การผลิตโลหะจากสินแร่มีกระบวนการหลัก 3 ขั้นตอน
1.การเตรียมสินแร่
การเตรียมสินแร่เป็นการเตรียมแร่ให้เหมาะสมกับการนำไปสกัดโลหะทั้งด้านความสะอาด ขนาด และปริมาณที่พอเหมาะโดยแยกสิ่งแปลกปลอมที่ปะปนอยู่ เช่น ดิน ทราย หรือแร่ธาตุอื่นๆ ที่ไม่ต้องการออกจากแร่ การเตรียมสินแร่มีขั้นตอนดังนี้
1) การบดแร่ (Crushing) สินแร่ที่ได้จากการทำเหมืองอาจมีขนาดใหญ่มากกว่า 1 เมตร ดังนั้นเพื่อให้สามารถสกัดโลหะออกได้ง่ายจึงต้องบดย่อยแร่ให้มีขนาดเล็ก ซึ่งการบดแร่จะใช้เครื่องมือหลายประเภท เช่น Jaw crusher หรือ Gyratory crusher จะใช้บดแร่ให้มีขนาดประมาณ 100-300 มิลลิเมตร Roll crusher จะใช้บดแร่ให้มีขนาด 10-50 มิลลิเมตร และ Ball mill ใช้สำหรับบดแร่ให้มีขนาดละเอียดน้อยกว่า 0.05-10 มิลลิเมตร
2) การคัดขนาด (Sizing) เป็นการนำแร่ที่ผ่านการบดในแต่ละขั้นตอนมาร่อนด้วยตะแกรงเพื่อคัดขนาดแร่ให้มีความสม่ำเสมอกัน
3) การแต่งแร่ (Ore dressing) เป็นการกำจัดสารปนเปื้อนหรือสารมลทินออกจากแร่ โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ได้แร่ที่มีปริมาณโลหะมากขึ้นหรือมีความเข้มข้นสูงขึ้น การแต่งแร่มีหลายวิธีขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแร่ เช่น
- การใช้การสั่นสะเทือน เหมาะสำหรับแร่ที่มีความถ่วงจำเพาะสูง
- การแยกด้วยแม่เหล็ก เหมาะสำหรับแร่ที่เป็นสารประกอบเฟอร์โรแมกเนติกซึ่งสามารถดูด ติดกับแม่เหล็ก
- การลอยแร่ เป็นการนำสินแร่ที่บดละเอียดมาผสมกับน้ำซึ่งมีน้ำมันและสารเคมีที่ทำให้เกิด ฟองปนอยู่ จากนั้นจะตีหรือเป่าให้เกิดฟอง สินแร่ซึ่งถูกน้ำมันเคลือบจะลอยขึ้นอยู่ผิวน้ำด้านบน พร้อมกับฟอง ส่วนสิ่งปนเปื้อนหรือกากแร่จะจมอยู่ด้านล่าง เมื่อตักเอาฟองขึ้นมาแล้วปล่อยให้ แห้งจะได้สินแร่ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้น
2.การสกัดโลหะออกจากแร่
การสกัดโลหะออกจากแร่เป็นกระบวนการที่สำคัญเพื่อแยกเอาโลหะที่ต้องการออกจากสินแร่โดยส่วนใหญ่ใช้กระบวนการรีดักชั่น การสกัดโลหะทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับสมบัติของโลหะ ได้แก่
1) การใช้ความร้อน ประกอบด้วยวิธีการย่าง (Roasting) และวิธีการถลุง (Smelting)
วิธีการย่างแร่ เป็นการเผาสินแร่ในเตาเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของโลหะในสินแร่ให้อยู่ในรูปสารประกอบออกไซด์เนื่องจากสามารถสกัดเอาโลหะออกมาได้ง่าย เช่น การย่างแร่สังกะสีซัลไฟด์เป็นสังกะสีออกไซด์
ขั้นตอนการสกัดโลหะด้วยวิธีนี้มักจะเกิดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งเกิดก๊าซที่เป็นอันตราย ดังนั้นโรงงานย่างแร่จะต้องติดตั้งอุปกรณ์บำบัดก๊าซซัลเฟอร์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อลดปัญหามลพิษทางอากาศ หรือถ้ามีก๊าซซัลเฟอร์เกิดขึ้นปริมาณมากๆ อาจนำไปใช้ผลิตเป็นสารเคมีได้ เช่น กรดซัลฟูริก เป็นต้น
