เช่น ดิน เฟลด์สปาร์ ควอตซ์
  2. วัตถุดิบอื่นๆ เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสูงขึ้น เช่น ดิกไคต์ โดโลไมต์ เป็นต้น
  • ดิน เป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์หลายประเภท โดยเฉพาะที่ใช้เป็นภาชนะรองรับอาหาร เครื่องสุขภัณฑ์ กระเบื้อง องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO2, Al2O3, Fe2O3 CaO MgO K2O และ Na2O ซึ่งดินจากที่ต่างกันจะมีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกัน

แบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพ จะแบ่งได้ดังนี้
ดินขาว เป็นวัตถุดิบที่สำคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ มีสูตรเคมีเป็น Al2O3 (2SiO2.2H2O) ในประเทศไทยพบดินขาวในลักษณะที่เป็นสีขาวหรือสีอ่อนทั้งในสภาพที่ยังไม่ได้เผาและหลังเผา เช่น ที่จังหวัดลำปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง สุราษฎร์ธานี นครศรีธรรมราช
ดินเหนียว มีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท เนื้อละเอียด เหนียวและแข็งแรงทนทานกว่าดินขาว พบมากที่ ลำปาง เชียงใหม่ ปราจีนบุรี สุราษฎร์ธานี
เมื่อนำดินเหนียวผสมกับดินขาว จะทำให้เนื้อดินแน่น และเนียนมากขึ้น สะดวกในการขึ้นรูปและทำเป็นผลิตภัณฑ์

  • เฟลด์สปาร์ (หินฟันม้า) เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุหมู่ I และ II ส่วนใหญ่มีองค์ประกอบคงที่ ทำหน้าที่ช่วยให้เกิดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ส่งเสริมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นเนื้อแก้ว ทำให้เกิดความโปร่งใส

โซดาเฟลด์สปาร์จะมี Na ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำเคลือบและใช้ผสมในเนื้อดิน
โพแทชเฟลด์สปาร์ มี K ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนผสมในเนื้อดินปั้น

  • ควอตซ์ (หินเขี้ยวหนุมาน) องค์ประกอบคือ ซิลิกา ส่วนมากใสไม่มีสี ถ้ามีสิ่งเจือปนจะให้สีต่างๆ ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ช่วยให้เกิดความแข็งแรงไม่โค้งงอ ทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย
  • แร่โดโลไมต์ แร่หรือหินตะกอนที่ประกอบด้วย [CaMg(CO3)2] เป็นส่วนใหญ่ ลักษณะคล้ายหินปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดิน ลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบ และผสมในน้ำเคลือบ
  • สารประกอบออกไซด์

BeO Al2O3                            ผสมในผลิตภัณฑ์ที่ทนไฟสูง
Sio2 B2O3                               ผสมเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นเนื้อแก้ว
SnO2 ZnO                             ใช้เคลือบเพื่อทำให้ทึบแสง

  • ดิกไคต์ องค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน

อะลูมินาร้อยละ 28-32 โดยมวล จะเป็นหินแข็ง นำมาแกะสลักเป็นรูปต่างๆ ไว้ประดับตกแต่ง
อะลูมินาร้อยละ 11-28 โดยมวล ใช้ทำวัสดุทนไฟ ทำกระเบื้องปูพื้น
อะลูมินาร้อยละต่ำกว่าข้างต้น ใช้ทำปูนซีเมนต์ขาว

วัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ผลิตเซรามิกส์ จะต้องทำให้บริสุทธิ์และบดให้มีความละเอียดตามต้องการ จากนั้นจึงน้ำมาผสมกับน้ำและสารอื่นๆ ทำให้เนื้อดินอยู่ในสภาพที่เหมาะสมในการขึ้นรูป

 

10.2.2 การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์
การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกส์มีหลายวิธีด้วยกัน ดังต่อไปนี้
1.การเทแบบ โดยผสมดินกับน้ำจนได้ที่แล้วเทลงในแบบซึ่งมีรูปร่างต่างๆ ปล่อยไว้จนแข็งตัว จากนั้นจึงแกะแบบและตกแต่งผลิตภัณฑ์ให้เรียบร้อยการขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ ใช้ในการผลิตแจกัน ขวด และเครื่องสุขภัณฑ์ต่างๆ
2.การใช้แป้นหมุน จะปั้นได้เฉพาะภาชนะที่มีลักษณะกลม ทรงกลมหรือทรงกระบอก เช่น การปั้นไห โอ่ง อ่าง กระถาง แจกัน การปั้นต้องใช้ความชำนาญเป็นพิเศษจึงจะได้เป็นรูปทรงตามต้องการ
3.การหลอมเหลว โดยหลอมเหลวเนื้อผลิตภัณฑ์ด้วยความร้อนแล้วเทลงในแบบโลหะหรือแบบทราย จากนั้นปล่อยให้เย็นตัวลง ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีเนื้อแน่นมากและทนต่อการกัดกร่อนสูง
4.การอัดเนื้อดินผ่านหัวแบบ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่น การทำผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟ กระเบื้อง
5.การอัดผงเนื้อดินลงในแบบโลหะ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่นเดียวกัน
ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเสร็จแล้ว ควรเก็บในที่ร่มให้เนื้อดินแห้งอย่างช้าๆ แล้วนำมาตกแต่งให้ผิวเรียบ จากนั้นจึงนำไปตากหรืออบที่อุณหภูมิประมาณ 40-60 องศาเซลเซียส

