เคมีในอุตสาหกรรม

วัชรา หงษ์เวียง (เรียบเรียง)

อุตสาหกรรมแร่

แร่ คือ ธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีโครงสร้างและส่วนประกอบแน่นอน มีสมบัติต่าง ๆ เฉพาะตัว ตัวอย่างแร่ได้แก่ ดีบุก พลวง ทังสเตน แบไรต์ แมงกานีส เป็นต้น
แร่อาจแบ่งออกเป็นพวกใหญ่ ๆ ได้คือ
1. แร่ประกอบหิน หมายถึง แร่ที่เป็นส่วนประกอบของหิน สามารถใช้ระบุชนิด ของหินได้ เช่น หินแกรนิต ประกอบด้วย แร่ควอร์ต์ เฟลด์สปาร์ และไมกา หินปูน ประกอบด้วย แร่แคลไซด์ เป็นต้น
2. แร่เศรษฐกิจหรือแร่อุตสาหกรรม หมายถึง แร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือประโยชน์ ในทางอุตสาหกรรมโดยตรง มีทั้ง แร่โลหะ เช่น เงิน ทองแดง ทองคำ ดีบุก เป็นต้น และ แร่อโลหะ เช่น ดินขาว แกรไฟต์ ทราย ใยหิน แร่เชื้อเพลิง และน้ำบาดาล เป็นต้น

 

ดีบุก

ดีบุกเป็นโลหะสีขาวเป็นเงาคล้ายเงิน มีความถ่วงจำเพาะ 7.3 มีจุดหลอมเหลว 232 องศาเซลเซียส เป็นโลหะเนื้ออ่อน แต่เหนียว ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส รีดเป็นเส้นได้ แต่ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ดีบุกจะเปราะ ทุบแตกง่าย ดีบุกมีรูปหลายแบบ เช่น ดีบุกสีเทา ดีบุกรอมบิก และดีบุกสีขาว

แหล่งที่พบแร่ดีบุก โดยจะพบในแร่แคสซเทอไรต์ ( SnO 2 ) แร่ดีบุกพบมากทางภาคใต้ นอกจากนี้ยังพบในภาคกลาง และภาคเหนือ แร่ดีบุกพบปนอยู่กับกากแร่อื่น ๆ เช่น อิลเมไนต์ เซอร์ดอน โมนาไซด์ โคลัมไบต์ และซิไลต์

- วิธีการถลุงแร่ดีบุก มีขั้นตอนดังนี้ โดยนำสินแร่ดีบุก ( SnO 2 ปนกับทราย SiO 2 เป็นสารปนเปื้อน ) ผสมกับถ่านโค้ก และหินปูนด้วยอัตราส่วน 20 : 4 : 5 โดยมวล ใส่ในเตาถลุงแบบนอน โดยใช้น้ำมันเตา หรือใช้กระแสไฟฟ้าเป็นแหล่งให้ความร้อน

ปฏิกิริยาการแยกดีบุกออกจากแร่ ดังนี้

C ( s ) + O 2 ( g ) ------------> CO 2 ( g )

C ( s ) + CO 2 ( g ) -----------> 2CO ( g )

2CO ( g ) + SnO 2 ( s ) -----------> Sn ( l ) + 2CO 2 ( g )

ปฏิกิริยาการแยกสารปนเปื้อน ( SiO 2 ) ด้วยหินปูนออก ดังนี้

CaCO 3 ( s ) -------------> CaO ( s ) + CO 2 ( g )

CaO ( s ) + SiO 2 ( l ) -----------> CaSiO 3 ( l ) ( ตะกรัน )

ดีบุกที่ถลุงได้ ต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการ Electrorefining สำหรับ ขี้ตะกรันที่ได้ พบว่ามีดีบุกปนอยู่อีกมาก สามารถนำไปถลุงเพื่อแยกดีบุกออกได้อีก

การนำดีบุกไปใช้ประโยชน์ เมื่อนำดีบุกผสมกับตะกั่ว ทำตะกั่วบัดกรี ดีบุกฉาบแผ่นเหล็กทำกระป๋องบรรจุอาหาร ดีบุกผสมกับโลหะอื่นๆ เป็นโลหะผสม ( Alloy ) เช่น ผสมทองแดงเป็นทองสัมฤทธิ์ ผสมกับทองแดงและพลวงใช้เป็นโลหะผสมทำภาชนะต่างๆ สารประกอบดีบุก เช่น SnCl 4.5H 2O ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องเคลือบ เครื่องแก้ว ย้อมสีไหม กระดาษพิมพ์ที่ไวต่อแสง เช่น กระดาษพิมพ์เขียว

พลวง (Sb)

พลวงเงิน จะพบในแร่สติบไนต์ ( Sb 2O 3 ) และพลวงทอง จะพบในแร่สติบิโคไนต์ ( Sb 2O 4 . nH 2O ) ซึ่งจะพบทุกภาคของประเทศไทย ยกเว้นภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เนื่องจากสินแร่พลวงส่วนใหญ่ เป็นสารประกอบซัลไฟด์ จึงต้องเปลี่ยนให้เป็นออกไซด์ แล้วจึงรีดิวซ์ออกไซด์ให้ได้พลวงต่อไป การถลุงพลวงจะแตกต่างกันตามคุณภาพของแร่

ขั้นตอนการถลุงแร่ มีดังนี้
ขั้นที่ 1 ย่างแร่ คือ การนำแร่พลวงที่เป็นซัลไฟต์มาทำให้เป็นออกไซด์ ด้วยการนำแร่สติบไนต์ไปเผากับก๊าซออกซิเจน เกิดปฏิกิริยาดังนี้

2Sb 2S 3 (s) + 9O 2 (g) ---------> 2Sb 2O 3 (s) + 6SO 2 (g)

ขั้นที่ 2 การแยกโลหะพลวงออกจากออกไซด์พลวง ผสมออกไซด์ของพลวง ถ่านหิน และโซเดียมคาร์บอเนต ในอัตราส่วน 20 : 4 : 1 โดยมวล ใส่ในเตาถลุงแบบนอนที่อุณหภูมิประมาณ 800 – 900 องศาเซลเซียส โดยใช้น้ำมันเตาหรือลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง เกิดปฏิกิริยาดังนี้

2C (s) + O 2 (g) ----------> 2CO (g)

2Sb 2O 3 (s) + 3CO (g) -----------> 2Sb (s) + 3CO 2 (g)

