Transcript อุตสาหกรรมเซรามิกส์

อุตสาหกรรมเซรามิกส์
โดย นางสาววราภรณ์ ชานิงาน
1
อุตสาหกรรมเซรามิกส์
เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ ที่ทาจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่ น
ดิน หิน ทราย และแร่ ธาตุต่างๆ นามาผสมกัน แล้ วทาเป็ นสิ่ งประดิษฐ์
หลังจากนั้นจึงนาไปเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้ แข็งแรง สามารถคงรู ป
อยู่ได้
อุ ต สาหกรรมเซรามิ ก ส์ เป็ นอุ ต สาหกรรมที่ มี ค วามส าคั ญ ต่ อ
เศรษฐกิ จ ของประเทศ รวมทั้ ง เป็ นอุ ต สาหกรรมพื้น ฐานรองรั บ
อุตสาหกรรมอืน่ ๆ อีกหลายอย่ าง เช่ น วัสดุทนไฟเป็ นวัสดุพนื้ ฐานของ
อุตสาหกรรมการถลุงและผลิตโลหะ ซี เมนต์ เป็ นวัสดุสาคัญของงาน
การก่อสร้ างและสถาปัตยกรรม เป็ นต้ น
2
กระบวนการผลิตเซรามิกส์ มีข้นั ตอน ดังนี้
1. การเตรียมวัตถุดิบ
2. การขึน้ รูป
3. การตากแห้ ง
4. การเผาดิบ
5. การเคลือบ
6. การเผาเคลือบ
นอกจากนี้ อาจมีการตกแต่ งให้ สวยงามโดยการเขียนลวดลายด้ วยสี
หรือการติดรูปลอก สามารถทาได้ ท้งั ก่อนและหลังเคลือบ
3
การเตรียมวัตถุดบิ
วัตถุดิบอาจแบ่ งเป็ น
1. วัตถุดิบหลัก เช่ น ดิน เฟลด์ สปาร์ ควอตซ์
2. วัตถุดิบอืน่ ๆ เพือ่ ทาให้ ผลิตภัณฑ์ มีคุณภาพสู งขึน้ เช่ น
ดิกไคต์ โดโลไมต์ เป็ นต้ น
4
วัตถุดบิ หลัก
ดิน เป็ นวัตถุดิบสาคัญทีใ่ ช้ ในการผลิตเซรามิกส์ หลายประเภท โดย
เฉพาะทีใ่ ช้ เป็ นภาชนะรองรับอาหาร เครื่องสุ ขภัณฑ์ กระเบือ้ ง
องค์ ประกอบทีส่ าคัญของดิน คือ SiO2, Al2O3, Fe2O3 ,CaO, MgO
K2O และ Na2O ซึ่งดินจากทีต่ ่ างกันจะมีองค์ประกอบในสั ดส่ วนที่
ต่ างกัน
แบ่ งดินตามลักษณะทางกายภาพ จะแบ่ งได้ ดังนี้
5
ดินขาว
ดินขาว เป็ นวัตถุดิบทีส่ าคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ มีสูตรเคมี
เป็ น Al2O3 (2SiO2.2H2O) ในประเทศไทยพบดินขาวในลักษณะทีเ่ ป็ นสี
ขาวหรือสี อ่อนทั้งในสภาพทีย่ งั ไม่ ได้ เผาและหลังเผา เช่ น ทีจ่ ังหวัด
ลาปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง สุ ราษฎร์ ธานี นครศรีธรรมราช
6
ดินเหนียว
ดินเหนียว มีสีขาวคล้ าจนถึงดาสนิท เนื้อละเอียด เหนียวและ
แข็งแรงทนทานกว่าดินขาว พบมากที่ ลาปาง เชียงใหม่ ปราจีนบุรี
สุ ราษฎร์ธานี เมื่อนาดินเหนียวผสมกับดินขาว จะทาให้เนื้อดินแน่น
และเนียนมากขึ้น สะดวกในการขึ้นรู ปและทาเป็ นผลิตภัณฑ์
7
เฟลด์ สปาร์
เฟลด์ สปาร์ (หิ นฟันม้า) เป็ นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุ
หมู่ I และ II ส่ วนใหญ่มีองค์ประกอบคงที่ ทาหน้าที่ช่วยให้เกิดการ