10.2.3 การเผาและเคลือบ
การเผาครั้งแรก เรียกว่า เผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรูปไม่แตกชำรุด ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่หลังจากเผาดิบแล้วต้องเคลือบผิวเพื่อความสวยงามคงทน ป้องกันรอยขีดข่วน แต่บางชนิดไม่ต้องเคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำ เป็นต้น สารที่ใช้เคลือบ เป็นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย มีลักษณะเหมือนแก้วบางๆ ฉาบติดอยู่บนผิวผลิตภัณฑ์
ส่วนผสมของน้ำเคลือบ แบ่งตามสมบัติทางเคมีได้ 3 กลุ่ม ดังนี้
กลุ่มที่1 สารช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายของน้ำเคลือบ เช่น ออกไซด์โลหะแอลคาไลน์และแอลคาไลน์เอิร์ท รวมทั้งออกไซด์ของตะกั่ว สังกะสี และออกไซด์ที่ทำให้เกิดสี เช่น Na2O , Li2O , K2O , Cao , ZnO เป็นต้น
กลุ่มที่ 2 กลุ่มสารที่เป็นสารทนไฟและให้สี เช่น Al2O3 , Sb2O3 , Mn2O3 , Bi2O3
กลุ่มที่ 3 กลุ่มสารที่ช่วยให้เนื้อผลิตภัณฑ์ทึบแสง เช่น  SiO2 , TiO2 , CeO2 , P2O5
เทคนิคและวิธีการเคลือบขึ้นอยู่กับลักษณะและขนาดของผลิตภัณฑ์ เมื่อเผาเคลือบเสร็จแล้วควรปล่อยให้อุณหภูมิลดลงช้าๆ จนผลิตภัณฑ์เกือบเย็นแล้วจึงนำออกจากเตา

10.2.4 ผลิตภัณฑ์เซรามิก
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์เซรามิกส์บางชนิด  เป็นดังนี้

  • ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้เป็นภาชนะรองรับหรือปรุงอาหาร  เช่น  ถ้วย ชาม หม้อหุงต้ม
  • ผลิตภัรฑ์เครื่องสุขภัณฑ์ เช่น โถส้ม อ่างล้างหน้า ที่วางสบู่
  • ผลิตภัณฑ์กระเบื้อง  เช่น  กระเบื้องปูพื้น กระเบื้องกรุฝาผนัง
  • ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานด้านไฟฟ้า เช่น กล่องฟิวส์ ฐานและมือจับสะพานไฟ
  • วัสดุทนไฟ เช่น อิฐฉนวนไฟทนไฟ
  • ผลิตภัณฑ์แก้ว เช่น แก้ว กระจก

การใช้ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ควรคำนึงถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากสารตะกั่วที่ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายและทำให้มีสีสดใส ถ้าน้ำเคลือบยึดติดกับผิวเนื้อดินปั้นไม่ดี สารที่เคลือบอาจกะเทาะและมีสารตะกั่วหลุดออกมาได้ เพราะฉะนั้นการนำผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปใช้ใส่สารที่เป็นกรดหรือเป็นเบส จึงไม่สมควร เช่นการใส่อาหารที่เป็นกรดเบส ก็จะทำให้ภาชนะนั้นถูกกร่อน และมีสารตะกั่วปนหลุดออกมา เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค

10.2.4.1 ผลิตภัณฑ์แก้ว
แก้วได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์หลายอย่าง เนื่องจากแก้วมีสมบัติที่ดีหลายประการ ทั้งมีความโปร่งใส ทนต่อกรดเบส ไอน้ำและแก๊สซึมผ่านได้ยาก แข็งแรงและทนต่อแรงดันได้  แก้วทำจากทรายแก้วหรือซิลิกา โซดาแอช หินปูน  โดโลไมต์และเศษแก้วประมาณ30% โดยมวล สารที่เติมลงไปจะช่วยเพิ่มความแกร่งของเนื้อแก้ว  เมื่อได้รับความร้อน สารประกอบคาร์บอนจะเปลี่ยนไปเป็นสารประกอบออกไซด์ และหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน เรียกว่าน้ำแก้ว จากนั้นลดอุณหภูมิ เพื่อให้แก้วมีความหนืดก่อนทำการขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
จำแนกแก้วตามองค์ประกอบทางเคมีเช่น

  • แก้วโซดาไลม์ องค์ประกอบหลักเป็นซิลิกา โซเดียมออกไซด์ แคลเซียมออกไซด์  ไม่ทนต่อสภาพความเป็นกรดเบส แตกง่ายเมื่อรับความร้อน แสงขาวผ่านได้แต่ดูดกลืนอัลตราไวโอเลต เช่น แก้วน้ำ ขวดน้ำ กระจกแผ่น สามารถทำให้แก้วมีสีต่างๆได้โดยเติมออกไซด์ของสารบางชนิดลงไป
  • แก้วโบโรซิลิเกต มีซิลิกาเป็นส่วนผสมปริมาณค่อนข้างสูง โซเดียมออกไซด์และแคลเซียมออกไซด์ในปริมาณที่ลดลง เติมออกไซด์ของโบรอนลงไปเพื่อให้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ใช้ทำภาชนะสำหรับไมโครเวฟ เครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์
  • แก้วคริสตัล มีออกไซด์ของตะกั่วกับโพแทสเซียมเป็นส่วนผสม มีดัชนีหักเหสูงมาก เมื่อแสงมากระทบจะเห็นประกายแวววาว มีราคาแพงเนื่องจากต้องใช้ทรายแก้วที่มีเหล็กเจือปนน้อยมาก ผลิตในปริมาณน้อยและใช้ฝีมือในการเจียระไน
  • แก้วโอปอล มีการเติมสารบางชนิดเพื่อให้เกิดการตกผลึกหรือแยกชั้นในเนื้อแก้ว ทำให้มีความขุ่นและโปร่งแสง หลอมขึ้นรูปได้ง่าย