โซเดียมคาร์บอเนตที่ผสมใส่ลงไปถลุงเพื่อแยกสารปนเปื้อนต่าง ๆ ออกเป็นกากตะกอนลอยอยู่ผิวบนของโลหะหลอมเหลวที่ถลุงได้ ธาตุพลวงเหลวลงสู่เบ้าเหล็กหล่อเป็นแท่ง

การนำพลวงไปใช้ประโยชน์

โดยนำไปผสมกับโลหะอื่นเป็นโลหะผสม เช่น พลวงผสมกับตะกั่วและดีบุก เป็นโลหะผสมเพื่อทำตัวพิมพ์โลหะ พลวงผสมกับตะกั่วเพื่อทำแผ่นตะกั่วในแบตเตอรี่ พลวงเป็นส่วนผสมของหัวกระสุนปืน พลวงใช้ในอุตสาหกรรมยาง อุตสาหกรรมสี และอุตสาหกรรมเซรามิกส์

สังกะสี – แคดเมียม

สังกะสี พบในรูปสังกะสีซิลิเกต เช่น แร่เฮมิเมอร์ไฟต์ ( Zn 4(Si 2O 7)(OH) 2(H 2O)) แร่สมิทซอไนต์ ( ZnCO 3) และแร่ซิงไคต์ ( ZnO) สำหรับแร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก คือ
แร่สฟาเลอไรต์ ( ZnS) แร่สังกะสีพบมากที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
การถลุงแร่สังกะสีที่อยู่ในรูปสังกะสีซัลไฟด์ สังกะสีคาร์บอเนต ต้องทำให้เป็นออกไซด์ก่อนแล้วจึงนำไปรีดิวซ์

การถลุงสังกะสี มีขั้นตอนดังนี้
ขั้นที่ 1 นำสินแร่สังกะสี เช่น ZnS, ZnCO 3 มาทำให้เป็นออกไซด์

ZnS ทำปฏิกิริยา O 2 ด้วยการเผา 2ZnS(s) + 3O 2(g) -----> 2ZnO(s) + 2SO 2(g)

ZnCO 3 เผาให้สลายตัว ZnCO 3(s) ------> ZnO(s) + CO 2(g)

ขั้นที่ 2 นำสังกะสีออกไซด์ (ZnO) มาแยก Zn ออกโดยทำปฏิกิริยากับถ่านโค้ก (C) ดังนี้

ZnO(s) + C (s) -------> Zn(s) + CO(g)

แล้ว CO ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ ZnO ต่อแยก Zn ได้ดังสมการ

ZnO(s) + CO(g) --------> Zn(s) + CO 2(g)

CO 2 ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ C ที่เหลือเกิด CO ซึ่งสามารถนำไปใช้แยก Zn ออกจาก ZnO ต่อไป ดังสมการ

C (s) + CO 2(g) ---------> 2 CO(g)

การถลุง Zn ต้องทำที่อุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียส ได้ Zn เป็นของเหลวที่มีสารปนเปื้อนผสมอยู่ ส่วนมากเป็นแคดเมียม กับตะกั่ว ดังนั้น ต้องแยกสารเหล่านี้ออกด้วยการนำของเหลวที่มีสารผสมไปกลั่นลำดับส่วน
ในประเทศไทยมีโรงงานถลุงแร่สังกะสีอยู่ที่จังหวัดตาก แร่ที่ใช้ถลุงอยู่ในรูปของซิลิเกตคาร์บอเนต และออกไซด์ปนกัน วิธีถลุงทำได้โดยนำแร่มาบดด้วยเครื่องบดเปียกจนละเอียดเป็นผงแล้วทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ได้สารละลายที่มี ZnSO 4 ละลายอยู่ ทำสารละลายที่ได้ให้เป็นกลางด้วยหินปูนหรือปูนขาว และนำไปกรองเพื่อแยกสารละลายแร่และกากแร่ออกจากกัน กากแร่จะถูกส่งไปยังบ่อเก็บกากแร่ โดยการปรับสภาพให้เป็นกลางด้วยปูนขาวเสียก่อน ส่วนสารละลายที่กรองได้ จะมีเกลือของแคดเมียม พลวง ทองแดงละลายอยู่ ซึ่งสามารถแยกออกโดยเติมผงสังกะสีลงไปในสารละลาย

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เป็นดังนี้

Zn(s) + CdSO 4(aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cd(s)

3Zn(s) + Sb 2(SO 4) 3 (aq) ----------> 3ZnSO 4(aq) + 2Sb(s)

Zn(s) + CuSO 4 (aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cu(s)

แล้วทำการแยกตะกอนและสารละลายออกจากกัน โดยผ่านเข้าเครื่องกรองตะกอนแบบอัด จะได้กากแคดเมียม พลวง และทองแดง ส่วนสารละลายสังกะสี ซัลเฟตจะถูกส่งไปยังโรงแยกสังกะสีด้วยไฟฟ้า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปในสารละลาย Zn 2+ จะไปรับอิเล็กตรอนได้โลหะสังกะสีเกาะอยู่ที่แคโทด ดังสมการ

Zn 2+ (aq) + 2e - ---------> Zn (s)

ที่แอโนด น้ำจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดีกว่า SO 4 2- จึงเกิดปฏิกิริยาดังสมการ

H 2O (l) ----------> 1/2O 2 (g) + 2H + (aq) + 2e -

ปฏิกิริยารวมเป็นดังนี้

Zn 2+ (aq) + H 2O (l) ----------> Zn (s) + 2H + (aq) + 1/2O 2 (g)

การนำสังกะสีไปใช้ประโยชน์

สังกะสีใช้ในอุตสาหกรรมถ่านไฟฉาย คือ Zn ใช้ทำกล่องถ่านไฟฉาย ใช้สังกะสีเคลือบแผ่นเหล็กทำสังกะสีมุงหลังคา ใช้สังกะสีผสมโลหะทองแดงเป็นโลหะผสมเรียกว่า ทองเหลือง ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์มาก นอกจากนี้ในอุตสาหกรรมสี ยา และอาหารสัตว์ ใช้สังกะสีในรูปออกไซด์ของสังกะสี ( ZnO)

การถลุงโลหะแคดเมียม การผลิตสังกะสีที่จังหวัดตากจะมีกากของเสียที่สำคัญมากคือ กาก Cd เป็นสารพิษร้ายแรง นำกาก Cd มาบดให้ละเอียดแล้วเติมกรด H 2SO 4 เพื่อทำให้ละลายแล้วปรับให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองตะกอนออก เติมสังกะสีลงในสารละลายที่กรองได้จะเกิด Cd พรุนตกตะกอน แยกตะกอนพรุน Cd ไปสกัดด้วยกรด H 2SO 4 อีกครั้งหนึ่ง แล้วทำให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองและนำสารละลายไปแยกด้วยไฟฟ้าจะได้ Cd เกาะที่แคโทด นำ Cd ไปหลอมหล่อเป็นแท่งหรือก้อนกลมได้

