วันเสาร์ที่ 8 กันยายน พ.ศ. 2555

ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรม


อุตสาหกรรมแร่


-                   แร่ คือ ธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยมีองค์ประกอบเป็นช่วง มีโครงสร้างและสมบัติเฉพาะตัว
-                   สินแร่ คือ กลุ่มของแร่ต่างๆ ที่มีปริมาณมากพอ ในเชิงเศรษฐกิจ ซึ่งสามารถใช่เป็นวัตถุดิบ นำไปหลอมเหลวหรือถลุง เพื่อให้ได้โลหะ
-                   แร่หลักชนิดต่างๆได้แก่ พวกโลหะเดี่ยว คาร์บอเนต  เฮไลด์ ออกไซด์  ฟอสเฟต ซิลิเกต
       ซัลไฟต์ ซัลเฟต
·       จำแนกตามประโยชน์ในทางเศรษฐกิจ
1.             แร่ประกอบหิน คือ แร่ที่เป็นส่วนประกอบของหิน => แทรกอยู่ในเนื้อหิน=> แยกออกมาใช้ได้ยาก => นำหินมาใช้โดยตรง
2.             แร่เศรษฐกิจ แร่ที่มีประโยชน์ทางเศรษฐกิจและมีปริมาณมากพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรม มี 2 ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ แร่โลหะและแร่อโลหะ
ตัวอย่างกลุ่มแร่เศรษฐกิจ

กลุ่มแร่

ตัวอย่างแร่
แร่โลหะพื้นฐาน
Cu  Pb  Zn  Sb  Sn  W
แร่หนักและแร่หายาก
แร่แทนทาไลต์โคลัมไบต์  เซอร์คอน  อิลเมไนต์  โมนาไซต์
แร่โลหะมีค่า
ทองคำ   ทองคำขาว  เงิน
แร่ในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า
แร่เหล็ก แมงกานีส นิกเกิล โครไมต์ โมลิบดีไนต์
แร่วัตถุดิบในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์
ยิปซัม หินปูน หินดินดาน ดินมาร์ลหรือดินสอพอง
แร่ที่ใช้มนอุตสาหกรรมก่อสร้าง
หินอ่อน หินแกรนิต หินทราย หินกาบหรือหินชนวน
แร่รัตนชาติ
เพชร คอรันดัม มรกต บุษราคัม โกเมน
แร่ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง
ถ่านหิน หินน้ำมัน น้ำมันดิบ แก๊สธรรมชาติ


แร่ทองแดง

แร่ทองแดงที่สำคัญ คือ แร่คาลโคไพไรต์ (CuFeS2) การถลุงทองแดง คือ
1.             แยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปน อาจใช้วิธีการลอยตัว ตักฟองที่ลอยอยู่ด้านบนออก แล้วทำให้แห้ง จะได้ผงแร่ที่มีปริมาณทองแดงเพิ่มขึ้นประมาณ 15% 
2.             ย่างแร่ นำแร่มาเผาในอากาศ FeS บางส่วนจะเปลี่ยนเป็น FeO2
3.             กำจัด FeO2 โดยนำผลิตภัณฑ์ไปเผารวมกับ SiO2 ที่อุณหภูมิประมาณ 1100c จะได้กากตะกอนเหลว FeSiO3 ซึ่งแยกออกมาได้, Cu2S จะสลายตัวเป็น Cu2S(l) ซึ่งแยกออกมาได้
4.             แยก Cu2S ในอากาศบางส่วนเปลี่ยนเป็น Cu2O
5.             Cu2S และ Cu2O ทำปฏิกิริยากัน โดย Cu2S เป็นตัวreduce ได้โลหะทองแดง และ SO2
6.             ทำทองแดงให้บริสุทธ์โดยการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้า
ทองแดง มีความสำคัญ
1.             ใช้มากในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า และอิเล็คทรอนิกส์ ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ อาวุธ เหรียญกษาปณ์ เหรียญตราต่างๆ อุปกรณ์เกี่ยวกับรถยนต์
2.             เป็นส่วนประกอบสำคัญในโลหะผสม เช่น ทองเหลือง บรอนซ์ โลหะผสมทองแดงนิกเกิล
3.             แร่ที่มีสี หรือลวดลายสวยงาม เช่น มาลาไคต์ อะซูไรต์ คริโซคอลลา ทำเป็นเครื่องประดับ


สังกะสีและแคดเมียม
                แร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก ได้แก่ แร่สฟาเลอไรต์ (ZnS) การถลุงแร่ชนิดนี้เริ่มจากการนำสินแร่มาเผาในอากาศเพื่อเป็นสารประกอบออกไซด์ แล้วนำมาถลุงที่อุณหภูมิ 1100°C โดยใช้คาร์บอนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นตัวรีดิวซ์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้
                       ZnO(s)  +  C(s)                                  Zn(l)  +  CO(g)
                ZnO(s)  +  CO(g)                             Zn(l)  +  CO2 (g)
                สังกะสีที่ได้อยู่ในรูปของเหลวที่ไม่บริสุทธิ์ ส่วนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อให้ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนจะเปลี่ยนเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งนำกลับมาใช้เป็นตัวรีดิวส์ได้อีก
                ในประเทศไทยพบมากที่จังหวัดลำปาง แพร่ เพชรบูรณ์ เลย กาญจนบุรี และนครศรีธรรมราช สำหรับที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก เป็นแร่สังกะสีชนิดซิลิเกต คาร์บอเนตและออกไซด์ ในรูปของแร่เฮมิมอไฟต์ (Zn4(Si2O7)(OH)2H2O)  สมิทโซไนต์ (ZnCO3) และซิงไคต์ (ZnO)
ตามลำดับ การถลุงแร่สังกะสีชนิดนี้จะเริ่มจากการนำแร่เปียกมาบดจนละเอียดแล้วให้ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก เกิดเป็นสารประกอบ ZnSO4 ละลายอยู่ในสารละลาย ต่อมาจะปรับสภาพสารละลายให้เป็นตัวกลางด้วยหินปูนหรือปูนขาวแล้วกรองเพื่อแยกกากแร่ออกจากสารละลาย กากที่ได้จะปรับสภาพให้เป็นกลางด้วยปูนขาวแล้วส่งไปเก็บในบ่อเก็บกากแร่เพื่อนำไปถลุงแยกโลหะอื่น ๆ ต่อไป ส่วน ZnSO4 ที่ละลายอยู่ในสารละลายยังไม่บริสุทธิ์ เนื่องจากมีเกลือของโลหะแคดเมียม พลวงและทองแดงละลายอยู่ จึงกำจัดไอออนเหล่านี้ออกโดยเติมผงสังกะสีลงไป เพื่อให้โลหะเกิดเป็นโลหะ Cd Sb และCu ตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้
                Zn(s)    +    CdSO4(aq)                                    ZnSO4(aq)    +  Cd(s)
                3Zn(s)  +    Sb2(SO4)3(aq)                              3ZnSO4(aq)  +  2Sb(s)
                Zn(s)    +  CuSO4(aq)                                       ZnSO4(aq)    +  Cu(s)
                โลหะ Cd Sb และCu จะถูกแยกออกจากสารละลาย ZnSO4 ด้วยเครื่องกรองตะกอนแบบอัด ส่วนสารละลาย ZnSO4 ที่แยกสารปนเปื้อนออกแล้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงมาก จะถูกส่งไปยังโรงแยกสารด้วยกระแสไฟฟ้าต่อไป
                เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงลงในสารละลาย ZnSO4 จะเกิดปฏิกิริยาดังนี้

