ปูนซีเมนต์

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

ผลิตภัณฑ์แก้ว

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

ผลิตภัณฑ์เซรามิก

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

การเผาและเคลือบ

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

การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์

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

การเตรียมวัตถุดิบ

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

 

อุตสาหกรรมเซรามิกส์

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

การเผาพลอย

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

               

 

แร่รัตนชาติ

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

การเจียระไนเพชรพลอยแบบต่างๆ

การเผาพลอยหรือการหุงพลอย เป็นเทคนิคที่ช่วยให้พลอยมีสีสันสวยงาม โดยใช้ความร้อนและอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำให้ธาตุต่างๆ ในเนื้อพลอยจัดเรียงตัวใหม่ ทำให้พลอยใสขึ้นและมีสีเปลี่ยนไปอย่างถาวรดังแสดง

เซอร์โคเนียม

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