ผลิตภัณฑ์ที่มีการใช้งานมากในปัจจุบันคือ กระจกแผ่น ใช้ในการตกแต่งอาคาร ทำเครื่องใช้ ทำโดยดึงและรีดน้ำแก้วที่มีความหนืด เหมาะต่อการขึ้นรูปตามแนวราบ แล้วทำให้เย็นลงและผ่านไปยังเครื่องขัด จะได้กระจกผิวเรียบ นำไปแปรรูปเพื่อใช้ประโยชน์ตามลักษณะงานต่างๆ

10.2.4.2 ปูนซีเมนต์
ปูนซีเมนต์ หมายถึง ผงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการบดปูนเม็ด ซึ่งเกิดจากการเผาส่วนผสมต่างๆ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต ซิลิกา อะลูมินา และออกไซด์จากเหล็ก สัดส่วนของวัตถุดิบแตกต่างกันจะทำให้มีสมบัติแตกต่างกัน
วัตถุดิบเนื้อปูน ร้อยละ 80 โดยมวล  เป็นหินปูน(มีแร่แคลไซด์)  ดินสอพอง หรือ ดินมาร์ล หินอ่อน หินชอล์ก
วัตถุดิบเนื้อดิน มีเนื้อปูนอะลูมินา ซิลิกา หรือออกไซด์ของเหล็กปริมาณสูง ใช้ในกรณีที่ส่วนผสมของเนื้อปูนและเนื้อดินมีองค์ประกอบไม่เป็นไปตามกำหนด เช่น อะลูมินาต่ำต้องเติมแร่บอกไซด์  ถ้ามีเหล็กต่ำก็เติมแร่ที่มีเหล็กออกไซด์หรือเศษเหล็ก

สารเติมแต่ง  เติมภายหลังการเผาเพื่อปรับสมบัติบางประการ เช่น การเติบยิปซัมเพื่อหน่วงเวลาให้ปูนที่ผสมกันน้ำแข็งตัวช้าลง
กระบวนการที่ใช้ผลิตมีทั้งแบบเผาเปียก และ เผาแห้ง ซึ่งขึ้นอยู่กับความชื้นและชนิดของวัตถุดิบที่ใช้
– แบบเผาเปียก ใช้ในกรณีความชื้นสูง เช่น มีดินดำ ดินขาว หรือ ดินเหนียวเป็นส่วนประกอบ
กระบวนการผลิต นำวัตถุดิบผสมกันตรมสัดส่วนบดให้ละเอียดแล้วนำมาตีรวมกับน้ำจนเป็นน้ำดิน สูบน้ำดินที่ผ่านกรรมวิธีปรับคุณภาพมาสู่เตาเผา จะได้เป็นปูนเม็ดเก็บไว้ในไซโล เมื่อนำปูนเม็ดผสมกับยิปซัมแล้วบดละเอียดจะได้ปูนซีเมนต์ผง
การผลิตแบบนี้ใช้พลังงานมากและต้นทุนสูงจึงไม่นิยม
– แบบเผาแห้ง ใช้ในกรณีความชื้นต่ำ เช่น มีหินปูน หรือ หินดินดานเป็นส่วนประกอบ
กระบวนการผลิต นำวัตถุดิบทั้งหมดมาบดผสมกันในอัตราส่วนที่เหมาะสมแล้วนำไปเผาแบบฝุ่นแห้ง
เมื่อนำปูนซีเมนต์มาผสมกับน้ำจะจับตัวแข็งและมีกำลังอัดสูง จึงใช้เป็นตัวประสานวัสดุชนิดเม็ด เช่น ทรายหยาบ กรวด และหินให้เกาะตัวแน่นเป็นคอนกรีตได้ ปูนซีเมนต์อาจแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้

1.ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์   ได้จากการบดปูนเม็ดกับยิปซัม แบ่งออกเป็น 5 ประเภท
ประเภทที่ 1 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา ใช้สำหรับงานการก่อสร้างตามปกติทั่วไป
ประเภทที่ 2 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำหรับใช้ในการทำคอนกรีตหรือผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่เกิดความร้อนและทนซัลเฟตได้ปานกลาง
ประเภทที่ 3 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดแรงเร็วสูง ใช้ในงานคอนกรีตที่ต้องการถอดแบบได้เร็ว หรืองานที่ต้องการใช้เร็วเพื่อแข่งกับเวลา
ประเภทที่ 4 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดความร้อนต่ำ ใช้ในงานคอนกรีตที่มีเนื้อหนาๆ
ประเภทที่ 5 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภททนซัลเฟตได้สูง ใช้ในงานก่อสร้างบริเวณดินที่มีความเค็มปนอยู่ เช่น ในทะเลหรือตามชายฝั่ง

2.ปูนซีเมนต์ผสม มีแรงอัดต่ำลงกว่าปูนซีเมนต์ธรรมดาเล็กน้อยเนื่องจากมีการเติมทรายหรือหินปูนละเอียดประมาณร้อยละ 25 ลงไปบดพร้อมกับปูนเม็ด เหมาะสำหรับใช้ในงานก่อสร้างที่ไม่ต้องรับน้ำหนักมาก หรืองานคอนกรีตที่ไม่มีการยืดหดมาก เช่น งานก่อ งานฉาบ เทพื้น  ทำกระเบื้องมุงหลังคา
หล่อท่อ

10.3อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมคลอไรด์
}    โซเดียมคลอไรด์ใช้ประโยชน์ใน
– อุตสาหกรรมเคมี
– อุตสาหกรรมอาหาร
– การบริโภคในครัวเรือน

