อุตสาหกรรมเซรามิกส์

1. อุตสาหกรรมเซรามิกส์ โดย นางสาววราภรณ์ ชำนิงาน

2. อุตสาหกรรมเซรามิกส์ เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทราย และแร่ธาตุต่างๆ นำมาผสมกัน แล้วทำเป็นสิ่งประดิษฐ์ หลังจากนั้นจึงนำไปเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรง สามารถคงรูปอยู่ได้ อุตสาหกรรมเซรามิกส์เป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศ รวมทั้งเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานรองรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น   วัสดุทนไฟเป็นวัสดุพื้นฐานของอุตสาหกรรมการถลุงและผลิตโลหะ  ซีเมนต์เป็นวัสดุสำคัญของงานการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม เป็นต้น

3. กระบวนการผลิตเซรามิกส์มีขั้นตอนดังนี้กระบวนการผลิตเซรามิกส์มีขั้นตอนดังนี้ • การเตรียมวัตถุดิบ • การขึ้นรูป • การตากแห้ง • การเผาดิบ • การเคลือบ • การเผาเคลือบ นอกจากนี้ อาจมีการตกแต่งให้สวยงามโดยการเขียนลวดลายด้วยสีหรือการติดรูปลอก สามารถทำได้ทั้งก่อนและหลังเคลือบ

4. การเตรียมวัตถุดิบ วัตถุดิบอาจแบ่งเป็น • วัตถุดิบหลัก เช่น ดิน เฟลด์สปาร์ ควอตซ์ • วัตถุดิบอื่นๆ เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสูงขึ้น เช่น ดิกไคต์โดโลไมต์ เป็นต้น

5. วัตถุดิบหลัก ดินเป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์หลายประเภท โดยเฉพาะที่ใช้เป็นภาชนะรองรับอาหาร เครื่องสุขภัณฑ์ กระเบื้อง องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO2, Al2O3, Fe2O3 ,CaO, MgO K2O และ Na2O ซึ่งดินจากที่ต่างกันจะมีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกัน แบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพ จะแบ่งได้ดังนี้

6. ดินขาว ดินขาวเป็นวัตถุดิบที่สำคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ มีสูตรเคมีเป็น Al2O3 (2SiO2.2H2O) ในประเทศไทยพบดินขาวในลักษณะที่เป็นสีขาวหรือสีอ่อนทั้งในสภาพที่ยังไม่ได้เผาและหลังเผา เช่น ที่จังหวัดลำปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง สุราษฎร์ธานี นครศรีธรรมราช

7. ดินเหนียว ดินเหนียวมีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท เนื้อละเอียด เหนียวและแข็งแรงทนทานกว่าดินขาว พบมากที่ ลำปางเชียงใหม่ ปราจีนบุรี สุราษฎร์ธานี เมื่อนำดินเหนียวผสมกับดินขาว จะทำให้เนื้อดินแน่น และเนียนมากขึ้น สะดวกในการขึ้นรูปและทำเป็นผลิตภัณฑ์

8. เฟลด์สปาร์ เฟลด์สปาร์(หินฟันม้า) เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุหมู่ I และ II ส่วนใหญ่มีองค์ประกอบคงที่ ทำหน้าที่ช่วยให้เกิดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ส่งเสริมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นเนื้อแก้ว ทำให้เกิดความโปร่งใส ในเนื้อดินโซดาเฟลด์สปาร์ที่มี Na ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำเคลือบและใช้โพแทสเฟลด์สปาร์ มี K ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนผสมในเนื้อดินปั้น

9. ควอตซ์ ควอตซ์(หินเขี้ยวหนุมาน) องค์ประกอบคือ ซิลิกา ส่วนมากใสไม่มีสี ถ้ามีสิ่งเจือปนจะให้สีต่างๆ ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ช่วยให้เกิดความแข็งแรงไม่โค้งงอ ทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย

10. แร่โดโลไมต์ แร่โดโลไมต์แร่หรือหินตะกอนที่ประกอบด้วย [CaMg(CO3)2] เป็นส่วนใหญ่ ลักษณะคล้ายหินปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดินลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบ และผสมในน้ำเคลือบ

11. สารประกอบออกไซด์ BeOและ Al2O3ผสมในผลิตภัณฑ์ที่ทนไฟสูงSiO2  และ B2O3ผสมเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นเนื้อแก้วSnO2 และ ZnOใช้เคลือบเพื่อทำให้ทึบแสง

