|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Wollastonite | |
|
Wollastonite
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
วอลลาสโตไนท์เป็นวัตถุดิบที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมเซรามิก รวมทั้งอุตสาหกรรมอื่นๆที่เกี่ยวข้องเช่นวัสดุก่อสร้าง การใช้งานในปัจจุบันสำหรับโรงงานเซรามิกนั้นยังไม่ค่อยใช้งานกันอย่างแพร่หลายนัก นอกจากโรงงานกระเบื้องขนาดใหญ่และโรงงานผลิตถ้วยชามขนาดใหญ่เท่านั้น ซึ่งในความเป็นจริงวอลลาสโดไนท์เป็นวัตถุดิบที่มีประโยชน์มาก สามารถใช้ทั้งในเนื้อดินและในสีเคลือบ
คำว่า Wollastonite มาจากชื่อของ William Hyde Wollaston (1766-1828) ซึ่งเป็นนักเคมีชาวอังกฤษ มีสูตรเคมีคือ CaSiO3 มีปริมาณ SiO2 51% CaO 48% LOI <1.5%
Wollastonite เป็นแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยจะมีมลทินพวก Al2O3, MgO, Fe2O3, K2O, Na2O ปนมาบ้างเล็กน้อย มักเกิดร่วมกับแร่ Calcite, Diopside, Dolomite, Quartz การเกิดนั้นสามารถเกิดได้ทั่วไปบนผืนโลก โดยกระบวนการเกิดเป็นแบบ Thermal metamorphosis ของหินประเภท Siliceous carbonate ซึ่งจะแทรกอยู่ในพวกหินอัคนี (Igneous rock) พบได้มากที่ โรมาเนีย, อิตาลี, นอร์เวย์, ฟินแลนด์, เยอรมัน, อเมริกา, สเปน, จีน, แคนาดา และเม็กซิโก
Wollastonite จะมีโครงสร้างผลึกอยู่สามแบบคือที่เป็น Polymorphism กันได้แก่
Wollastonite 1T Wollastonite โครงสร้างผลึกเป็น Triclinic
Wollastonite 2M Parawollastonite โครงสร้างผลึกเป็น Monoclinic
Wollastonite 7A Pseudowollastonite หรือ Cyclo-wollastonite โครงสร้างผลึกเป็น Triclinic
(Polymorphism หมายถึงแร่หรือสารเคมีที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันแต่มีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันออกไป)
ซึ่งโดยทั่วไปในธรรมชาติจะพบ Wollastonite 1T มากที่สุด
ความถ่วงจำเพาะ 2.8-2.9 มีค่าความแข็งอยู่ที่ 4.5-5 ใน Moh’s scale
ในปัจจุบันอุตสาหกรรมเซรามิกและวัสดุก่อสร้างมีการใช้งาน Wollastonite เป็นจำนวนมาก ดังนั้นการใช้ Wollastonite จากธรรมชาติจึงมีต้นทุนที่สูงขึ้นเนื่องจากไม่ได้เป็นแร่ที่มีปริมาณมากนักในเปลือกโลก ทำให้ราคาของ Wollastonite ในตลาดโลกสูงขึ้นมาก การสังเคราะห์ Wollastonite จากวัตถุดิบตั้งต้นที่มีราคาถูกจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่จะได้ Wollastonite ที่มีลักษณะผลึกแบบรูปเข็มที่ทำให้มีคุณสมบัติที่ดีในด้านความแข็งแรง ความหยุ่นตัว ความสม่ำเสมอของขนาดผลิตภัณฑ์
วัตถุดิบตั้งต้นที่ใช้ในการสังเคราะห์ Wollastonite นั้นได้แก่วัตถุดิบที่มี CaO และ SiO2 อยู่ ได้แก่ หินปูน ชอลก์ Ca(OH)2 ไดอะตอมไมท์ ซิลิกาเจล แกลบ ทรายบดละเอียด
การสังเคราะห์ Wollastonite สามารถแบ่งได้เป็น 4 วิธีการด้วยกันได้แก่
1. Solid state reaction ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิด Wollastonite ได้แก่ขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ พื้นที่ผิวของวัตถุดิบ ตัว Mineralizer ที่ใช้เติมลงไปเพื่อช่วยในการเกิดปฏิกิริยา เช่น แก้ว โซเดียมเฟลด์สปาร์ โซดาแอช LI2CO3
2. การเกิดการตกผลึกจาก Calcium silicate
3. Sintering
4. Hydrothermal จาก CaO กับ SiO2 โดยการนำวัตถุดิบมาผสมกันตามอัตราส่วนแล้วนำไปเข้าหม้ออบความดันสูง (Autoclave) ที่แรงดัน 175-300 PSI ที่ 1-5 ชั่วโมง และนำไป Calcine อีกครั้งที่ 800-1000 °C soaking time 1-3 ชั่วโมง
การใช้งานในอุตสาหกรรมเซรามิก