ที่แคโทด               
:               Zn2+(aq)  + 2e-                      Zn(s)
ที่แอโนด               :               H2O(l)                                  2H+(aq)  +  1/2O2(g)  +  2e-
ปฏิกิริยารวม         :               Zn2+(aq)  +  H2O(l)            Zn(s)  +  2H+(aq)  +  1/2O2(g)
                จากปฏิกิริยา  พบว่าได้โลหะสังกะสีเกาะอยู่ที่ขั้วแคโทดและแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้นที่ขั้วแอโนด ส่วนในสารละลายจะมีกรดซัลฟิวริกเกิดขึ้นซึ่งสามารถนำกลับไปใช้ทำปฏิกิริยากับแร่สังกะสีได้อีก
                ปัจจุบันมีการใช้โลหะสังกะสีอย่างกว้างขวาง โดยใช้เป็นสารเคลือบเหล็กกล้า เช่น อุตสาหกรรมแผ่นเหล็กชุบสังกะสี ใช้ผสมกับทองแดงเกิดเป็นทองเหลืองเพื่อใช้ขึ้นรูปหรือหล่อผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น ภาชนะ เครื่องประดับ ใช้ผสมกับอะลูมิเนียมและแมกนีเซียมเพื่อนำมาหล่อเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เช่น คาร์บูเรเตอร์ มือจับบานประตู นอกจากนี้สารประกอบออกไซด์ของสังกะสียังใช้ในอุตสาหกรรมยาง สี เซรามิกส์ ยา เครื่องสำอางและอาหารสัตว์
                การแยกโลหะแคดเมียมทำได้โดยนำกากตะกอนมาบดให้ละเอียดแล้วละลายในกรดซัลฟิวริก ทำให้ตัวกลางด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต กรองเพื่อแยกตะกอนออกจากสารละลายแคดเมียม เติมผงสังกะสีลงในสารละลายจะได้แคดเมียมพรุนตกตะกอนออกมา กรองแล้วนำไปสกัดด้วยกรดซังฟิวริกอีกครั้ง แล้วทำสารละลายให้เป็นกลางด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต กรองและนำสารละลายที่ได้ไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้า จะได้โลหะแคดเมียมเกาะที่แคโทด แล้วจึงนำไปหลอมและหล่อเป็นแท่งต่อไป
                โลหะแคดเมียมใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมการผลิตเซลล์นิกเกิล แคดเมียม ทำสีในอุตสาหกรรมพลาสติก เซรามิกส์ ทำโลหะผสม และใช้โลหะแคดเมียมเคลือบเหล็กกล้า ทองแดงหรือโลหะอื่น ๆ เพื่อป้องกันการผุก่อน


ดีบุก
                ประเทศไทยเป็นแหล่งผลิตดีบุกที่สำคัญแห่งหนึ่งของโลก  พบในภาคตะวันตก  ภาคใต้ทุกจังหวัด ภาคกลางและภาคเหนือบางจังหวัด  แร่ดีบุกที่พบส่วนใหญ่เป็นแร่แคสซิเทอไรต์ (SnO2)  การถลุงแร่ดีบุกทำได้โดยนำสินแร่ดีบุกมาผสมกับถ่านโค้กและหินปูน  ในสินแร่ดีบุกจะมีสารประกอบบางชนิด  เช่น SiO2  ปนอยู่จึงต้องกำจัดออกในขณะถลุง
                ดีบุกเป็นโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและสารละลายต่างๆ  ไม่เป็นพิษต่อร่างกาย  แร่ดีบุกสามารถนำมาเคลือบโลหะเพื่อบรรจุอาหาร  ทำชิ้นส่วนเครื่องบินและยานอวกาศ เป็นต้น

ทังสเตน
                สินแร่ของโลหะทังสเตนที่พบในประเทศมี 2 ชนิด คือ วุลแฟรไมต์ (Fe,Mn)Wo4 และซีไลต์ CaWO4
          ทังสเตนเป็นโลหะสีเทาเงิน  มีจุดหลอมเหลวและความหนานแน่นสูง  เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี ทังสเตนใช้ทำเป็น  อาวุธสงคราม  มีดโกน  ใบเลื่อย  ขั้วหลอดไฟฟ้า  เป็นต้น
     ทังสเตนส่วนใหญ่พบร่วมกับแร่ดีบุก
    สินแร่ของทังสเตน  คือ   วุลแฟรไมต์ และซีไลต์
             ลักษณะ
·       ทังสเตนเป็นโลหะสีเทาเงิน
·       จุดหลอมเหลว, ความหนาแน่นสูง
·       นำความร้อนและไฟฟ้าดี,  มีสัมประสิทธ์ของการขยายตัวต่ำ
·       ผสมกับคาร์บอนจะมีความแข็งมาก
   ประโยชน์
·       ใช้ทำไส้และขั้วหลอดไฟฟ้า
·       ชิ้นส่วนบริเวณผิวสัมผัสของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
·       ทำฉากป้องกันความร้อนและรังสีในอุปกรณ์ต่างๆ
·        ผสมกับเหล็กได้เหล็กกล้า ใช้ทำเกราะในยานพาหนะ อาวุธสงคราม ทำมีด 
·       ผสมกับคาร์บอน นิกเกิลและโคบอลต์จะมีความแกร่งเป็นพิเศษใช้ทำวัตถุตัดเหล็กกล้า
·       สารประกอบเรืองแสงของทังสเตนนำมาใช้เป็นสีเขียวและสีเหลืองในการย้อมไหม, ตกแต่งแก้ว, เครื่องปั้นดินเผา

