2.ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรมเคมี

ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรมเคมี

1. อุตสาหกรรมแร่

แร่ (Mineral)  หรือสารประกอบอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีโครงสร้างและส่วนประกอบที่แน่นอนมีสมบัติต่าง ๆ เฉพาะตัว  หรืออีกความหมายหนึ่ง  แร่ คือ วัตถุที่ได้จากพื้นดินเอามาถลุงเป็นโลหะชนิดต่าง ๆ

สินแร่  คือ หิน หรือแร่ประกอบหินซึ่งมีแร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจปริมาณมากพอที่สามารถถลุงออกมาใช้ประโยชน์ได้  หรืออีกความหมายหนึ่งอาจหมายถึง แร่จากเหมืองที่ยังไม่ถลุง จะเรียกว่า สินแร่  โดยทั่วไปแร่ของโลหะมักเกิดในรูปออกไซด์  ซัลไฟด์  เฮไลด์ ซิลิเกต  คาร์บอเนต และซัลเฟต

1.2.ประเภทของแร่

จำแนกตามประโยชน์ที่ใช้ในทางเศรษฐกิจได้ 2 ประเภทดังนี้

1. แร่ประกอบหิน (Mineral rock)  คือ หินที่มีแร่เป็นส่วนประกอบ เช่น หินแกรนิต ประกอบด้วย แร่ควอร์ต เฟลด์สปา และไมกา  หินปูน ประกอบด้วยแร่แคลไซด์ และอื่นๆ

2. แร่เศรษฐกิจและอุตสาหกรรม (Industrial mineral)  คือ  แร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือทางอุตสาหกรรม แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

1. แร่โลหะ (Metallic mineral) เช่น แร่เงิน ทองแดง สังกะสี เหล็ก ตะกั่ว ดีบุก ทังสเตน และอะลูมิเนียม

2. แร่อโลหะ (Nonmetallic mineral) เช่น แร่เฟลด์สปา แกรไฟต์ ดินขาว ใยหิน ฟอสเฟต ยิบซัม รัตนชาติ ทราย และแร่เชื้อเพลิง

1.3.วิธีการสกัดโลหะออกจากแร่

สามารถทำได้อยู่ทั้งหมด 3 ขั้นตอน ดังนี้

1. Concentration คือ การนำสินแร่มาแยกสิ่งเจือปนไม่บริสุทธิ์ออก นั่นก็คือการทำให้แร่มีความเข้มข้นมากขึ้น นั่นเอง โดยอาศัยสมบัติทางกายภาพและทางเคมีก็ได้

2. Reduction  เป็นขั้นตอนการถลุง ทำให้โลหะออกจากแร่โดยการรีดิวซ์สารประกอบของโลหะที่อุณหภูมิสูง โลหะที่แยกออกมาจะอยู่ในลักษณะที่หลอมเหลว และในขั้นตอนการถลุงนี้จะเติมสารบางชนิดที่เรียกว่า flux เช่น แคลเซียมคาร์บอเนตลงไปเพื่อรวมกับสิ่งเจือปนที่อาจเหลืออยู่ให้ตกตะกอน (Slag) ออกมา ตัวรีดิวซ์ที่นิยมใช้ คือถ่านโค้ก เพราะหาง่าย ราคาถูก

3. Electrorefining  เป็นการทำโลหะที่ถลุงให้บริสุทธิ์ โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ทำให้โลหะบริสุทธิ์ขึ้นอีกระดับหนึ่ง ซึ่งมีความบริสุทธิ์ประมาณ 99.6%

2. อุตสาหกรรมเซรามิกส์

เซรามิกส์ (Ceramics) คือ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากดิน และผ่านการเผามาแล้ว เช่น เครื่องลายคราม อิฐทนไฟ กระเบื้องปูพื้น เครื่องปั้นดินเผา แก้ว วัสดุทนไฟต่างๆ และเครื่องสุขภัณฑ์   เครื่องปั้นดินเผา เป็นเซรามิกส์ประเภทหนึ่ง ซึ่งได้มีการพัฒนาวัตถุดิบที่ใช้และสีสำหรับเคลือบให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น  วัสดุที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์ เช่น ดินขาว ดินเหนียว เฟลด์สปา ควอร์ตซ์ ทัลด์ หินปูน เซอร์โคเนียมออกไซด์ โซเดียมซิลิเกต และซิงค์ออกไซด์    ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเจริญก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น โดยผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ในปัจจุบันได้มีการใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ ในการผลิตจากสารอนินทรีย์ ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติในการทนความร้อน ทนต่อปฏิกิริยาเคมี และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าได้ ทำแผ่นและวงจรรวม (IC) ทำแผ่นซิลิกอนในเซลล์สุริยะ ผลิตตัวถังรถยนต์ เพื่อให้มีคุณสมบัติเบา แข็งแรง ทนสารเคมี การผลิตเซรามิกส์มักจะใช้สารตะกั่วในการช่วยให้สีเคลือบมีสีสดใส ถ้าผลิตไม่ได้คุณภาพ และมีการนำไปใส่อาหารที่เป็นกรด หรือเบส อาจทำให้ตะกั่วละลายออกมา และปนเปื้อนกับอาหารได้