}    วิธีการผลิตโซเดียมคลอไรด์
        1.     การผลิตเกลือสมุทรจากน้ำทะเล
E เริ่มทำช่วงเดือน พฤศจิกายน – พฤษภาคม เรียก ฤดูทำนาเกลือ
E วิธีการผลิต
1 .ระบายน้ำทะเลเข้าสู่วังขังน้ำเพื่อให้โคลนตมตกตะกอน
2. ระบายน้ำทะเลเข้าสู่นาตากและนาเชื้อ ที่จัดระดับพื้นที่นาให้ลดหลั่นลงมาเพื่อสะดวกในการขังและระบายน้ำ
3. เมื่อน้ำโดนความร้อนและลมจะระเหย จนเมื่อน้ำทะเลเหลือความถ่วงจำเพาะ 1.2 ให้ระบายสู่นาปลง
4. – NaCl จะตกผลึกและมีปริมาณเพิ่มขึ้น
– น้ำทะเลที่เหลือจะมีความเข้มข้นของ Mg2+, Cl-, SO42- เพิ่ม ต้องระบายน้ำจากนาเชื้อเข้าไปเพื่อป้องกันไม่ให้ MgCl2 MgSO4 ตกผลึกปนกับ NaCl
E ผลผลิตที่ได้
– ได้ผลผลิต 2.5 – 6  กิโลกรัม ต่อพื้นที่ 1  ตารางเมตร
– ได้กุ้ง หอย ปู ปลาที่ติดมากับน้ำทะเล
– CaSO4 ในนาเชื้อ
        2.     การผลิตเกลือสินเธาว์
E วัตถุดิบ
– แหล่งเกลือบนผิวดิน
– น้ำเกลือบาดาล
– แร่เกลือหิน หรือ แร่เฮไลต์ (พบมากแถบภาคตะวันออกเฉียงเหนือ)
E วิธีการผลิต
วิธีที่ 1 
–  เทคโนโลยีแบบชาวบ้าน
– การผลิต
1. อัดอากาศลงไปตามท่อ เพื่อดันน้ำเกลือที่ละลายอยู่เหนือชั้นเกลือ/ ชั้นโดมเกลือขึ้นมา
2.  นำน้ำเกลือที่ได้ไปตากในนาเกลือ หรือต้มให้เกลือตกตะกอน
–  ผลกระทบ
– เกิดการยุบตัวของดินและน้ำในแหล่งน้ำ รั่วหายไปในโพรงเกลือ
– เกิดการปนเปื้อนของเกลือบนพื้นดินและแหล่งน้ำ
การผลิตเกลือสินเธาาว์
ในประเทศไทยมีการผลิตเกลือสินเธาว์ 3 วิธี ดังนี้
วิธีที่ 1
ใช้เทคโนโลยีแบบชาวบ้าน โดยการอัดอากาศลงไปตามท่อ เพื่อดันน้ำเกลือที่ละลายอยู่ชั้นเกลือหรือชั้นโดมเกลือขึ้นมา แล้วนำเกลือที่ได้ไปตากในนาเกลือหรือต้มให้ตกตะกอน วิธีนี้ก่อให้เกิดปัญหาที่สำคัญคือ ทำให้เกิดการยุบตัวของดินและน้ำในแหล่งน้ำรั่วหายไปในโพรงเกลือ ตลอดจนทำให้เกิดการปนเปื้อนของเกลือบนพื้นดินและแหล่งน้ำ
วิธีที่ 2
เป็นการทำแบบเหมืองละลายแร่ โดยอัดน้ำลงไปละลายเกลือแล้วสูบขึ้นมา แล้วนำไปตากในนาเกลือหรือนำไปต้มด้วยวิธีลดความดัน การสูบสารละลายเกลือทำให้เกิดปัญหาแผ่นดินทรุด ดังนั้นต้องทำเหมืองละลายเกลือลึกจากผิวดินประมาณ 200 เมตร และนำเกลือออกมาจากพื้นที่ได้ประมาณร้อยละ 10-15 เท่านั้น เมื่อสูบน้ำเกลือออกมาแล้วต้องมีการอัดน้ำขมกลับลงไปในชั้นน้ำเกลือใต้ดิน เพื่อป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และมีการตรวจวัดรูปร่างของบ่อเกลือเป็นระยะ
วิธีที่ 3
เป็นการทำเหมืองใต้ดิน โดยขุดอุโมงค์ในแนวนอนลงไปในชั้นเกลือแล้วทำการเจาะหรือระเบิดน้ำเกลือขึ้นมา จากนั้นนำน้ำขมใส่กลับไปไว้ในอุโมงค์เช่นเดิม

น้ำเกลือที่ได้นำมาผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ จากนั้นนำน้ำเกลือบริสุทธิ์ไปต้มเคี่ยวจนได้ผลึกเกลือ แล้วนำไปอบแห้งและบรรจุถุง
ในเกลือสินเธาว์จะมีปริมาณไอโอดีนน้อย ดังนั้นถ้าจะนำมาบริโภคควรเติม
ไอโอไดด์หรือไอโอเดตลงไป เรียกว่าเกลืออนามัยหรือเกลือไอโอเดต