พลวง
              แร่พลวงที่พบส่วนใหญ่เป็นแร่พลวงเงินหรือแร่สติบไนต์ (Sb2S3 ) และแร่พลวงทองหรือ         แร่สติบิโคไนต์ (Sb2O4.  n H2O )  วิธีการถลุงแร่พลวงขึ้นกับชนิดและคุณภาพของแร่ ถ้าแร่ที่ไม่ใช่สารประกอบออกไซด์ จะนำมาทำเป็นสารประกอบออกไซด์ก่อน โดยวิธีเผาแร่ในอากาศหรือเรียกว่า การย่างแร่ ดังสมการ
         2Sb2S3(s) +9O2 (g)             2Sb2O3(s) +6SO2 (g)
แล้วนำแร่ที่เผาแล้วมาผสมกับถ่านหินและโซเดียมคาร์บอเนต แล้วใส่ลงไปในเตาถลุง ใช้อุณหภูมิประมาณ800-900°C ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น
         2C(s) +O2 (g)                    2CO (g)
         Sb2O3(s) +3CO (g)           2Sb (l) +3CO2 (g)
โซเดียมคาร์บอเนตจะรวมตัวกับสารต่างๆเกิดกากตะกอนลอยอยู่บนโละพลวงที่หลอมเหลว
พลวงเป็นธาตุที่ค่อนข้างเปราะและทนความร้อน จึงนิยมใช้ทำโลหะผสม
แทนทาลัมและไนโอเนียม
            สารสองตัวนี้จะเกิดร่วมกันในสินแร่แทนทาไลต์โคลัมเบียร์ เราจะพบได้ในตะกรันจากการถลุงแร่ดีบุก ซึ่งเรามีกระบวนการในการผลิตดังนี้
1.             นำตะกรันดีบุกมาบดให้ละเอียด
2.             ละลายด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกกับกรดซัลฟิวริก
3.             เติมเมทิลไอโซบิวทิลคีโตน
4.             สารจะแยกชั้นกัน ให้เติมกรดซัลฟิวริกเจือจางลงไป(ไนโอเนียมจะอยู่ชั้นกรด)
5.             ทำให้เป็นกลางด้วยแอมโมเนีย(เกิดตะกอนของไนโอเบียมเพนตะออกไซด์)
6.             ผ่านไอน้ำเข้าไป(ได้เมทิลไอโซบิวทิลคีโตน)
แทนทาลัมเพนตะออกไซด์และไนโอเนียมเพนตะออกไซด์สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ในอุตสาหกรรมแต่ต้องผ่านการสกัดก่อน โดยมีแคลเซียมเข้าไปทำปฏิกิริยาและมีแคลเซียมคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
ประโยชน์ของโลหะแทนทาลัม
1.             ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในคอมพิวเตอร์
2.             เครื่องมือสื่อสาร
3.             เครื่องส่งสัญญาณกันภัย
4.             ทำหัวของจรวดขีปนาวุธ
5.             อุปกรณ์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู
ฯลฯ
ประโยชน์ของโลหะไนโอเนียม
1.             อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
2.             อุปกรณ์นิวเคลียร์
3.             ส่วนประกอบของเครื่องบิน
4.             ขีปนาวุธ  ฯลฯ
(หมายเหตุ  โลหะไนโอเนียม แปรูปง่าย จึงมักใช้ทำอุปกรณ์ที่มีความเหนียว ทนแรงดัน ไม่เป็นสนิม)

เซอร์โคเนียม
                โลหะเซอร์โคเนียมพบตามแหล่งแร่ดีบุกในรูปของแร่เซอร์คอน (ZrSiO4) การถลุงทำโดยนำแร่ดีบุกที่มีแร่เซอร์คอนอยู่ไปถลุงในเตาที่อุณหภูมิ 800-1000oC โดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ จะได้โลหะเซอร์โคเนียมที่ไม่บริสุทธิ์ นำมาเผาที่อุณหภูมิ 500 oC และพ่นแก๊สคลอรีนผ่านเข้าไปตลอด จะได้ไอของเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ (ZrCl4) ซึ่งเมื่อผ่านการควบแน่นจะได้ผลึกเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ นำผลึกมาทำปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียมหลอมเหลวภายใต้บรรยากาศของ
แก๊สเฉื่อย จะได้โลหะเซอร์โคเนียมปนอยู่กับแมกนีเซียมคลอไรด์ ดังสมการ                                                                        ZnCl4 (S) + 2Mg (l)                                    Zr (S) + 2MgCl2 (S)
แยกแมกนีเซียมคลอไรด์และแมกนีเซียมส่วนที่เหลือโดยการเผาภายใต้ภาวะสุญญากาศ ที่อุณหภูมิ 900 oC และนำโลหะเซอร์โคเนียมที่ได้ไปหลอมในเตาสุญญากาศเพื่อทำให้ให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น
                โลหะเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์มีสีเทาเงิน อ่อนและเหนียว ใช้ทำโลหะผสมเพื่อหุ้มแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม เป็นโครงสร้างของแกนปฏิกรณ์ปรมาณู ส่วนเซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZrO2) เป็นผงสีขาว มีความแข็งมาก ใช้เป็นผงขัดและวัสดุทนไฟ ใช้เป็นองค์ประกอบของแก้วและเซรามิกส์ ใช้เป็นสีและสารเพิ่มความทึบสำหรับเคลือบเครื่องปั้นดินเผาและผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ส่วนเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการกลั่นน้ำมัน และเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของเซอร์โคเนียม
                ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาการถลุงแร่บางชนิดจะมีกากแร่ที่เป็นสารพิษ เช่น แร่สังกะสีอาจมีกากแคดเมียมเป็นสารพิษ การย่างแร่ทองแดง สังกะสีและพลวงจะได้แก๊ส SO2 จะเกิดจากสินแร่ที่มีธาตุกำมะถันเป็นองค์ประกอบ หรือจากกำมะกันที่เจือปนอยู่ในถ่านหินที่นำมาเป็นเชื้อเพลิง หรือโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริกที่นำมาใช้ละลายแร่ สามารถกำจัดได้โดยใช้ทำปฏิกิริยากับ Ca(OH)2 ได้ CaSO4 ซึ่งนำไปใช้ผลิตยิปซัมได้ นอกจากนี้ขณะถลุงแร่จะมีฝุ่นโลหะปะปนออกมาซึ่งเป็นอันตรายมาก ดังนั้นควรมีการควบคุมไม่ให้เกิดมลพิษ โดยกำจัดสารพิษให้หมดก่อนจะปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม
                การถลุงแร่โลหะจะมีปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเสมอ นอกจากนี้ยังใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้าเพื่อทำให้โลหะบริสุทธิ์ และใช้หลักการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์แตกต่างกันเพื่อช่วยให้โลหะตกตะกอน

แร่รัตนชาติ
เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่นำมาใช้เป็นเครื่องประดับ  มีสมบัติสำคัญ คือ ความสวยงาน ความคงทน ความหายาก ความนิยม และความสามารถในการพกพา
                มีส่วนประกอบเกิดจากสิ่งมีชีวิต และจัดเป็นรัตนชาติ คือ ไข่มุก  ปะการัง และอำพัน
                สามารถแบ่งอัญมณีออกเป็น2 กลุ่ม คือ
1. เพชร
2. พลอย หรือ หินสี
ทับทิมสยามและไพลินเป็นพลอยในตระกูลแร่คอรันดัม  มีส่วนประกอบคือ  อะลูมิเนียม (ประกอบด้วย อะลูมิเนียม 52.9% และ ออกซิเจน 47.1% )  การที่พลอยมีสีแตกต่างกันเนื่องจากมีธาตุอื่นที่มีมลทิน เช่น
·       การมีธาตุโครเมียมปนอยู่ ทำให้พลอยมีสีชมพู(ทับทิม)
·       การมีธาตุเหล็กปนอยู่  ทำให้พลอยมีสีเขียว เหลือง หรือน้ำตาล
·       การมีธาตุเหล็กและไทเทเนียมปนอยู่ ทำให้พลอยมีสีน้ำเงิน

                เพชรและพลอยเป็นอัญมณีล้ำค่า  ดังนั้นจำเป็นจะต้องมีวิธีพิสูจน์ว่าเป็นของแท้หรือไม่  อาจดูจากความแข็งหรือความทนทานต่อการขูดรีดเพราะเป็นสมบัติเฉพาะของแร่รัตนชาติแต่ละชนิด  ตามการจัดอันดับความแข็งของแร่  ได้ว่า  เพชรเป็นแร่ที่มีความแข็งมากที่สุด  คือ  ระดับ 10  นอกจากนี้เพชรยังมีคุณสมบัติไม่นำไฟฟ้า  แต่นำความร้อนได้ดีที่สุด  ดีกว่าทองแดงถึง 5 เท่า  และในปัจจุบันสามารถสังเคราะห์เพชรออกมาได้แล้ว  ซึ่งมีความแข็ง  และสมบัติอื่นๆเหมือนเพชรตามธรรมชาติทุกประการ  ข้อเสีย คือ ค่าใช้จ่ายสูงและมีราคาแพงกว่าเพชรธรรมชาติในคุณภาพเดียวกัน