12. ดิกไคต์ ดิกไคต์องค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน ปริมาณของอลูมินาที่เป็นองค์ประกอบมีผลต่อสมบัติของผลิตภัณฑ์ • อะลูมินาร้อยละ 28-32 โดยมวล จะเป็นหินแข็ง นำมาแกะสลักเป็นรูปต่างๆ ไว้ประดับตกแต่ง • อะลูมินาร้อยละ 11-28 โดยมวล ใช้ทำวัสดุทนไฟ ทำกระเบื้องปูพื้นอะลูมินาร้อยละต่ำกว่าข้างต้น ใช้ทำปูนซีเมนต์ขาว วัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ผลิตเซรามิกส์ จะต้องทำให้บริสุทธิ์และบดให้มีความละเอียดตามต้องการ จากนั้นจึงน้ำมาผสมกับน้ำและสารอื่นๆ ทำให้เนื้อดินอยู่ในสภาพที่เหมาะสมในการขึ้นรูป

13. การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ 1. การเทแบบ โดยผสมดินกับน้ำจนได้ที่แล้วเทลงในแบบซึ่งมีรูปร่างต่างๆ ปล่อยไว้จนแข็งตัว จากนั้นจึงแกะแบบและตกแต่งผลิตภัณฑ์ให้เรียบร้อยการขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ ใช้ในการผลิตแจกัน ขวด และเครื่องสุขภัณฑ์ต่างๆ

14. 2.การขึ้นรูปโดยใช้แป้นหมุน 2.การขึ้นรูปโดยใช้แป้นหมุน จะปั้นได้เฉพาะภาชนะที่มีลักษณะกลม ทรงกลมหรือทรงกระบอก เช่น การปั้นไห โอ่ง อ่าง กระถาง แจกัน การปั้นต้องใช้ความชำนาญเป็นพิเศษจึงจะได้เป็นรูปทรงตามต้องการ

15. 3.การหลอมเหลว โดยหลอมเหลวเนื้อผลิตภัณฑ์ด้วยความร้อนแล้วเทลงในแบบโลหะหรือแบบทราย จากนั้นปล่อยให้เย็นตัวลง ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีเนื้อแน่นมากและทนต่อการกัดกร่อนสูง 4.การอัดเนื้อดินผ่านหัวแบบ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่น การทำผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟ กระเบื้อง

16. 5.การอัดผงเนื้อดินลงในแบบโลหะ 5.การอัดผงเนื้อดินลงในแบบโลหะ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่นเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเสร็จแล้ว ควรเก็บในที่ร่มให้เนื้อดินแห้งอย่างช้าๆ แล้วนำมาตกแต่งให้ผิวเรียบ จากนั้นจึงนำไปตากหรืออบที่อุณหภูมิประมาณ 40-60 องศาเซลเซียส

17. การเผาและเคลือบ การเผาครั้งแรก เรียกว่า เผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรูปไม่แตกชำรุด ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่หลังจากเผาดิบแล้วต้องเคลือบผิวเพื่อความสวยงามคงทน ป้องกันรอยขีดข่วน แต่บางชนิดไม่ต้องเคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำ เป็นต้น สารที่ใช้เคลือบ เป็นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย มีลักษณะเหมือนแก้วบางๆ ฉาบติดอยู่บนผิวผลิตภัณฑ์

18. ส่วนผสมของน้ำเคลือบ แบ่งตามสมบัติทางเคมีได้ 3 กลุ่ม ดังนี้ กลุ่มที่1สารช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายของน้ำเคลือบ เช่น ออกไซด์โลหะแอลคาไลน์และแอลคาไลน์เอิร์ท รวมทั้งออกไซด์ของตะกั่ว สังกะสี และออกไซด์ที่ทำให้เกิดสี เช่นNa2O , Li2O , K2O , CaO , ZnOเป็นต้น กลุ่มที่ 2กลุ่มสารที่เป็นสารทนไฟและให้สี เช่นAl2O3 , Sb2O3 , Mn2O3 , Bi2O3 กลุ่มที่ 3 กลุ่มสารที่ช่วยให้ทึบแสง เช่น SiO2, SnO2, TiO2, ZrO2, CeO2, ThO2, P2O5, Ta2O5

19. เทคนิคและวิธีการเคลือบขึ้นอยู่กับลักษณะและขนาดของผลิตภัณฑ์ เมื่อเผาเคลือบเสร็จแล้วควรปล่อยให้อุณหภูมิลดลงช้าๆ จนผลิตภัณฑ์เกือบเย็นแล้วจึงนำออกจากเตา

20. ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ • ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้เป็นภาชนะรองรับหรือปรุงอาหารเช่นถ้วย ชาม หม้อหุงต้ม • ผลิตภัณฑ์กระเบื้องเช่นกระเบื้องปูพื้น กระเบื้องกรุฝาผนัง • ผลิตภัณฑ์เครื่องสุขภัณฑ์ เช่น โถส้วม อ่างล้างหน้า ที่วางสบู่ • ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานด้านไฟฟ้า เช่น กล่องฟิวส์ ฐานและมือจับสะพานไฟ • วัสดุทนไฟ เช่น อิฐฉนวนไฟทนไฟ • ผลิตภัณฑ์แก้ว เช่น แก้ว กระจก

21. ใช้ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ควรคำนึงถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากสารตะกั่วที่ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายและทำให้มีสีสดใส ถ้าเคลือบยึดติดกับผิวเนื้อดินปั้นไม่ดี สารที่เคลือบอาจกะเทาะและมีสารตะกั่วหลุดออกมาได้ เพราะฉะนั้นการนำผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปใช้ใส่สารที่เป็นกรดหรือเป็นเบส จึงไม่สมควร เช่นการใส่อาหารที่เป็นกรดเบส ก็จะทำให้ภาชนะนั้นถูกกร่อน และมีสารตะกั่วปนหลุดออกมา เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค

22. ผลิตภัณฑ์แก้ว แก้วคือ ผลิตภัณฑ์ซึ่งผลิตขึ้นจากทรายแก้วหรือซิลิกา โซดาแอช หินปูน โคโลไมต์ และเศษแก้วร้อยละ 30 สารที่ผสมลงไปช่วยลดจุดหลอมเหลวของซิลิกาจาก 1,723oCให้เหลือ 1,500-1,600oCเมื่อนำส่วนผสมมาให้ความร้อน หินปูน โซดาแอช และโดโลไมต์จะเปลื่ยนเป็นสารประกอบออกไซด์ และหลอมเหลวลงเกิดเป็นน้ำแก้ว จากนั้นจึงลดอุณหภูมิลงเพื่อให้น้ำแก้วมีความหนืด แล้วจึงขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ แก้วแบ่งเป็นประเภทต่างๆ โดยอาศัยองค์ประกอบทางเคมีได้ดังนี้

23. แก้วโอปอลคือ แก้วที่มีการเติมNaFหรือ CaF2เพื่อให้เกิดการตกผลึกในเนื้อแก้ว ทำให้แก้วมีความขุ่น โปร่งใส มีความทนต่อกรด-เบสและความแข็งแรงปานกลาง

24. แก้วโซดาไลม์คือ แก้วที่ประกอบด้วยซิลิกาประมาณ 70% Na2O ประมาณ 10% CaOประมาณ 10% แก้วชนิดนี้ไม่ทนต่อกรด-เบส ยอมให้แสงขาวผ่านแต่ดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้เกิดสีโดยเติมสารประกอบออกไซด์ลงไป เช่น ออกไซด์ของนิกเกิลทำให้เกิดสีน้ำตาล แก้วโซดาไลม์ใช้ทำแก้ว ขวด ภาชนะบรรจุทั่วไป กระจกกันกระสุน

25. แก้วโบโรซิลิเกตคือ แก้วซึ่งมีโบรอนออกไซด์เป็นองค์ประกอบ เพื่อลดสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ทำให้ทนอุณหภูมิสูงได้ ทนการกัดกร่อนของสารเคมี จึงใช้แก้วโบโรซิลิเกตทำเป็นอุปกรณ์เครื่องแก้วในห้องทดลองวิทยาศาสตร์ ภาชนะบรรจุ ซึ่งใช้กับเตาไมโครเวฟ

26. แก้วคริสตัลคือ แก้วซึ่งมีตะกั่วออกไซด์และโพแทสเซียมออกไซด์ มีดัชนีหักเหสูง ทำให้มีประกายแวววาว แก้วคริสตัลจึงใช้ทำแก้ว เชิงเทียน ตุ๊กตาซึ่งมีความสวยงามเป็นประกาย หรือใช้ทำเครื่องประดับ