สรุป เรื่องการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์และแก๊สคลอรีน
การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์และแก๊สคลอรีน อาจได้จากโซเดียมคลอไรด์ โดยอาศัยหลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
หลังจากการทดลองแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า โดยใช้สารละลาย NaCl อิ่มตัว เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แตกตัวได้ดังนี้ :
NaCl (aq)         —›  Na+ (aq)  +  Cl- (aq)
เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไป จะเกิดปฏิกิริยา ดังนี้
ที่เอโนด (+)  :
2 Cl- (aq )       —› Cl2 (g)  +  2 e-
โดยแก็สคลอรีนทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสสีแดง และสีน้ำเงินชื้น จะเปลี่ยนเป็นสีขาว เพราะ Cl2 (g) ทำปฏิกิริยากับ H2O ได้ HCl , HClO ซึ่งฟอกจางสี
ที่แคโทด (-)  :
2 H2O (l)  +  2 e-  —› 2 OH- (aq)  +  H2 (g)
โดยแก็สไฮโดรเจนใช้ก้านธูปที่มีเปลวไฟไปจ่อที่ขั้วลบของแบตเตอรี่  ไฟจะดับพร้อมเกิดเสียงดังเป๊าะ  และ OH- (aq) จะมีสมบัติเป็นเบส จึงทดสอบได้เมื่อหยดสารละลายฟีนอฟทาลีน ในสารละลายจะสังเกตเห็นสีชมพูบริเวณขั้วลบของแบตเตอรี่ แสดงว่ามี OH- (aq) เกิดขึ้นนั่นเอง
ปฏิกิริยารวม :
2 Cl- (aq)  +  2 H2O (l) —›   2 OH- (aq)  +  H2 (g)  +  Cl2 (g)
สารละลายที่เหลือจากการแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้าจะมีโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH จาก
Na+ (aq)  +  OH- (aq)  —›   NaOH (aq)
ดังนั้น เมื่อนำสารละลายไประเหยจะพบโซเดียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเป็นสารสีขาวเหลืออยู่
ในการผลิต NaOH ในอุตสาหกรรมนั้น จะใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน โดยผ่าน NaCl (aq) อิ่มตัว เข้าไปในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ตลอดเวลา  H2 (g) , Cl2 (g) และ NaOH (aq) ที่เกิดขึ้นจะต้องแยกออกจากกัน เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของสาร

10.3.2.1การผลิต NaOH โดยใช้ cell เยื่อแลกเปลี่ยนไอออน
cell เยื่อแลกเปลี่ยน ion จัดเป็น cell อิเล็กโทรไลต์  ขั้ว Anode ทำด้วยไทเทเนียม  ขั้ว Cathode ทำจากเหล็ก  โดยมีเยื่อแลกเปลี่ยนไอออนที่ยอมให้เฉพาะไอออนบวกผ่านได้กั้น  เมื่อสารละลาย NaCl ที่บริสุทธิ์และอิ่มตัว เข้าทางด้าน Anode  และผ่านกระแสไฟฟ้าลงไป
Anode             2 Cl- (aq)              —›       Cl2 (g)  +  2 e-
Cathode          2 H2O (l)  +  2 e-  —›       2 OH- (aq)  +  H2 (g)
Na+ ที่เหลือจากด้าน Anode จะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน ไปยังขั้ว Cathode รวมตัวกับ OH- เป็น NaOH
ข้อดี   1.     ไม่เกิดผงฟอกขาว
2.     เกลือเจือจางลง เพราะถูกดักไปแล้วส่วนหนึ่ง
3.     ได้ NaOH เข้มข้น
4.     Cl- เจือปนน้อยลง เมื่อเทียบกับ การผลิตโดยใช้ไดอะแฟรมและ cell ปรอท

การผลิต NaOH โดยใช้ไดอะแฟรม
มีลักษณะคล้าย cell เยื่อแลกเปลี่ยน ion แต่ต่างกันที่แผ่นกั้นระหว่าง Anode กับ Cathode ยอมให้ทั้ง ion บวก และ ion ลบ ผ่านได้  ซึ่ง Cl- ที่เกิดปฏิกิริยาไม่หมดจะเคลื่อนที่มาทาง Cathode รวมกับ Na+ เป็น NaCl
สารละลาย NaOH ที่ได้จึงมี NaCl ปนในปริมาณมาก

การผลิต NaOH โดยใช้ cell ปรอท
Cathode            Na+ (aq)  +  e-  +  n Hg(l)    —›  NaHgn(aq)
Anode               2 Cl- (aq)                              —›  Cl2 (g)  +  2 e-
Na/Hg เมื่อผ่านน้ำบริสุทธิ์เข้าไป  Na จะทำปฏิกิริยากับน้ำ
แต่วิธีนี้จะมีการปนเปื้อนของสารปรอทซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมมาก จึงไม่เป็นที่นิยม

การแยกสารละลาย NaCl ด้วยกระแสไฟฟ้า ได้ผลิตภัณฑ์ คือ H2 (g) , Cl2 (g) , NaOH (aq)  โดยนำไปใช้ประโยชน์  ดังนี้
H2 (g)                    ทำ   1.     เตรียมกรด HCl
2.     เตรียม NH3 (g)
3.     ใช้ในปฏิกิริยาการเติม H2 ในน้ำมันพืช
Cl2 (g)                   ทำ   1.     ฆ่าเชื้อโรคในน้ำประปา
2.     ฟอกสีในเยื่อกระดาษ เส้นใยพืช
3.     เป็นวัตถุดิบในการผลิตสารเคมี เช่น พลาสติก สารกำจัดแมลง สารฟอกขาว CCl4
4.   รวมกับแก๊สไฮโดรเจน เป็นกรด HCl
NaOH (aq)          ทำ   1.     สบู่ , ผงซักฟอก
2.     ผงชูรส
3.     ทำกระดาษ