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ช่วยให้มีเทคนิคและวิธีเพิ่มคุณภาพของแร่รัตนชาติได้หลายวิธี ได้แก่
·       การเจียระไน เทคนิคที่ทำให้อัญมณีมีความแวววาวเป็นประกายและมีสีสันเด่นชัด โดยใช้เครื่องมือตัดแร่ให้เป็นเหลี่ยม
·       การเผาพลอย หรือ หุงพลอย โดยการนำพลอยมาให้ความร้อนในอุณหภูมิที่เหมาะสม จนทำให้แร่ธาตุต่างๆ ในเนื้อพลอยจัดเรียงตัวใหม่ หรือเปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ทำให้เนื้อพลอยใสขึ้นและเปลี่ยนสีไปอย่างถาวร
·       การย้อมเคลือบสี  การเผาพลอยรวมกับสารเคมีบางชนิด สีที่เกิดขึ้นจะเคลือบเฉพาะบริเวณผิวหน้าเป็นการชั่วคราว
·       การอาบรังสี นำไปอาบรังสีแกมมาจากโคบอลต์ 60 หรือ รังสีนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู
ปัจจุบันมีการทำเพชรเทียมขึ้นหลายชนิด เช่น คิวบิกเซอร์โคเนียม หรือ เพชรรัสเซีย มีความประกายแวววาว และมีความถ่วงจำเพาะสูงกว่าเพชรธรรมชาติมาก

อุตสาหกรรมเซรามิกส์
                อุตสาหกรรมเซรามิกส์มีความสำคัญต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ และยังเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานรองรับอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น ในอุตสาหกรรมการถลุงและผลิตโลหะ และในงานก่อสร้างและสถาปัตยกรรม
                ในสมัยก่อนเซรามิกส์ หมายถึง ศิลปะที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปั้นดินเผา แต่ในปัจจุบันนี้เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทรายและแร่ธาตุต่าง ๆ นำมาผสมกันทำเป็นสิ่งประดิษฐ์แล้วเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรงและสามารถคงรูปอยู่ได้
                กระบวนการผลิตเซรามิกส์ประกอบด้วยขั้นตอนต่าง ๆ เช่น การเตรียมวัตถุดิบ การขึ้นรูป การตากแห้ง การเผาดิน การเคลือบ การเขียนลวดลายด้วยสีหรือการติดรูปลอก


                การเตรียมวัตถุดิบ
                วัตถุดิบที่ใช้อาจแบ่งเป็นวัตถุดิบหลัก ๆ เช่น ดิน เฟลด์สปาร์ ควอตซ์ และวัตถุดิบอื่น ๆ เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสูงขึ้น เช่น Al2O3, ZrO2, BeO และZnO2 เป็นต้น
                ดิน          เป็นวัตถุดิบที่สำคัญในการผลิตเซรามิกส์ องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O และNa2O ดินจากแหล่งที่ต่างกันก็มีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกัน ถ้าแบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพจะจำแนกได้เป็นดินขาวกับดินเหนียว
ดินขาวบริสุทธิ์มีสูตรเคมีเป็น Al2O3 (2SiO2•2H2O) ประกอบด้วย Al2O3 ร้อยละ 39.8 SiO2 ร้อยละ 46.3 H2O ร้อยละ 13.9 โดยมวล ดินขาวในประเทศไทยมสีขาวหรือสีอ่อนทั้งในสภาพที่ยังไม่ได้เผาและหลังเผา พบได้ในจังหวัดลำปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง สุราษฎร์ธานี และนครศรีธรรมราช
ส่วนดินเหนียวมีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท มีเนื้อละเอียด เหนียวและแข็งแรงมากกว่าดินขาว พบมากที่จังหวัดลำปาง เชียงใหม่ ปราจีนบุรี และสุราษฎร์ธานี เมื่อนำดินเหนียวผสมกับดินขาว จะทำให้เนื้อดินแน่นและเนียนมากขึ้น ทำให้สะดวกในการขึ้นรูปและทำผลิตภัณฑ์

เฟลด์สปาร์ หรือหินฟันม้า เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุหมู่ I และ II โดยเฉพาะสารประกอบของธาตุ  Na K Ca  เฟลด์สปาร์จะช่วยให้ส่วนผสมเกิดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดเป็นเนื้อแก้ว  และเกิดความโปร่งใส
-         โซดาเฟลด์สปาร์ หรือเฟลด์สปาร์ที่มี Na มาก ใช้ผสมในเนื้อดิน และเป็นส่วนประกอบของน้ำเคลือบ
-         โพแทชเฟลด์สปาร์ หรือเฟลด์สปาร์ที่มี K มาก ใช้ผสมในเนื้อดินปั้น
               
                ควอตซ์ หรือหินเขี้ยวหนุมาน มีองค์ประกอบเป็นซิลิกา ใสไม่มีสี เป็นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เซรามิก ทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย ช่วยให้เกิดความแข็งแรงไม่โค้งงอ

                แร่ไดโลไมต์ เป็นแร่ที่ประกอบด้วยแคลเซียมแมกนีเซียมคาร์บอเนต [CaMg(CO3)2] ลักษณะคล้ายหินปูน ใช้ผสมเนื้อดินเพื่อลดจุดหลอมเหลว และผสมในน้ำเคลือบ

                สารประกอบออกไซด์ บางชนิดใช้ผสมในผลิตภัณฑ์ทนไฟ บางชนิดใช้เติมเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นเนื้อแก้ว หรือเคลือบเพื่อทำให้ทึบแสง

                ดิกไคต์ [Al2Si2O4(OH)4]  มีองค์ประกอบเหมือนดิน ถ้ามีลักษณะเป็นหินแข็งจะนำมาแกะสลัก ถ้ามีอะลูมินาประกอบน้อยลงใช้ผสมทำวัสดุทนไฟทำกระเบื้องปูพื้น  ถ้ามีอะลูมินาต่ำกว่านี้ผสมทำปูนซีเมนต์ขาว

 วัตถุดิบที่ใช้ผลิตเซรามิก ต้องทำให้บริสุทธิ์และบดให้ละเอียดก่อน จึงนำไปผสมเพื่อนำไปใช้ต่อไป


การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์
                การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกส์มีหลายวิธี  เช่น  การเทแบบ  การใช้แป้นหมุน  การใช้เครื่องขึ้นรูปการอัดเนื้อดินผ่านหัวแบบ  และการอัดผงเนื้อดินลงในแบบ  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิด  รูปร่าง  คุณภาพและสมบัติของผลิตภัณฑ์
                การเทแบบ  เริ่มจากผสมดินกับน้ำจนได้ที่แล้วเทลงในแบบ  การเทแบบผลิตภัณฑ์ที่มีความหนา  จะปล่อยน้ำดินไว้ในแบบจนแข็งตัว  จากนั้นจึงค่อยแกะแบบและตกแต่งผลิตภัณฑ์  ส่วนการเทแบบที่ต้องการผนังบางหรือมีความหนาสม่ำเสมอ  เมื่อเนื้อดินบริเวณผิวแบบเริ่มแห้งและมีความหนาพอสมควรจึงเทน้ำที่เหลือออก  จากนั้นจึงตกแต่งผลิตภัณฑ์แล้วค่อยแกะผลิตภัณฑ์ออกจากแบบ  การขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ใช้กับแจกัน  ขวด  และเครื่องสุขภัณฑ์ต่างๆ
                การขึ้นรูปโดยใช้แป้นหมุนนั้นจะใช้ได้กับภาชนะที่มีลักษณะกลม  เช่น  โอ่ง  อ่าง  แจกัน  และผู้ทำต้องมีความชำนาญเป็นพิเศษ
                นอกจากนี้อาจขึ้นรูปด้วยวิธีหลอมเหลวโดยอาศัยความร้อน แล้วเทลงแบบโลหะหรือแบบทรายและปล่อยให้เย็นตัว  ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีเนื้อแน่นทนต่อการกัดกร่อน  การอัดเนื้อผ่านหัวแบบและการอัดผงเนื้อดินลงในแบบโลหะด้วยแรงอัดสูงก็เป็นวิธีที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม  เช่น  กระเบื้อง
                ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเสร็จแล้วต้องเก็บไว้ในที่ร่มเพื่อให้ดินแห้งอย่างช้าๆ  จากนั้นนำมาตบแต่งให้สวยงามแล้วนำไปอบหรือตากแดดเพื่อป้องกันการแตกก่อนการเผา

            การเผาและเคลือบ
เทคนิควิธีการเคลือบขึ้นอยู่กับลักษณะและขนาดของผลิตภัณฑ์ ถ้าขนาดเล็กน้ำหนักเบา ใช้วิธีชุบหรือจุ่ม ขนาดใหญ่ ใช้วิธีเทราดหรือพ่น แต่หากเป็นงานศิลปะที่ต้องการความประณีต จะใช้แปรงหรือพู่กันทาน้ำเคลือบ หลังจากนั้นจึงนำไปเผาเคลือบ โดยเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆ จนถึงจุดหลอมเหลวของสารในน้ำเคลือบ จากนั้นปล่อยทิ้งไว้ให้อุณหภูมิลดลงอย่างช้าๆจนเกือบเย็น


ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์
                ตัวอย่าง เช่น ภาชนะ สุขภัณฑ์ต่างๆ
                ข้อควรระวังในการใช้เซรามิกส์ คือ สารตะกั่วที่ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิในการหลอมละลาย และทำให้สีสดใส ถ้าน้ำเคลือบยึดผิวเนื้อดินไม่ดี สารที่เคลือบกะเทาะทำให้ตะกั่วรั่วออกมาได้ หรือหากใส่อาหารที่เป็นกรดหรือเบส อาจทำให้ตะกั่วละลายปนเปื้อนกับอาหารได้



ผลิตภัณฑ์แก้ว
                สมบัติ โปร่งใส ไอน้ำและแก๊สผ่านได้ยาก บางชนิดทนความเป็นกรด-เบสได้ดี แข็งแรง และทนต่อแรงดัน
                ส่วนประกอบ ซิลิกา โซดาแอช หินปูน โดโลไมต์ และเศษแก้ว 30% โดยมวล
 

                                                                ช่วยลดอุณหภูมิจุดหลอมเหลวจาก 1700 °C เป็น 1500 -1600 °C
                                                                เพิ่มความแข็งแกร่ง
                จากนั้นหินปูน โซดาแอช และโดโลไมต์ จะเปลี่ยนเป็นสารประกอบออกไซด์ และหลอม เป็น น้ำแก้ว
                ชนิดของแก้ว แบ่งเป็น
-                    แก้วโซดาไลม์     ไม่ทนความเป็นกรด-เบส แตกง่าย  ให้แสงขาวผ่านได้ และดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต พบได้ทั่วไป เช่น แก้วน้ำ ขวดน้ำ สามารถทำให้มีสีโดยเติมสารเข้าไป เช่น  เติม ออกไซด์ของแมงกานีส ทำให้เป็นสีชา เติมออกไซด์ของทองแดงหรือโครเมียม ทำให้เป็นสีเขียว หรือเติมออกไซด์ของโคบอลต์ทำให้เป็นสีน้ำเงิน
-                    แก้วโบโรซิลิเกต มีซิลิกาสูง มีส่วนประกอบคล้ายกับแก้วโซดาไลม์แต่มีการเติม B2O3 เพิ่มด้วย ทำให้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดี ตัวอย่างเช่น ภาชนะที่ไว้ใช้ในเตาไมโครเวฟ หรือเครื่องแก้วในห้องปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์
-     แก้วคริสตัล          มีซิลิกาเป็นองค์ประกอบร้อยละ 54-65  โดยมวล  ซึ่งน้อยกว่าแก้วโซดาไลม์   
                                   และมีตะกั่วออกไซด์และโพแทสเซียมออกไซด์เป็นส่วนผสม  มีดัชนีหักเห
                                   สูงมาก  ลักษณะเป็นแวววาวสวยงาม
-     แก้วโอปอล           เป็นแก้วที่เติมโซเดียมฟลูออไรด์หรือแคลเซียมฟลูออไรด์เพื่อให้เกิดการตก
                                   ผลึกในเนื้อแก้ว  ทำให้แก้วมีความขุ่น  หลอมขึ้นรูปได้ง่าย

ปูนซีเมนต์
เกิดจากการเผาส่วนผสมต่างๆ  ในอัตราส่วนที่พอเหมาะ  ซึ่งวัตถุดิบที่ใช้แบ่งออกเป็น
4 กลุ่ม  คือ
-      วัตถุดิบเนื้อปูน  ประกอบด้วย  หินปูน  ดินสอพอง  ดินมาร์ล  หินอ่อนและหินชอล์ก  ซึ่งมีประมาณร้อยละ    80 โดยมวล
-                    วัตถุดิบเนื้อดิน  ประกอบด้วย  ซิลิกา  อะลูมินา  และออกไซด์ของเหล็ก  มีประมาณร้อยละ  15-18  โดยมวล
-                    วัตถุดิบปรับคุณภาพ  ประกอบด้วย  อะลูมินา  ซิลิกา  หรือออกไซด์ของเหล็กในปริมาณสูง  ใช้ในกรณีที่ส่วนผสมของวัตถุดิบเนื้อปูนและวัตถุดิบเนื้อดินไม่เป็นไปตามกำหนด
อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมคลอไรด์
NaCl เป็นสารที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและอาหาร รวมทั้งบริโภคในครัวเรือน NaCl นั้นถ้าผลิตจากน้ำทะเลจะเรียกว่า เกลือสมุทร แต่ถ้าผลิตจากเกลือในพื้นดินจะเรียกว่าเกลือสินเธาว์  การทำนาเกลือสมุทรจะทำในช่วงที่ไม่มีฝนตกและอากาศร้อน  โดยการนำน้ำทะเลมาขังไว้แล้วปล่อยให้ระเหยจนเหลือเเต่ผลึกเกลือสีขาว และได้ กุ้ง หอย ปู ปลาเป็นผลพลอยได้  ส่วนเกลือสินเธาว์จะใช้แหล่งเกลือในดินซึ่งอาจเป็นเกลือบนผิวดิน  น้ำเกลือบาดาลและแร่แฮไลต์  วิธีผลิตเกลือสินเธาว์คืออัดอากาศไปตามท่อเพื่อดันน้ำเกลือขึ้นมา  ก่อให้เกิดการยุบตัวของดินและการปนเปื้อนของแหล่งน้ำ