27. ปูนซีเมนต์ (CEMENT) ปูนซีเมนต์ หมายถึงผงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการบดปูนเม็ด ซึ่งเกิดจากการเผาส่วนผสมต่างๆ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต ซิลิกา อะลูมินา และออกไซด์จากเหล็ก สัดส่วนของวัตถุดิบแตกต่างกันจะทำให้มีสมบัติแตกต่างกัน

28. วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ • วัตถุดิบเนื้อปูน เป็นเป็นส่วนประกอบหลักร้อยละ 80 หินปูน ดินสอพองหรือดินมาร์ล หินอ่อน หินชอล์ก • วัตถุดิบเนื้อดิน ส่วนใหญ่ใช้หินดินดาน ประกอบด้วย ซิลิกา อะลูมินา และออกไซด์ของเหล็ก เป็นส่วนประกอบร้อยละ 15-18 • วัตถุดิบปรับคุณภาพ เป็นวัตถุดิบที่มีเนื้อปูน อลูมินา ซิลิกาหรือเหล็กออกไซด์ปริมาณสูง ใช้ในกรณีที่ส่วนผสมมีองค์ประกอบไม่เป็นไปตามข้อกำหนด • สารเติมแต่ง จะเติมหลังการเผาปูน เพื่อปรับสมบัติบางประการ

29. กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์ จำแนกออกตามลักษณะของวัตถุดิบที่นำใช้ได้เป็น 2 วิธีด้วยกัน คือ 1. กรรมวิธีการผลิตแบบเปียก (Wet Process) 2. กรรมวิธีการผลิตแบบแห้ง (Dry Process)

30. แบบเผาเปียก ใช้ในกรณีความชื้นสูง เช่น มีดินดำ ดินขาว หรือ ดินเหนียวเป็นส่วนประกอบ   กระบวนการผลิต นำวัตถุดิบผสมกันตรมสัดส่วนบดให้ละเอียดแล้วนำมาตีรวมกับน้ำจนเป็นน้ำดิน สูบน้ำดินที่ผ่านกรรมวิธีปรับคุณภาพมาสู่เตาเผา จะได้เป็นปูนเม็ดเก็บไว้ในไซโล เมื่อนำปูนเม็ดผสมกับยิปซัมแล้วบดละเอียดจะได้ปูนซีเมนต์ผง การผลิตแบบนี้ใช้พลังงานมากและต้นทุนสูงจึงไม่นิยม

31. แบบเผาแห้ง ใช้ในกรณีความชื้นต่ำ เช่น มีหินปูน หรือ หินดินดานเป็นส่วนประกอบ กระบวนการผลิตนำวัตถุดิบทั้งหมดมาบดผสมกันในอัตราส่วนที่เหมาะสมแล้วนำไปเผาแบบฝุ่นแห้ง เมื่อนำปูนซีเมนต์มาผสมกับน้ำจะจับตัวแข็งและมีกำลังอัดสูง จึงใช้เป็นตัวประสานวัสดุชนิดเม็ด เช่น ทรายหยาบ กรวด และหินให้เกาะตัวแน่นเป็นคอนกรีตได้

32. ปูนซีเมนต์แบ่งประเภทตามประโยชน์ตามใช้งานปูนซีเมนต์แบ่งประเภทตามประโยชน์ตามใช้งาน ได้แก่ 1. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ 2. ปูนซีเมนต์ผสม

33. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ • ประเภทที่ 1 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา ใช้สำหรับงานการก่อสร้างตามปกติทั่วไป • ประเภทที่ 2 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำหรับใช้ในการทำคอนกรีตหรือผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่เกิดความร้อนและทนซัลเฟตได้ปานกลาง • ประเภทที่ 3 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดแรงเร็วสูง ใช้ในงานคอนกรีตที่ต้องการถอดแบบได้เร็ว หรืองานที่ต้องการใช้เร็วเพื่อแข่งกับเวลา

34. ประเภทที่ 4 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดความร้อนต่ำ ใช้ในงานคอนกรีตที่มีเนื้อหนาๆ • ประเภทที่ 5 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภททนซัลเฟตได้สูง ใช้ในงานก่อสร้างบริเวณดินที่มีความเค็มปนอยู่ เช่น ในทะเลหรือตามชายฝั่ง

35. ปูนซีเมนต์ผสม ปูนซีเมนต์ผสม(Mixed Cement) เป็นการนำปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภท 1 ผสมกับทรายหรือหินบดละเอียด ประมาณ25-30% ซึ่งทำให้ง่ายต่อการใช้งาน ลดการแตกร้าว เหมาะกับงานก่ออิฐ ฉาบปูน