การถลุงพลวงและสังกะสี จะเกิดก๊าซพิษคือก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งอาจจะเกิดจากการเผาสินแร่ หรือจากการใช้ถ่านหินที่เป็นเชื้อเพลิงมีกำมะถันปนอยู่ หรือเกิดจากโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริก ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์นี้เป็นก๊าซพิษ ทำให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมทั้งพืชและสัตว์ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ ทำให้เกิดอาการแสบจมูก หลอดลมอักเสบ ถ้าก๊าซนี้เข้าสู่ร่างกายน้อยจะทำให้เกิดอาการปวดเมื่อยเรื้อรัง เกิดโรคโลหิตจาง แต่ถ้าได้รับเข้ามากจะเป็นอันตรายต่อปอดโดยตรง ทำให้ปอดอักเสบ หลอดลมตีบตัน นอกจากนั้นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งก่อสร้างที่เป็นหินปูน หินอ่อน และเหล็กที่เป็นโครงสร้างทำให้เกิดการผุกร่อน

การกำจัด SO 2 โดยผ่านลงไปในสารละลาย Ca(OH) 2 เกิดปฏิกิริยาดังนี้

SO 2(g) + Ca(OH) 2 ----------> CaSO 3(s) + H 2O(l)

การถลุงแร่สังกะสีนอกจากจะเกิด SO 2 แล้วยังทำให้เกิดฝุ่นโลหะปนเปื้อนออกมาด้วย ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเช่นกัน จึงต้องระมัดระวัง ต้องกำจัดฝุ่นออกก่อนจะปล่อยออก สู่สิ่งแวดล้อม

แทนทาลัม (Ta)

แทนทาลัม (Ta) เป็นโลหะสีเทา มีความถ่วงจำเพาะ 16.6 จุดหลอมเหลว 2996 องศาเซลเซียส เป็นโลหะทนไฟ แข็งและมีความเหนียวใกล้เคียงกับเหล็กกล้า แทนทาลัมจะไม่พบเกิดอิสระในธรรมชาติ แต่เกิดปนกับไนโอเบียม (Nb) ไทเทเนียม (Ti) และดีบุก (Sn) นอกจากนั้นยังอาจจะเกิดรวมกับยูเรเนียม (U) ทอเรียม (Th)

การสกัดแทนทาลัมและไนโอเบียมออกจากแร่ ทำได้โดยนำตะกรันดีบุกมาบด และละลายด้วยสารละลายผสมของกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) กับกรดซัลฟิวริก แล้วเติมเมธิลไอโซ บิวทิลคีโตน (MIBK) แทนทาลัมและไนโอเบียมจะละลายอยู่ในชั้นของเมธิลไอโซบิวทิลคีโตน ซึ่งสามารถนำไปแยกแทนทาลัมและไนโอเบียมออกจากกันได้โดยเติมกรดซัลฟิวริกเจือจางลงไป ไนโอเบียมจะลายอยู่ในชั้นของกรด แยกสารละลายกรดออกมา ปรับสารละลายให้เป็นกลางด้วยสารละลายแอมโมเนีย จะได้ตะกอนซึ่งเมื่อนำไปเผาจะได้ Nb 2O 3

ส่วนแทนทาลัมที่อยู่ในชั้นของสารละลายเมธิลไอโซบิวทิลคีโตน แยกออกได้โดยผ่าน ไอน้ำเข้าไป แทนทาลัมจะละลายอยู่ในชั้นของน้ำในรูปของ H 2TaF 7 เมื่อเติมสารละลายแอมโมเนียจะได้ตะกอน ซึ่งเมื่อนำไปเผาจะได้ Ta 2O 3 หรือเมื่อนำแทนทาลัมที่ละลายอยู่ในชั้นของน้ำมาเติมด้วยสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ ทำให้ตกผลึก           จะได้ K 2TaF 7

ในการสกัดแร่แทนทาลัมและไนโอเบียม จะใช้ทั้งสารละลายกรดและสารละลายเบส ซึ่งอาจปนเปื้อนออกมากับอากาศ น้ำ หรือตะกอน จึงต้องปรับสภาพให้เป็นกลางเสียก่อน นอกจากนี้วัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการผลิตคือ ตะกรันดีบุก ซึ่งอาจมีสารกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียมและทอเรียมปนอยู่ด้วย จึงเป็นหน้าที่ของผู้ที่เกี่ยวข้องที่จะต้องคอยตรวจสอบปริมาณ สารกัมมันตรังสีไม่ให้รั่วไหลออกมา และมีมากเกินกว่าค่ามาตรฐาน

การนำแทนทาลัมมาใช้ประโยชน์ โดยใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กโทรนิกส์ในเครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องมือสื่อสาร เครื่องส่งสัญญาณกันภัย เครื่องตั้งเวลา ใช้ทำโลหะผสมสำหรับทำเครื่องบิน จรวด ขีปนาวุธ อุปกรณ์เตาปรมาณู แทนทาลัมออกไซด์ใช้ทำเลนส์ การนำไนโอเบียมมาใช้ประโยชน์คือ เป็นส่วนผสมในเหล็กกล้าที่ใช้ผลิตท่อส่งก๊าซ วัสดุก่อสร้างของโรงงานเคมีภัณฑ์และใช้ทำเลนส์ต่าง ๆ

เซอร์โคเนียม (Zr)

เซอร์โคเนียม (Zr) เป็นธาตุที่มีความสำคัญมากชนิดหนึ่ง มีจุดหลอมเหลว 1852 องศาเซลเซียส และมีจุดเดือด 4377 องศาเซลเซียส พบในรูปของแร่เซอร์คอน (ZrSiO) ตามแหล่งดีบุก บริเวณภาคใต้ของประเทศไทย การผลิตเซอร์โคเนียมนั้นทำได้โดย นำสินแร่เซอร์คอนมาหลอมรวมกับโซเดียมออกไซด์ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส จะได้โซเดียมเซอร์โคเนียมซิลิเกต (Na 2ZrSiO 3) ส่วนทรายที่ปนเปื้อนอยู่ก็จะเปลี่ยนเป็น Na 2SiO 3 ทิ้งไว้ให้เย็นแล้วสกัดด้วยน้ำร้อนเพื่อละลาย Na 2SiO 3 ออก ส่วนโซเดียมเซอร์โคเนียมซิลิเกต ซึ่งไม่ละลายน้ำจะตกตะกอน กรองและนำตะกอนที่ได้ไปละลายในสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจางที่ร้อน จะได้สารละลายโซเดียมซัลเฟตและเซอร์โคเนียมซัลเฟต (Zr(SO 4) 2) ทำสารละลายที่ได้ให้เป็นกลางด้วยสารละลายแอมโมเนียมเข้มข้น เซอร์โคเนียมซัลเฟตจะเปลี่ยนเป็นเซอร์โคเนียมไฮดรอกไซด์ (Zr(OH) 4) ซึ่งไม่ละลายน้ำ กรอง แล้วนำตะกอนที่ได้ไปเผาที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส จะได้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (ZrO 2)