การผลิตเกลือสินเธาว์วิธีที่ 2 ทำแบบเหมืองละลายแร่

 
                                                                                                                                                             
*  

 
การละลายเกลือและสูบน้ำเกลือในชั้นเกลือตอนบนทำให้เกิดปัญหาแผ่นดินทรุดทำให้ต้องทำเหมืองละลายเกลือชั้นล่างลึกจากผิวดิน 200 เมตรนำเกลือออกมาได้10-15 % เท่านั้นให้เหลือเกลือไว้ค้ำยัน 85-90%
*   เมื่อสูบน้ำเกลือขึ้นมาแล้วจะอัดน้ำขมกลับลงไปในชั้นน้ำเกลือใต้ดิน
                 Note! น้ำขม คือ น้ำเกลือเข้มข้นที่ไม่ตกตะกอนมี MgCl2     มีรสขม
การผลิตเกลือสินเธาว์วิธีที่ 3 ทำแบบเหมืองใต้ดิน

 

 
                !!! การผลิตเกลือสมุทรและเกลือสินเธาว์ใช้วิธีแตกต่างกัน แต่ใช้หลักการตกผลึกเหมือนกัน  คือ น้ำเกลือที่บริสุทธิ์(ใช้ สารละลาย NaOH Na2CO3  และ CaCl2  กำจัดไอออน เช่น Ca2+ Mg2+ SO42- CO32- )จากนั้นนำเกลือบริสุทธิ์ต้มเคี่ยวจนได้ผลึกเกลือ แล้วอบแห้งนำใส่ถุง
*   เกลือสินเธาว์ เป็นเกลือที่มีโซเดียมคลอไรด์สูงมาก มีแคลเซียม แมกนีเซียม และความชื้นต่ำ เหมาะใช้ในงานอุตสาหกรรม
*   เกลือสมุทร เหมาะใช้ในการบริโภคเนื่องจากมีไอโอดีนสูงกว่า
Ex. ในเกลือ 10 กรัม เกลือสมุทรมีไอโอดีน 38.5 ไมโครกรัม เกลือสินเธาว์มีไอโอดีน 
       10 ไมโครกรัม
*   ถ้านำเกลือสินเธาว์มาบริโภคควรเติมธาตุไอโอดีนในรูป ไอโอไดด์หรือไอโอเดต เรียกเกลือ นี้ว่า เกลืออนามัย หรือ เกลือไอโอเดต

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์และแก๊สคลอรีน
โซเดียมคลอไรด์ที่ได้ นำไปบริโภคหรือใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเคมี

การทดลอง 10.1
 เมื่อจัดอุปกรณ์แยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้าแล้ว ให้หยดฟีนอล์ฟทาลีนลงใน NaCl อิ่มตัวและนำสารที่ได้เติมลงในหลอดให้เกือบเต็ม จากนั้นต่อปลายทั้งสอบเข้ากับแบตเตอรี่  จะพบว่าเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปแล้วจะมีปฏิกิริยาดังนี้
ที่แอโนด :  2Clˉ(aq)   Cl2(g)  +  2eˉ
ที่แคโทด : 2H2O (l)  +  2eˉ    2OHˉ(aq)   +  H2(g)
ปฏิกิริยารวม : 2Clˉ(aq)  +  2H2O(l)      2OHˉ(aq)  +  H2(g)  +  Cl2(g)
มีแก๊สคลอรีนเกิดขึ้นที่แอโนดทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสสีแดงและน้ำเงินชื้น พบว่าเปลี่ยนสีเป็นสีขาว  ที่แคโทดเกิดแก๊สไฮโดรโรเจนและไฮดรอกไซด์ไอออนซึ่งแสดงสมบัติเป็นเบส ถ้านำสารเหลือไประเหยแห้งจะได้โซเดียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสารสีขาวเหลืออยู่ 

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยใช้ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ สามารถทำได้ 3 วิธีคือ

1.             ใช้เยื่อแลกเปลี่ยนไอออนโดยผ่านสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่บริสุทธิ์และอิ่มตัวเข้าทางด้านแอโนด  คลอไรด์ไอออนจะให้อิเล็กตรอน ได้แก๊สคลอรีนที่แอโนด ส่วนน้ำจะรับอิเล็กตรอนได้แก๊สไฮโดรเจน และไฮดรอกไซด์ไอออนทางด้านแคโทด โซเดียมไอออนที่เหลืออยู่ทางด้านแอโนด จะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน มารวมกับ
       ไฮดรอกไซด์ไอออนที่เกิดขึ้นที่แคโทด เกิดเป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์ ดังสมการ
ที่แอโนด : 2Cl-( aq)                Cl2(g )+ 2 e- 
ที่แคโทด : 2H2O (l)+  2e-           H2(g )+ 2 OH(aq )
                                      Na+(aq) + OH(aq)                              NaOH(aq

วิธีนี้จะได้ แก๊สคลอรีน และ  NaOH  มีความเข้มข้นประมาณ ร้อยละ 30-40 โดยมวล
 
 




                2.   ผลิตโดยใช้เซลล์ไดอะแฟรม
เซลล์ไดอะแฟรม  จะมีแผ่นกั้นระหว่างบริเวณแอโนดกับแคโทดในเซลล์ไดอะแฟรม  ทำด้วย แอสเบสตอส ซึ่งยอมให้ไอออนบวกและไอออนลบสามารถผ่านได้


วิธีนี้จะได้ แก๊สคลอรีน   NaOH  และ NaCl
 






3.   ใช้เซลล์ปรอท โดยใช้โลหะไทเทเนียมเคลือบออกไซด์ เป็นแอโนด และใช้ปรอทเป็น 
แคโทด   โซเดียมไอออน เกิดปฏิกิริยารัดักชั่นที่แคโทด ได้โลหะโซเดียม ซึ่งถูกปรอทจับไว้เป็นโซเดียมอะมัลกัม   เมื่อให้โซเดียมอะมัลกัมทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้แก๊ส ไฮโดรเจน  สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ แต่มีการปนเปื้อน ของปรอท เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม  ปัจจุบันจึงไม่นิยมใช้ วิธีที่ 2 และ3

วิธีนี้จะได้ แก๊สคลอรีน  แก๊สไฮโดรเจน  NaOH มีความเข้มข้นประมาณ ร้อยละ 50 โดยมวล และมีการปนเปื้อนของปรอท
 
    

               ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ แก๊สไฮโดรเจน และแก๊สคลอรีน  นำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น
-       โซเดียมไฮดรอกไซด์ เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมเคมีอื่น เช่น สบู่ ผงซักฟอก
    ผงชูรส  สิ่งทอ
-       ใช้แก๊สไฮโดรเจน เตรียมกรดเกลือ  แก๊สแอมโมเนีย  เติมแก๊สไฮโดรเจนในน้ำมันพืช
-       แก๊สคลอรีน ใช้ฆ่าเชื้อโรคในน้ำ ฟอกสีเยื่อกระดาษ  หรือเส้นใยพืช เป็นต้น