3. อุตสาหกรรมปุ๋ย

   ปุ๋ย คือ สารหรือวัสดุที่มีธาตุอาหารของพืชซึ่งพืชต้องการใช้ในการเจริญเติบโตเพื่อเพิ่มธาตุอาหารให้แก่ดินแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. ปุ๋ยอนินทรีย์ เป็นปุ๋ยส่วนใหญ่ได้มาจากการสังเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ จึงเรียกว่าปุ๋ยวิทยาศาสตร์ เช่น ปุ๋ยแอมโมเนียมคลอไรด์ ปุ๋ยยูเรีย ปุ๋ยฟอสเฟต เป็นต้น

2. ปุ๋ยอินทรีย์ เป็นปุ๋ยที่ได้จากซากพืชซากสัตว์ เช่น ปุ๋ยคอก ปุ๋ยหมัก ปุ๋ยพืชสด ปุ๋ยชีวภาพ

หมายเหตุ 

ปุ๋ยวิทยาศาสตร์ คือ ปุ๋ยที่มีธาตุที่จำเป็นแก่การเจริญเติบโตของพืชเป็นส่วนประกอบ เช่น N, P, K และ Ca ส่วนธาตุอาหารรอง คือ S, Mg, Fe, Zn, Mn และ Cu เป็นต้น

ตัวอย่าง   ปุ๋ยวิทยาศาสตร์ คือ ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต ปุ๋ยยูเรีย ปุ๋ยแคลเซียมฟอสเฟต ปุ๋ยซุปเปอร์ฟอสเฟต และปุ๋ยโพแทสเซียม

สำหรับปุ๋ยอินทรีย์มีหลายชนิด คือ

– ปุ๋ยคอก ได้จากมูลสัตว์ต่างๆ ที่ปล่อยให้ย่อยสลายเองตามธรรมชาติ

– ปุ๋ยหมัก ได้จากการนำขยะมูลฝอย เศษอาหาร และสิ่งปฏิกูลทั้งหลายมาย่อยสลายด้วยจุลินทรีย์

ประโยชน์ของปุ๋ยหมัก คือ

1. ช่วยเพิ่มปริมาณอินทรีย์วัตถุให้แก่ดิน ทำให้ดินอุดมสมบูรณ์

2. ช่วยเปลี่ยนสภาพของดินจากดินเหนียวหรือดินทรายเป็นดินร่วน ทำให้สะดวกในการไถพรวน

3. ช่วยรักษาความชื้นในดินได้ดีขึ้น

4. ช่วยให้อากาศในดินถ่ายเทได้มากขึ้น

5. ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้ปุ๋ยเคมี และลดการใช้ปุ๋ยเคมีลงได้

6. ช่วยกระตุ้นให้ธาตุอาหารพืชบางชนิดในดินที่ละลายน้ำยากให้ละลายน้ำได้ง่ายเป็นอาหารแก่พืชได้มากยิ่งขึ้น

7. ไม่เป็นอันตรายต่อดินแม้จะใช้ปริมาณมากๆ ติดต่อกันนานๆ

8. ช่วยปรับสภาพแวดล้อม เช่น กำจัดขยะมูลฝอย และวัชพืชน้ำทั้งหลายให้หมดไป

ปุ๋ยพืชสด ได้จากการนำพืชมาไถกลบในดิน พืชส่วนใหญ่ที่นิยมนำมาทำปุ๋ยพืชสด ได้แก่ พืชตระกูลถั่ว

4.อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมคลอไรด์

     การผลิตโซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ หรือเกลือแกงมีสูตรเป็น NaCl เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยธาตุ Na และ Cl ลักษณะเป็นผลึกสีขาว รสเค็ม รูปผลึกเป็นแบบทรงลูกบาศก์ จุดหลอมเหลว 801 องศาเซลเซียส ละลายน้ำได้ดี โดยมากใช้ ทะเล และจากดิน ประเทศที่ผลิตเกลือแกงได้มาก คือ ประเทศออสเตรีย ฝรั่งเศส เยอรมนี อินเดียและสหรัฐอเมริกา เกลือแกง แบ่งตามวิธีการผลิตมี 2ประเภทคือ เกลือสมุทร และเกลือสินเธาว์