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ที่ได้จะมีลักษณะเป็นผงสีขาว หนัก ไม่มีกลิ่น มีจุดหลอมเหลวประมาณ 2680 องศาเซลเซียส ใช้เป็นวัสดุเคลือบสีสำหรับเซรามิกส์ เมื่อเติม Y 2O 3 ร้อยละ 5 ลงไปในเซอร์โคเนียมไดออกไซด์จะได้วัสดุใหม่ที่มีชื่อว่า PSZ (Partially Stabilized Zirconia)

PSZ ใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ ทำให้ได้เซรามิกส์ที่มีคุณสมบัติเด่นหลายประการคือ ทนความร้อนได้ถึง 2400 องศาเซลเซียส ไม่นำไฟฟ้า จึงใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด ทำถ้วยกระเบื้องทนไฟสำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการ ทำอิฐทนไฟสำหรับเตาหลอมโลหะ ทำฉนวนกันไฟฟ้าแรงสูง ทำชิ้นส่วนของหัวเทียนรถยนต์ และเป็นชิ้นส่วนประกอบของอุปกรณ์ อิเล็กโทรนิกส์ เป็นต้น

 

อุตสาหกรรมเซรามิกส์

เซรามิกส์ (Ceramics) คือ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากดิน และผ่านการเผามาแล้ว ปัจจุบันเซรามิกส์เป็นวัสดุและภาชนะที่มีรูปร่างต่าง ๆ แล้วนำไปเผาเพื่อให้มีความแข็ง สามารถคงรูปอยู่ได้ เช่น เครื่องลายคราม อิฐทนไฟ กระเบื้องปูพื้น เครื่องปั้นดินเผา แก้ว วัสดุทนไฟต่าง ๆ และเครื่องสุขภัณฑ์ เครื่องปั้นดินเผาเป็นเซรามิกส์ประเภทหนึ่ง ปัจจุบันได้มีการพัฒนาในด้านวัตถุดิบที่ใช้และสีสำหรับเคลือบให้มีคุณภาพสูงขึ้น ซึ่งวัสดุที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์ ได้แก่ ดินขาว ดินเหนียว เฟลด์สปาร์ ควอร์ตซ์ ทัลด์ หินปูน เซอร์โคเนียมออกไซด์ โซเดียมซิลิเกต และซิงค์ออกไซด์

ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเจริญก้าวหน้ามากขึ้น ได้ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ผลิตเซรามิกส์ใหม่ ๆ จากสารอนินทรีย์ ซึ่งมีคุณสมบัติทนความร้อน ทนต่อปฏิกิริยาเคมีและมีสมบัติทางไฟฟ้าที่พิเศษกว่าสารอื่น ทำให้ใช้เป็นฉนวนกันไฟฟ้าได้ ทำแผ่นและวงจรรวม (IC) ทำแผ่นซิลิคอนในเซลล์สุริยะ ผลิตตัวถังรถยนต์ เพื่อให้มีน้ำหนักเบา แข็งแรง ทนต่อสารเคมี

ในการผลิตภัณฑ์เซรามิกส์เกี่ยวข้องกับสีใช้สารที่มีสารตะกั่วเป็นตัวช่วยในการละลาย และเป็นสารที่ช่วยทำให้สีเคลือบมีสีสดใส ถ้าผลิตโดยขาดการควบคุมคุณภาพ อาจจะทำให้สารพวกตะกั่วปนเปื้อนลงในอาหาร และนำไปใส่อาหารที่เป็นกรดหรือเบส กรดและเบสจะละลายสารตะกั่วที่เคลือบอยู่ติดปนออกมากับอาหารได้

การผลิตเกลือสมุทร

เกลือสมุทรทำกันมากในบริเวณใกล้ทะเล เช่น ที่จังหวัดสมุทรสาคร เพชรบุรี ฉะเชิงเทรา และชลบุรี ประเทศไทยมีการทำนาเกลือในช่วงเดือนพฤศจิกายนถึงเดือนพฤษภาคม หากปีใดฝนตกชุกในระยะดังกล่าวการทำนาเกลือจะไม่ไดผลเท่าที่ควร

การทำนาเกลือใช้วิธีการแยกโซเดียมคลอไรด์ออกจากน้ำทะเล ดังนั้นจึงต้องใช้หลักการระเหยและการตกผลึก โดยการให้น้ำทะเลระเหยไปเหลือน้ำน้อยจนถึงจุดอิ่มตัวของ โซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ก็จะตกผลึกออกมา

ขั้นตอนการผลิตเกลือสมุทร มีดังนี้

1. การเตรียมพื้นที่นา โดยทั่วไปใช้พื้นที่ประมาณ 40 ไร่ จากนั้นก็ขุดตอไม้รากไม้ ปรับพื้นที่ให้เรียบแน่น แบ่งที่นาออกเป็นแปลง ๆ แปลงละ 1 ไร่ ยกขอบแปลงให้สูง แล้วทำร่องระบายน้ำระหว่างแปลง

2. การทำนาเกลือ
2.1 แบ่งพื้นที่ทำนาเป็น 3 ตอน ได้แก่ นาตาก นาเชื้อ และนาแปลง ซึ่งมีระดับพื้นที่ลดหลั่นลงตามลำดับ เพื่อความสะดวกในการระบายน้ำและขังน้ำ
2.2 ก่อนถึงฤดูการทำนาเกลือ ให้ระบายน้ำเข้าเก็บขังไว้เพื่อให้น้ำสะอาด ผงโคลนตม แร่ธาตุ จะได้ตกตะกอนลง พื้นที่ที่ขังน้ำไว้ในตอนนี้บางทีเรียกว่า นาขัง
2.3 จากนั้นระบายน้ำเข้าสู่นาตาก ให้ระดับน้ำสูงกว่าพื้นนาประมาณ 5 cm เมื่อน้ำระเหยไปจนวัดความถ่วงจำเพาะของน้ำทะเลได้ 1.08 จึงถ่ายน้ำเข้าสู่นาเชื้อ เพื่อให้แคลเซียม- ซัลเฟต (CaSO 4) ตกผลึกออกมาเป็นผลพลอยได้ ส่วนน้ำทะเลที่เหลือปล่อยให้ระเหยไป จนมีความถ่วงจำเพาะ 1.2 แล้วจึงระบายน้ำทะเลนั้นเข้าสู่นาปลง 2 วัน NaCl เริ่มตกผลึก และจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะเดียวกันน้ำทะเลที่เหลือมีความเข้มข้นของ Mg 2+ Cl - และ SO 2- 4 ไอออนเพิ่มขึ้นจึงต้องระบายน้ำจากนาเชื้อเพิ่มเพื่อกันมิให้ MgCl 2 และ MgSO 4 ตกผลึกปนกับ NaCl มากด้วย ซึ่งจะทำให้เกลือที่ได้มีมลทิน คุณภาพไม่ดี