วิธีการถลุง เป็นการนำแร่มาสกัดโดยใช้ความร้อนสูงในเตา โดยใช้ตัวรีดิวซ์ เช่น คาร์บอน (นิยมใช้ในรูปของถ่านโค้กหรือถ่านหิน) เหล็ก และอะลูมิเนียม เป็นตัวทำปฏิกิริยารีดักชั่นเพื่อให้โลหะแยกมาในรูปโลหะหลอมเหลว ในเตาถลุงแต่ละส่วนจะมีอุณหภูมิต่างกันและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็ต่างกันด้วย โดยโลหะที่หลอมเหลวจะอยู่ที่บริเวณส่วนล่างของเตาถลุงและมีชั้นของกากแร่ที่เกิดจากการถลุงหรือตะกรัน (Slag) ลอยอยู่ด้านบน ตะกรันที่ได้จากการถลุงจะเกิดจากการใส่สารเคมีที่เรียกว่าฟลักซ์ (Flux) เช่น CaCO3 ซึ่งจะรวมตัวกับสิ่งเจือปนประเภทซิลิเกตหรือซิลิกาในแร่เกิดเป็นของแข็งจึงแยกออกจากโลหะหลอมเหลวได้ ชั้นของโลหะหลอมเหลวอาจเป็นโลหะชนิดเดียวหรือเป็นสารละลายของโลหะหลายชนิด ส่วนชั้นของตะกรันจะประกอบด้วยสารประกอบซิลิเกตและสารมลทินของแร่นั้น เช่น อะลูมิเนต ฟอสเฟต ฟลูออไรด์ เป็นต้น
2) การสกัดโดยใช้สารละลายเคมี ได้แก่ วิธีการชะละลาย (Leaching) วิธีนี้เป็นการใช้สารเคมีละลายเอาโลหะออกจากแร่ โดยนำแร่ที่ผ่านการบดละเอียดมาทำผสมกับสารเคมีในถัง ซึ่งโลหะจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีได้สารละลายส่วนกากแร่ก็จะตกตะกอนอยู่ที่ก้นถัง จากนั้นจะนำเอาสารละลายที่ได้ไปแยกเอาโลหะออกต่อไป ตัวอย่างเช่น การสกัดทองคำจากแร่คุณภาพต่ำด้วยสารละลายไซยาไนด์ (NaCN) และการสกัดทองแดงจากแร่คอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) ด้วยกรดซัลฟูริกเจือจาง เป็นต้น
3) การสกัดโดยใช้กระแสไฟฟ้า ได้แก่ วิธีแยกสลายด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) เหมาะสำหรับสกัดโลหะอัลคาไลน์และอัลคาไลน์เอิร์ท เช่น โปแตสเซียม โซเดียม แมกนีเซียม และอะลูมิเนียม เป็นต้น
3.การทำโลหะให้บริสุทธิ์
กระบวนการทำโลหะให้บริสุทธิ์สามารถทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการนำไปใช้ประโยชน์ เช่น
1) การกลั่น ใช้แยกโลหะที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น ปรอท สังกะสี และแมกนีเซียม ออกจากโลหะอื่นด้วยการกรรมวิธีการกลั่นลำดับส่วน ซึ่งเป็นการแยกเอาโลหะแต่ละชนิดออกจากกันโดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือด
2) การแยกด้วยไฟฟ้า จะใช้โลหะที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์เป็นขั้วบวก (Anode) แล้วใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวกลางเพื่อนำอิออนของโลหะไปเกาะที่ขั้วลบ (Cathode) ดังนั้นเมื่อโลหะที่ขั้วบวกละลายหมดไปโลหะที่ไปเกาะที่ขั้วลบจะเป็นโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง (> 99.5%) ส่วนโลหะเจือปนต่างๆ จะทำปฏิกิริยากับสารละลายอิเล็กโทรไลต์และถูกละลายอยู่ในสารละลายหรือบางส่วนจะตกตะกอนอยู่ที่ส่วนล่างของบ่อเซลล์ไฟฟ้า
3) การทำโซนรีไฟนิ่ง วิธีนี้จะใช้แท่งโลหะที่ไม่บริสุทธิ์เคลื่อนผ่านขดลวดความร้อนซึ่งมีอุณหภูมิสูง ทำให้แท่งโลหะเกิดการหลอมเหลว โลหะเจือปนจะหลอมละลายอยู่ในส่วนที่เป็นของเหลวและเมื่อแท่งโลหะเคลื่อนที่ผ่านออกจากขดลวดความร้อนโลหะจะมีอุณหภูมิต่ำลงและตกผลึกเป็นโลหะบริสุทธิ์ ส่วนโลหะเจือปนจะยังคงตกค้างอยู่ในส่วนที่เป็นของเหลวในบริเวณขดลวดความร้อน ท้ายที่สุดสารเจือปนส่วนใหญ่จะรวมตัวกันอยู่ที่ส่วนท้ายของแท่งโลหะซึ่งเมื่อเย็นตัวลงก็สามารถตัดโลหะส่วนที่ไม่บริสุทธิ์นี้ออกไปได้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น