4.             ผลิตโซดาแอช

10.3.3 การผลิตโซดาแอช
ชื่อทางเคมีโซดาแอช                   : โซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3)
กระบวนการผลิตโซดาแอช               : กระบวนการโซลเวย์ หรือกระบวนการโซดาแอมโมเนีย
วัตถุดิบ                                                   : 1.โซเดียมคลอไรด์ (NaCl)
2. แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3)
3. แก๊สแอมโมเนีย (NH3)

ขั้นตอนการผลิต :
1. นำ CaCO3 (s) มาเผา ได้ CaO (s) และ CO2 (g)
2. นำ CO2 (g) ไปทำปฏิกิริยากับ NaCl  (aq) เข้มข้น และ NH3  (g) ได้  NaHCO3 (s)  และ NH4Cl (aq)
3. กรองแยก NaHCO3 (s) ออก แล้วนำไปเผา ได้ Na2CO3 (s) หรือโซดาแอช

ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นแล้วนำกลับมาใช้ได้อีก :
CO2 (g) จากการเผา NaHCO3 (s) และ CaO (s)จากการเผา CaCO3 (s) เมื่อนำมาละลายน้ำ จะได้
Ca(OH)2 (aq)   และเมื่อ Ca(OH)2 (aq)   ทำปฏิกิริยากับ NH4Cl (aq) จะได้
NH3  (g) กลับมาใช้ในขึ้นตอนที่ 2 อีกครั้ง  และเกิด
CaCl2(s) นำไปใช้เป็นใช้เป็นสารดูดความชื้น แต่มีการนำไปใช้น้อย จึงเกิดปัญหาในการกำจัด
NaHCO3 (s)  ทำผงฟู
NH4Cl (aq)  ทำปุ๋ยเคมี

เพิ่มเติม  :

  • บางประเทศที่ผลิต NaOH ได้มากเกินต้องการ อาจผลิตโซดาแอช โดยผ่าน CO2 (g) ลงใน

NaOH (aq) โดยตรง ได้ NaHCO3 (s) เมื่อเผาแล้วจะได้โซดาแอช

  • นอกจากการผลิตด้วยกระบวนการโซลเวย์ ยังได้จากแร่โซดาแอชในธรรมชาติ พบมากใน สหรัฐอเมริกา แคนาดา บราซิล อินเดีย รัสเซีย จีน

10.3.4 การผลิตสารฟอกขาว
สารฟอกขาวเป็นสารประกอบประเภทไฮโปคลอไรต์  ใช้ในอุตสาหกรรมการฟอกย้อมเส้นด้าย เยื่อกระดาษ และใช้เป็นสารฆ่าเชื้อโรคในน้ำ การผลิตสารฟอกขาวมีวิธีการดังนี้

1.) เตรียมแก๊สคลอรีน
2KMnO4(s) + 16HCl(aq)  —›    2KCl(aq) + 2MnCl2(aq) + 8H2O(l) + 5Cl2(g)

2.) ผลิตสารฟอกขาว
2NaOH(aq) + Cl2(g)         —›    NaOCl(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)
หรือ
Na2CO3(aq) + Cl2(g )      —›     NaOCl(aq) + NaCl(aq) + CO2(g)

เมื่อหยดสารละลายในหลอดทดลองบนกระดาษลิตมัสทั้งสีแดงและสีน้ำเงิน พบว่ากระดาษลิตมัสทั้ง2สีเปลี่ยนเป็นสีขาว แสดงว่า สารละลายNaOClมีสมบัติในการฟอกจางสี สารนี้มีสมบัติในการกัดกร่อนสูง ถ้าใช้ปริมาณมากอาจกัดกร่อนสิ่งที่ต้องการฟอกเสียหายได้

2Ca(OH)2 (aq) + Cl2 (g)   —›     Ca(OCl)2(s) + CaCl2(aq) + H2O(l)

Ca(OCl)2(s) มีสมบัติในการฟอกจางสีเช่นเดียวกับNaOCl(aq)

10.4 อุตสาหกรรมปุ๋ย
การนำปุ๋ยมาใช้ในการเกษตรเป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรให้สูงขึ้น  ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นต่อการพัฒนาประเทศ
ปุ๋ย  หมายถึง  สารที่ใส่ลงในดินเพื่อให้ปลดปล่อยธาตุอาหารแก่พืช  โดยเฉพาะธาตุไนโตรเจน  ฟอสฟอรัส  และโพแทสเซียม  มี  2  ประเภทคือ
1.  ปุ๋ยอินทรีย์       เป็นปุ๋ยธรรมชาติที่ได้จากการเน่าเปื่อยผุพังของซากสิ่งมีชีวิต  ได้แก่  ปุ๋ยคอก  ปุ๋ยหมัก  ปุ๋ยพืชสด  ปุ๋ยอินทรีย์ชีวภาพ  และวัสดุเหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรมบางชนิด  เมื่อใส่ในดินซากสิ่งมีชีวิตจะค่อยๆสลายตัวและปล่อยธาตุอาหารออกมาให้พืช              แต่มีข้อเสียคือ  มีธาตุอาหารน้อยรวมทั้งมีปริมาณและสัดส่วนไม่แน่นอน
2.  ปุ๋ยเคมี  หรือปุ๋ยวิทยาศาสตร์      เป็นปุ๋ยที่ได้จากการผลิตหรือสังเคราะห์จากแร่ธาตุต่างๆ  หรือเป็นผลพลอยได้จากโรงงานอุตสาหกรรมบางชนิด  ซึ่งจะมีธาตุอาหารหลักที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช  ได้แก่  ธาตุไนโตรเจน  ฟอสฟอรัส  และโพแทสเซียม  สามารถปลดปล่อยให้แก่พืชได้ง่ายและเร็ว  มี  2  ประเภทคือ
2.1  ปุ๋ยเดี่ยวหรือแม่ปุ๋ย      เป็นสารประกอบที่มีธาตุอาหารของพืชอยู่หนึ่งหรือสองธาตุ  และมีปริมาณธาตุอาหารคงที่  เช่น  ปุ๋ยยูเรีย  และปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต
2.2  ปุ๋ยผสม          เป็นปุ๋ยที่ได้จากการนำปุ๋ยเดี่ยวแต่ละชนิดมาผสมกันเพื่อให้ได้สัดส่วนของธาตุอาหาร  N  P  และ  K  ตามต้องการ  เช่น  ปุ๋ยสูตร  10  :  15  :  20  ประกอบด้วย N  10  ส่วน  P  15  ส่วน  K  20  ส่วน  และมีตัวเติมอีก  55  ส่วน  ให้ครบ  100  ส่วน
นอกจากนี้  ปุ๋ยวิทยาศาสตร์บางชนิดอาจมีธาตุอาหารของพืชที่มีความสำคัญในลำดับรอง  ซึ่งพืชต้องการในปริมาณน้อย  ได้แก่  ธาตุแคลเซียม  กำมะถัน  แมกนีเซียม  เหล็ก  สังกะสี  แมงกานีส  และทองแดง  ผสมอยู่ด้วย