โดยปกติจะปล่อยให้ NaCl ตกผลึกประมาณ 9 – 10 วัน จึงขูดเกลือออกขณะที่มีน้ำทะเลขังอยู่เกลือที่ได้นำไปตากแดด 1 – 2 วัน แล้วจึงเก็บเข้าฉาง

<<<ผลพลอยได้จากการทำนาเกลือคือ กุ้ง ปลา และ CaSO 4>>>

คุณภาพของเกลือโซเดียมคลอไรด์ คุณภาพของเกลือโซเดียมคลอไรด์ ขึ้นอยู่กับมลทิน ที่ปนเปื้อนอยู่ เช่น เกลือแมกนีเซียม เป็นต้น ถ้าเกลือโซเดียมคลอไรด์มีเกลือแมกนีเซียมปนอยู่มาก เกลือจะชื้นง่าย ราคาตก ดังนั้น ถ้าต้องการเกลือที่มีคุณภาพดีควรเติมปูนขาว 0.4 – 0.5 กรัมต่อน้ำ 1 ลิตรลงในนาเชื้อ เพื่อทำให้น้ำทะเลมีสมบัติเป็นเบส (pH ~ 7.4 – 7.5) Mg 2+ ไอออนจะตกตะกอนออกมาในรูป Mg(OH) 2 ทิ้งไว้จนน้ำทะเลใสแล้วจึงไขน้ำนี้เข้าสู่นาปลง NaCl จะตกผลึกออกมาเป็นส่วนใหญ่ ผลึกของเกลือ NaCl ที่ได้จึงค่อนข้างบริสุทธิ์มึคุณภาพดี

การผลิตเกลือสินเธาว์

เกลือสินเธาว์ผลิตได้จากแหล่งแร่ เกลือหิน (Rock salt)พบอยู่ตามพื้นดินแถบภาคอีสาน เช่น จังหวัดชัยภูมิ มหาสารคาม ยโสธร อุบลราชธานี และอุดรธานี การผลิตเกลือสินเธาว์จากเกลือหินโดยทั่วไป ใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ ใช้การละลาย การกรอง การระเหย และการตกผลึก หรือการละลายและการตกผลึก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพของเกลือที่เกิดขึ้นในแหล่งนั้น ๆ

เกลือสินเธาว์แยกตามวิธีการที่แตกต่างกันตามลักษณะของการเกิดเกลือตามธรรมชาติ ดังนี้

วิธีการผลิตเกลือ ขุดหรือเจาะลงไปใต้ดินและสูบน้ำเกลือขึ้นมา ต้มน้ำเกลือในกระทะเหล็กใบใหญ่ โดยใช้ฟื้นหรือลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิงจนแห้ง จะได้เกลือตกผลึกออกมา เกลือชนิดนี้นอกจากจะใช้ต้ม อาจจะทำได้โดยการตาก ซึ่งไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในด้านเชื้อเพลิง เพราะใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยการสูบเกลือจากบ่อน้ำบาดาลมาใส่ไว้ในนาตาก ซึ่งทำเป็นลานดินหรือลานซีเมนต์ แล้วให้น้ำระเหยออกจะได้เกลือตกผลึกออกมา เรียกวิธีนี้ว่า การทำนาตาก

วิธีการผลิตเกลือ อัดน้ำจืดลงไปละลายเกลือในชั้นเกลือหิน แล้วสูบสารละลายมาทำให้บริสุทธิ์ด้วยการเติมสารละลาย NaOH กับ Na 2CO 3 เพื่อกำจัด Ca 2+ และ Mg 2+ ดังปฏิกิริยา

Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) ---------> Mg(OH) 2 (s)

Ca 2+ (aq) + CO 2- 3 (aq) ----------> CaCO 3 (s)

กรองตะกอนออก แล้วนำสารละลายเกลือที่ได้มาตกผลึก แยก NaCl ออก ทำให้สารละลายมี NaCl ปริมาณลดลง และในสารละลายนี้ยังมี Na 2SO 4 และ Na 2CO 3 ละลายปนอยู่ ซึ่งเป็นเกลือที่ไม่ต้องการเรียกว่า น้ำขม นำสารละลายไปเติม CaCl 2 พอเหมาะกำจัดไอออนต่าง ๆ ออกเป็นสาร CaSO 4 และ CaCO 3 ซึ่งไม่ละลายน้ำ ดังสมการ

Ca 2+ (aq) + SO 2- 4 (aq) -----------> CaSO 4 (s)

Ca 2+ (aq) + CO 2- 3 (aq) ----------> CaCO 3 (s)

นำสารละลายที่ได้ไปตกผลึกแยก NaCl ออกได้อีก

วิธีการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์และก๊าซคลอรีน

โซเดียมคลอไรด์ใช้ในการปรุงอาหาร ถนอมอาหาร ทำสบู่ และย้อมผ้า
ส่วนในวงการแพทย์ใช้น้ำเกลือสำหรับคนป่วย และฆ่าเชื้อโรค

เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าตรงลงในสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัว จะเกิดปฏิกิริยาเคมี ดังนี้

แคโทด ( ขั้วลบ) เกิดปฏิกิริยารีดักชัน โดยมีน้ำถูกรีดิวซ์เป็นก๊าซ H 2

2H2O (l) + 2e - ----------> 2OH - (aq) + H2 (g)

แอโนด ( ขั้วบวก) เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยมี Cl - ถูกออกซิไดส์เป็น Cl 2

2Cl - (aq) -----------> Cl 2 (g) + 2e -

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2H2O (l) + 2Cl - (aq) -----------> 2OH - (aq) + H2 (g) + Cl2 (g)