หลอมเหลวที่อุณหภูมิต่า ส่ งเสริ มให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็ นเนื้อแก้ว
ทาให้เกิดความโปร่ งใส ในเนื้อดินโซดาเฟลด์สปาร์ที่มี Na ในปริ มาณ
มาก จะใช้เป็ นส่ วนประกอบในน้ าเคลือบและใช้โพแทสเฟลด์สปาร์ มี
K ในปริ มาณมาก จะใช้เป็ นส่ วนผสมในเนื้อดินปั้น
8
ควอตซ์
ควอตซ์ (หิ นเขี้ยวหนุมาน) องค์ประกอบคือ ซิลิกา ส่ วนมากใสไม่มี
สี ถ้ามีสิ่งเจือปนจะให้สีต่างๆ ทาหน้าที่เป็ นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์
เซรามิกส์ ช่วยให้เกิดความแข็งแรงไม่โค้งงอ ทาให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย
9
แร่ โดโลไมต์
แร่ โดโลไมต์ แร่ หรื อหิ นตะกอนที่ประกอบด้วย [CaMg(CO3)2]
เป็ นส่ วนใหญ่ ลักษณะคล้ายหิ นปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดิน ลดจุด
หลอมเหลวของวัตถุดิบ และผสมในน้ าเคลือบ
10
สารประกอบออกไซด์
BeO และ Al2O3
SiO2 และ B2O3
SnO2 และ ZnO
ผสมในผลิตภัณฑ์ที่ทนไฟสูง
ผสมเพื่อทาให้ผลิตภัณฑ์เป็ นเนื้อแก้ว
ใช้เคลือบเพื่อทาให้ทึบแสง
11
ดิกไคต์
ดิกไคต์ องค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน ปริ มาณ
ของอลูมินาที่เป็ นองค์ประกอบมีผลต่อสมบัติของผลิตภัณฑ์
• อะลูมินาร้อยละ 28-32 โดยมวล จะเป็ นหิ นแข็ง นามาแกะสลักเป็ นรู ปต่างๆ
ไว้ประดับตกแต่ง
• อะลูมินาร้อยละ 11-28 โดยมวล ใช้ทาวัสดุทนไฟ ทากระเบื้องปูพ้ืนอะลูมินา
ร้อยละต่ากว่าข้างต้น ใช้ทาปูนซีเมนต์ขาว
วัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ผลิตเซรามิกส์ จะต้องทาให้บริ สุทธิ์และบดให้มี
ความละเอียดตามต้องการ จากนั้นจึงน้ ามาผสมกับน้ าและสารอื่นๆ ทาให้เนื้อ
ดินอยูใ่ นสภาพที่เหมาะสมในการขึ้นรู ป
12
การขึน้ รูปผลิตภัณฑ์
1. การเทแบบ
โดยผสมดินกับน้ าจนได้ที่แล้วเทลงในแบบซึ่งมีรูปร่ างต่างๆ ปล่อย
ไว้จนแข็งตัว จากนั้นจึงแกะแบบและตกแต่งผลิตภัณฑ์ให้เรี ยบร้อยการ
ขึ้นรู ปด้วยวิธีน้ ี ใช้ในการผลิตแจกัน ขวด และเครื่ องสุ ขภัณฑ์ต่างๆ
13
2.การขึน้ รูปโดยใช้ แป้นหมุน
จะปั้นได้เฉพาะภาชนะที่มีลกั ษณะกลม ทรงกลมหรื อทรงกระบอก
เช่น การปั้นไห โอ่ง อ่าง กระถาง แจกัน การปั้นต้องใช้ความชานาญเป็ น
พิเศษจึงจะได้เป็ นรู ปทรงตามต้องการ
14
3.การหลอมเหลว
โดยหลอมเหลวเนื้อผลิตภัณฑ์ดว้ ยความร้อนแล้วเทลงในแบบ
โลหะหรื อแบบทราย จากนั้นปล่อยให้เย็นตัวลง ผลิตภัณฑ์ทไี่ ด้จะมีเนื้อ
แน่นมากและทนต่อการกัดกร่ อนสูง
4.การอัดเนือ้ ดินผ่ านหัวแบบ
เป็ นวิธีการขึ้นรู ปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่น การทา
ผลิตภัณฑ์วสั ดุทนไฟ กระเบื้อง
15
5.การอัดผงเนือ้ ดินลงในแบบโลหะ
เป็ นวิธีการขึ้นรู ปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่นเดียวกัน
ผลิตภัณฑ์ ทขี่ นึ้ รูปเสร็จแล้ว ควรเก็บในทีร่ ่ มให้ เนือ้ ดินแห้ งอย่ าง
ช้ าๆ แล้วนามาตกแต่ งให้ ผวิ เรียบ จากนั้นจึงนาไปตากหรืออบทีอ่ ุณหภูมิ
ประมาณ 40-60 องศาเซลเซียส
16
การเผาและเคลือบ
การเผาครั้งแรก เรี ยกว่า เผาดิบ โดยเพิม่ อุณหภูมิให้สูงขึ้นอย่างช้าๆ
เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรู ปไม่แตกชารุ ด ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่หลังจากเผาดิบ
แล้วต้องเคลือบผิวเพื่อความสวยงามคงทน ป้ องกันรอยขีดข่วน แต่บาง
ชนิดไม่ตอ้ งเคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่ องกรองน้ า เป็ นต้น
สารที่ใช้เคลือบ เป็ นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย มี
ลักษณะเหมือนแก้วบางๆ ฉาบติดอยูบ่ นผิวผลิตภัณฑ์
17
ส่ วนผสมของนา้ เคลือบ แบ่ งตามสมบัติทางเคมีได้ 3 กลุ่ม ดังนี้
กลุ่มที1่ สารช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายของน้ าเคลือบ เช่น
ออกไซด์โลหะแอลคาไลน์และแอลคาไลน์เอิร์ท รวมทั้งออกไซด์ของ
ตะกัว่ สังกะสี และออกไซด์ที่ทาให้เกิดสี เช่น Na2O , Li2O , K2O , CaO
, ZnO เป็ นต้น
กลุ่มที่ 2 กลุ่มสารที่เป็ นสารทนไฟและให้สี เช่น Al2O3 , Sb2O3 ,
Mn2O3 , Bi2O3
กลุ่มที่ 3 กลุ่มสารที่ช่วยให้ทึบแสง เช่ น SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2, CeO2,
ThO2, P2O5, Ta2O5
18
เทคนิคและวิธีการเคลือบขึ้นอยูก่ บั ลักษณะและขนาดของ
ผลิตภัณฑ์ เมื่อเผาเคลือบเสร็ จแล้วควรปล่อยให้อุณหภูมิลดลงช้าๆ จน
ผลิตภัณฑ์เกือบเย็นแล้วจึงนาออกจากเตา
19
ผลิตภัณฑ์ เซรามิกส์
• ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้เป็ นภาชนะรองรับหรื อปรุ งอาหาร เช่น ถ้วย
ชาม หม้อหุงต้ม
• ผลิตภัณฑ์กระเบื้อง เช่น กระเบื้องปูพ้นื กระเบื้องกรุ ฝาผนัง
• ผลิตภัณฑ์เครื่ องสุ ขภัณฑ์ เช่น โถส้วม อ่างล้างหน้า ที่วางสบู่
• ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานด้านไฟฟ้ า เช่น กล่องฟิ วส์ ฐานและมือจับสะพานไฟ
• วัสดุทนไฟ เช่น อิฐฉนวนไฟทนไฟ
• ผลิตภัณฑ์แก้ว เช่น แก้ว กระจก
20
ใช้ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ควรคานึงถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากสาร
ตะกัว่ ที่ใช้เป็ นตัวช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายและทาให้มีสีสดใส
ถ้าเคลือบยึดติดกับผิวเนื้อดินปั้นไม่ดี สารที่เคลือบอาจกะเทาะและมีสาร
ตะกัว่ หลุดออกมาได้ เพราะฉะนั้นการนาผลิตภัณฑ์ดงั กล่าวไปใช้ใส่ สาร
ที่เป็ นกรดหรื อเป็ นเบส จึงไม่สมควร เช่นการใส่ อาหารที่เป็ นกรดเบส ก็
จะทาให้ภาชนะนั้นถูกกร่ อน และมีสารตะกัว่ ปนหลุดออกมา เป็ น
อันตรายต่อผูบ้ ริ โภค
21
ผลิตภัณฑ์ แก้ ว
แก้ว คือ ผลิตภัณฑ์ซ่ ึงผลิตขึ้นจากทรายแก้วหรื อซิลิกา โซดาแอช
หิ นปูน โคโลไมต์ และเศษแก้วร้อยละ 30 สารที่ผสมลงไปช่วยลดจุด
หลอมเหลวของซิลิกาจาก 1,723 oC ให้เหลือ 1,500-1,600 oC เมื่อนา
ส่ วนผสมมาให้ความร้อน หิ นปูน โซดาแอช และโดโลไมต์จะเปลื่ยน
เป็ นสารประกอบออกไซด์ และหลอมเหลวลงเกิดเป็ นน้ าแก้ว จากนั้นจึง
ลดอุณหภูมิลงเพื่อให้น้ าแก้วมีความหนืด แล้วจึงขึ้นรูปเป็ นผลิตภัณฑ์
แก้วแบ่งเป็ นประเภทต่างๆ โดยอาศัยองค์ประกอบทางเคมีได้ดงั นี้
22
แก้วโอปอล คือ แก้วที่มีการเติม NaF หรื อ CaF2 เพื่อให้เกิดการตก
ผลึกในเนื้อแก้ว ทาให้แก้วมีความขุ่น โปร่ งใส มีความทนต่อกรด-เบส
และความแข็งแรงปานกลาง
23
แก้วโซดาไลม์ คือ แก้วที่ประกอบด้วยซิลิกาประมาณ
70% Na2O ประมาณ 10% CaO ประมาณ 10% แก้วชนิดนี้ไม่ทนต่อกรดเบส ยอมให้แสงขาวผ่านแต่ดูดกลืนรังสี อลั ตราไวโอเลต สามารถทาให้
เกิดสี โดยเติมสารประกอบออกไซด์ลงไป เช่น ออกไซด์ของนิกเกิลทา
ให้เกิดสี น้ าตาล แก้วโซดาไลม์ใช้ทาแก้ว ขวด ภาชนะบรรจุทวั่ ไป
กระจกกันกระสุ น
24
แก้วโบโรซิลเิ กต คือ แก้วซึ่งมีโบรอนออกไซด์เป็ นองค์ประกอบ
เพื่อลดสัมประสิ ทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ทาให้ทนอุณหภูมิสูง
ได้ ทนการกัดกร่ อนของสารเคมี จึงใช้แก้วโบโรซิลิเกตทาเป็ นอุปกรณ์
เครื่ องแก้วในห้องทดลองวิทยาศาสตร์ ภาชนะบรรจุ ซึ่งใช้กบั เตา
ไมโครเวฟ
25
แก้วคริสตัล คือ แก้วซึ่งมีตะกัว่ ออกไซด์และโพแทสเซียมออกไซด์
มีดชั นีหกั เหสูง ทาให้มีประกายแวววาว แก้วคริ สตัลจึงใช้ทาแก้ว เชิง
เทียน ตุก๊ ตาซึ่งมีความสวยงามเป็ นประกาย หรื อใช้ทาเครื่ องประดับ
26
ปูนซีเมนต์ (CEMENT)
ปูนซีเมนต์ หมายถึง ผงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการบดปูนเม็ด ซึ่งเกิดจาก
การเผาส่ วนผสมต่างๆ ได้แก่ แคลเซี ยมคาร์ บอเนต ซิ ลิกา อะลูมินา และ
ออกไซด์จ ากเหล็ก สัด ส่ ว นของวัต ถุ ดิ บ แตกต่ างกัน จะท าให้มีสมบัติ
แตกต่างกัน
27
วัตถุดบิ ทีใ่ ช้ ในการผลิตปูนซีเมนต์
• วัตถุดิบเนือ้ ปูน เป็ นเป็ นส่ วนประกอบหลักร้อยละ 80 หิ นปูน ดินสอพอง
หรื อดินมาร์ล หิ นอ่อน หิ นชอล์ก
• วัตถุดิบเนือ้ ดิน ส่ วนใหญ่ใช้หินดินดาน ประกอบด้วย ซิลิกา อะลูมินา
และออกไซด์ของเหล็ก เป็ นส่ วนประกอบร้อยละ 15-18
• วัตถุดิบปรับคุณภาพ เป็ นวัตถุดิบที่มีเนื้อปูน อลูมินา ซิลิกาหรื อเหล็ก
ออกไซด์ปริ มาณสูง ใช้ในกรณี ที่ส่วนผสมมีองค์ประกอบไม่เป็ นไปตาม
ข้อกาหนด
• สารเติมแต่ ง จะเติมหลังการเผาปูน เพื่อปรับสมบัติบางประการ
28
กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์
จาแนกออกตามลักษณะของวัตถุดิบที่นาใช้ได้เป็ น 2 วิธีดว้ ยกัน คือ
1. กรรมวิธีการผลิตแบบเปี ยก (Wet Process)
2. กรรมวิธีการผลิตแบบแห้ง (Dry Process)
29
• แบบเผาเปี ยก ใช้ ในกรณีความชื้นสู ง เช่ น มีดินดา ดินขาว หรือ ดิน
เหนียวเป็ นส่ วนประกอบ
กระบวนการผลิต นาวัตถุดิบผสมกันตรมสั ดส่ วนบดให้ ละเอียด
แล้วนามาตีรวมกับนา้ จนเป็ นนา้ ดิน สู บนา้ ดินทีผ่ ่ านกรรมวิธีปรับ
คุณภาพมาสู่ เตาเผา จะได้ เป็ นปูนเม็ดเก็บไว้ ในไซโล เมื่อนาปูนเม็ดผสม
กับยิปซัมแล้วบดละเอียดจะได้ ปูนซีเมนต์ ผง การผลิตแบบนีใ้ ช้ พลังงาน
มากและต้ นทุนสู งจึงไม่ นิยม
30
• แบบเผาแห้ ง ใช้ในกรณี ความชื้นต่า เช่น มีหินปูน หรื อ หิ นดินดานเป็ น
ส่ วนประกอบ
กระบวนการผลิต นาวัตถุดิบทั้งหมดมาบดผสมกันในอัตราส่ วนที่
เหมาะสมแล้วนาไปเผาแบบฝุ่ นแห้ง
เมื่อนาปูนซีเมนต์มาผสมกับน้ าจะจับตัวแข็งและมีกาลังอัดสูง จึงใช้เป็ น
ตัวประสานวัสดุชนิดเม็ด เช่น ทรายหยาบ กรวด และหิ นให้เกาะตัวแน่น
เป็ นคอนกรี ตได้
31
ปูนซีเมนต์แบ่งประเภทตามประโยชน์ตามใช้งาน
ได้แก่
1. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
2. ปูนซีเมนต์ผสม
32
ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
• ประเภทที่ 1 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา ใช้สาหรับงานการก่อสร้าง
ตามปกติทวั่ ไป
• ประเภทที่ 2 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สาหรับใช้ในการทาคอนกรี ตหรื อ
ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่เกิดความร้อนและทนซัลเฟตได้ปาน
กลาง
• ประเภทที่ 3 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดแรงเร็ วสูง ใช้ในงาน
คอนกรี ตที่ตอ้ งการถอดแบบได้เร็ ว หรื องานที่ตอ้ งการใช้เร็ วเพื่อแข่งกับ
เวลา
33
• ประเภทที่ 4 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดความร้อนต่า ใช้ใน
งานคอนกรี ตที่มีเนื้อหนาๆ
• ประเภทที่ 5 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภททนซัลเฟตได้สูง ใช้ใน
งานก่อสร้างบริ เวณดินที่มีความเค็มปนอยู่ เช่น ในทะเลหรื อตาม
ชายฝั่ง
34
ปูนซีเมนต์ผสม
ปูนซีเมนต์ผสม(Mixed Cement) เป็ นการนาปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์
ประเภท 1 ผสมกับทรายหรื อหิ นบดละเอียด ประมาณ25-30% ซึ่งทาให้
ง่ายต่อการใช้งาน ลดการแตกร้าว เหมาะกับงานก่ออิฐ ฉาบปูน
35