การผลิตโซดาเอช
โซดาเอช ชื่อทางเคมีคือ โซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3) การผลิตโซดาแอชในปัจจุบันใช้กระบวนการโวดาแอมโมเนีย ซึ่งใช้โซเดียมคลอไรด์ แคลเซียมคาร์บอเนต และแก๊สแอมโมเนียเป็นวัตถุดิบในการผลิต  

สารตั้งต้น หินปูนCaCO3 น้ำแอมโมเนีย NH3  โซเดียมคลอไรด์ NaCl
 การเตรียม  กระบวนการโซลเวย์
 

                     CaCO3                      CaO+ CO2
      
               CaO+H2O                       Ca2++OH-

NH3+H2O+Na+ +Cl+CO2                 NaHCO3(s) +NH4+ +Cl-
 

   2  NaHCO3(s)                                  Na2CO3(s)+ CO2    + H2O

      NH4+ + Cl- + Ca2++ 2OH-                  CaCl2 (s)+ H2O+ NH3

ผลพลอยได้    CaCl2 เป็นภาระในการกำจัด
ผลเสีย          ใช้น้ำมาก  น้ำทิ้งร้อนกระทบกระเทือนต่อสัตว์น้ำ
                       ปล่อย NH3(g) สู่อากาศ



การผลิตสารฟอกขาว
วิธีการผลิตสารฟอกขาว
                วิธีที่ 1 โดยการใช้  KMnO4 ใส่ในหลอดทดลอง แล้วปิดด้วยจุกยางที่เสียบหลอดหยดกรด HCl เข้มข้น หลอดทดลองต่อสายยางไปยังหลอดที่ใส่สารละลาย  NaOH  ที่แช่ในบีกเกอร์ที่มีน้ำแข็งอยู่  แล้วหยดกรด HCl ไปบน KMnO4 อย่างช้าๆ พร้อมทั้งผ่านแก๊สไปยังสารละลาย  NaOH ประมาณ 10 นาที แล้วหยดสารละลายที่ได้บนกระดาษลิตมัสทั้งสีน้ำเงินและสีแดง 
จะพบว่า   เมื่อหยดกรด HCl ลงใน KMnO4 จะได้แก๊สคลอรีนเกิดขึ้น   แล้วเมื่อผ่านแก๊สคลอรีนลงในสารละลาย  NaOH จะเกิด ผลิตภัณฑ์เป็น โซเดียมไฮโปรคลอไรด์ (NaOCl) และ โซเดียมคลอไรด์ (NaCl)  เนื่องจากได้ผลิตภัณฑ์เป็นสารละลาย แสดงว่า โซเดียมไฮโปรคลอไรด์ (NaOCl) ละลายน้ำได้  แล้วเมื่อทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสทั้งสีน้ำเงินและแดง  พบว่าจะเปลี่ยนเป็นสีขาวทั้งคู่   ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า  โซเดียมไฮโปรคลอไรด์ (NaOCl) มีสมบัติการฟอกจางสี
                ซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมการฟอกย้อมเส้นด้าย  ฟอกเยื่อกระดาษ  กำจัดกลิ่นและใช้เป็นสารฆ่าเชื้อโรคในน้ำ  แต่ โซเดียมไฮโปรคลอไรด์ (NaOCl) มีสมบัติกัดกร่อนสูง ถ้าใช้ในปริมาณมากอาจกัดกร่อนสิ่งที่ฟอกเสียหายได้

วิธีที่ 2  เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่างแก๊สคลอรีนกับโซเดียมคาร์บอเนตหรือโซดาแอช  ซึ่งเมื่อผ่านแก๊สคลอรีนในสารละลาย Ca(OH)2 จะได้ Ca(OCl)2 เป็นตะกอนสีขาวและ CaCl2
                โดยที่ Ca(OCl)2 อยู่ในรูปของแข็ง  แต่ NaOCl อยู่ในรูปสารละลาย  แต่ว่ามีสมบัติในการฟอกขาวเช่นเดียวกัน

อุตสาหกรรมปุ๋ย
ประเภทของปุ๋ย
                ปุ๋ย หมายถึง สารที่ใส่ลงในดินเพื่อให้ปลดปล่อยธาตุอาหารแก่พืช โดยเฉพาะธาตุไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียมช่วยให้พืชเจริญเติบโตงอกงามดีและให้ผลผลิตสูงแบ่งปุ๋ยออกเป็น 2 ประเภทคือ ปุ๋ยอินทรีย์และปุ๋ยเคมี
ปุ๋ยอินทรีย์  เป็นปุ๋ยธรรมชาติที่ได้จากการเน่าเปื่อยผุพังของซากสิ่งมีชีวิต ปุ๋ยชนิดนี้เมื่อใส่ในดินซากสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นจะค่อยๆสลายตัวและปล่อยธาตุอาหารออกมาให้พืช ช่วยทำให้ดินร่วนซุยและสามารถดูดซับน้ำและปุ๋ยได้ดี แต่มีขอเสียคือมีธาตุอาหารน้อยรวมทั้งมีปริมาณและสัดส่วนไม่แน่นอน
ปุ๋ยเคมี  ได้จากการผลิตหรือสังเคราะห์จากธาตุต่างๆ จะมีธาตุอาหารหลักที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช ได้แก่  ธาตุไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม และสามารถปล่อยให้แก่พืชได้ง่ายและเร็ว ปุ๋ยเคมีมี 2 ประเภท
                -ปุ๋ยเดี่ยวหรือแม่ปุ๋ย เป็นสารประกอบที่มีธาตุอาหารพืชอยู่หนึ่งหรือสองธาตุเป็นองค์ประกอบ มีปริมาณธาตุอาหารของพืชคงที่ เช่น ปุ๋ยยูเรีย และปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต
                -ปุ๋ยผสม เป็นปุ๋ยที่ได้จากการนำปุ๋ยเดี่ยวแต่ละชนิดมาผสมกัน เพื่อให้ปุ๋ยผสมที่ได้มีสัดส่วนของธาตุอาหาร N P และK  ตามต้องการ


ปุ๋ยไนโตรเจน
                ปุ๋ยไนโตรเจน เป็นปุ๋ยที่มีไนโตรเจนในรูปสารประกอบต่างๆ โดยปุ๋ยไนโตรเจนจะช่วยให้พืชมีลำต้นและใบแข็งแรง สามารถสร้างโปรตีนได้อย่างเพียงพอ ได้แก่
1. ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต เตรียมได้จาก แก๊ส NH3 กับH2SO4 ดังนี้
2NH3 (g) + H2SO4 (aq)                                      (NH4)2SO4 (s)
                2. ปุ๋ยยูเรีย เตรียมได้จาก NH2CO2NH4 ซึ่งจะสลายตัวได้ NH2CO2NH2 กับ น้ำ
2NH3 (g) + CO2 (g)                                            NH2CO2NH4 (aq)
NH2CO2NH4 (aq)                                               NH2CO2NH2 (aq) + H2O (l)
วัตถุดิบสำคัญที่ใช้ผลิต คือ 
                1. CO2 ได้จาก
CH4 (g) + O2 (g)                                          2CO (g) + 4H2 (g)
CO (g) + H2O (g)                              CO2 (g) + H2 (g)
                2. NH3 ได้จาก
N2 (g) + 3H2 (g)                                     2NH3 (g)
                3. H2SO4 ได้จาก นำสารละลายโอเลียมมาละลายน้ำ สารละลายโอเลียม ได้จาก
SO3 (g) + H2SO4 (aq)                               H2S2O7 (aq)