เขียนเป็นสมการโมเลกุลดังนี้

2H2O (l) + 2NaCl (aq) -----------> 2NaOH (aq) + H2 (g) + Cl 2 (g)

จากสมการของปฏิกิริยาผลิตภัณฑ์เกิดก๊าซ H 2 และก๊าซ Cl 2 ส่วนสารละลายประกอบด้วย NaOH เกิดขึ้นปนกับ NaCl ที่เหลือ เมื่อนำสารละลายนี้ไปแยก NaOH ออกด้วยการตกผลึก สารเหล่านี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์อุตสาหกรรมดังนี้

ก๊าซไฮโดรเจน ใช้เตรียมกรดเกลือ แอมโมเนีย และปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน น้ำมันพืช

ก๊าซคลอรีน ใช้ฆ่าเชื้อโรคในกระบวนการทำน้ำประปา ใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรม เช่น พลาสติก PVC ยาฆ่าแมลง DDT นอกจากนั้นยังใช้เป็นตัวทำละลาย เช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl 4) ก๊าซคลอรีนใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีหลายชนิด

ในด้านอุตสาหกรรมเคมีใช้เกลือ NaCl เป็นวัตถุดิบ ในการผลิตสารเคมีหลายชนิด เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) โซเดียมคาร์บอเนต (Na 2CO 3) โซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO 3) โซเดียมซัลเฟต (Na 2SO 4) โลหะโซเดียม (Na) และก๊าซคลอรีน (Cl 2)

โซเดียมไฮดรอกไซด์ ( หรือโซดาแผดเผาหรือ Cuastic soda) มีสูตรเป็น NaOH เป็นสารประกอบไอออนิกในรูปผลึกของแข็งสีขาว ดูดน้ำจากอากาศได้ จุดหลอมเหลว 318.4 องศาเซลเซียส ละลายน้ำได้ดี ให้สารละลายมีสมบัติเป็นเบสโซเดียมไฮดรอกไซด์ ใช้ในอุตสาหกรรมทำสบู่ ผลิตผงชูรส ทำกระดาษ การย้อมสี และในการกลั่นปิโตรเลียม นอกจากนั้นยังใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นวัตถุดิบสำคัญในอุตสาหกรรมอื่นได้ เช่น ผสมสารเคมี ผงซักฟอก สิ่งทอ และในการทำแร่บอกไซด์ให้บริสุทธิ์สำหรับการผลิตโลหะอะลูมิเนียม

 

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ ก๊าซคลอรีน และก๊าซไฮโดรเจนในอุตสาหกรรม

ใช้หลักการอิเล็กโทรลิซิสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ แต่อุปกรณ์ซับซ้อนกว่า เรียกกระบวนการนี้ว่า The Chlor – Alkali Process ที่ใช้กันในอุตสาหกรรมมีหลายวิธี เช่น การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ไดอะแฟรม เซลล์เยื่อแลกเปลี่ยนไอออน และเซลล์ปรอท

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ ใช้สารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์

แต่เนื่องจากสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์มีสารอื่นปนอยู่ด้วย ดังนั้น จึงต้องแยกสารอื่นที่ปนอยู่กับสารละลายออก ก่อนที่จะนำไปแยกด้วยไฟฟ้าในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ชนิดใดชนิดหนึ่ง เพื่อผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ การทำสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธี เติมสารโซเดียมไฮดรอกไซด์ ลงไปในสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ เพื่อทำให้เหล็กไอออนและแมกนีเซียมไอออนที่ปนอยู่ตกตะกอน ดังนี้

Fe 3+ (aq) + 3OH - (aq) ----------> Fe(OH) 3 (s)

Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) ---------> Mg(OH) 2 (s)

จากนั้นก็เติมสารละลาย BaCl 2 ลงไป เพื่อทำให้ซัลเฟตไอออน (SO 2- 4)

ตกตะกอน โดยควบคุมให้ซัลเฟตไอออนเหลืออยู่ในสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ ไม่เกิน 2 g/l ดังนี้

Ba 2+(aq) + SO 2- 4 -----------> BaSO 4 (s)

สำหรับแคลเซียมไอออนของ (Ca 2+) ที่ยังตกค้างในสารละลาย ก็จะถูกทำให้

ตกตะกอนโดยเติมสารละลาย Na 2CO 3 ลงไป ดังนี้

Ca 2+ + CO 2- 3 (aq) -----------> CaCO 3 (s)

จากนั้นแยกตะกอนของ CaCO 3 ออกจากสารละลายเกลือโวเดียมคลอไรด์

สารละลายที่ได้เติมกรดHCl เพื่อกำจัด Na 2CO 3 ที่ตกค้างอยู่และปรับ pH ของน้ำเกลือให้พอเหมาะ สารละลายที่ได้เป็นสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ที่ต้องการใช้เตรียมโซเดียมไฮดรอกไซด์

 

 

การผลิตโซเดียมโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ไดอะแฟรม

เซลล์ไดอะแฟรม (Diaphram cell) เป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – alkali ชนิดหนึ่งดังรูป ในเซลล์ มีแผ่นกั้นทำด้วยแอสเบสตอสกั้นอยู่ระหว่างแอโนด ซึ่งทำด้วยทิเทเนียม และแคโทด เป็นเหล็กกล้า

เมื่อผ่านสารละลาย NaCl อิ่มตัวที่ทำให้บริสุทธิ์แล้วเข้าทางด้านแอโนด ( ขั้วบวก) Cl - ถูกออกซิไดส์เกิด Cl 2 ดังนี้

ออกซิเดชัน ; 2Cl - (aq) -----------> Cl 2 (g) + 2e - E 0 = - 1.36 V

ส่วนแคโทด ( ขั้วลบ) น้ำจะรับอิเล็กตรอนเกิดก๊าซ H 2 และ OH - ดังนี้

รีดักชัน ; 2H 2O (l) + 2e - ---------> H 2 (g) + 2OH - (aq) E 0 = - 0.83 V

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2Cl -(aq) + 2H 2O(l) --------> 2OH - (aq) + H 2(g) + Cl 2(g) E 0 cell = - 2.19 V

ที่แผ่นกั้นมีสมบัติยอมให้ไอออนผ่านไปมาได้ แต่ไม่ยอมให้ Cl 2(g) และ H 2 (g) ผ่าน และเนื่องจากได้มีการปรับความดันด้านแอโนดสูงกว่าด้านแคโทด ด้วยการให้ระดับสารละลายที่ด้านแอโนดสูงกว่าสารละลายที่ด้านแคโทด ดังนั้น ไอออนทางด้านแอโนดจึงถูกดันให้เคลื่อนที่ผ่านแผ่นกั้นไปด้านแคโทดตลอด ส่วนไฮดรอกไซด์ไอออนทางด้านแคโทดไม่สามารถไหลมาทางด้านแอโนด ทำให้ได้ NaOH เกิดขึ้นด้านแคโทด สำหรับ Na + และ Cl - ที่ทำปฏิกิริยาไม่หมด จะไหลผ่านแผ่นกั้นเข้าไปอยู่ด้านแคโทด จึงทำให้สารละลาย NaOH ไม่บริสุทธิ์ คือมี NaOH ประมาณร้อยละ 10 – 12 โดยมวลและ NaCl ประมาณร้อยละ 14 – 16 โดยมวล สารละลายผสมระหว่าง NaOH กับ NaCl สามารถแยกได้ด้วยวิธีการให้น้ำระเหยออก เพื่อทำให้สารละลาย NaCl อิ่มตัวและตกผลึกแยกออกไป สารละลายที่เหลือประกอบด้วย NaOH ร้อยละ 50 โดยมวลและ NaCl ร้อยละ 1 โดยมวล สารละลาย NaOH ที่ได้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเตรียมสารต่าง ๆ ได้ แต่ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตเรยองไม่ได้ เพราะมี NaCl ปน

 

 

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ปรอท

เซลล์ปรอท (Mercury cell) เซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – Alkali ชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยแอโนดซึ่งทำจากโลหะทิเทเนียมเคลือบออกไซด์ของธาตุบางชนิด และใช้ปรอทเป็นแคโทด

เซลล์ปรอทเป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ผลิต NaOH(aq) ที่มีความบริสุทธิ์สูง วิธีผลิตโดยผ่านสารละลาย NaCl อิ่มตัว และบริสุทธิ์เข้าไปในเซลล์นี้จะเกิดการเปลี่ยนแปลงดังนี้

แคโทด เป็นขั้วปรอทเกิด Over voltage ของปฏิกิริยารีดักชันของ H 2O เป็น OH - และ H 2(g) ดังนั้น ปฏิกิริยารีดักชันจึงเกิดเป็น Na + ไปเป็น Na แทน ซึ่งละลาย Hg(l) เป็นโซเดียมอะมัลกัมที่มีความเข้มข้นประมาณ 5% โดยมวล

2Na + (aq) + xHg(l) + e - ---------> 2NaHg x(l) E 0 = - 1.77 V

แอโนด เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน Cl - เป็น Cl 2 (g) ดังสมการ

2Cl - (aq) -----------> Cl 2 (g) + 2e - E 0 = - 1.36 V

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2Na +(aq) +2Cl - (aq) + xHg(l) ------> 2NaHg x(l) + Cl 2 (g) E 0 cell = - 3.13 V

เมื่อโซเดียมอะมัลกัมถูกแยกออกจากกัน โดยผ่านน้ำบริสุทธิ์เข้าไป โซเดียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดโซเดียมไฮดรอกไซด์ ดังสมการ

2NaHg x(l) + 2H 2O -----------> 2NaOH (aq) + H 2 (g) + 2xHg(l)

ของเหลวปรอทถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์นี้ ก๊าซไฮโดรเจนลอยออกสู่ด้านบน ส่วนสารละลาย NaOH ที่ได้มีความเข้มข้นประมาณ 50% โดยมวล และปรอทที่ใช้ บางส่วนปนกับน้ำทิ้งจากกระบวนการผลิตลงสู่แหล่งน้ำ ทำให้เกิดมลภาวะทางน้ำ จากกระบวนการผลิตพบว่า ปรอทสูญหายไป 200 g ต่อ Cl 2 1 เมตริกตันที่ผลิตได้ Hg ที่ถูกปะปนกับน้ำทิ้งนี้จะอยู่ในรูป HgCl 2 ซึ่งจุลินทรีย์ในน้ำเปลี่ยนเป็นสารอินทรีย์ คือไดเมทิลเมอร์คิวรี (CH 3) 2Hg

สารนี้จะสะสมในสัตว์น้ำ ถ้าเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ สารอินทรีย์ของ Hg จะไปสะสมตามเนื้อเยื่อที่มีไขมันมาก ๆ เช่น ที่มันสมอง สารพวกนี้จะไปขัดขวางการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง ทำให้เกิดความผิดปกติของระบบประสาท เช่น นอนไม่หลับ ประสาทหลอน ความจำเสื่อม และเนื่องจากร่างกายไม่สามารถทำลายหรือกำจัดปรอทได้ ปรอทที่สะสมในร่างกายจึงทำให้พิษร้ายแรง ถ้ามีสะสมในร่างกายเพียง 50 มิลลิกรัม อาจจะถึงตายได้

บริเวณอ่าวมินามาตะที่ประเทศญี่ปุ่นเป็นที่ตั้งโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่หลายประเภท เช่น โรงงานผลิตพลาสติก ผลิตปุ๋ยเคมี และสารเคมีต่าง ๆ พบว่าสัตว์น้ำตายเพราะพิษปรอท และประชาชนที่อาศัยอยู่บริเวณนั้นต้องเสียชีวิตจากการบริโภคสัตว์น้ำที่มี Hg สะสมอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งจากการวิจัยพบว่า ปรอทที่สะสมในสัตว์น้ำและในร่างกายของผู้ป่วยล้วนมาจากของเสียจากน้ำทิ้งของโรงงานต่าง ๆ

สำหรับประเทศไทย พบว่าสัตว์น้ำในอ่าวไทย เช่น ปลา ปลาหมึก ปูม้า กั้งตั๊กแตน และหอยนางรม มีปรอทสะสมอยู่ ในอัตราส่วน 0.035, 0.025, 0.016 และ 0.017 ไมโครกรัม/ กรัม น้ำหนักสด ตามลำดับ และถ้าปล่อยปรอทลงสู่แหล่งน้ำมากขึ้นเรื่อย ๆ ก็จะทำให้สัตว์ทะเลมีปรอทสะสมมากขึ้น ซึ่งจะทำให้ผู้บริโภคเกิดอันตรายได้

เนื่องจากการผลิต NaOH ทั้ง 2 วิธีต่างก็เกิดปัญหาในด้านค่าใช้จ่ายสำหรับการทำ NaOH ให้บริสุทธิ์และการปนเปื้อนของสารพวกปรอททำให้เกิดมลภาวะ จึงได้มีการพัฒนาเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – Alkali ใหม่ เพื่อใช้ผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่บริสุทธิ์มากขึ้น

 

 

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เยื่อแลกเปลี่ยนไอออน

เซลล์เยื่อแลกเปลี่ยนไอออน (Membrane cell)เป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – Alkali ชนิดหนึ่ง มีลักษณะคล้ายเซลล์ไดอะแฟรม ต่างกันที่ใช้เยื่อแลกเปลี่ยนไอออนแทน

ไดอะแฟรม เยื่อแลกเปลี่ยนไอออนทำจากฟลูออโรคาร์บอนพอลิเมอร์ มีสมบัติยอมให้เฉพาะไอออนบวก เช่น Na + ซึ่งมีขนาดเล็กผ่านได้ ซึ่งแตกต่างจากไดอะแฟรมที่ยอมให้ทั้งไอออนบวกและไอออนลบผ่านได้

ใส่สารละลาย NaCl อิ่มตัวและบริสุทธิ์ในภาชนะที่ด้านแอโนด แล้วผ่านกระแสไฟฟ้าลงในสารละลายนี้ Na + เป็นไอออนขนาดเล็กจะเคลื่อนที่ผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนไอออนเข้าไปยังแคโทด ส่วน Cl - ผ่านเยื่อและเปลี่ยนไอออนไม่ได้ จะเสียอิเล็กตรอนเกิดก๊าซ Cl 2 ที่แอโนด ( ขั้วบวก) ดังสมการ

2Cl - (aq) ---------> Cl 2 (g) + 2e - E 0 = - 1.36 V

แคโทด H 2O รับอิเล็กตรอนเกิดก๊าซ H 2 และ OH - ดังนี้

2 H 2O(l) + 2e - ---------> 2OH - (aq) + H 2(g) E 0 = - 0.83 V

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2Cl -(aq) + 2 H 2O(l) -------> 2OH - (aq) + H 2(g) + Cl 2 (g) E 0 cell = - 2.19 V

OH - ที่เกิดขึ้นที่แคโทดรวมกับ Na + เกิด NaOH ส่วนก๊าซ Cl 2 และก๊าซ H 2 ไม่ผ่านเนื้อเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน ออกจากเซลล์นี้ที่แอโนด และแคโทดตามลำดับ สารละลาย NaOH

ที่ได้มีความเข้มข้น 30 – 35% โดยมวล ถ้าปรับปรุงเซลล์นี้ให้มีคุณภาพดีขึ้นก็จะได้สารละลาย NaOH เข้มข้น 40% โดยมวล

อุตสาหกรรมปุ๋ยเคมี

ปุ๋ยยูเรีย

ปุ๋ยยูเรีย หรือ ปุ๋ยคาร์บาไบต์ สูตรเคมี ( NH2) 2CO

วัตถุดิบที่ใช้ผลิตคือ ก๊าซแอมโมเนีย (NH 3) กับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งได้จากกระบวนการเตรียมปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต

ปฏิกิริยาเคมี เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างก๊าซแอมโมเนีย (NH 3) กับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ดังสมการนี้

2NH 3(g) + CO 2 (g) -----------> ( NH2) 2CO (s) + H 2O (l)

 

ปุ๋ยฟอสเฟต

ปุ๋ยฟอสเฟต เป็นปุ๋ยที่มีธาตุฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ ซึ่งเป็นสารอาหารของพืช แหล่งที่พบในประเทศไทย จะเป็นพวกหินฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้น้อยมาก ที่อำเภอแม่ทา จังหวัดลำพูน อำเภอเกาะคา จังหวัดลำปาง และอำเภอเมือง จังหวัดราชบุรี

วัตถุดิบที่ใช้ผลิตคือ หินฟอสเฟต (CaF 2.3Ca 3(PO 4) 2)

ขั้นตอนในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟต

ขั้นที่ 1 หินฟอสเฟต (CaF 2.3Ca 3(PO 4) 2) ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 4 – 5 mol/dm 3 จะเกิดปฏิกิริยารวดเร็วดังนี้

CaF 2.3Ca 3(PO 4) 2 + 10H 2SO 4 ----------> 6H 3PO 4 + 10CaSO 4 + 2HF

ขั้นที่ 2 นำ H 3PO 4 ไปทำปฏิกิรยากับหินฟอสเฟตที่เหลือได้มอนอแคลเซียมฟอสเฟต ( ปุ๋ยซุปเปอร์ฟอสเฟต Ca(H 2PO 4) 2) ซึ่งละลายน้ำได้ดี ปฏิกิริยาจะเกิดช้า ๆ ใช้เวลาประมาณ 6 – 25 วันดังสมการ

CaF 2.3Ca 3(PO 4) 2 + 14H 3PO 4 ---------------> 10Ca(H 2PO 4) 2 + 2HF

นอกจากนี้ Ca(H 2PO 4) 2 สามารถเตรียมได้จากหินฟอสเฟต ทำปฏิกิริยากันกับกรดซัลฟิวริก (H 2SO 4) ดังสมการ

CaF 2.3Ca 3(PO 4) 2 + 7H 2SO 4 --------------> 3Ca(H 2PO 4) 2 + 7CaSO 4 + 2HF

จากปฏิกิริยาข้างต้นจะพบว่าการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตเกิด HF ซึ่งจะกลายเป็นไอได้ง่ายและเป็นพิษได้ กรด HF บางส่วนจะทำปฏิกิริยากับทราย (SiO 2) ที่ปนอยู่กับหินฟอสเฟต เกิดก๊าซ SF 4 ซึ่งรวมกับน้ำทันทีเป็น H 2SiF 6 แต่ส่วนใหญ่จะระเหยออกเป็นไอ

ดังนั้นในการผลิตจึงควรมีการเก็บ HF ที่เกิดขึ้นผ่านลงไปในน้ำ ได้สารละลายมีสภาพเป็นกรด ซึ่งทำให้เป็นกลางด้วยการทำปฏิกิริยากับโซดาแอช (Na 2CO 3) หรือหินปูน เกิดปฏิกิริยาดังนี้

2HF + Na 2CO 3 -----------> 2NaF + H 2O + CO 2

2HF + CaCO 3 -------------> CaF 2 + H 2O + CO 2

การทำลาย HF ทั้งโดยการทำปฏิกิริยากับ SiO 2 ได้ H 2SiF 6 ซึ่งทำปฏิกิริยาต่อไปกับ MgO ได้แมกนีเซียมซิลิโกฟลูออไรด์ ( MgSiF 6 ) ซึ่งใช้เป็นยาฆ่าแมลง

6HF + SiO2 -------------> H2SiF6 + 2H2O

H2SiF 6 + MgO -------------> MgSiF 6 + H2O

Free Hit Counters