การผล ตกระป องน าอ ดลมโดยการร ไซเค ลอะล ม เน ยม

Page 77 - วัสดุศาสตร์ 2 พว22003 (ม.ต้น)

16. 77

66
                             2.5.1 สัญลักษณณ์รีไซเคิลกรระป๋องอะลูมิมิเนียม
                                  กระป๋องส่วนใหญ่สามารถนําไปรีไซซเคิลได้ เช่น  กระป๋องน้ําาอัดลม กระปป๋อง
                  เครื่อองดื่มเพราะเป็นโลหะชนินิดหนึ่ง แต่กระป๋องบางชชนิดจะมีส่วนนผสมของวัสสดุทั้งอะลูมิเเนียม
                  แต่โลลหะชนิดอื่น  ๆ ก็ต้องดูตามสัญลักษณณ์ ดังต่อไปนี้นี้
                                                         อะลูมิเนียยม
                                                            อะลูมิเนียยม
                          กล่าวโดดยสรุปการรีรไซเคิล คือ ก การนําวัสดุทีที่ยังสามารถถนํากลับมาใใช้ใหม่ นํามาแปรรูป
                  ใช้ใหหม่โดยกรรมวิธีต่าง ๆ ซึ่งทุกคนสามมารถทําได้ โโดยการคัดแแยกวัสดุแต่ลละประเภทททั้งที่บ้าน
                  โรงเรีรียน และสําานักงาน เพื่ออนําเข้าสู่กรระบวนการรีรีไซเคิล โดยยการนําวัสดุรีไซเคิลไปขขาย หรือ
                  นําไปปบริจาค กาารรีไซเคิลจึงงเป็นหนึ่งในนวิธีการลดปปริมาณขยะ  ลดมลพิษให้กับสภาพแแวดล้อม
                  ลดกาารใช้พลังงานนยืดอายุการใช้งานของงระบบกําจัดดขยะ และลดการใช้ทรัพพยากรธรรมมชาติของ
                  โลกไม่ให้ถูกนําไปปใช้อย่างสิ้นนเปลืองมากเเกินไป
                                               กิจกรรมท้ายหน่วยกการเรียนที่ 44
                                ห หลังจากที่ผู้เ ีรียนศึกษาเออกสารชุดกาารเรียนหน่ววยที่ 4 จบแล้ว ให้ผู้เรียนนค้นคว้า
                  เพิ่มเติมจากแหล่ล่งเรียนรู้ต่าง ๆ แล้วทํากิกิจกรรมการเรียนรู้หน่วยยที่ 4 ในสมุดดบันทึกกิจกกรรมการ
                  เรียนนรู้ แล้วจัดส่งงตามที่ผู้สอนนกําหนด

คูม ือการรไี ซเคิลของเสยี ภาคอุตสาหกรรม และแนวทางการนำของเสยี กลับมาใชประโยชน

บทนำ

ทิศทางของการพัฒนาภาคอุตสาหกรรม มีแนวโนมที่จะมุงไปสูการประกอบ อุตสาหกรรมโดยพิจารณาถึงการเติบโตของภาคการผลิต ควบคูไปกับการพัฒนา ทางดานสิ่งแวดลอมและการเพิ่มคุณคาใหกับสังคม เพื่อใหเกิดการเติบโต อยางยั่งยืน (Sustainable growth) ซึ่งแนวทางหนึ่งที่อุตสาหกรรมการผลิตใน ประเทศที่พัฒนาแลวใหความสนใจเปนอยางยิ่งก็ คือ การลดการใช ทรัพยากรธรรมชาติ โดยการรีไซเคิลของเสียจากภาคอุตสาหกรรมกลับมาใช ประโยชน หรือการนำของเสียมาแปรรูปเปนวัตถุดิบเพื่อใชทดแทนวัตถุดิบปกติ (การใชวัตถุดิบรอบสอง) ซ่ึงนอกจากจะชวยลดตนทุนการผลิตและเพ่ิม ประสิทธภิ าพในการแขงขนั แลว ยงั ชวยลดปญ หาทางดา นสง่ิ แวดลอ มอีกดวย

แนวทางหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพและผลิตภาพการผลิตที่สำคัญ ซึ่งควร สง เสรมิ และผลกั ดันสำหรบั ประเทศไทยก็คือ การสงเสรมิ ใหมกี ารรีไซเคิลของเสีย จากภาคอุตสาหกรรมกลับมาใชประโยชน ไมวา จะเปน การแปรรปู ของเสียใหเปน ผลิตภัณฑชนิดใหมเพ่ือสรางมูลคาเพิ่มใหกับของเสีย การสกัดแยกองคประกอบ ที่มีคาออกมาจากของเสียเพื่อนำกลับไปใชประโยชน (โลหะ และ/หรือ อโลหะ) หรือการแปรรูปของเสียใหกลายเปนวัตถุดิบทดแทน สำหรับการนำไปใชเปน วัตถุดบิ ในการผลิตในภาคอุตสาหกรรมเพือ่ ทดแทนการใชว ตั ถดุ บิ ปกติ

คูมือ “การรีไซเคิลของเสยี ภาคอตุ สาหกรรม และแนวทางการนำของเสียกลับมา ใชประโยชน” เลมนี้ จะชี้ใหผูอานเขาใจถึงกระบวนการรีไซเคิลของเสียใน เบ้ืองตน วามีเทคนิคหรือเทคโนโลยีอะไรบาง ที่สามารถประยุกตใชใน กระบวนการรีไซเคิลของเสียตาง ๆ ได และนำเสนอการรีไซเคิลของเสีย

1

บางประเภท ไดแก สเกลเหล็ก น้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ และ หางแรจากกระบวนการแตงแร มาเปนกรณีศึกษาใหผูอานไดเขาใจถึงการ ประยุกตใชกระบวนการรีไซเคิลในการจัดการของเสียเพื่อสรางมูลคาเพิ่มใหกับ ของเสียนัน้ โดยผูเรยี บเรยี งคาดหวังวา คูมือเลมนี้จะเปนประโยชนกับทานผูอาน ใหเขาใจถึงกระบวนการรีไซเคิล และประโยชนที่ไดจากการรีไซเคิลของเสียเพื่อ เปนผลิตภัณฑชนิดใหม หรือแปรรูปเปนวัตถุดิบทดแทนเพื่อสรางมูลคาเพิ่ม ใหกับของเสีย ซึ่งจะเปนการสงเสริมใหเกิดการรีไซเคิลของเสียใหมากขึ้นใน ประเทศ และสนับสนุนนโยบายภาครัฐที่จะผลักดันใหเกิดระบบเศรษฐกิจ หมนุ เวยี น (Circular economy) เพอ่ื ใชทรัพยากรทมี่ ีอยอู ยา งจำกดั ใหคมุ คามาก ที่สุด และลดมลภาวะที่มีตอสิ่งแวดลอมใหกับประเทศ กาวสูการพัฒนาอยาง ยงั่ ยนื (Sustainable development) ในทายทสี่ ุด

แผนกวจิ ัยและพฒั นา สถาบนั เหล็กและเหล็กกลาแหงประเทศไทย

2

ภาพรวมของกระบวนการรไี ซเคลิ

การนำโลหะ อโลหะ และ/หรือ วัสดุ กลับคืนจากของเสียในอุตสาหกรรมเพื่อนำ กลับมาใชประโยชนใหม มีความยุงยากซับซอน ซ่ึงจะตองผานกระบวนการ คัดแยกเอาวัสดุแตละชนิดออกจากกัน รวมไปถึงการปรับปรุงคุณภาพวัสดุที่นำ กลับคืนมาได ใหมีความบริสทุ ธิ์สงู ขึ้น หรือมีความเขมขนในระดับที่เพียงพอทีจ่ ะ นำกลับมาใชประโยชนใหมได โดยท่ัวไปกระบวนการรีไซเคิลสามารถจัดกลุมได 4 กลุมหลัก ดงั น้ี

ตนทนุ ต่ำ, เทคโนโลยีงาย การคัดแยกด(Pวhยyกsiรcะaบl pวrนoกceาsรsท) างกายภาพ ความบรสิ ทุ ธิข์ องผลิตภณั ฑตำ่ ตน ทุนสงู , เทคโนโลยซี ับซอ น การคดั แยกด(ว Pยyrกoรmะบetวaนlluกrาgรicทaาl งpโrลocหeวsิทs)ยาความรอ น

การคดั แยกด(วHยydกrรoะmบeวtนalกluาrรgทicาaงl โpลroหcวeิทssย)าสารละลาย

การคัดแยก(ดEวleยcกtrรoะmบeวtนalกluาrรgทicaาlงโpลroหcวeทิ ssย) าไฟฟาเคมี

ความบริสุทธ์ขิ องผลติ ภัณฑสงู

อยางไรก็ตาม การจะเลือกใชกระบวนการคัดแยกใดนั้น จำเปนตองคำนึงถึง คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี ลักษณะและรูปแบบการผสมผสานของโลหะ อโลหะ และ/หรือ วัสดุ ที่เปนองคประกอบ ประสิทธิภาพและขอจำกัดในแตละ กระบวนการ ผลกระทบตอสิ่งแวดลอม ความปลอดภัยในการทำงาน ตลอดจน ความคมุ คาทางเศรษฐศาสตรในการนำโลหะ อโลหะ และ/หรือ วัสดุ กลบั คนื มา

3

เขปอน งอเสงคียทป ม่ีระโี ลกหอบะ ทการงะกบาวยนภกาาพร/คทัดาแงยกกล อโลหะ

กลมุ โลหะที่ตดิ แมเหลก็ กลุมโลหะท่ีไมติดแมเ หลก็ เชน เหลก็ นกิ เกิล เชน ทองแดง ทองคำ เงิน

กระบวนการโลหวทิ ยา

โลหวกทิระยบาวสนารกลาตะรวัลาอยยา งการประยุกตใ ชก ระบวนการรไี ซโเลคหกลิวริทะยบาวคนวกาามรรอน

โลกหรวะบทิ ยวนาไกฟาฟรา

ผง9โ0ล-ห9ะ9บ.9ร%ิสุทธ์ิ โล>ห9ะ9บ.ร9ิส%ุทธ์ิ โลหะทีไ่ มโต ลอหงะกผาสรมควหารมือบรสิ ุทธส์ิ ูง

ตัวอยา งการประยกุ ตใชกระบวนการรีไซเคิล

4

กระบวนการคดั แยกทางกายภาพ (Physical process)

กระบวนการคัดแยกทางกายภาพ หรือกระบวนการคัดแยกทางกล มักถูกใชเปน ทางเลอื กแรกสำหรับการคัดแยกโลหะ อโลหะ และ/หรอื วสั ดุ โดยมีวัตถุประสงค เพ่ือปรับปรุงคุณภาพหรือลักษณะของวัตถุดิบ (ของเสียอุตสาหกรรม) ใหมี ความเหมาะสมหรือมีความเขมขนเพียงพอสำหรับการนำไปใชในกระบวนการ อื่นๆ ตอไป รวมไปถึงการแยกวัสดุสวนที่ไมตองการออกจากวัตถุดิบโดยอาศัย คุณสมบัตแิ ละลกั ษณะทางกายภาพของโลหะ อโลหะ และ/หรอื วสั ดุ แตล ะชนิด ที่เปน องคประกอบท่ีแตกตางกนั