     การผลิตเกลือสมุทร เกลือสมุทรทำกันมากในบริเวณใกล้ทะเล เช่น ที่จังหวัดสมุทรสาคร เพชรบุรี ฉะเชิงเทรา และชลบุรี สำหรับประเทศในภูมิภาคเอเชียอาคเนย์ โดยมากทำเกลือปีละ 2 ครั้ง คือ ฤดูใบไม้ผลิ และฤดูใบไม้ร่วง ในประเทศไทยมีอากาศแห้งแล้งติดต่อกันประมาณครึ่งปี ดังนั้น การทำนาเกลือจึงเริ่มทำตั้งแต่ เดือนพฤศจิกายน ถึงเดือนพฤษภาคม หากปีใดฝนตกชุกในระยะดังกล่าวการทำนาเกลือจะไม่ได้ผลเท่าที่ควร

4.1.การผลิตโซเดียมคลอไรด์(NaCl)

การผลิตโซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ หรือเกลือแกงมีสูตรเป็น NaCl เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยธาตุ Na และ Cl ลักษณะเป็นผลึกสีขาว รสเค็ม รูปผลึกเป็นแบบทรงลูกบาศก์ จุดหลอมเหลว 801 องศาเซลเซียส ละลายน้ำได้ดี โดยมากใช้ ทะเล และจากดิน ประเทศที่ผลิตเกลือแกงได้มาก คือ ประเทศออสเตรีย ฝรั่งเศส เยอรมนี อินเดียและสหรัฐอเมริกา เกลือแกง แบ่งตามวิธีการผลิตมี 2ประเภทคือ เกลือสมุทร และเกลือสินเธาว์

การผลิตเกลือสมุทร เกลือสมุทรทำกันมากในบริเวณใกล้ทะเล เช่น ที่จังหวัดสมุทรสาคร เพชรบุรี ฉะเชิงเทรา และชลบุรี สำหรับประเทศในภูมิภาคเอเชียอาคเนย์ โดยมากทำเกลือปีละ 2 ครั้ง คือ ฤดูใบไม้ผลิ และฤดูใบไม้ร่วง ในประเทศไทยมีอากาศแห้งแล้งติดต่อกันประมาณครึ่งปี ดังนั้น การทำนาเกลือจึงเริ่มทำตั้งแต่ เดือนพฤศจิกายน ถึงเดือนพฤษภาคม หากปีใดฝนตกชุกในระยะดังกล่าวการทำนาเกลือจะไม่ได้ผลเท่าที่ควร

4.2.การผลิตเกลือสมุทร  มี 2 ขั้นตอน คือ

1. ขั้นเตรียมพื้นที่นา จะต้องปรับพื้นดินให้เรียบและแน่นแบ่งที่นาเป็นแปลงๆแปลงละประมาณ 1 ไร่ ยกขอบให้สูงเหมือนคันนา และทำร่ระบายน้ำระหว่างแปลงพื้นที่นาเกลือแบ่งเป็น3 ตอน คือ นาตาก นาเชื้อ และนาปลงที่นาทั้ง3 ตอนควรมีพื้นที่ลดหลั่นกันลงมาเพื่อความสะดวกในการระบายน้ำ
2. ขั้นตอนทำนาเกลือ  ก่อนถึงฤดูทำนาเกลือจะระบายน้ำเข้าไปเก็บไว้ในวังขังน้ำ เพื่อให้โคลนตมตกตะกอน

4.3.การผลิตเกลือสินเธาว์

เกลือสินเธาว์ผลิตได้จากแร่ เกลือ ( Rock salt ) พบอยู่ตามพื้นดินแถบภาคอีสาน เช่น จังหวัดชัยภูมิ มหาสารคราม  ยโสธร อุบลราชธานี และอุดรธานี  การผลิตเกลือสินเธาว์จากเกลือหินโดยทั่วไปใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ ใช้การละลาย การกรอง การระเหย และการตกผลึก หรือการละลายและการตกผลึก หรือการละลายและการตกผลึก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพของเกลือที่เกิดขึ้นในแหล่งนั้นๆ

1. เกลือจากผิวดิน ทำได้โดยขุดคราบเกลือจากผิวดินมาละลายน้ำกรองเศษดินและกากตะกอนออก นำน้ำ เกลือไปเคี่ยวให้แห้งจะได้ผลึกเกลือ

2. เกลือจากน้ำเกลือบาดาล น้ำเกลือบาดาลจะอยู่ลึกจากพื้นดินหลายระดับ อาจจะเป็น 5-10 เมตรหรือ 30 เมตรก็ได้ การผลิตทำได้โดยการขุดเจาะลงไปถึงระดับน้ำเกลือบาดาลและสูบน้ำเกลือขึ้นมานำไปต้มหรือตากจะได้เกลือตกผลึกออกมา

3. เกลือจากเกลือหิน มีลำดับขั้นตอนการผลิตดังนี้

3.1. อัดน้ำจืดลงไปละลายเกลือในชั้นหินเกลือ

3.2. นำสารละลายน้ำเกลือมาเติม NaOH และ Na 2CO 3 เพื่อกำจัด Mg 2+ และ Ca 2+ ดังสมการ

Mg 2+  +  2OH –                            Mg (OH) 2

Ca 2+   +  CO 3 2-                            CaCO 3

กรองแยก Mg(OH) 2 และ CaCO 3 ออกนำสารละลายเกลือไปตกผลึกจะได้ NaClเมื่อตกผลึกไปนานๆ NaCl ในสารละลายจะลดลงแต่ในสารละลายจะมี NaSO 4และ Na 2CO 3 ละลายอยู่ เรียกสารละลายนี้ว่า น้ำขม

3.3. นำน้ำขมมากำจัดไอออนต่างๆออก  โดยเติม   CaCl 2  จะเกิด   CaCO 3 และ  CaCO 3     ดังสมการ

Ca 2+  +   SO 4 2-                             CaSO 4

Ca 2+  +    CO 3 2-                             CaCO 3

กรองแยกตะกอนออกนำสารละลายที่ได้ไปตกผลึก   NaCl ได้อีก

4.4.ประโยชน์ ของเกลือสมุทรและเกลือสินเธาว์

1. เกลือสินเธาว์เป็นเกลือที่เหมาะที่จะใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม  เพราะมีความชื้น  Ca 2+ และ Mg 2+ ต่ำ
2. เกลือสมุทร เหมาะสำหรับใช้บริโภคเพราะมีไอโอดีนอยู่

ร่างกายต้องการไอโอดีนประมาณ75 มิลลิกรัมต่อปี  เมื่อได้รับไอโอดีนร่างกายจะนำไปเก็บไว้ในต่อมไทรอยด์  ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมสมอง  ประสาท  และเนื้อเยื่อต่างๆ ถ้าขาดจะเป็นโรคคอพอก และถ้าขาดตั้งแต่ยังเด็ก  ร่างกายจะแคระแกร็น  สติปัญญาต่ำ  หูหนวก  เป็นใบ้  ตาเหล่และอัมพาต

4.5.การผลิตเกลือกับปัญหาสิ่งแวดล้อม

1. ปัญหาการกระจายของดินเค็ม  ทำให้พื้นดินไม่เหมาะกับการเพาะปลูก
2. ปัญหาการกระจายของเกลือลงสู่แหล่งน้ำ  มีผลต่อการเจริญเติบโตของสัตว์น้ำ
3. ปัญหาการยุบของพื้นดินบริเวณที่ผลิตเกลือบาดาล เกลือสมุทรเหมาะที่จะใช้บริโภค เพราะมีไอโอดีนสูง กล่าวคือ เกลือสมุทร 10 mg มีไอโอดีนประมาณ 38.5 mg และเกลือสินเธาว์มีประมาณ 10 mg เกลือสินเธาว์เป็นเกลือที่เหมาะใช้ในการอุตสาหกรรม เพราะมีความชื้น และแมกนีเซียม แคลเซียม ค่อนข้างต่ำ

ตัวอย่างโจทย์

1.การผลิตเกลือสินเธาว์นั้นมีข้อดีมากกว่าข้อเสียหรือข้อเสียมากกว่าข้อดียังไง  ??

ตอบ มีข้อเสียมากกว่าเพราะมันทำลายสิ่งแวดล้อม

2.ธาตุที่นำมาใช้ในอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกได้กี่แบบ ???

ตอบ 4 แบบ

>>>>> ขอขอบคุณ http://ss-chemistry.blogspot.com/ <<<<<

วีดีโอ

ขอขอบคุณวีดีดอดีๆจาก https://www.youtube.com/watch?v=kc0WpQ85U_g