10.4.2 ปุ๋ยไนโตรเจน
เป็นปุ๋ยเคมีที่ให้ธาตุไนโตรเจนเป็นธาตุหลัก ซึ่งช่วยให้พืชเจริญเติบโตดี ลำต้น ใบ แข็งแรง สามารถสร้างโปรตีนได้อย่างเพียงพอ โดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของสารประกอบ เช่น
ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต ((NH4 ) 2 SO4  ) เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างแก๊ส  NH3 กับ  H2 SO4
ปุ๋ยยูเรีย ( NH2CO NH2 ) เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างแก๊ส  NH3 กับแก๊ส  CO2
ดังนั้น  การผลิตปุ๋ยทั้งสองชนิดใช้แก๊ส  NH3  H2SO4  และ แก๊ส  CO2 เป็นวัตถุดิบที่สำคัญ
วัตถุดิบที่ใช้เตรียมแก๊สแอมโมเนีย คือ ไนโตรเจน และ ไฮโดรเจน

  • ไนโตรเจน เตรียมได้จากอากาศ โดยนำอากาศมาเพิ่มความดัน ลดอุณหภูมิให้กลายเป็นของเหลว แล้วเพิ่มอุณหภูมิถึงจุดเดือดของแก๊ส เพื่อแยกแก๊สไนโตรเจนออกจากอากาศ
  • ไฮโดรเจน เตรียมจากแก๊สที่เหลือ(ออกซิเจนส่วนใหญ่) ทำปฏิกิริยากับแก๊สมีเทน หรือ ใช้ไอน้ำทำปฏิกิริยากับแก๊สมีเทน

การเตรียมแก๊สแอมโมเนีย นำแก๊ส N2 และ H2  ที่ผลิตได้มาทำปฏิกิริยากัน ได้แก๊ส  NH3
ดังนั้น  เมื่อนำแก๊ส  NH3  ทำปฏิกิริยากับแก๊ส CO2 จะได้ปุ๋ยยูเรีย
การเตรียม H2 SO4  – นำกำมะถันที่หลอมเหลว ทำปฏิกิริยากับ แก๊ส O2 ได้แก๊ส   SO2
–  นำแก๊ส   SO2 ทำปฏิกิริยากับแก๊ส O2 ได้แก๊ส   SO3
–  ผ่านแก๊ส   SO3 ในสารละลายกรด H2 SO4  เข้มข้น ได้สารละลายโอเลียม
–  นำสารละลายโอเลียม ละลายน้ำ ได้กรด H2 SO4
ดังนั้น   เมื่อนำแก๊ส  NH3  ทำปกิกิริยากับ กรด H2 SO4  จะได้ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต

10.4.3 ปุ๋ยฟอสเฟต
เป็นปุ๋ยที่ให้ธาตุฟอสฟอรัสในรูปของสารประกอบฟอสเฟต ใช้หินฟอสเฟต(CaF2.3Ca3(PO4)2) เป็นวัตถุดิบการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตทำได้ 3 วิธี

  • นำหินฟอสเฟตมาผสมกับทรายและโซดาแอช แล้วเผาที่อุณหภูมิ 1000-1200 องศาเซลเซียส

2(CaF2 3Ca3(PO4)2) + 5SiO2 + 6Na2CO3  —›     12CaNaPO4 + 4Ca2SiO4 + SiF4 + 6CO2
นำสารที่ได้จากการเผาเทลงน้ำ จะได้สารที่มีรูพรุน เปราะ

  • นำหินฟอสเฟตมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ได้ปุ๋ยฟอสเฟตที่มีคุณภาพสูงขึ้นโดยนำหินฟอสเฟตที่บดแล้วมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก

CaF.3Ca3(PO4)2 + 10H2PO4        —›   6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF
ได้กรดฟอสฟอริก (H2PO4) ซึ่ง จะไปทำปฏิกิริยากับหินฟอสเฟตที่เหลือ จะได้มอนอแคลเซียมฟอสเฟต (Ca(H2PO4)2) หรือปุ๋ยซุปเปอร์ฟอสเฟตละลายน้ำได้ดี

  • หรือสามารถผลิตปุ๋ยฟอสเฟตโดยนำหินฟอสเฟตมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก

CaF.3Ca3(PO4)2 + 7H2PO4 + 3H2O —›    3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4 + 2HF
จากปฏิกิริยา ทั้งสาม จะพบว่าในส่วนประกอบหินฟอสเฟตจะมี CaF2  ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดจะได้ HF ซึ่งระเหยง่ายและเป็นพิษบางส่วนจะทำปฏิกิริยากับ SiO2 เกิดเป็นแก๊ส SiF4ซึ่งรวมกับน้ำทันทีเกิดเป็น H2SiF6 หรืออาจนำ SiO2 มาทำปฏิกิริยากับ HFโดยตรงเกิดเป็น H2SiF6 และเมื่อนำมาทำปฏิกิริยาต่อกับ MgO จะได้แมกนีเซียมซิลิโกฟลูออไรด์ (MgSiF6) ใช้เป็นสารกำจัดแมลง
HF ส่วนใหญ่จะระเหยกลายเป็นไอ จึงกำจัดโดยการผ่านแก๊ส ลงในน้ำทำให้ได้สารที่เป็นกรด ซึ่งทำให้เป็นกลางโดยทำปฏิกิริยากับโซดาแอชหรือหินปูน
2HF + Na2CO3      —›         2NaF + H2O + CO2
2HF + CaCO3        —›         CaF + H2O + CO2

10.4.4 ปุ๋ยโพแทส
ปุ๋ยโพแทสคือปุ๋ยเคมีที่มีธาตุโพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบ ปุ๋ยชนิดนี้นิยมบอกความเข้มข้น เป็นค่าร้อยละโดยมวลของ K 2O ปุ๋ยโพแทสเซียมชนิดต่างๆนั้นพอจะกล่าวโดยสังเขปได้ดังนี้คือ     โพแทสเซียมคลอไรด์  (KCl)ปุ๋ยที่บริสุทธิ์ 95% นั้นจะมีโพแทสเซียมที่อยู่ในรูป K2O เท่ากับ 60% ผลิตมาจากสินแร่โพแทสเซียม เช่น sylvinite  เป็นต้น และมีชื่อได้อีกว่า muriate of potash


แร่ที่มีโพแทสเซียมเป็นส่วนประกอบ

ในสมัยก่อน แหล่งของปุ๋ยโพแทสได้จากขี้เถ้าจากเตาถ่าน หรือจากการเผากิ่งไม้ ใบไม้และเศษเหลือของพืช
ประเทศไทยมีแหล่งแร่โพแทสเป็นจำนวนมากในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ในรูปของแร่คาร์นัลไลต์   ( KCl.MgCl 2.6H 2O ) และแร่ซิลวาไนต์ ( KCl.NaCl) ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปุ๋ยโพแทสชนิดต่างๆ เช่น โพแทสเซียมคลอไรด์ ( KCl) โพแทสเซียมซัลเฟต ( K 2SO 4) โพแทสเซียมไนเตรต ( KNO 3 ) และโพแทสเซียมแมกนีเซียมซัลเฟต ( K 2SO 4.2MgSO 4  )
1.ปุ๋ยโพแทสเซียมคลอไรด์ ผลิตได้จากแร่ซิลวาไนต์ มาบดให้ละเอียดแล้วทำให้บริสุทธิ์ โดยละลายแร่ในน้ำอุณหภูมิประมาณ 90 ๐ C  เติมสารละลาย   NaCl ที่อิ่มตัวลงไป กรองแยกโคลนและตะกอนออก ระเหยน้ำเพื่อให้สารละลายมีความเข้มข้นมากขึ้นจนทำให้ KCl ตกผลึก แยกผลึกออกแล้วอบให้แห้ง จะได้ปุ๋ย KCl ตามต้องการ นอกจากนี้ ยังสามารถผลิตปุ๋ยชนิดนี้จากน้ำทะเล โดยการระเหยน้ำทะเลด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อให้มีความเข้มข้นสูงขึ้น เกลือ NaCl จะตกผลึกแยกออกมาก่อน นำสารละลายที่ได้ไประเหยน้ำออกเพื่อทำให้มีความเข้มข้นมากขึ้นทำให้ KCl ตกผลึก   ออกมาและใช้เป็นปุ๋ย KCl ได้
      แร่ซิลวาไนต์

2.ส่วนปุ๋ยโพแทสซียมซัลเฟต ผลิตได้จากการนำแร่แลงไบไนต์ ( K 2SO 4.2MgSO 4  ) มาละลายในน้ำอุณหภูมิประมาณ 50 ๐ C  จนเป็นสารละลายอิ่มตัว แล้วเติมสารละลาย KCl เข้มข้นลงไป จะได้ผลึก K 2SO 4 แยกออกมาดังสมการ

K2SO4.2MgSO4 +  4KCl —›  3K2SO4  +  2MgCl2

3.นอกจากนี้ถ้านำ KCl มาทำปฏิกิริยากับ NaNO 3 จะได้ปุ๋ยโพแทสเซียมไนเตรต
(KNO 3 ) ดังสมการ
KCl  +  NaNO3                —›   KNO3  +  NaCl

 


ตัวอย่างผลิตภัณฑ์

โพแทสเซียมเป็นธาตุอาหารหลักที่จำเป็นต่อพืชมากทำให้ผนังเซลล์ของพืชหนาขึ้นสร้างภูมิต้านทานโรคและเป็นตัวเร่งให้เซลล์ทำงานได้ดีขึ้นถ้าพืชขาดโพแทสเซียมจะทำให้มีปริมาณแป้งต่ำกว่าปกติผลผลิตน้อยลงขอบใบมีสีซีดลำต้นอ่อนแคระแกร็นและเมล็ดลีบ

 

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s