การคัดแยกทางกายภาพสวนใหญเปนกระบวนการที่ไมยุงยากซับซอน และใช พลังงานต่ำกวากระบวนการโลหวิทยาความรอน กระบวนการโลหวิทยา สารละลาย และกระบวนการโลหวิทยาไฟฟา โดยกระบวนการคัดแยกทาง กายภาพที่สำคัญมดี ังตอไปน้ี

(1) การลดขนาด (Size reduction) การลดขนาดเปน ขั้นตอนที่สำคญั ในการนำโลหะ อโลหะ และ/หรอื วสั ดุ กลับคืน โดยมีวัตถุประสงคเพื่อทำใหวัตถุดิบมีขนาดเหมาะสมสำหรับการคัดแยก หรือ เหมาะสมสำหรับการนำไปใชตอในกระบวนการอืน่ รวมไปถึงทำใหโ ลหะ อโลหะ และ/หรือ วัสดุ ตางชนิดที่อยูรวมกันหลุดแยกออกจากกนั โดยอาศัยหลักการทำ ใหโ ครงสรา งของวตั ถดุ บิ แตกหกั ซำ้ ๆ จนกระทั่งไดข นาดทต่ี องการ

5

อุปกรณลดขนาดมีอยูดวยกันหลายประเภท ซึ่งอุปกรณแตละชนิดก็จะมีความ เหมาะสมกับวัตถุดิบหรือการใชงานที่แตกตางกันออกไป โดยอุปกรณลดขนาดที่ ใชกนั ท่วั ไป ไดแ ก (1.1) เครื่องยอยแบบปากกระทบ (Jaw crusher)

เปนอุปกรณที่ใชแพรหลายในกระบวนการลดขนาดประเภทยอยหยาบ เพื่อคัดแยกปรับปรุงคุณภาพแรและการยอยหินในเหมืองหิน อุปกรณประเภทน้ี มักใชเปนเครื่องยอ ยหลักขัน้ แรก โดยเครื่องยอยจะอาศัยมอเตอรเปนตัวสง กำลงั ใหสายพานและทำใหลอบดหมุน เพื่อบดวัสดุปอนที่อยูในชองวางระหวางลอบด เครื่องยอยแบบแผนกระทบมีขอดี คือ มีประสิทธิภาพการบดสูง มีโครงสรางไม ซับซอน ควบคุมการทำงานไดงาย คาใชจายในการดำเนินงานและคาบำรุงรักษา ตำ่

เครอ่ื งยอยแบบปากกระทบ

(1.2) เครื่องยอยแบบคอนเหวี่ยงหรือกระแทก (Hammer mill หรือ Impact crusher) เหมาะสำหรับการลดขนาดวัสดุท่ีแข็งและเปราะ การทำงานของอุปกรณ

ประเภทนจ้ี ะใชก ารเหว่ยี งกระแทกของคอนท่ียึดกบั แกนหรือแผนหมนุ ที่ความเร็ว สูง โดยแรงเหวี่ยงจะสงใหคอนหมุนไปรอบ ๆ ดวยความเร็วและกระแทกวัสดุ

6

ปอนใหแตกหรือขาดออกจากกัน ชิ้นวัสดุจะถูกลดขนาดลงอีกเม่ือปะทะกับ แผนเหลก็ หรือแทงเหล็กท่ีติดตัง้ อยูกับทีภ่ ายในหองลดขนาดจนกระทัง่ ไดขนาดที่ ตองการ หรือเล็กกวา ขนาดชอ งเปด ดานลางจงึ จะลอดผานออกไปได

เครื่องยอยแบบคอ นเหวยี่ งหรอื กระแทก (1.3) เครื่องบดละเอยี ดแบบลกู กลม (Ball mill หรือ Grinding mill)

เปนการบดวัตถุดิบในหมอบดโดยมลี ูกบดทีม่ คี วามแขง็ กวา วสั ดุที่นำมาบด เพื่อใหลูกบดดังกลาวกระแทกและบดวัสดุปอนดวยแรงเหวี่ยง อุปกรณนี้เปน อุปกรณที่เหมาะสมสำหรับการลดขนาดของวัสดุปอนใหเล็กลงจนกลายเปนผง นอกจากน้ียังสามารถใชใ นการบดผสมวัตถดุ ิบตา ง ๆ ใหเ ขา กนั ไดเ ปนอยา งดี

เคร่ืองบดละเอยี ดแบบลูกกลม

7

(1.4) เครอื่ งตดั เฉอื น (Shredder) ใชกับวัสดุที่มีความเหนียวและรูปทรงไมสม่ำเสมอ มีมิติดานความยาว

มาก เหมาะสำหรับการลดขนาดเศษเหลอื ทิง้ และซากอุปกรณ

เคร่ืองตดั เฉือน (2) การคัดขนาด (Screening) การคัดขนาดเปนกระบวนการในการคัดแยกกอน ชิ้น หรืออนุภาควัสดุ หรือแร ออกเปนกลุม ๆ ที่มีชวงขนาดใกลเคียงกัน โดยอาศัยขนาดพื้นที่ผิวเปดของ รูตะแกรงเปนตัวกำหนดการคัดแยกในแตละชวงขนาดตาง ๆ ตามความตองการ ในการใชงาน โดยอุปกรณที่ใชในการคัดขนาดกลุมวัสดุหรือแรที่คัดขนาดไดยาก และมีขนาดเล็กละเอียดท่ีใชก นั โดยท่ัวไป ไดแ ก (2.1) ตะแกรงเขยา (Shaking screen)

เปนตะแกรงที่วางเอียงหรืออยูในแนวราบ มักออกแบบใหทำงานโดย เพลาลกู เบย้ี ว สว นใหญจะใชใ นการคดั วัสดุทม่ี ีขนาดหยาบ มีความเรว็ หรอื ความถี่ ในการเคลอ่ื นไหว (เขยา) ต่ำ

8

(2.2) ตะแกรงสั่น (Vibrating screen) ประกอบดว ยเคร่ืองส่ันทตี่ ดิ ตงั้ ตะแกรงรอนท่มี ีรูเปดขนาดตาง ๆ กัน โดย

ที่ตะแกรงรอนทีม่ ีรูเปดขนาดใหญจะอยูดา นบน สวนตะแกรงรอนที่มีรเู ปดขนาด เลก็ กวา จะอยูดานลา งถัดลงมาตามลำดบั ระดับความรนุ แรงของการส่ันเพ่ือเขยา อนุภาคเกิดการคัดขนาดจะขึน้ อยูกบั แอมพลิจูดของการสั่น โดยอุปกรณป ระเภท น้เี หมาะสำหรับการคัดแยกวัสดุขนาดละเอยี ด (3) การคัดแยกดว ยอำนาจแมเ หล็ก (Magnetic separation) การคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กอาศัยคุณสมบัติในการตอบสนองตอ สนามแมเหล็ก (Magnetic susceptibility) ของวัสดุแตละชนิดที่ไมเทากัน ซึ่ง สามารถจำแนกออกเปน 3 ประเภทหลัก ไดแก วัสดุที่ตอบสนองตอ สนามแมเหล็กอยางมากและถูกดูดติดขั้วแมเหล็กไดโดยงาย (Ferromagnetic) วัสดุที่ตอบสนองตอสนามแมเหล็กอยางออนแตยังถูกดูดติดขั้วแมเหล็ก (Paramagnetic) และวัสดุที่ไมถูกดูดโดยสนามแมเหล็กและถูกผลักออกจาก ขั้วแมเหล็ก (Diamagnetic) ดังนั้นเครื่องคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กจึงสามารถ แบงออกไดเปน 2 ประเภทหลัก ตามความเขมของสนามแมเหล็กที่ใชใน การคัดแยก ไดแก

(3.1) เครื่องคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กความเขมต่ำ (Low intensity magnetic separator) เหมาะสำหรับแยกโลหะหรือวัสดุที่ติดแมเหล็กไดงาย เชน การคัดแยก

เศษเหล็กออกจากวัสดุชนิดอื่น ๆ ที่ไมตอบสนองตออำนาจแมเหล็ก โดยเครื่อง คัดแยกประเภทน้ี ไดแ ก

9

(3.1.1) เครื่องคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กแบบแขวนเหนือสายพาน ลำเลียง หรือเปนแบบสายพานแมเหล็กวางในแนวเอียงเหนือ จดุ ปลอยวสั ดอุ อกจากสายพานลำเลียง

(3.1.2) เครอื่ งคดั แยกดวยอำนาจแมเ หลก็ ลกู กลิง้ สายพาน (3.2) เครื่องคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กความเขมสูง (High intensity

magnetic separator) เหมาะสำหรับแยกโลหะหรือวัสดุที่ติดแมเหล็กอยางออนและมีขนาดเลก็ เชน เครื่องคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็กแบบสายพานวางขวาง (Cross belt magnetic separator) ที่วัสดุปอนจะถูกทำใหแผเปนชั้นบางบนสายพานท่ี เคลื่อนที่ผานสนามแมเหล็กความเขมสูงที่เกิดจากการเหนี่ยวนำแมเหล็กไฟฟา สวนสายพานอีกชุดหนึ่งที่วิ่งอยูดานบนเหนือสายพานชุดแรก จะเคลื่อนที่ผาน ขั้วแมเหล็กที่จะดูดเอาวัสดุที่ติดแมเหล็กอยางออนออกจากชั้นวัส ดุที่ปอนและ ปลอ ยออกเม่อื ผานสนามแมเหลก็ ไปแลว

เคร่ืองคัดแยกดวยอำนาจแมเ หลก็ แบบสายพานวางขวาง

10

(4) การคดั แยกดวยความหนาแนน การคัดแยกดวยวิธีนี้ เปนการคัดแยกระหวางวัสดุที่มีความหนาแนนแตกตางกัน คุณสมบัติสำคัญที่นำมาใชเปนหลักในการคัดแยกคอื คุณสมบัติทางกายภาพของ วัสดุ ไดแก ความหนาแนนหรือความถวงจำเพาะ และสถานะของวัสดุใน สภาพแวดลอมนั้น ๆ การคัดแยกในลักษณะนี้เปนวิธีการพื้นฐานที่ไดใชใน ชีวิตประจำวันทั่ว ๆ ไป และไดพัฒนาเปนอุปกรณท่ีใชหลักการดังกลาว การคัดแยกดวยวิธีนี้เปนการทำงานที่มีกระบวนการไมซับซอน ไมมีปฏิกิริยาทาง เคมีเขามาเกี่ยวของ ไมสิ้นเปลืองคาใชจาย และมีผลกระทบตอสิ่งแวดลอมนอย ดังนน้ั ความเปน ไปไดในการคัดแยกดวยความหนาแนนหรือความถวงจำเพาะเปน วธิ ีแรกทีจ่ ะพิจารณาในการวางแผนออกแบบกระบวนการคัดแยกวสั ดใุ ด ๆ

การคัดแยกดวยวิธีนี้มีขอจำกัด คือ ไมสามารถแยกไดอยางมีประสิทธิภาพ ซึ่ง อาจจะตอ งพจิ ารณาวธิ ีการคดั แยกท่ีใชคุณสมบัติอนื่ ๆ ยกตัวอยา งเชน คณุ สมบัติ ทางเคมีพื้นผิว เชน การลอย คุณสมบัติทางเคมี เชน การแยกสกัดทางเคมี และ คุณสมบัติทางกายภาพอื่น เชน คุณสมบัติทางแมเหล็กและไฟฟา นำมาใชกอน หรอื หลงั การคัดแยกดวยความหนาแนนตามความเหมาะสมของคณุ ลักษณะวัสดุ

ในการคัดแยกแรนั้น การคัดแยกดวยความหนาแนนหรือความถวงจำเพาะเปน กระบวนการที่สำคัญในการแยกแรดีบุกจากแหลงลานแร (Placer deposit) แรชายหาด (Beach sands) และแรหนักชนิดอื่นออกจากแรที่เบากวา หรือมีความถวงจำเพาะต่ำกวา หลักการทำงานที่สำคัญ ไดแก การคัดแยกบนโตะสั่น (Shaking table) การคัดแยกในจิ๊ก (Jigging) การคดั แยกในตัวกลางของเหลวหนัก (Heavy media separation) การคัดแยก ดวยกระแสอากาศ (Air separation) และการคัดแยกดวยวิธีอื่น เชน การคัดแยกดวยรางวน (Spiral concentration) และการคัดแยกดวยกระแส สวนทาง (Elutriation) เปน ตน

11

กระบวนการโลหวิทยาความรอน (Pyrometallurgical process)

กระบวนการโลหวิทยาความรอน เปนกระบวนการแยกสารประกอบหรือโลหะ ชนิดตาง ๆ ออกจากแรหรือวัตถุดิบ โดยอาศัยความรอนในการแปรสภาพทาง เคมี หรือเปลี่ยนเฟสของสารประกอบหรือแรใหสามารถทำปฏิกิริยาในขั้นตอน ตอไปไดดีขึ้น หรือทำใหสามารถนำกลับคืนมาได ยกตัวอยางเชน สารประกอบ บางชนิดเมื่อถูกความรอนจะเปลี่ยนรูปผลึกหรือเปลี่ยนเฟสไปโดยไมเกิด การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี แตมีการตอบสนองตอการละลายดีขึ้น เปนตน ทั้งนี้กระบวนทางโลหวิทยาความรอนที่นิยมใชในการนำโลหะกลับคืน จากของเสียอุตสาหกรรมทีส่ ำคัญ มดี งั ตอไปน้ี

(1) การเผาสลาย (Calcining) เปนกระบวนการทางความรอนที่ใชสำหรับการสลายสารประกอบคารบอเนต (Carbonate compounds) สารอินทรียหรือสารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon compound) รวมไปถึงการสลายผลึกน้ำในแรหรือวัตถุดิบ ยกตัวอยางเชน การเผาสลายหินปูน ( Calcium carbonate: CaCO3) ใน กระบวนการผลติ ปูนขาว (Calcium oxide หรือ Lime: CaO) ดงั แสดงในสมการ

CaCO3(s) 848CCaO(s)  CO2(g)

ในบางกรณกี ารเผาสลายอาจทำใหเกดิ การเปล่ียนเฟสของสารประกอบไดอีกดวย ดังนั้นอุณหภูมิที่ใชในการเผาสลายจึงอยูในชวงที่สูงกวาอุณหภูมิที่เกิด การสลายตัวของสารประกอบที่ตองการกำจัดออกจากวัตถุดิบ หรือสูงกวา อุณหภูมิที่เกิดการเปลี่ยนเฟสของวัตถุดิบ แตจะไมถึงจุดหลอมเหลว (Melting point) ของแรห รอื วัตถดุ ิบหลกั

12

(2) การยา ง (Roasting) เปนกระบวนการทางความรอนที่ใชสำหรับการสลายสารประกอบ เชน สารประกอบออกไซด (Oxide compounds) สารประกอบไฮดรอกไซด (Hydroxide compounds) หรือสารประกอบซัลไฟด (Sulfide compounds) ที่เปนองคประกอบในแรหรือวัตถุดิบ ภายใตสภาวะที่มีออกซิเจนเปนตัวทำ ปฏิกิริยา เปนผลใหเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) และ ปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction reaction) ของแรหรือวัตถุดิบ ยกตัวอยางเชน การยางแรสังกะสซี ัลไฟด (Zinc sulfide: ZnS) หรอื แรสฟาเลอไรต (Sphalerite) ที่อุณหภูมิประมาณ 700-800 องศาเซลเซียส และมีการพนอากาศเขาไปในเตา ไดผลิตภัณฑเปนสังกะสีออกไซด (Zinc oxide: ZnO) ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาใน ขัน้ ตอนตอไปไดดขี นึ้ สวนสารประกอบซัลไฟดใ นแรกลายเปน ซลั เฟอรไ ดออกไซด (Sulfur dioxide: SO2) ดังสมการ

2ZnS(s)  3O2(g)  2ZnO(s)  2SO2(g)

(3) การหลอม (Smelting) เปนกระบวนการที่ใหความรอนจนเกิดการหลอมเหลวของโลหะอยางนอยหน่ึง ชนิด นอกจากนี้ยังจำเปนตองมีการเติมคารบอน เชน ถานหินแอนทราไซต (Anthracite) หรือถานโคก (Coking coal) เปนสารรีดิวซ (Reducing agent) เพื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในเนื้อแรธาตุใหกลายเปนโลหะบริสุทธิ์ รวมไปถึง การเติมฟลักซ (Flux) เพ่อื กำจัดสง่ิ เจอื ปนตาง ๆ

สำหรับเตาหลอมที่ใชในการคัดแยกและการนำโลหะกลับคืนดวยกระบวนการ โลหวิทยาความรอนนั้นมีหลายประเภท เชน เตาหลอมแบบนอน (Reverberatory furnace) เตาหมุน (Rotary furnace) เตาตั้งทรงกระบอกสูง (Cupola furnace หรือ Shaft furnace) และเตากระทะ (Hearth furnace)

13

เปนตน ทั้งนี้การจะเลือกใชเตาหลอมประเภทใดนั้นขึ้นอยูกับวาตองการให เกิดปฏิกิริยาทางความรอนปฏิกิริยาใดบาง และตองการใหแตละปฏิกิริยาเกิดท่ี ตำแหนงใดของเตา ยกตัวอยางเชน ในการนำโลหะสังกะสีกลับคืนมาจากฝุนที่ เกิดจากการนำเศษเหล็กกลับมาหลอมใหมดวยเตาหลอมอารคไฟฟา (Electric Arc Furnace dust: EAF dust) หรือฝุนแดงดวยกระบวนการโลหวิทยา ความรอ นนนั้ จำเปน ตอ งใหเ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าทางความรอ นของโลหะแตละชนิดที่เปน องคประกอบในฝุนแดงในตำแหนงที่แตกตางกัน ดังนั้น ประเภทของเตาหลอมที่ จะใชในกระบวนการดังกลาวจึงควรเปนเตาหลอมแบบนอนหรือเตากระทะ ซึ่งมี ลักษณะเปนทางยาวเพื่อใหสามารถควบคุมตำแหนงการเกิดปฏิกิริยาตาง ๆ ได ดงั แสดงในรูป

การเกดิ ปฏกิ ิรยิ าท่ีบริเวณตาง ๆ ในเตา Rotary Kiln ที่มีอณุ หภูมแิ ตกตา งกัน 4 โซน ในการรีไซเคลิ ฝุน แดง (Befesa)

การเกิดปฏิกิริยาทบ่ี ริเวณตาง ๆ ในเตา Rotary Kiln ท่มี อี ณุ หภูมแิ ตกตา งกนั 4 โซน ในการรีไซเคิลฝนุ แดง (Befesa)

14

ทั้งน้ี การคัดแยกและการนำโลหะกลับคืนดวยกระบวนการโลหวิทยาความรอน นั้น มีขอเสียคอื กระบวนการดังกลาวเปน กระบวนการที่มีความตองการพลังงาน สูง เพื่อรักษาอุณหภูมใิ หอยูในชวงทีเ่ กิดปฏกิ ิรยิ าที่ตองการไดอยา งตอเนือ่ ง และ เปนกระบวนการที่กอใหเกิดฝุนละอองและสแลก (Slag) ซึ่งจำเปนตองกำจัด อยางถูกวิธีเพื่อปองกันผลกระทบทางดานสิ่งแวดลอม นอกจากนี้อาจจะเกิด การสญู เสยี โลหะที่ตอ งการนำกลบั คนื ไปกบั กากแรระหวางการถลุง

15

กระบวนการโลหวิทยาสารละลาย (Hydrometallurgical process)

กระบวนการโลหวิทยาสารละลาย เปนกระบวนการแยกสารประกอบหรือโลหะ ชนิดตาง ๆ ออกจากแรหรือวัตถุดิบ โดยอาศัยปฏิกริ ิยาทางเคมีของตัวทำละลาย และโลหะท่ีตองการนำกลับคืนมา หลักการสำคญั ของกระบวนการทางโลหวทิ ยา สารละลายคือ ความสามารถในการละลาย (Solubility) ของสารประกอบหรือ โลหะนั้น ๆ ในตัวทำละลายชนิดหนึ่ง ๆ ซึ่งสารประกอบทั่วไปจะประกอบดวย สวนที่ละลายได (Soluble) และสว นทไี่ มละลาย (Insoluble)

โดยทั่วไป การคัดแยกและการนำโลหะกลับคืนดวยกระบวนการทางโลหวิทยา สารละลายจะประกอบดวยขั้นตอนหลัก 2 ขั้นตอน ไดแก การชะละลาย (Leaching step) และการเก็บกลบั คนื (Recovery step) ไดแก

(1) การชะละลาย (Leaching) การชะละลาย คอื การใชสารละลายหรือสารเคมีละลายเอาธาตทุ ่ีตองการ ออกมา จากสารประกอบหรือวัตถุดิบที่ตองการคัดแยกหรือนำโลหะกลับคืนมา ใหอยูใน รปู สารละลาย แลว จงึ ทำการเก็บธาตุท่ีตอ งการกลับคืนจากสารละลายดวยวิธีการ ที่เหมาะสม หลักการสำคัญของการชะละลายคือ ความสามารถในการละลาย (Solubility) ของสารประกอบหรือแรนน้ั ๆ ในสารละลายทแี่ ตกตางกนั โดยสวน ที่สามารถละลายไดจะถูกนำไปทำใหมีความบริสุทธิ์สูงขึ้น และเก็บกลับคืนเปน โลหะหรือสารประกอบของโลหะที่สามารถนำกลับไปใชประโยชนใหมได สวนท่ี ไมล ะลาย หากมีโลหะทม่ี มี ลู คา จะถูกนำไปชะละลายดว ยสารละลายชนิดอนื่ หรือ นำไปคัดแยกดวยกระบวนการโลหวิทยาความรอนในลำดับตอไป เน่ืองจาก การชะละลายเปน กระบวนการทสี่ น้ิ เปลอื งคา ใชจายมาก ดังน้นั วัตถดุ ิบท่ีปอนเขา

16

สูกระบวนการนี้จึงควรเปนวัตถุดิบที่มีโลหะปนอยูในรูปที่ไมสามารถคัดแยกดวย กระบวนการทางกายภาพไดอีกแลว นอกจากนี้การลดขนาดวัตถุดิบยังชวยให การชะละลายมีประสิทธิภาพสูงขึ้น เนื่องจากวัตถุดิบมีพื้นผิวที่สัมผัสกับ สารละลายหรอื สารเคมที ่ีใชใ นการชะละลายเพ่มิ สงู ข้ึน สารละลายหรือสารเคมีที่ใชในการชะละลาย (Leaching agent) นั้น จะเลือก จากการเกดิ ปฏิกริ ิยาของสารเคมดี ังกลาวกับสารประกอบหรือธาตทุ ่ีตองการแยก ออกมาจากวตั ถุดิบ โดยสารละลายหรือสารเคมที ีน่ ยิ มใชในการชะละลาย ไดแก (1.1) นำ้

สารประกอบซัลไฟต (Sulfite compounds) และเกลือของซัลเฟอร เชน ซัลเฟต (Sulfate) และไทโอซัลเฟต (Thiosulfate) นั้น สามารถถูกชะละลายได ดวยน้ำกลายเปนสารละลายซัลเฟตได ภายใตสภาวะอุณหภูมิและความดันสูง และมอี อกซิเจน (Oxygen: O2) ดงั แสดงในสมการ

NiS(s)  2O2(aq)  NiSO4(aq)

นอกจากน้ี น้ำยังสามารถใชในการชะละลายเกลือของธาตุหมูที่ 1 และ หมูที่ 2 ของตารางธาตุ (Periodictable)ไดอีกดวย เชน โซเดียมเฮกซะฟลูออโรสแตนเนท (Sodium hexafluorostannate: Na2SnF6) จากกระบวนการชุบเคลือบผิว ดวยดีบุก เปนตน

17

(1.2) สารละลายท่มี ีฤทธ์เิ ปน กรด สารประกอบออกไซดและไฮดรอกไซดเปนสารประกอบที่ไมละลายน้ำ

ดังน้นั การชะละลายจงึ ตองใชสารละลายท่ีมฤี ทธ์ิเปน กรด เชน การละลายสังกะสี ออกไซด (Zinc oxide: ZnO) ดวยกรดซัลฟว ริกในกระบวนการผลติ โลหะสังกะสี (Zinc metal) ดวยกระบวนการโลหวิทยาสารละลาย ดงั สมการ

ZnO(s)  H2SO4  ZnSO4(aq)  H2O

โดยสารละลายที่มฤี ทธเ์ิ ปน กรดท่นี ิยมใชใ นการชะละลายคือกรดซัลฟวริก (Sulfuric acid: H2SO4) เนื่องจากเปนสารเคมีที่มรี าคาไมสูง มีฤทธิ์การกัดกรอน ต่ำเมื่อเทียบกับสารชะละลายที่เปนกรดอนินทรียชนิดอื่น และสามารถละลาย สารประกอบตาง ๆ ไดอยางมีประสิทธิภาพ ทั้งนี้การควบคุมคา pH ในการ ชะละลายยังเปนผลใหสามารถทำการชะละลายโลหะชนิดตาง ๆ แบบ เฉพาะเจาะจง (Selective leaching) ออกจากกากตะกอนท่ีมีโลหะหลายชนิด เปนองคประกอบไดอีกดวย ยกตัวอยางเชน การควบคุมคา pH ใหอยูในชวง 4-4.5 ระหวางการชะละลายกากตะกอนไฮดรอกไซดที่มีสังกะสีและเหล็ก เปนองคประกอบดวยกรดซัลฟวรกิ จะเปนผลใหสงั กะสีละลายออกมาอยูในรปู ของไอออนในสารละลาย ในขณะที่เหล็กที่เปนองคประกอบในกากตะกอนจะยัง อยใู นรูปของสารประกอบไฮดรอกไซดท ่ไี มล ะลายน้ำเชน เดมิ

(1.3) สารละลายทีม่ ฤี ทธิ์เปน ดาง การชะละลายดวยสารละลายที่มีฤทธิ์เปนดาง จะมีความเฉพาะเจาะจง

มากกวาการชะละลายดวยสารละลายที่มีฤทธิ์เปนกรด โดยโซเดียมไฮดรอกไซด (Sodium hydroxide: NaOH) เปนสารละลายที่มีฤทธิ์เปนดางที่นิยมใชใน การชะละลายสารประกอบออกไซดและไฮดรอกไซดประเภทแอมโฟเทอรริก (Amphoteric คือสารประกอบที่สามารถละลายไดทั้งในกรดและในดาง) สว นแอมโมเนีย (Ammonia: NH3) นิยมใชในการชะละลายสารประกอบไฮดรอก

18

ไซดของโลหะทรานซิชั่น เชน โคบอลต (Cobalt: Co) และนิกเกิล (Nickel: Ni) กลายเปนโลหะแอมมีน (Metal ammine) ซ่ึงละลายนำ้ ดงั สมการ

Ni(OH )2(s)  NH3(aq)  Ni(NH3 )4 (OH )2(aq)

นอกจากการเลือกสารละลายหรือสารเคมีใหเหมาะสมกับสารประกอบ หรือธาตทุ ี่ตองการชะละลายแลว ความเขม ขน ของสารละลาย อุณหภูมิ ความดัน และระยะเวลาการทำปฏิกิริยายังเปนปจจัยสำคัญที่สงผลตออตั ราการชะละลาย อีกดวย

(2) การเก็บกลบั คนื (Recovery) การเก็บธาตุกลับคืนจากสารละลายนั้นสามารถทำไดหลายวิธี ทั้งนี้จะเลือกใช วิธีการใดนั้นขึ้นอยูกับวาตองการไดผลิตภัณฑในรูปแบบใด และตองการใหมี ความบริสุทธิ์มากนอยแคไหน รวมไปถงึ ความคุมคาทางเศรษฐศาสตรในการเก็บ กลับคืน โดยวิธีเก็บโลหะกลับคืนที่ใชในการนำโลหะหรือวัสดุกลับคืนโดยทั่วไป ไดแ ก

(2.1) การตกตะกอนทางเคมี (Chemical precipitation) เปนการเติมสารเคมีลงไปในน้ำเสีย เพื่อใหไปทำปฏิกิริยากับสารมลพิษที่

ละลายอยูในน้ำเสีย (Soluble form) เปลี่ยนเปนรูปที่ไมละลายน้ำ (Insoluble form) เกิดเปนตะกอนซึ่งจมตัวได โดยตัวอยางสารเคมีที่เติมเพื่อชวยในการ ตกตะกอน เชน โซเดียมซัลไฟด (Na2S) โซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) และ ปูนขาว (Ca(OH)2) ซึ่งคา pH เปนปจจัยสำคัญที่มีผลตอความสามารถใน การละลาย ดงั น้ันการทำการตกตะกอนทางเคมจี ำเปน ตองควบคุมคา pH ของน้ำ ใหอยูในชวงที่ทำใหสารนั้นละลายน้ำนอยที่สุด ยกตัวอยางเชน การกําจัดโลหะหนัก โดยการตกตะกอนทางเคมีดวยไฮดรอกไซด (Hydroxide precipitation) ซึ่ง

19

ไอออนของโลหะหนักจะถกู เปลี่ยนใหอยูในรปู ไฮดรอกไซด (Metals-hydroxide) ที่ไมละลายน้ำ และสารเคมีทนี่ ยิ มใช คอื ปูนขาว และโซเดยี มไฮดรอกไซด

การใชปูนขาวจะทำใหเกิดฟล็อก (Floc) ของหินปูน ทำใหไดตะกอนแขง็ และฟล็อกขนาดใหญกวา ทำใหมีการตกตะกอนดียิ่งขึ้น แตจะมีปริมาณ กากตะกอน (Sludge) ท่ตี องกาํ จดั เพม่ิ ขน้ึ โดยมีปฏิกริ ิยาดงั สมการตอไปนี้

M 2  Ca(OH )2  M (OH )2  Ca2

การใชโซเดียมไฮดรอกไซด จะใชไดงายกวา และไมมีปญหาเรื่องการฟุง กระจายของสารเคมีทีอ่ าจเปน อันตรายตอผใู ช โดยมีปฏิกิรยิ าดงั สมการตอไปนี้

M 2  2Na(OH )  M (OH )2  2Na

โลหะไฮดรอกไซดจะเปนพวกแอมโฟเทอริค (Amphoteric) กลาวคือ สามารถเพม่ิ การละลายเม่อื เปลี่ยนแปลงคา pH และจุดของการละลายต่ำสุดของ โลหะแตละชนิดแตกตางกันที่คา pH คาหนึ่ง ทำใหเกิดปญหาสำหรับน้ำเสียที่มี โลหะหลายชนิดปนกันอยู ดังนั้นการที่จะควบคุมการกําจัดโลหะทุกตัวออกจาก น้ำเสีย อาจใชรวมกับการตกตะกอนในรูปอื่น เชน โลหะซัลไฟด หรือโลหะ คารบ อเนต เปน ตน

ขอดีของการตกตะกอนดวยไฮดรอกไซดคือ วิธีการใชงานงาย สะดวก มีขัน้ ตอนไมซบั ซอน และคาใชจายต่ำ สว นขอเสียคอื ตะกอนสามารถละลายกลับ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงคา pH และมักจะมีปญหากับน้ำเสียที่มีโลหะหลายชนิด เนื่องจากโลหะแตละชนิดจะตกตะกอนไดดีที่คา pH ตางกัน ดังแสดงตัวอยางใน ตาราง

20

ทโนคิกอชรเงเนกแมทนโชคลิดิ กิอดียรนเงขงเกม(แิดมNลิอดขยี ((งCงiม(อC2Nโ(งu+(CriลโC)232+ลurห)ห23))ะะ)) ชว งคา pH ไไมมมมตตตกกกีกีกตตตาาะะะรรกกกอออลลนนนะะไไลลมมชาามม ยยกีีกวาากกงรรคลลลละะาสับับลลถาาpายยนกกHลละบัับการละลาย สังกะสสังกี ะ(Zสี n(Z2n+2)+) เหลก็ เห(ลFก็ e(2F+e)2+) pppppHHHHH 98779---111--0201102 ppHH >81-010 แตตหะากอกนลpะHลายสกูงลกบั วา 11 จะละลายกลับ pเpppลppHHHHHH็ก79น>>.975-111อ-.-105111ย0-110แตแตตตตห ตกะกะากกตตห ออะะกานนกกกออลลpนนะะHลลpาาHยยสกกูงลลสกบัับูงเวลกา็กวน1า อ1ย11จะจละะลละาลยากยลกับลบั

(2.2) การตกตะกอน (Settling) การคัดแยกอนุภาคของแข็งที่ไมถูกละลายออกจากสารละลายหรือ

ของเหลว โดยการปลอยใหอนุภาคของแข็งในสารละลายเกิดการตกตะกอน (Sedimentation) ลงสูกนถังหรือบอที่มีปริมาตรเพียงพอที่จะทำใหอนุภาคเกิด การตกตัว ทั้งนีส้ ามารถเพิม่ อัตราการตกตะกอนและลดพ้ืนที่ในการติดตั้งได โดย ใชถังตกตะกอนแบบกรวยลึกหรือถังตกตะกอนแบบแผนเอียง โดยทั่วไป การตกตะกอนจะถูกใชใ นการเพิ่มความเขมขนของของผสม (อนุภาคของแข็งปน กับของเหลว) กอ นเขา สกู ระบวนการกรองแยก

ถังตกตะกอนแบบตา ง ๆ ท่ีนยิ มใชในอุตสาหกรรม

21

(2.3) การกรองแยก (Filtration) เปนวิธีการแยกของเหลวหรือน้ำออกจากกากตะกอนหรือโลหะจาก

กระบวนการที่ใชของเหลวเปนตัวกลาง โดยของผสมจะผานตัวกรองที่มีรูพรุนที่ ของเหลวและน้ำสามารถไหลผานไปได ในขณะที่อนุภาคของแข็งจะไมสามารถ ผานไปได โดยท่วั ไปการกรองแยกจะถกู ใชหลังการตกตะกอน เนอื่ งจากคาใชจาย ในการกรองจะขึ้นอยูกับปริมาณของเหลวหรือน้ำที่จะนำมากรอง ทั้งนี้การกรอง แยกอาจใชในการแยกสารละลายที่ไดจากการชะละลายแรหรือวัสดุดิบ เพื่อนำ สารละลายที่ไดมาผานกระบวนการนำโลหะกลับคืน ทั้งนี้ในการกรองแยกมี ของแข็งเกาะตัวอยูบนชั้นกรองเสมอ เรียกวา เคก (Filter cake) เมื่อชั้นของแขง็ สะสมตัวหนาขึ้นเรื่อย ๆ จะทำใหความตานทานในการไหลของของเหลวเพิ่ม สูงขึ้น ดังนั้นจึงจำเปนที่จะตองกำจัดของแข็งที่สะสมตัวออกในระยะเวลาท่ี เหมาะสม

เครือ่ งกรองแบบตา ง ๆ ท่ีนิยมใชใ นอุตสาหกรรม

22

กระบวนการโลหวทิ ยาไฟฟา เคมี (Electrometallurgical process)

กระบวนการโลหวิทยาไฟฟา เปนกระบวนการที่ใชไฟฟาเคมีในการแยก องคประกอบของโลหะที่ตองการ ออกจากสิ่งเจือปนทั้งที่อยูในรูปของแข็งและ สารละลายโดยใชเซลลไฟฟา (Electrolytic cell) ซึ่งประกอบไปดวยขั้วบวก (Anode) ขั้วลบ (Cathode) และเครื่องแปลงกระแสไฟฟาสลับเปนกระแสตรง (Rectifier) โดยเมื่อปลอยกระแสไฟฟาไหลผานขั้วบวกและขั้วลบที่จุมใน สารละลายอิเล็กโทรไลต (Electrolyte) ของโลหะทตี่ องการแยกออก จะเกิดการ เปลี่ยนแปลงของไอออนโลหะในสารละลาย กลายเปนโลหะเกาะที่ขั้วลบ โดย กระบวนการโลหวิทยาไฟฟา ทส่ี ำคญั มี 2 วธิ ี ดงั ตอไปนี้

(1) Electro-winning เปนวิธีที่ใชสำหรับแยกโลหะที่ตองการซึ่งละลายอยูในสารละลาย โดยอาจเปน ขยะหรือของเสียที่เปนสารละลายที่ใชแลวที่มีโลหะเปนองคประกอบ หรือ สารละลายที่มีโลหะเปนองคประกอบที่ไดจากกระบวนการโลหวิทยาสารละลาย โดยใชขั้วบวกเปนโลหะที่ไมละลายในสารละลาย เมื่อผานกระแสไฟฟาลงไปใน สารละลาย ไอออนโลหะทต่ี อ งการแยกสกัดจากสารละลายจะไปเกาะที่ขวั้ ลบ (2) Electro-refining เปนวิธีที่ใชสำหรับทำใหโลหะบริสุทธ์ิ โดยใชขั้วบวกที่เปนแทงโลหะที่ไดจาก กระบวนการโลหวิทยาความรอน และใชสารละลายอิเล็กโทรไลตทีม่ ีสารประกอบ ของโลหะชนิดเดียวกันกับโลหะที่ตองการแยกในขั้วบวก เมื่อผานกระแสไฟฟา

23

โลหะที่ตองการแยกในขั้วบวกจะละลายลงในสารละลาย แลวไอออนโลหะ ดงั กลาวทีอ่ ยใู นสารละลายจะไปเกาะท่ีข้ัวลบ ผลผลติ ทไ่ี ดจ ะอยูในรูปผงหรือแผน โลหะที่เกาะที่ขั้วลบ ซึ่งมีความบริสุทธิ์ไมนอยกวา 99.9% โดยสามารถจำหนาย ในรูปของผงหรือแผนโลหะ หรือนำไปหลอมเปนแทงโลหะเพื่อจำหนายเปน วัตถุดิบใหอุตสาหกรรมได ซึ่งเครื่องมือที่สำคัญที่ใชในกระบวนการโลหวิทยา ไฟฟา ไดแ ก เซลลไฟฟา และเครอื่ งแปลงกระแสไฟฟาสลับเปนกระแสตรง

24

ภาพรวมกรณศี กึ ษาการประยกุ ตใช กระบวนการรีไซเคลิ ในการจดั การของเสีย

ของเสียภาคอุตสาหกรรมมีหลากหลายประเภท คูมือเลมนี้ไดคัดเลือกของเสีย จำนวน 3 ชนิด ไดแก สเกลเหล็ก (Iron scale) น้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปน องคประกอบ (Wastewater containing titanium compound) และหางแร จากระบวนการแตงแร (Ore tailing) มาเปนกรณีศึกษา ในการประยุกตใช กระบวนการรีไซเคิลที่อธิบายในบทกอนหนา วาสามารถใชกระบวนการรีไซเคิล แบบใดในการรีไซเคิลของเสียดังกลาวเพื่อเปลี่ยนเปนผลิตภัณฑ และผลิตภณั ฑที่ ไดจากการรีไซเคิลนั้น สามารถนำไปประยุกตใชเปนวัตถุดิบทดแทนกับกลุม อุตสาหกรรมใด ๆ ไดอยางไร โดยผูเรียบเรียงขอนำเสนอภาพรวมของกระบวน รีไซเคิลของเสียทั้ง 3 ชนิด ผลิตภัณฑที่ได และการประยุกตใชผลิตภัณฑ ดังตาราง เพื่อใหผูอานไดเขาใจภาพรวมของกรณีศึกษาทั้งหมด กอนจะเขาสู รายละเอียดของกระบวนการรไี ซเคิลของเสียในแตล ะชนดิ ในบทตอไป

25

ภาพรวมกระบวนการรไี ซเคิลของเสยี ทั้ง 3 ชนดิ

กรรีไซะบเควิลนทกใ่ี าชร ของเสีย (Iสroเกnลsเหcaลlก็e) กาผรปลิตระภยัณุกฑตใ ช

- การชะละลาย (Leaching) ผลิตภัณฑ - โองมังกร และเคร่อื งปนดินเผา ดว ยกรด - สีทากันสนิม - การตกตะกอนทางเคมี - เฟอรร ิกออกไซด (Chemical precipitation) (Fe2O3) - การกรองแยก (Filtration) - การยา งทอ่ี ุณหภูมสิ งู (Roasting)

ของเสีย นำ้ เส(ียWทtiaม่ีtasไี tnทeiเuwทmaเนtecียroมcmเปopnนotอauงinnคdiปn)รgะกอบ

กรรีไซะบเควิลนทกใ่ี าชร ผลติ ภณั ฑ กาผรปลติระภยัณกุ ฑตใ ช

- การตกตะกอนทางเคมี - ไทเทเนียมไดออกไซด - ฟริท (Chemical precipitation) สำหรบั ฟริท - การกรองแยก (Filtration) (TiO2 for frit grade) - การอบแหง (Drying)

ของเสีย หางแรจา(กOกreระtบaiวliนnกg)ารแตง แร

กรรไี ซะบเควลิ นทกใี่ าชร ผลิตภัณฑ กาผรปลติระภยณั กุ ฑตใ ช

- การคดั แยกดวยความหนาแนน - อะลมู นิ าสำหรับวสั ดทุ นไฟ - อฐิ ทนไฟ (Density separation) (mAla2tOe3risaol)urce for refractory - การอบแหง (Drying) - การคัดแยกดวยอำนาจแมเหล็ก (Magnetic separation)

กรณศี ึกษากระบวนการรไี ซเคลิ สเกลเหลก็

(1) ทีม่ าและความสำคญั สเกลเหล็ก (Iron scale) เปนสะเก็ดหรือเปลือกสนิมของเหล็ก ที่หลุดรวงจาก เหล็กทรงแบนหรือเหล็กทรงยาวขณะที่ถูกรีดรอนเพื่อลดขนาด กระบวนการ รีดรอนเหล็กทั้งทรงแบนหรือเหล็กทรงยาว เหล็กจะถูกใหความรอนเพื่อใหเหล็ก ออนตัวและงายตอการรีด เมื่อเหล็กถูกใหความรอนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม สำหรับการรีด ผิวของเหล็กทรงแบนหรือเหล็กทรงยาวดังกลาวจะเกิดปฏิกิริยา กับอากาศ ทำใหเกิดสนิมหรือออกไซดของเหล็กขึ้น ซึ่งเมื่อเหล็กที่กำลังรอนนั้น ถูกนำไปรดี ลกู รีดท่ีกดรีดเหล็กเพือ่ ลดขนาด จะทำใหส นมิ หรือออกไซดของเหล็ก นั้นจะหลุดรวงลง ซึ่งในอุตสาหกรรมเหล็กมีศัพทเรียกเฉพาะสำหรับสนิมหรือ ออกไซดของเหล็กวาเปน สเกลเหล็ก (Iron scale) โดยตัวสเกลเหล็กจะมี องคประกอบของชั้นออกไซดของเหล็ก 3 ชนิด คือ วูสไทต (Wustite: FeO) แมกนไี ทต (Magnetite: Fe3O4) และ ฮมี าไทต (Hematite: Fe2O3)

Atmosphere Composition Fe2O3 Lay3ers Fe3O4 FeO

Base metal ช้นั ออกไซดของเหล็กรีดรอ นทีเ่ กิดขน้ึ จากกระบวนการผลติ

27

ผลการวิเคราะหองคป ระกอบของสเกลเหล็ก โดยใชเทคนิคการวิเคราะหแ บบ X- ray fluorescenผceลก(XารRวFเิ)คราะหองคป ระกอบของสเกลเหล็ก โดยองใชคเปทรคะนกิคอบกา(รรวอิเยคลระา)ะหแบบ X-rayสflเกuลoเrหeลsก็cence (XRF) Fe2O3 95.1 องคป ระกอบSCiขOlอ2 งสเกลเหล็ก 0.39 รอ ยละ 1.92 FAMSelCO2n2OOl3O3 3 0.05 95.1 0.95 CSCrai2OOO32 0.71 0.39 0.32 0.3 1.92

AMCSNlugiO2OOOO33 0.08 0.05 0.02 0.26 0.95

MnO 0.71

CaO 0.32

Cr2O3 0.3 MgO 0.08

NiO 0.02

CuO 0.26

28

(2) กระบวนการรีไซเคิลสเกลเหลก็ องคประกอบหลักของสเกลเหล็กนี้คือ เหล็กออกไซด (Iron oxide) และมีมลทิน ของซิลิกา (SiO2) และ อะลูมินา (Al2O3) ปะปนอยูเพียงเล็กนอย ดังนั้นการ พฒั นาสเกลเหล็กใหเปนผลิตภัณฑเฟอรริกออกไซด (Fe2O3) จงึ มีความเหมาะสม ที่จะทำใหไดเฟอรริกออกไซดที่มีความบริสุทธิ์สูง ท่ีสามารถทดแทนการนำเขา เฟอรริกออกไซดจากตางประเทศได และดวยความบริสุทธ์ิท่ีสูงดังกลาว ยังสงผล ใหผูประกอบการที่จะนำเฟอรริกออกไซดจากการรีไซเคิลไปเปนวัตถุดิบทดแทน ไมจำเปนตองปรับสูตรของวัตถุดิบหรือกระบวนการผลิตใหเหมาะสม หรือ เฉพาะเจาะจงกับวัตถุดิบทดแทนจากการรีไซเคิลดังกลาว โดยอุตสาหกรรมที่ใช เฟอรริกออกไซดเปนวัตถุดิบ ไดแก อุตสาหกรรมเซรามิกบางประเภท เชน การผลิตโองมังกรและเครื่องปนดินเผา รวมถึงอุตสาหกรรมสีบางประเภท เชน การผลิตสที ากนั สนมิ เปน ตน

กระบวนการรีไซเคิลสเกลเหล็ก สามารถประยุกตใชองคความรูจากเทคนิคการ ชะละลายดวยกรด เพื่อใหเหล็กออกไซดที่เปนองคประกอบหลักในสเกลเหล็ก ละลายเปนเหล็กไอออน (Fe ion) โดยกรดที่เลือกใชในการรีไซเคิลนี้คือ กรดไฮโดรคลอริก (HCl) เนื่องจากเปนกรดที่เกิดปฏิกิริยาไดดีกับสนิมเหล็กหรือ เหล็กออกไซด และราคาไมแพง จึงเปนที่นิยมใชในอุตสาหกรรมเหล็กสำหรับใช ทำความสะอาดสนิมบนผิวเหล็ก ซึ่งกระบวนการชะละลายสามารถอธิบายได ดังสมการตอ ไปน้ี

Fe2O3  6HCl  2FeCl3  3H2O

Fe3O4  8HCl  FeCl2  2FeCl3  4H2O

FeO  2HCl  FeCl2  H2O

เมื่อชะละลายสเกลเหล็กดวยกรดไฮโดรคลอริกแลว สารละลายที่ไดจะมี องคประกอบของเฟอรรัสคลอไรด (Ferrous Chloride: FeCl2) และ เฟอรริกคลอไรด

29

(Ferric Chloride: FeCl3) ผสมกันอยู ซึ่งสามารถใชเทคนิคการตกตะกอนทาง เคมี เพ่อื เปล่ยี นใหไ อออนของเหล็กท่อี ยูในสารละลายกรด เปลยี่ นเปนตะกอนใน รูปไฮดรอกไซดของเหล็ก (Fe hydroxide) ที่ไมละลาย โดยสารเคมีที่ใชในการ ตกตะกอน คือโซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) โดยไมเลือกใชปูนขาว (Ca(OH)2) เนื่องจากแคลเซียม (Calcium: Ca) ในปูนขาวจะตกตะกอนรวมกับไอออนของ โลหะอื่น ๆ ดวย ทำใหผลิตภัณฑที่ไดมีความบริสุทธิ์นอยลง และยากตอการใช เปนวตั ถุดิบทดแทนสำหรบั ผูประกอบการที่ใชเ ฟอรรกิ ออกไซดเปนวตั ถุดบิ อยู

FeCl2  2NaOH  Fe(OH )2  2NaCl FeCl3  3NaOH  Fe(OH )3  3NaCl

เมื่อตกตะกอนสารละลายทไ่ี ดจ ากการชะละลายสเกลเหล็กแลว จะเกดิ ตะกอนใน รูปไฮดรอกไซดของ Fe(OH)2 และ Fe(OH)3 ที่ไมละลาย รวมอยูกับสารละลาย สเกลเหล็กที่ไมเหลือไอออนของโลหะแลว (น้ำเสีย) จากนั้นตองทำการแยก ตะกอนดังกลาวออกจากน้ำเสียโดยใชเทคนิคการกรองแยกดวยเครื่องอัดตะกอน (Filter press) ซงึ่ จะทำหนาทีแ่ ยกระหวา งกากตะกอนและนำ้ เสยี ออกจากกนั ตะกอนที่ไดจากเครื่องอัดตะกอนยังมีความชื้นหลงเหลืออยู แมวาจะอบแหงเพื่อ ไลความชื้นออกแลว ตะกอนแหงที่ไดก็ยังไมอยูในรูปเฟอรริกออกไซดท่ีสามารถ ใชเ ปน ผลติ ภัณฑได จึงตอ งใชเทคนคิ การยาง (Roasting) เพื่อเปลี่ยนองคประกอบทาง เคมีของตะกอนแหงดวยอุณหภูมิสูง ใหตะกอนแหงทั้งหมดเปล่ียนเปน เฟอรรกิ ออกไซด (Fe2O3) ที่เปนผลิตภัณฑข ้นั สดุ ทา ย

30

(3) ผลติ ภัณฑจ ากการรีไซเคลิ สเกลเหล็ก เฟอรริกออกไซดที่เปนผลิตภัณฑที่ไดจากกระบวนการรีไซเคิลสเกลเหล็ก สามารถประยุกตใชเปนผงสี (Pigment) ในอุตสาหกรรมเซรามิกบางประเภท ไดแก การผลิตโองมังกรและเครื่องปนดินเผา รวมถึงอุตสาหกรรมสีบางประเภท เชน การผลิตสีทากันสนิม เปนตน ลักษณะของเฟอรริกออกไซดเปนผงละเอียด สีแดง สามารถใชเปนผงสีในอุตสาหกรรมเซรามิกบางประเภท เชน การผลิตโอง มังกรหรือเครื่องปนดินเผาที่ตองการเฉดสีน้ำตาลแดง กลาวคือเมื่อใชเฟอรริก ออกไซดบนชิ้นงานเซรามิกและเผาชิ้นงานที่อุณหภูมิสูง เฟอรริกออกไซดจะ เปล่ียนเปน สีโทนนำ้ ตาลแดงบนช้ินงานเซรามกิ นัน้ ๆ สีทากันสนิม เปน สรี องพื้นท่ีใชเ คลือบเปนชั้นแรกบนพื้นผิวเหล็กหรือเหล็กกลา มี สว นประกอบหนึ่งเปนผงสีกันสนมิ หรือเฟอรรกิ ออกไซด การเคลือบสีรองพ้ืนอาจ เคลือบมากกวาหน่ึงครั้งก็ได เพื่อใหไดความหนาตามที่กำหนด เนื้อสีของสีทากนั สนิมเปนสีโทนแดงน้ำตาล ชวยปองกันการกัดกรอนภายใตสภาวะแวดลอมที่มี ความชน้ื สงู ที่สามารถทำใหเหลก็ หรือเหลก็ กลา เกิดสนมิ ได

เฟอรร กิ ออกไซด (Fe2O3)

31

(4) วธิ กี ารรีไซเคลิ สเกลเหล็กโดยสงั เขป 4.1 นำสเกลเหล็กปริมาณ 50 กิโลกรัม มาละลายดวยสารละลายกรดไฮโดรคลอ

ริก (HCl) ความเขมขนรอยละ 18 ปริมาณ 308.38 กิโลกรัม ในถังปฏิกิริยา (Reactor) ซึ่งถังปฏกิ ริ ยิ าจะมีใบกวนผสม (Overhead stirrer) เพ่ือกวนผสม สเกลเหล็กและสารละลายกรดไฮโดรคลอริกใหทำปฏิกิริยากัน โดยกวนผสม ไวท งั้ สน้ิ 18 ชว่ั โมง 4.2 กรองสวนสเกลเหล็กสวนที่ไมละลายออกดวยเครื่องอัดตะกอน (Filter press) ซึ่งจะแยกสวนสารละลายสเกลเหล็กและสวนสเกลเหล็กที่ไมละลาย (สวนท่ไี มทำปฏิกิรยิ ากบั สารละลายกรดไฮโดรคลอริก) ออกจากกัน 4.3 นำสารละลายสเกลเหล็กมาเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) ความเขมขนรอยละ 50 ปริมาณ 115.31 กิโลกรัม กวนใหเขากันกับ สารละลายสเกลเหล็ก เพอ่ื ทำการปรับคา pH ของสารละลายสเกลเหล็กใหมี คาเปน 10 ซึ่งจะทำใหเกิดการตกตะกอนไอออนของเหล็กที่ละลายอยูใน สารละลายสเกลเหล็ก เปนตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของเหล็กที่ไมละลายใน สารละลาย 4.4 หยุดการกวนผสม และรอใหตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของเหล็กตกตะกอนที่ กนถังปฏกิ ริ ยิ า แลว จงึ ถายสวนที่เปน สารละลายออกจากถังปฏกิ ริ ิยา 4.5 เติมน้ำ 1,200 กิโลกรัม และกวนผสม เพื่อลางทำความสะอาดองคประกอบ ของเกลือ (Salt compound) ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการตกตะกอนทางเคมี ดวยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด ออกจากตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของ เหล็ก 4.6 หยุดการกวนผสม และรอใหตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของเหล็กตกตะกอนท่ี กน ถงั ปฏกิ ิรยิ า แลวจงึ ถายสวนทเ่ี ปน นำ้ ออกจากถังปฏิกิริยา 4.7 กรองตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของเหล็กดวยเครื่องอัดตะกอน เพื่อแยกสวน ที่เปนตะกอนและน้ำออกจากกัน

32

4.8 นำตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของเหล็กเผาที่อุณหภูมิสูง 800 องศาเซลเซียส เพื่อไลความชื้นออก และเปลี่ยนโครงสรา งของตะกอนไฮดรอกไซดของเหล็ก เปน ผลติ ภณั ฑเฟอรร กิ ออกไซด

ถังปฏกิ ิริยา ใบกวนผสม และเครอ่ื งอดั ตะกอน ถังปฏิกิริยา ใบกวนผสม และเครอ่ื งอดั ตะกอน

เตาเผาแบบผลกั (Pusher kiln) ทใี่ ชเ ผาตะกอนในรูปไฮดรอกไซดข องเหล็ก ที่อุณหภมู ิ 800 องศาเซลเซียส

เตาเผาแบบผลัก (Pusher kiln) ทีใ่ ชเผาตะกอน ในรปู ไฮดรอกไซดของเหล็กทอี่ ุณหภมู ิ 800 องศาเซลเซยี ส

33

(5) สมดุลมวล (Mass balance) ในการรีไซเคลิ สเกลเหลก็

ไมลสะเลกาลยเห3ล.8็ก3ท่ีกก. สเกลเหลก็ 50 กก. กรด30ไฮ8โ.ด3ร8คกลกอ.ลิก สารละลเาหยลจ็กากสเกล โซเด1ีย1ม5โ.ฮ31ดรกอกก.ไซด

น1,้ำ2ท0่ใี 0ชลกากง. 46ข9อ.ง8ผ6สกมก. น้ำท1่ดี 4ดู 7อ5อ.4ก3ขณกกะ.ลาง น1้ำอท0ัด7ี่อต.อะ5กกกขอกณน. ะ ตะขกอองนแข8็ง6ห.ล93งั อกดั ก. เผาทีอ่ ุณหภมู ิ 800๐C เวลา 12 ช่ัวโมง ควา4ม0ช.7ื้น5ขณกกะ.เผา

ขอ4ง6แข.1ง็ 8หกลกังเ.ผา

34

(6) ผลการวิเคราะหองคประกอบของเฟอรริกออกไซดที่นำเขาจาก ตางประเทศ เทียบกับเฟอรริกออกไซดที่ไดจากการรีไซเคิลสเกลเหล็ก โดยใช เทคนคิ การวเิ คราะหแบบ X-ray fluorescence (XRF)

องคประลอกะงอ)คบปร(ระอกอยบ เฟอเรฟรอิกรอรอกิ อกอไซกดไซ ด เฟเอฟรอร รกิ รอิกออกอไซกดไซ ด FAMCSSelCiaO2nO2OlOOO323FA3MSSelCiOn2O2OlOO3233 ท่นี ำเทขน่ี าำจเข9า000000า8ก......จ021011.(9ต3าร594287000008อกา8ย......ตง101023ลาปะ592848ง)รปะรเะทเทศศ ที่ไทดไ่ี จดาจ(ก90ราอก8.0000ก090ย00000.....าล9320108.กร0.....ะ51858422001.าร)3955848รไี 51ซรีไเคซิลเคิล CMr2gOO3CCra2OO3 0.080.17 00.2.508 0.030.08 00.0.803 NiO MgO 0.010.03 00.0.303 CuO NiO 0.0108.01 00.0.0328 CuO 0.018 0.028

จากแผนผังสมดุลมวล เมื่อนำมาวิเคราะหและประเมินมูลคาเพิ่มจากการรีไซเคลิ สเกลเหล็ก เพื่อเปนผลิตภัณฑเ ฟอรร ิกออกไซด พบวาตนทุนรวมของการรีไซเคิล ทั้งหมดเปน 1,257.88 บาท (หรือคิดเปน 27.24 บาท/กิโลกรัม ผลิตภัณฑ) และ ผลิตภัณฑเฟอรริกออกไซดมีราคาขายเปน 1,616.30 บาท (หรือคิดเปน 35 บาท/กิโลกรัม ผลิตภัณฑ) โดยเมื่อคำนวณมูลคาเพิ่มของการรีไซเคิลสเกลเหล็ก จากตนทุนดังท่กี ลาว สามารถคิดเปนมลู คาเพิ่มรอ ยละ 28.49

35

(7) การวเิ คราะหตน ทุนและมูลคา เพมิ่ จากการรไี ซเคลิ สเกลเหล็ก

รายละเอียด (กป(ิโรกปลิมโิรกลามิรณกัมารณ)มั ) (บ(รบาราทาาคทค/ากา/ก.) (บร(วบารมทวามท) ) รายละเอียด ตกสกกตกรสรตเคนฟอาตลสคนเสรมตกกกตกาเรรรรวนนน้ำกฟอคระดะะยาาทะาเรรรนนนวรลูำ้ทททลกลรมคบบบอาลไระะะาทีใ่ดทททคนุุนุนฮเรช1ะผลเละารมวววบบบห่ีใขไากิุุนนุนวกสโลล8ผเรลนนนะชเฮดวววลมหเ1อตัราขาาสกวิกลติลพกกกลนนนโรก็ข8ะรอยงลถัตมารอติดภาาาาคาต่ิมกกกบเนโก็กรดุะถขรรรยอคงภซัณรละมาาารขวเไอเกบิบดุตนโกมคเคอซณัผกรรรอูลนซฑดอวดัิบวะรไีดรเกอมาลอยคนียกเฑตซผงนกอิก*ดวดันีลอามกสาะ*าดอกยนะยีตเรครไ*ากาพนลาฮสมผะิ*กรวรอ5ระด่ิมลากาไลรน0ผฮครมระขไีอติ5*ลอซลดลเวอ*น0ขติกะราเาง*มคยไอลกม*ซขิล*กาาเดนยขสรไซร*เมกีไดขซล เนเคหรลิ ลอส็กยเก1คล,ดิ1312เ1ห5408190เ,ปล21310665840็กน8450091.......09331405846600ร0838130ค.......อ 1904330ดิ ย3088130เรปลรวะนวรมรวม2รรกอมา8รวิโยคตา3ล.มล4าคน5510010กตะ93ข.......าทร0950503น5511000าข2ุนมั0040000.......ทย8า0553009)ุน.ย040000049 5500.0.000

227777.5.544 663344.2.211 4488.0.000

1,121,25551357350987.08...8344...8348030830 11,1,166,,6161161666..33..330000

หมายเหตุ*: ตน ทนุ รวม (บาท) คำนวณตน ทุนจากพลังงานเคร่ืองจักร/อุปกรณ ที่ ใชใ นชว งเวลาทั้งหมดของการทดลองในการกวนสารละลาย **: หนวยราคาตน ทุน (บาท/กก.) คำนวณตนทุนจากพลังงานเครอื่ งจกั ร/อุปกรณ ที่ใชในกระบวนการ โดยคิดคำนวณอางอิงจากปริมาณขาเขาวัตถุดิบของ กระบวนการนั้น ๆ

36

กรณศี กึ ษากระบวนการรีไซเคิล นำ้ เสยี ที่มีไทเทเนยี มเปน องคป ระกอบ

(1) ที่มาและความสำคัญ น้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ (Wastewater containing titanium compound) เปนน้ำเสียที่เกดิ จากกระบวนการผลิตสารเรงปฏิกิรยิ า (Catalyst) ของสารประกอบกลุมไทเทเนียมเตตระคลอไรด (Titanium tetrachloride: TiCl4) ที่ถูกนำไปใชในกระบวนการเอทิลีนพอลิเมอรไรเซชั่น (Ethylene polymerization) เพื่อสังเคราะหโพลีเอทิลีน (Polyethylene: PE) หรือ โพลโี พรพิลนี (Polypropylene: PP) เปนตน ไทเทเนียมเตตระคลอไรดเปนสารเรงปฏิกิริยาท่ีสำคัญ นิยมใชในโรงงานผลิต พลาสติกประเภทโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพิลีน โดยกระบวนการผลิตพลาสติก ดังกลาว เกิดจากการนำสารโมเลกุลเดี่ยว (Monomer) ชนิดเอทิลีน (Ethylene) หรือโพรพลิ ีน (Propylene) จำนวนหลาย ๆ ตวั มาเชอ่ื มพนั ธะระหวางกนั ใหเปน สารโมเลกุลที่มีขนาดใหญ (Polymer) จนสุดทายกลายเปนโพลีเอทิลีนหรือ โพลีโพรพิลีน ซึ่งในอุตสาหกรรมการผลิตขนาดใหญจำเปนตองมีกระบวนการ เพิ่มเติมในการเรงปฏิกิริยาการเชื่อมพันธะดังกลาว เพื่อเพิ่มกำลังการผลิตใหได พลาสติกดงั กลา วในปริมาณมาก หนึ่งในสารเรงปฏิกิริยาท่ีมีความนิยมสูงสำหรับกระบวนการเรงปฏิกิริยาในการ ผลิตโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพิลีน คือไทเทเนียมเตตระคลอไรด โดยมี กระบวนการผลิตสารเรงปฏิกิริยาดังกลาวที่เปนที่นิยม เรียกวากระบวนการ Ziegler-Natta catalyst ซึ่งเปนการนำไทเทเนียมเตตระคลอไรดมาเพิ่มพื้นที่ผิว

37

ใหมากขึ้น และใหเกาะอยูบนวัสดุรองรับ (Support) ประเภทแมกนีเซียม คลอไรด (MgCl2) ซึ่งกระบวนการผลิตสารเรงปฏิกิริยาดังกลาว จะทำใหเกิด น้ำเสยี ที่มีไทเทเนยี มเปน องคประกอบ

แผนภาพแสดงกระบวนการผลติ โพลีโพรพิลีน

ผลการวิเคราะหองคประกอบของน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ โดยใช เทคนิคการวเิ คราะหแบบ ICP (Inductive Coupled Plasma)

องคอป งรคะปกรอะบกอ(มบิลขลองกิ นร้ำัมเ/สยี ปนรมิ้ำาเสณ(ียอสมทงาลิ ม่ี3รค13ล3ท13ไี61ปิก,ท,,เ่ี0,1091รรป9เ2.826ัมะน85ท8681ก/63อเล...อน005งิตบค003ียรปม)รเะปกนอบ ลFAติTelรi FA)Teli

38

(2) กระบวนการรีไซเคลิ น้ำเสียทมี่ ีไทเทเนียมเปนองคป ระกอบ จากการวิเคราะหน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ พบวา มีไทเทเนียม ไอออน (Ti ion) เปนองคประกอบหลัก โดยมีองคประกอบรองเปนอะลูมิเนียม ไอออน (Al ion) และมีมลทินของไอออนโลหะอื่น ๆ ปะปนอยูเล็กนอย ซึ่งการ พัฒนานำ้ เสียทม่ี ไี ทเทเนียมเปนองคประกอบดงั กลา วใหเปนผลิตภัณฑ ที่สามารถ ใชไดทั้งสารประกอบไทเทเนียม (Titanium compound) และสารประกอบ อะลูมิเนียม (Aluminium compound) เปนวัตถุดิบพรอมกันได พบวามีใน กระบวนการผลิตฟริทในอุตสาหกรรมเซรามิก ท่ีมีฟริทบางประเภทที่ตองใชทั้ง ไทเทเนียมไดออกไซด (TiO2) และอะลูมินา (Al2O3) เปนวัตถุดิบในการผลิต ดังนั้นการรีไซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ เพื่อผลิตไทเทเนียมได ออกไซดเกรดสำหรับกระบวนการผลิตฟริท (TiO2 for frit grade) จึงมีความ เหมาะสมอยา งมาก ท้งั แงกระบวนการรีไซเคลิ ทไี่ มซับซอ นและตนทุนการรีไซเคิล ทีไ่ มส ูง

กระบวนการรีไซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ สามารถประยุกตใช องคความรูจากเทคนิคการตกตะกอนทางเคมี เพื่อเปลี่ยนใหไอออนของโลหะ (Metals ion) ที่ละลายอยูในน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ เปนตะกอน ในรูปไฮดรอกไซดของโลหะ (Metals hydroxide) ที่ไมละลายน้ำ โดยสารเคมีท่ี ใชในการตกตะกอน คอื โซเดยี มไฮดรอกไซด (NaOH) โดยมีสมการเคมีดังน้ี

TiCl4  4NaOH  Ti(OH )4  4NaCl AlCl3  3NaOH  Al(OH )3  3NaCl

เมื่อทำการตกตะกอนน้ำเสยี ท่ีมีไทเทเนียมเปนองคประกอบดวยโซเดียมไฮดรอก ไซดแลว จะเกดิ ตะกอนในรปู ไฮดรอกไซดข อง Ti(OH)4 และ Al(OH)3 ท่ีไมละลาย (รวมถึงไฮดรอกไซดของโลหะอื่น ๆ ที่เปนมลทินอยูเล็กนอย) รวมอยูกับ

39

สารละลายที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบที่ไมเหลือไอออนของโลหะแลว (นำ้ เสยี ) จากนัน้ ตองทำการแยกตะกอนดงั กลาวออกจากน้ำเสียโดยใชเ ทคนิคการ กรองแยกดวยเครื่องอัดตะกอน ซึ่งจะทำหนาที่แยกระหวางกากตะกอนและ น้ำเสียออกจากกนั ตะกอนที่ไดจากเครื่องอัดตะกอนยังมีความชื้นหลงเหลืออยู จึงตองนำไปอบให แหงดวยเครื่องอบแหง (Dryer) ตะกอนแหงที่ไดจะเปนผลิตภัณฑที่อยูในรูปของ ไทเทเนียมไดออกไซดที่มีอะลูมินาปะปนอยู ซึ่งสามารถใชเปนวัตถุดิบทดแทน สำหรบั กระบวนการผลติ ฟรทิ ได

40

(3) ผลิตภัณฑจ ากการรไี ซเคิลนำ้ เสียทม่ี ีไทเทเนียมเปนองคประกอบ จากกระบวนการรไี ซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปน องคประกอบ ผลิตภณั ฑที่ไดจะ เปนไทเทเนียมไดออกไซดสำหรับฟริท กลาวคือเปนผลิตภัณฑไทเทเนียม ไดออกไซดที่มีอะลูมินาปะปนอยู จึงเหมาะสำหรับกระบวนการผลิตฟริทบาง ประเภทที่ตอ งใชว ตั ถดุ บิ ท้ังสองตวั เปนสว นผสมอยแู ลว ฟรทิ (Frit) คอื แกว ทไี่ ดจากการนำเอาวตั ถุดิบตาง ๆ ทีใ่ ชในการทำเคลือบมาผสม กันแลวนำไปหลอมรวมในเตาหลอม และเมื่อวัตถุดิบทั้งหมดนี้หลอมละลายเขา กนั ดแี ลว จะอยูในสภาพท่ีเปน ของเหลวละลาย (Melted glass) จากนนั้ จะถกู ทำ ใหเย็นตวั ลงทันทดี วยน้ำกลายเปนแกว ชนิ้ เล็ก ๆ เรยี กวาฟริท

ฟริทที่มีลักษณะเปนแกวช้ินเล็ก ๆ การใชงานฟริทคือการนำฟริทมาบดใหละเอียดผสมกับวัตถุดิบอื่น ๆ เพื่อใชใน การทำเคลือบของเซรามิก โดยเคลือบที่พบเห็นโดยทั่วไปจะมีความมันวาวและ สะทอนแสงได สามารถมองเห็นเนื้อดินที่เคลือบ ซึ่งเราเรียกเคลือบชนิดนี้วา เคลือบใส (Transparent or clear glaze) แตถาผิวไมมันเรียกวาเคลือบดาน (Matt glaze) สวนเคลือบที่สามารถปดบังผิวของเนื้อดินไดเรียกเคลือบชนิดนี้วา

41

เคลือบทึบ (Opaque glaze) ซึ่งจะมีสีหรือไมมีสีก็ไดขึ้นอยูกับสวนผสมของ เคลือบ ซึ่งเคลือบทึบนี้เองที่ตองใชฟริทที่มีสวนผสมของไทเทเนียมไดออกไซด และอะลูมินาเปนวัตถุดิบ ดังนั้นผลิตภัณฑไทเทเนียมไดออกไซดส ำหรับฟริทท่ไี ด จากกระบวนการรีไซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ จึงสามารถ ประยกุ ตใ ชใ นการทำฟรทิ ท่ีใชส ำหรบั เคลอื บทึบได วัตถุประสงคของการเคลือบมีดวยกันหลากหลาย เชน เพื่อความสวยงาม เพื่อ ปดบังความไมเรียบรอยของผลิตภัณฑ เพื่อปองกันของเหลวและแกสซึมผาน เพื่อใหงายตอการทำความสะอาดผิวผลิตภัณฑ เพื่อเพิ่มความแข็งแกรงและทน ตอ การกัดกรอ น เปนตน

42

(4) วธิ ีการรไี ซเคลิ น้ำเสียที่มีไทเทเนยี มเปนองคประกอบโดยสงั เขป 4.1 นำน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ ปริมาณ 500 กิโลกรัม เติมในถัง

ปฏิกริ ิยา (Reactor) 4.2 4.2 เตมิ สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด (NaOH) ความเขมขนรอ ยละ 50 ปรมิ าณ

52.45 กิโลกรัม กวนใหเขากันกับน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบดวย ใบกวนผสม (Overhead stirrer) ที่ติดตั้งอยูบนถังปฏิกิริยา เพื่อทำการปรับ คา pH ของน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบใหมีคาเปน 7 ซึ่งจะทำให เกิดการตกตะกอนไอออนของไทเทเนียมที่ละลายอยูในน้ำเสียที่มีไทเทเนียม เปนองคประกอบ กลายเปนตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของไทเทเนียมที่ไม ละลายในสารละลาย 4.3 หยุดการกวนผสม และรอใหตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของไทเทเนียม ตกตะกอนท่กี น ถงั ปฏิกริ ิยา แลว จงึ ถา ยสวนท่เี ปนน้ำเสยี ออกจากถังปฏิกิรยิ า 4.4 เติมน้ำ 1,200 กิโลกรัม และกวนผสม เพื่อลางทำความสะอาดองคประกอบ ของเกลือ (Salt compound) ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการตกตะกอนทางเคมี ดวยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด ออกจากตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของ ไทเทเนยี ม 4.5 หยุดการกวนผสม และรอใหตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของไทเทเนียม ตกตะกอนท่ีกนถังปฏกิ ิริยา แลว จงึ ถายสว นทเ่ี ปน นำ้ ออกจากถังปฏิกิริยา 4.6 กรองตะกอนในรปู ไฮดรอกไซดของไทเทเนยี มดวยเครื่องอัดตะกอน เพื่อแยก สว นทเ่ี ปนตะกอนและนำ้ ออกจากกนั 4.7 นำตะกอนในรูปไฮดรอกไซดของไทเทเนียมอบแหงเพอื่ ไลความช้นื ออก จะได เปนผลติ ภณั ฑไทเทเนียมไดออกไซดสำหรบั ฟรทิ

43

ถงั ปฏิกิรยิ า ใบกวนผสม และเครือ่ งอัดตะกอน

ถังปฏกิ ริ ิยา ใบกวนผสม และเคร่อื งอัดตะกอน เตาอบแบบหมนุ (Rotary dryer) ทใี่ ชใ นการอบตะกอนในรปู ไฮดรอกไซดข อง

ไทเทเนยี ม

เตาอบแบบหมนุ (Rotary dryer) ทีใ่ ชในการอบตะกอนในรปู ไฮดรอกไซดข องไทเทเนยี ม

44

(5) สมดุลมวล (Mass balance) ในการรีไซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปน องคป ระกอบ

นำ้ เสยี 500 กก. โซเด5ยี 2ม.ไ4ฮ5ดรกอกก. ไซด

1น,้ำ2ท0ใี่ 0ชล กา กง. ของผสม 552.45 กก. นำ้ ท1ด่ี,6ูด5อ3อ.0ก9ขณกกะ.ลาง

ของแข4็ง2ห.7ล9งั อกัดกต.ะกอน นำ้ ทอ่ี อ5ก6ข.5ณ7ะอกดักต. ะกอน อบแหง ควา1ม8ช.3นื้ 8ขกณกะ.อบ

ขอ2ง4แ.ข4็ง1หกลกังอ. บ

45

(6) ผลการวิเคราะหองคประกอบของไทเทเนียมไดออกไซดที่นำเขาจาก ตางประเทศ เทียบกับไทเทเนียมไดออกไซดที่ไดจากการรีไซเคิลน้ำเสียที่มี ไทเทเนียมเปนองคประกอบ โดยใชเทคนิคการวิเคราะหแบบ X-ray fluorescence (XRF)

องคป ระกอบ (รอ ย หนทวไี่นทยำเเทขเา นจยี ามทกไไนท่ีตดำเา ทอเขงเอปานกจรียาไะมกซเไตทดดา ศองปอรกะไเซทไดททศไี่เดทไจเททนาีไ่เียกดทมกจเนไาดียกรมอรกไีไอาซดรกอรเไคไีอซซลิกดเไคซิลด องคประกลอะบ) FACTSSelCiiaO2O2OOlFOOAZ3TCS22Se3l3CiinaO2O2OOlOOO32233 99.2 900005102.......1010103.31686794971000052......001103.34986767 รอยละ 399 PPM 99.2 PPM 399 รอยละ 0.15 0.15 รอยละ 0.26 0.26 PPM 163 PPM 163 รอยละ - PPM - 369 369 PPM 0.130.11 - ZnOMgO รอ ยละ 155 PPM - MgOP2O5 PPM 0.17 155 - 0.13 P2O5 รอ ยละ 0.17 -

จากแผนผังสมดุลมวล เมื่อนำมาวิเคราะหและประเมนิ มูลคาเพิ่มจากการรีไซเคลิ น้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบ เพื่อเปนผลิตภัณฑไทเทเนียมไดออกไซด สำหรับฟริท พบวาตนทุนรวมของการรีไซเคิลทั้งหมดเปน 218.48 บาท (หรือ 8.95 บาท/กก.ผลิตภัณฑ) และผลิตภัณฑไทเทเนียมไดออกไซดมีราคาขาย ทั้งหมดเปน 1,098.45 บาท (หรือ 45 บาท/กก.ผลิตภัณฑ) โดยเมื่อคำนวณ มูลคาเพิ่มจากการรีไซเคิลน้ำเสียที่มีไทเทเนียมเปนองคประกอบจากตนทุนดังท่ี กลาว สามารถคดิ เปน มลู คา เพ่มิ รอ ยละ 402.77

46

(7) การวิเคราะหตนทุนและมูลคาเพิ่มจากการรีไซเคิล น้ำเสียที่มีไทเทเนียม เปน องคประกอบ รายละเอยี ด (กป(โิรกปลิมโิกราลรมิ ณกัมาร)ณมั ) (บ(รบาราทาาคค/ทากา/ก.) (บร(วบารมทวามท) ) รายละเอยี ด

ตตตนสกนมรกคไคกทาสนมนกรตตไกตรกาครรรวิดำนนน้ลูำ้ ทคเระะะเาาอทารรรนนนวเคูล้ำำ้ททททสปลมคบบบาเระะะยาเทีใ่าทททคยนุุุนนีเทสชะผเลนามวววบบบนเลีใ่ขทาุนุนนุวสกลลพเียผลนนนะชรเียวววะนมเม่ีัตราขาากสวทลติอล่มิพกกกลมนนนขะไียีรยงถัตมาร4ิตยภมี่าาาาขทาไตมิ่กกกบเนมโรดุะถขดรรรย0คลงภซัณีไอเะาาารขวเไอกอบทบิทดุตอนโ2มะเคงณักรรรดอนซดฑอวัดบเิบอวะเ.กรีกออมอนยอ47ทนียกเฑตงน*กกอาดวบัดนีลยีอ07*กมสาเะไรอกยนนะียตม*ซ2กรไาการนลา*ฮสมเผะดยี.รไรีไอ5ปร7*ะซดซลากไสมลรน0ผ7นฮรระดเีไำอติเ5*ลคออซลปดลหส*น0ติลิงกะราเนรำ*คคนยไอลบัหอ*ซปิล*้ำกา*ฟรงดรเยนไคบัรสะซ*้ำิทปกียฟ*ดเอทรสร ะบทิีม่ยี กีไททอี่มเบทีไทเ1นเ,ท52ีย1549200มเ,น49220052เป......ีย492500473400นม092240156900.....อ.เ437400ปง615900รคน รวปอวรมรงวมรระกคมารกวิโปคตา4อลม-ราคน005510บกต4ะข......า-ท003055รนก505100าขนุ000400มั ......ทอย05า5300)บุนย000040 -2-52050.0.000** 228888.4.488 4488.0.000 221542184259298299....4487....447881098091 11,1,100,,0909989888..44..445000 คดิ เปน

หมายเหตุ*: ตัวเลขตนทุนรวม (บาท) ท่ีมีคาติดลบ (-) หมายถึงผูประกอบการ รีไซเคลิ ไดรับเงินจากผูก อ กำเนิดนำ้ เสยี ทมี่ ีไทเทเนียมเปนองคป ระกอบ เพอ่ื บำบัด กำจดั หรือรไี ซเคิล **: ตนทุนรวม (บาท) คำนวณตนทุนจากพลังงานเครื่องจักร/อุปกรณ ที่ใชใน ชว งเวลาทัง้ หมดของการทดลองในการกวนสารละลาย

47