ปุ๋ยฟอสเฟต
                ปุ๋ยฟอสเฟตช่วยสร้างเสริมการเจริญเติบโตและความแข็งแรงของพืชตลอดจนการออกดอกออกผล   การผลิตปุ๋ยฟอสเฟตใช้หินฟอสเฟต (CaF2.3Ca3(PO4)2) เป็นวัตถุดิบซึ่งมีมากในหลายจังหวัด เช่น ร้อยเอ็ด กาญจนบุรี เพรชบูรณ์ แต่หินฟอสเฟตละลายน้ำได้น้อยจึงต้องนำหินฟอสเฟตมาผลิตปุ๋ยฟอตเฟตเพื่อใช้ให้คุ้มค่า
          การผลิตปุ๋ยฟอสเฟตเริ่มจากการนำหินฟอสเฟตมาผสมกับทรายและโซดาแอช  แล้วเผาที่อุณหภูมิ  1000-1200 ประมาณ 2 ชั่วโมง  จะเกิดการเปลี่ยนแปลงดังนี้

2(CaF2.3Ca3(PO4)2) + 5 SiO2 + 6Na2CO3 → 12CaNaPO4 + 4Ca2SiO4 + SiF4 + 6CO2

               นำสารผสมที่ได้จากการเผาเทลงในน้ำเพื่อทำให้เย็นลงทันทีจะได้สารที่มีลักษณะพรุน  บดให้ละเอียดสามารถใช้เป็นปุ๋ยฟอสเฟตที่ให้  P2O5 ได้ถึงร้อยละ 27.5  จึงเป็นวิธีหนึ่งที่นำหินฟอสเฟตมาใช้อย่างคุ้มค่า
                นอกจากนี้การนำหินฟอสเฟตมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก  จะทำให้ได้ปุ๋ยฟอสเฟตที่มีคุณภาพสูงขึ้น
ซึ่งมีขั้นตอนการผลิตดังนี้
         ขั้นแรก  นำหินฟอสเฟตที่บดแล้วมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้น 4-5 mol/dm3  ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วได้กรดฟอสฟอริก ( H3PO4)   ดังสมการ

CaF2.3Ca(PO4)2 + 10H2SO4 → 6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF

              ขั้นที่สอง  กรดฟอสฟอริกที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับหินฟอสเฟตที่เหลือ  ขั้นนี้เกิดขึ้นอย่างช้าๆ  ต้องเก็บหรือบ่มไว้ประมาณ 1 เดือน  เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ได้มอนอแคลเซียมฟอสเฟต  ดังสมการ

CaF2.3Ca(PO4)2 + 14H2PO4 → 10Ca(H2PO4)2 + 2HF

มอนอแคลเซียมฟอสเฟตหรือปุ๋ยซุปเปอร์ฟอสเฟตละลายน้ำได้ดี พืชจึงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่
นอกจากนี้ยังสามารถผลิตปุ๋ยฟอสเฟตโดยนำหินฟอสเฟตมาทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ดังสมการ

CaF2.3Ca(PO4)2 + 7H2SO4 + 3H2O → 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4 + 2HF


ปุ๋ยโพแทส
                ปุ๋ยโพแทสคือปุ๋ยเคมีที่มีธาตุโพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบ ปุ๋ยชนิดนี้นิยมบอกความเข้มข้นเป็นค่าร้อยละโดยมวลของ  K2O    ในสมัยก่อนแหล่งของปุ๋ยโพแทสได้จากขี้เถาจากเตาถ่าน หรือจากการเผากิ่งไม้ ใบไม้และเศษเหลือของพืช
                ประเทศไทยมีแหล่งแร่โพแทสเป็นจำนวนมากในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ในรูปของแร่คาร์นัลไลต์ (KCl∙MgCl2∙6H2O) และแร่ซิลวาไนต์ (KCl∙NaCl) ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปุ๋ยโพแทสชนิดต่างๆ เช่น โพแทสเซียมไนเตรต (KNO3) และโพแทสเซียมซัลเฟต (K2SO4∙2MgSO4)
                ปุ๋ยโพแทสเซียมคลอไรด์ ผลิตได้จากการนำแร่ซิลวาไนต์ มาบดให้ละเอียดแล้วทำให้บริสุทธิ์ โดยละลายแร่ในน้ำอุณหภูมิประมาณ 90◦C เติมสารละลาย NaCl อิ่มตัวลงไปกรองแยกโคลนและตะกอนออก ระเหยน้ำเพื่อให้สารละลายมีความเข้มข้นมากขึ้นจนทำให้ KCl ตกผลึก แยกผลึกออกแล้วอบให้แห้งจะได้ปุ๋ยชนิดนี้จากน้ำทะเล โดยการระเหยน้ำทะเลด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อให้มีความเข้มข้นสูงขึ้นเกลือ NaCl จะตกผลึกแยกออกมาก่อน นำสารละลายที่ได้ไประเหยน้ำออกเพื่อทำให้มีความเข้มข้นมากขึ้นทำให้ KCl ตกผลึกออกมาและใช้เป็นปุ๋ย KCl ได้
                ส่วนปุ๋ยโพแทสเซียมซัลเฟต ผลิตได้จากการนำแร่แลงไบไนต์ (K2SO4∙2MgSO4) มาละลายในน้ำอุณภูมิประมาณ 50◦C จนเป็นสารละลายอิ่มตัว แล้วเติมสารละลาย KCl เข้มข้นละไป จะได้ผลึก K2SO4 แยกออกมาดังสมการ

K2SO4∙2MgSO2 + 4KCl  —>  2MgCl2 + 3K2SO4

นอกจากนี้ถ้านำ KCl มาทำปฏิกริยากับ NaNO3 จะได้ปุ๋ยโพแทสเซียมไนเตรต (KNO3) ดังสมการ

KCl + NaNO3  —>  NaCl + KNO3

                โพแทสเซียมเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นต่อพืชมากทำให้ผนังเซลล์ของพืชหนาขึ้น สร้างภูมิต้านทานโรค และเป็นตัวเร่งให้เซลล์ทำงานได้ดีขึ้น ถ้าพืชขาดโพแทสจะทำให้มีปริมาณแป้งต่ำกว่าปกติ ผลผลิตลดน้อยลง ขอบใบมีสีซีด ลำต้นอ่อน แคระแกรนและเมล็ดลีบ

ปุ๋ยผสม

ปุ๋ยผสมได้จากการนำปุ๋ยไนโตรเจน ฟอสเฟตและโพแทสมาผสมกัน มีวิธีผลิต 2ลักษณะ

1.การผลิตในลักษณะเชิงผสม ซึ่งอาจนำแม่ปุ๋ยและส่วนผสมมาบดให้เข้ากัน หรืออาจจะ เอาปุ๋ยเม็ดที่มีขนาดเท่ากันมาผสมก็ได้
2.การผลิตในลักษณะเชิงประกอบ เป็นการนำวัตถุดิบมาทำปฏิกิริยากัน

                ปุ๋ยวิทยาศาสตร์มีประโยชน์มากก็จริงแต่ถ้าหากใช้ปริมาณมากเกินควรก็จะเกิดการเสื่อมสภาพของดินได้









1 ความคิดเห็น: