สังกะสี (Zn) แหล่งที่พบ
แร่สังกะสี พบในรูปสังกะสีซิลิเกต เช่น แร่เฮมิเมอร์ไฟต์ (Zn4(Si2O7)(OH)2(H2O) แร่สมิทซอไนต์ (ZnCO3) และแร่ซิงไคต์ (ZnO) สำหรับแร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก คือ แร่สฟาเลอไรต์ (ZnS) แร่สังกะสีพบมากที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
การถลุงโลหะสังกะสี
ขั้นที่ 1 นำแร่สังกะสี เช่น ZnS , ZnCO3 มาทำให้เป็นออกไซด์
ZnS ทำปฏิกิริยากับ O2 ด้วยการเผา : 2ZnS (s) + 3O2 (g) 2ZnO (s) + 2SO2 (g) ZnCO3 เผาให้สลายตัว : 2ZnCO3 (s) ZnO (s) + CO2 (g)
ขั้นที่ 2 นำสังกะสีออกไซด์ (ZnO) มาแยก Zn ออกโดยทำปฏิกิริยากับถ่านโค๊ก ดังนี้
ZnO(s) + C (s) ® Zn (s) + CO (g)
แล้ว CO ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ ZnO ต่อ แยก Zn ได้ดังสมการ
ZnO (s) + CO (g) ® Zn (s) + CO2 (g)
CO2 ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ C ที่เหลือเกิด CO ซึ่งสามารถนำไปใช้แยก Zn ออกจาก ZnO ต่อไป ดังสมการ
C (s) + CO2 (g) ® 2CO (g)
การถลุง Zn ต้องทำที่อุณหภูมิ 1100 0C ได้ Zn เป็นของเหลวที่มีสารปนเปื้อนผสมอยู่ ส่วนมากเป็นแคดเมียม กับตะกั่ว ดังนั้น ต้องแยกสารเหล่านี้ออกด้วยการนำของเหลวที่มีสารผสมไปกลั่นลำดับส่วน
การถลุงแร่สังกะสี ที่จังหวัดตาก แร่ที่ถลุงอยู่ในรูปซิลิเกต คาร์บอเนต และออกไซด์ปนกัน นำแร่นี้มาบดให้ละเอียดเป็นผงด้วยเครื่องบดเปียก แล้วให้ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก (H2SO4) ได้สารละลาย ZnSO4 จากนั้นทำสารละลายนี้ให้เป็นกลางด้วยหินปูน หรือปูนขาว กรองกากแร่ออกส่งไปยังบ่อเก็บกากแร่ปรับให้มีสภาพเป็นกลางด้วยปูนขาว ส่วนสารละลายที่กรองได้จะมีเกลือซัลเฟตของแคดเมียม พลวง ทองแดง ละลายอยู่ ซึ่งจะแยกออกด้วยการเติมผงสังกะสีลงไปในสารละลาย ดังนี้
CdSO4 (aq) + Zn (s) ® Cd (s) + ZnSO4 (aq) Sb2(SO4)3 (aq) + 3Zn (s) ® 2Sb (s) + 3ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq) + Zn (s) ® Cu (s) + ZnSO4 (aq)
แยกตะกอนออกจากสารละลาย ZnSO4 ด้วยเครื่องกรองตะกอนแบบอัด จะได้กากแคดเมียม พลวง และทองแดง สำหรับสารละลาย ZnSO4 ถูกส่งไปโรงแยก Zn ด้วยไฟฟ้า
เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปในสารละลาย ZnSO4 จะเกิดการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ดังนี้
แคโทด : Zn2+ (aq) + 2e- ® Zn (s)
แอโนด : H2O (l) ® ฝ O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e-
ปฏิกิริยารวม : Zn2+ (aq) + H2O (l) ® Zn (s) + ฝ O2 (g) + 2H+ (aq)
จากปฏิกิริยาที่แคโทดจะเกิด Zn เกาะที่ขั้ว และที่แอโนดจะเกิดก๊าซออกซิเจน และสารละลายประกอบด้วย SO42- (ซึ่งไม้เกิดปฏิกิริยา) กับเกิด H+ รวมกันเป็นสารละลายกรดซัลฟิวริกขึ้น ซึ่งสามารถนำไปใช้ในขั้นตอนการสกัดแร่สังกะสีได้อีก
แร่สังกะสีนอกจากจะพบที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตากแล้ว ยังพบที่จังหวัดเชียงใหม่ แม่ฮ่องสอน และพะเยาว์ แต่พบอยู่ในรูปแร่สฟาเลอไรต์ (ZnS) ซึ่งในการถลุงต้องใช้เตาย่างแร่เพื่อกำจัดกำมะถันออก และเปลี่ยนแร่เป็นออกไซด์ แล้งจึงนำไปถลุงตามขั้นตอนที่แสดงข้างต้น
การนำสังกะสีไปใช้ประโยชน์
สังกะสีใช้ในอุตสาหกรรมถ่านไฟฉาย คือ Zn ใช้ทำกล่องถ่านไฟฉาย ใช้สังกะสีเคลือบแผ่นเหล็กทำสังกะสีมุงหลังคา ใช้สังกะสีผสมโลหะทองแดงเป็นโลหะผสมเรียกว่า ทองเหลือง ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์มาก นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมสี ยา และอาหารสัตว์ ซึ่งใช้สังกะสีในรูปออกไซด์ของสังกะสี (ZnO)
การกำจัดของเสียก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ การถลุงพลวงและสังกะสี จะเกิดก๊าซพิษคือ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งเกิดจากขั้นตอนการเผาสินแร่ หรือจากการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งมีกำมะถันปนอยู่ หรือเกิดจากรงงานผลิตกรดซัลฟิวริก ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นก๊าซพิษ ที่ทำให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่มีผลกระทบต่อทั้งพืชและสัตว์
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ถ้าเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ จะเกิดอาการแสบจมูก หลอดลมอักเสบ ถ้าก๊าซนี้เข้าสู่ร่างกายปริมาณน้อยจะทำให้เกิดอาการปวดเมื่อยเรื้อรัง เกิดโรคโลหิตจาง แต่ถ้าได้รับเข้าไปในปริมาณที่มากจะเป็นอันตรายต่อปอดโดยตรง ทำให้ปอดอักเสบ หลอดลมตีบตัน นอกจากนั้นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ยังทำให้เกิดฝนกรด ซึ่งจะทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งก่อสร้างที่เป็นหินปูน หินอ่อน และเหล็กที่เป็นโครงสร้าง ทำให้เกิดการผุกร่อน
การกำจัด SO2 โดยผ่านลงไปในสารละลาย Ca(OH)2 เกิดปฏิกิริยาดังนี้
SO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) ® CaSO3 (s) + H2O (l)
การถลุงแร่สังกะสีนอกจากจะเกิด SO2 แล้งยังทำให้เกิดฝุ่นโลหะปนเปื้อนออกมาด้วย ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเช่นกัน จึงต้องระวัง และ ต้องกำจัดฝุ่นออกก่อนจะปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม
การถลุงโลหะแคดเมียม
การผลิตสังกะสีที่จังหวัดตากจะมีกากของเสียที่สำคัญมากคือ การแคดเมียม ซึ่งเป็นสารพิษที่ร้ายแรง การถลุงโลหะแคดเมียมที่ได้จากขบวนการผลิตสังกะสี ทำได้โดยนำกากแคดเมียมมาบดให้ละเอียดแล้วเติมกรด H2SO4 เพื่อทำให้ละลาย แล้วปรับ pH ให้เป็นกลางด้วย CaCO3 แล้วกรองเอาตะกอนออก จากนั้นเติมสังกะสีลงในสารละลายที่กรองได้จะเกิดแคดเมียมพรุนตกตะกอน แยกตะกอนพรุนของแคดเมียมนี้ไปสกัดด้วยกรด H2SO4 อีกครั้ง แล้วทำให้เป็นกลางด้วย CaCO3 กรองและนำสารละลายที่ได้ไปแยกด้วยไฟฟ้าจะได้แคดเมียมเกาะที่แคโทด จากนั้นนำแคดเมียมที่ได้ไปหล่อเป็นแท่งหรือก้อนกลม
การนำแคดเมียมไปใช้ประโยชน์
แคดเมียมใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ สี และพลาสติก นอกจากนี้ยังใช้เคลือบเหล็กกล้า ทองแดง เพื่อป้องกันการผุกร่อน
