อุตสาหกรรมแร่ อ.ณฐัวฒัน ์ธนสารโชคพิบลูย ์

อุตสาหกรรมแร่ แร่ คือ ธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดย

กระบวนการทางธรณีวิทยาภายในโลกและที่ผิวโลก มีองค์ประกอบ

เป็นช่วง มโีครงสร้าง และองค์ประกอบเฉพาะตัว

สินแร ่คือ กลุ่มของแร่ต่าง ๆ ที่มีปริมาณมากพอในเชิงเศรษฐกิจ

ซึ่งสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการหลอมเหลวหรือถลุง เพื่อให้ได้โลหะ

ตัวอย่างแร่ที่จ าแนกตามองค์ประกอบทางเคมี

ตัวอย่างแร่ที่จ าแนกตามองค์ประกอบทางเคมี

แร ่ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. แรป่ระกอบหิน หมายถึง แร่ท่ีเป็นส่วนประกอบของหิน เช่น หินแกรนิต ประกอบด้วยแร่ควอตซ์ แร่เฟลด์สปาร์และแร่ไมกา หินปูนประกอบด้วย แร ่แคลไซต ์

2. แรเ่ศรษฐกิจ หมายถึง แร่ที่มีค่าทางเศรษฐกิจและมีปริมาณมาก พอที่จะ น ามาใช้ ประโยชน์ในทาง แบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ แร่โลหะ และแรอ่โลหะ

ตัวอย่างกลุ่มแร่เศรษฐกิจ

แร่ทองแดง แรท่องแดงส่วนใหญ่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบปริมาณไม่มาก

แรท่องแดงที่ส าคัญคือ แร่คาลโคโพไรต์ (CuFeS2)

การถลุงแร่ทองแดง ขั้นแรกคือ แยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปน อาจใช้วิธีการลอยตัว เป็นต้น

จากนั้นน าแร่มาเผาในอากาศ หรือที่เรียกว่า การย่างแร่ ไอรอ์อน (II) ซัลไฟต์บางส่วนจะท าปฏิกิริยากับออกซิเจนได้เป็น ไอรอ์อน (II) ออกไซด์ ดังสมการ

การถลุงแร่ทองแดง ก าจัดไอร์ออน (II) ออกไซด ์

ขั้นสุดท้าย

ทองแดงที่ถลุงได้ยังมีสิ่งเจือปนจึงต้องน าไปท าให้บริสุทธิ์ก่อน โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า

สรุปขั้นตอนในการถลุงแร่ทองแดง

ประโยชน์ของทองแดง ทองแดงเป็นโลหะที่มีความส าคัญและใช้มากในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์เกี่ยวกับรถยนต์ อาวุธ เปรียญกษาปณ์ ฯลฯ

ยังเป็นส่วนประกอบส าคัญในโลหะผสมหลายชนิด เช่น ทองเหลือง บรอนซ์ แรท่องแดงที่มีลวดลายสวยงาม เช่น มาลาไคต์ อะซูไรต์ และคริโซคอลลา สามารถน ามาท าเครื่องประดับได้อีกด้วย

แร่สังกะส ี แรส่ังกะสทีี่พบมากที่สุดคือ แร่สฟาเลอไรด์ (ZnS) เมื่อน ามาถลุงแล้วจะอยู่ในรูปของของเหลว

การก าจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

แร่ที่มีสังกะสีเป็นองค์ประกอบ

สรุปขั้นตอนการถลุง แร่สังกะสีจาก แร่สังกะสีชนิดซิลิเกต และคาร์บอเนต

โลหะแคดเมียม ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมการผลิตเซลล์นิกเกลิ-แคดเมียม ท าสีในอุตสาหกรรมพลาสติก เซรามิกส์ ท าโลหะผสม และใช้โลหะแคดเมียมเคลือบเหล็กกล้า ทองแดง และโลหะอื่นๆเพื่อป้องกันการผกุร่อน

แร่ดีบุก แร่ดีบุกที่พบส่วนใหญ่ พบในรูปของ แร่แคสซิเทอร์ไรต์ (SnO2)

การถลุงแรด่ีบุก 1. น าแร่ดีบุกผสมกับถ่านโค้กและ หินปูน อัตราส่วน 20 : 4 : 5 โดยมวล 2. น าใส่เตาถลุงที่มีไฟฟ้าหรือน้ ามันเตา ให้ความร้อน เกิดปฏิกิริยาดังนี้

แร่ดีบุก ส าหรับแร่ดีบุกบางชนิดที่มีสารประกอบ SiO2 ปนอยู่ ต้องจ ากัดออกในขณะท่ีท าการถลุง โดยปฏิกิริยาต่อไปนี้

ดีบุกที่ผ่านการถลุงแล้วต้องมีการน าไปท าให้บริสุทธ์ิอีกทกี่อน

กากโลหะที่เป็นตะกรันท่ีมีดีบุกปนอยู่ ต้องมีการน าไปถลุงเอาดีบุกออกอีกคร้ัง

ประโยชน์ของดีบุก ใช้เคลือบโลหะ ท าภาชนะบรรจุอาหาร

ท าโลหะผสม เช่น

ดีบุก ผสม ทองแดง เป็น ทองสัมฤทธิ์/ทองบรอนซ ์

ดีบุก ผสม ทองแดงและพลวง เป็น โลหะพิวเตอร ์

ดีบุก ผสม ตะกั่ว เป็น ตะกั่วบัดกรี

ประโยชน์ของดีบุก

แร่โคลัมไบต์ และ แร่แทนทาไลต์ เป็นแร่ที่มีธาตุแทนทาลัมและไนโอเบียมเป็นองค์ประกอบหลัก

สูตรเคมี คือ (Fe,Mn) (Ta,Nb)2O6)

ถ้าแร่นั้นมีไนโอเบียมมากกว่าแทนทาลัม เรียกว่า Columbite

ถ้าแร่นั้นมีแทนทาลัมมากกว่าไนโอเบียม เรียกว่า Tantalite

การผลิตผง Nb2O5 และ Ta2O5

แร่โคลัมไบต์ และ แร่แทนทาไลต์ การแยกชั้นของสารละลายกรดออก

เมื่อเติม KCl และ สารละลายแอมโมเนียลงใน H2[TaF7]

การสกัด Nb และ Ta

ประโยชน์ของไนโอเบียม และ แทนทาลัม โลหะไนโอเบียม

ใช้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์นิวเคลียร์

ส่วนประกอบเครื่องบิน และขีปณาวุธ

โลหะแทนทาลัม

ใช้ท าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องคอมพิวเตอร์

ใช้ท าเครื่องมือสื่อสาร เครื่องส่งสัญญาณกันภัย

ใช้ท าโลหะผสมที่ทนความร้อนสูงเพื่อท าเครื่องบิน หัวจรวด อุปกรณ์เตาปฏิกรณ์ปรมาณ ู

แร่ทังสเตน ส่วนใหญ่พบเกิดร่วมกับแร่ดีบุก

สินแร่ของโลหะทันสเตนมี 2 ชนิด คือ

1. วุลแฟรไมต์ (FeWO4/MnWO4)

2. ซีไลต์ (CaWO4)

การแยกโลหะทังสเตนออกจากสินแร่ ขั้นตอนสุดท้ายจะได้ WO3 จากนั้นให้ความร้อน เพื่อท าปฏิกิริยากับ H2 จะได้ทังสเตนผง ที่น าไปอัดเป็นแท่งต่อไป

ประโยชน์ของทังสเตน

น ามาท าไส้ และขั้วหลอดไฟฟ้า

โลหะผสมทังสเตนกับเหล็กได้เหล็กกล้า ใช้ท าเกราะในยานพาหนะ อาวุธสงคราม ท ามีด มีดโกน ตะไบ ใบเลื่อย

เมื่อผสมกับคาร์บอน ท าทังสเตนคาร์ไบด์ ใช้ท าส่วนประกอบเครื่องตัดเหล็กกล้า ลับคม และเจียรไน ท าดอกสว่าน ลูกกลิ้งที่หัวปากกาลูกลื่น

แร่พลวง ส่วนใหญ่เป็นแร่พลวงซัลไฟด์ คือ แร่สติบไนต์ (Sb2S3) และแร่พลวงไฮดรอกไซด์ คือ แร่สติบิโคไนต์ (Sb2O.nH2O)

การถลุงแร่พลวง เริ่มจากน ามาท าให้เป็นสารประกอบออกไซด์

แร่พลวง จากนั้น ผสมสารประกอบออกไซด์ของพลวง แล้วใส่ในเตาถลุง ได้สมการ

พลวงนิยมใช้ท าโลหะผสม

ผสมกับตะกั่ว เพื่อท าแผ่นตะก่ัวในแบตเตอรี่

ผสมกับดีบุกและตะกั่ว เพื่อท าตัวพิมพ์ และโลหะบัดกรี

ใช้ท าส่วนประกอบของกระสุนปืน หรือพลุควัน หัวไม้ขีดไฟ ผ้าทนไฟ หมึกพิมพ์ โรเนียว

แร่เซอร์คอน พบได้ในหินไนส์ หินชีสต์ หรือพบเป็นเม็ดกลมๆ หรือผลึกกลมๆ ตามล าธาร และชายฝั่ง

การถลุงเพื่อให้ได้โลหะเซอร์โคเรียม ท าได้โดยน าหางแร่ดีบุก ไปถลุงในเตาเผา แล้วพ่นแก๊สคลอรีน จะได้ ZrCl4

ซึ่งเมื่อเมื่อผ่านการควบแน่น จะได้ผลึก ZrCl4 น าผลึกที่ได้ไปท าปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียม ดังสมการ

แร่เซอร์คอน ใช้ท าโลหะผสมเพื่อหุ้มแท่งเชื้อเพลงิยูเรเนียม

การใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่ใช้ในรูปแร่เซอร์คอน

ใช้เป็นผงวัสดุทนไฟ

ใช้เป็นองค์ประกอบของแก้ว และเซรามิกส์ที่ทนกรดเบส

ใช้เป็นสี และสารเพิ่มความทึบส าหรับเคลือบเครื่องปั้นดินเผา และผลิตภัณฑ์เซรามิกส ์

แร่เซอร์คอนที่โปร่งใส น ามาใช้ท าเครื่องประดับ เรียกว่า เพทาย

แร่รัตนชาติ แร่รัตนชาติ เป็นแร่เศรษฐกิจที่มีความส าคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศ

แร่รัตนชาติ คือ แร่หรือหินหรืออินทรียวัตถุธรรมชาติที่น ามาใช้เป็นเครื่องประดับ

สมบัติที่ส าคัญของแร่รัตนชาติ คือ

1. มีความสวยงาม 2. ทนทาน 3. หาได้ยาก

รัตนชาติที่ผ่านการตกแต่งหรือเจียระไนแล้ว เรียกว่า อัญมณี

อัญมณี แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ 1. เพชร 2. พลอยหรือหินสี

รัตนชาติที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต เช่น ไข่มุก ปะการัง และอ าพัน

แร่รัตนชาติ แร่รัตนชาติของไทย มี 9 ชนิด เรียกว่า นพรัตน์

แร่รัตนชาติ แรร่ัตนชาติแต่ละชนิดมีความแข็งหรือความทนทานต่อการขูดขีดได้ไม่เท่ากัน

นักธรณีวิทยาชาวเยอรมัน ชื่อ เฟดดริก โมส ์ ได้จัดระดับความแข็งของแร่ตั้งแต่อ่อนที่สุดจนถึงแข็งที่สุดไว้ 10 ระดับ โดยเพชร เป็นแร่ที่มีความแข็งที่สุด

โดยทั่วไปแร่รัตนชาติจะมีความแข็งสูงกว่า 6 และมีสมบัติเฉพาะอื่น เช่น ค่าดัชนีหักเห ค่าความถ่วงจ าเพาะ

องค์ประกอบของแร่รัตนชาติบางชนิด

องค์ประกอบของแร่รัตนชาติบางชนิด

เพชร เพชรเป็นอัญมณีที่มีความแข็งที่สุด

ประกอบด้วยผลึกของธาตุคาร์บอน มีโครงสร้างเป็นร่างตาข่าย

ไม่น าไฟฟ้า แต่น าความร้อนได้ดีที่สุด และดีกว่าทองแดง 5 เท่า จึงถูกน าไปใช้ท าส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ปัจจุบันสามารถสังเคราะห์เพชรได้ โดยอัดแกรไฟต์ภายใต้ความดัน 50,000-100,000 บรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 2000 oC โดยมีโครเมียม เหล็ก หรือแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

เพชรสังเคราะห์ที่ได้จะมีความแข็ง ความถ่วงจ าเพาะ ค่าดัชนีหักเหแสง และโครงสร้างผลึกเหมือนกับเพชรธรรมชาติ แต่การผลิตเพชรจะเสียค่าใช้จ่ายสูงมาก

พลอย ทับทิม ไพลิน และบุษราคัม มี Al2O3 เป็นองค์ประกอบหลัก มีระดับความแข็ง ความถ่วงจ าเพาะ และค่าดัชนีหักเหแสงเท่ากัน จัดเป็นแร่ในตระกูล คอรันดัม เหมือนกัน

ธาตุมลทินที่แตกต่างกันในเนื้อพลอย ท าให้เกิดสีต่างกัน

ทับทิม มี Cr เป็นองค์ประกอบ มีสีชมพูจนถึงแดงเข้ม

ไพลิน มี Fe และ Ti ปนอยู่ จึงมีสีน้ าเงินอ่อน จนถึงเข้ม

พลอยสตาร์ หรือพลอยสาแหรก มีลายเส้นเหลือบๆ

เกิดจากมลทินพวก แร่รูไทล์

การตรวจสอบเพื่อจ าแนกเพชรพลอย เพื่อพิสูจน์ว่าเป็นของแท้ หรือเทียม จะใช้เครื่องมือและวิธีการเฉพาะ

โดยตรวจสอบสมบัติที่ปรากฏ เช่น ความแข็ง ความถ่วงจ าเพาะ ค่าดัชนีหักเหแสง และรูปลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้นตามธรรมชาต ิ

แร่รัตนชาติของไทย บ่อพลอยที่เป็นแหล่งผลิตรัตนชาติที่ส าคัญ และเก่าแก่ของไทยอยู่ที่จังหวัดจันทบุรี ตราด และกาญจนบุรี

ส่วนเพชรพบปนอยู่ในลานแร่ดีบุกที่จังหวัดภูเก็ต และพังงา แต่คุณภาพ ต่ ามาก

แร่รัตนชาติ ที่มีชื่อเสียงของไทย ได้แก่ ทับทิมสยาม ไพลิน บุษราคัม เพทาย โกเมน นิลตะโก โอปอ ซานิดี เบริล เพริดอต และโทแพซ

การเจียระไน การเจียระไน เป็นเทคนิคที่ท าให้อัญมณีมีความแวววาวเป็นประกาย และมีสีสันเด่นชัดขึ้น

การหุงพลอย การเผาพลอย หรือการหุงพลอย เป็น

เทคนิคที่ช่วยให้พลอยมีสีสันสวยงาม

โดยใช้ความร้อนและอุณหภูมิที่

เหมาะสม ท าให้ธาตุต่างๆ ในเนื้อ

พลอยจัดเรียงตัวใหม่ ท าให้พลอยใส

ขึ้น และมีสีเปลี่ยนไปอย่างถาวร

การหุงพลอย ชนิดของพลอย สีเดิมตามธรรมชาต ิ สีที่เปลี่ยนแปลงหลังการให้ความร้อน

-ทับทิม แดงอมม่วง แดงอมน้ าตาล ชมพอูมม่วง

แดงสดหรือชมพสูด

-แซปไฟร์สีน้ าเงิน (ไพลิน) น้ าเงิน น้ าเงินเข้มขึ้นหรือน้ าเงินสว่างขึ้น -แซปไฟร์สีขาว ขาวใส ขาวขุ่นน้ านม

หรือขาวอมเหลือง น้ าเงิน เขียว เหลือง หรือเหลืองน้ าทอง

-เพทาย น้ าตาล สีชา ใสไม่มีสี เหลืองน้ าทอง น้ าเงิน -โทแปซ ขาวใส น้ าเงิน (ก่อนเผาจะอาบรังสีนิวตรอนให้ได้

สีหลือง น้ าตาล หรือเขียว) -ควอตซ์ (แอเมทิสต)์ ม่วง ใสไม่มีสี เหลืองน้ าทอง เขียว

การหุงพลอย การย้อมเคลือบสี คือการเผาพลอยรวมกับสารเคมีบางชนิด ท าให้พลอยมี

สีสันสวยงามขึ้น สารเคมีที่ใช้จะมีส่วนผสมของธาตุมลทินที่ท าให้พลอย

ชนิดนั้นเกิดสีตามธรรมชาติ แต่จะแตกต่างกับการเผาพลอยตรงที่ สีที่

เกิดขึ้นสามารถอยู่ได้เพียงชั่วคราวเท่านั้น

การอาบรังสี คือการน าพลอยไปอาบรังสีแกมมาจากโคบอลต์-60 ท าให้สี

เปลี่ยนแปลง

การหุงพลอย ปัจจุบันมีการนิยมท าเพชรเทียมกันมากขึ้นเนื่องจากเพชรธรรมชาติหายาก และมีราคา

แพง โดยเพชรเทียมที่ได้รับความนิยาสูงสุดคือ เพชรรัสเซีย หรือคิวบิกเซอร์โคเนีย

เพชรเทียมมีการกระจายแสงสูงกว่าเพชรธรรมชาติ จึงท าให้เป็นประกายแวววาว

และมีความถ่วงจ าเพาะสูงกว่าเพชรธรรมชาติมาก

ในการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีการน าแผ่นฟิล์มเพชรบางๆซึ่งได้จากการท าเพชร

สังเคราะห์ โดยการเผาแก๊สมีเทนหรืออะเซติลีนสลายพันธะได้อะตอมของคาร์บอน

เกาะติดบนแผ่นฟิล์มซิลิคอน เป็นแผ่นเพชรช่วยถ่ายเทความร้อนออกจากวงจร

อิเล็กทรอนิกส์