Wollastonite ใช้ในทั้งเนื้อดินและในสีเคลือบของเซรามิก โลหะเคลือบ และฟริต เป็นแหล่งให้ CaO ในเคลือบซึ่งจะช่วยปรับปรุงค่าความแข็งแรงของเคลือบ เนื่องจาก Wollastonite มีค่า LOI ต่ำมาก ดังนั้นการใช้งานในเคลือบจะทำให้ผิวเคลือบมีความเรียบกว่าการใช้ CaCO3 และทำให้มีรูเข็มลดลง สามารถใช้เป็นตัวช่วยหลอมได้ถ้าใส่ในปริมาณไม่สูงนัก แต่ถ้าใส่ในปริมาณที่มากจะตกผลึกเป็น CaSiO3 ทำให้ผิวเคลือบด้าน เนียน สวยงาม และทำให้เกิดความทนทานต่อการขูดขีดและขัดสีได้เป็นอย่างดี
| สูตรสีขาวด้านแบบ ซาติน (Satin matt) |
| โซเดียมเฟลดสปาร์ |
30% |
| วอลลาสโตไนท์ |
18% |
| หินปูน |
9% |
| ทรายบด |
6% |
| ทัลคัม |
12% |
| เซอร์โคเนียมซิลิเกต |
15% |
| ซิงค์ออกไซด์ |
3% |
| ดินขาวระนอง |
7% |
| STPP |
0.2% |
| กากค้างตะแกรง |
1-2% on 325 เมช |
สำหรับในเนื้อดินนั้นจะใช้ในเนื้อดินกระเบื้องบุผนังแบบเผาเร็ว (Monoporosa) เนื่องจาก Wollastonite มีโครงสร้างเป็นแบบผลึกรูปเข็ม (Acicular structure) ทำให้ Wollastonite ช่วยปรับปรุงค่าความแข็งแรงของเนื้อดินทั้งเนื้อดินดิบและเนื้อดินที่เผาแล้ว เนื่องจากเนื้อดินที่เป็น Porous body นั้นจะไม่เกิดเนื้อแก้วขึ้นภายในดังนั้นความแข็งแรงหลังเผาจะมาจากโครงสร้างผลึกรูปเข็มที่เป็นเส้นใยสร้างโยงใยเพื่อใช้ในการรับแรง ซึ่งผลึกที่มีลักษณะรูปเข็มนี้ก็คือพวกวอลลาสโตไนท์และอนอร์ไทส์ นั่นเอง และนอกจากนี้ยังช่วยลดปัญหาการเกิด Delay crazing ในเนื้อดินที่มีรูพรุนสูง (Porous body)
แต่เนื่องจาก Wollastonite มีราคาแพง ถ้านำมาใช้ในเนื้อดินจะทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์มีราคาสูงขึ้นมาก ดังนั้นในการผลิตกระเบื้องบุผนังแบบเผาเร็วจะใช้ CaCO3 กับ SiO2 ที่มาจากดิน หินผุ หรือเฟลด์สปาร์ เพื่อให้เกิดผลึกของ Wollastonite ขึ้นภายในเนื้อกระเบื้อง
| สูตรเนื้อดินเออร์เทนแวร์สำหรับกระเบื้องบุผนัง |
| หินผุ (pottery stone) |
30% (เนื้อดิน) |
| หินผุ |
10% (เนื้อหิน) |
| หินปูน |
10% |
| เฟลด์สปาร์ |
15% |
| ดินขาว (ปนทราย) |
10% |
| ดินแดง (ดินเหนียว) |
35% |
| โซเดียมซิลิเกต |
0.15% |
| %กากค้างตะแกร |
3-4% on 325 mesh |
เนื้อดินที่มีสัดส่วนที่เหมาะสมของ CaO และ SiO2 นี้จะมีคุณสมบัติที่ดีคือจะมีน้ำหนักที่เบาเนื่องจากการสลายตัวเป็นกาซคาร์บอนไดออกไซด์ในหินปูน มีการหดตัวที่ต่ำมากทำให้ปัญหาเรื่อง Size variation น้อยมากหรือแทบไม่มีปัญหาเลย จึงเหมาะที่จะใช้กับกระเบื้องบุผนังที่นิยมการปูชิดกันหรือเว้นช่องไฟน้อยๆ ใช้สำหรับกระเบื้องหลังคาที่ต้องการขนาดที่เท่ากันทุกแผ่นเพื่อลดปัญหาเรื่องการรั่วซึมของหลังคา แต่ปัญหาของเนื้อดินชนิดนี้คือมีความแข็งแรงต่ำ มี%การดูดซึมน้ำสูง
นอกจากในอุตสาหกรรมเซรามิกที่มีการใช้วอลลาสโตไนท์แล้วในอุตสาหกรรมอื่นๆก็มีการใช้เช่นกันโดยเน้นประโยชน์ที่แตกต่างกันไปดังนี้
อุตสาหกรรมพลาสติค
จะใช้ Wollastonite ในการปรับปรุงค่าความทนทานขององค์ประกอบในเนื้อพลาสติคเนื่องจาก Wollastonite จะมีผลึกแบบ Acicular หรือ Needle-like structure ที่มีลักษณะเป็นผลึกรูปเข็ม นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงเรื่องการเป็นฉนวนไฟฟ้า มีความทนไฟดีขึ้น และช่วยเรื่องขนาดของชิ้นงานให้ไม่ผันแปรมากเกินไป สำหรับ Wollastonite ที่เป็นเกรดที่มีขนาดอนุภาคละเอียดมากจะช่วยปรับปรุงเรื่องความทนทานต่อการขูดขีดและการกระแทกได้ดี
อุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้าง
Wollastonite เป็นวัสดุทดแทนใยหิน (Asbestos) ในพวกวัสดุก่อสร้างที่ทนไฟได้ Wollastonite จะปรับปรุงค่า Flexural และ Impact strength มีค่าการนำความร้อนที่ต่ำและการที่โครงสร้างของ Wollastonite มีค่า Aspect ratio ที่สูงทำให้เป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับคุณสมบัติด้านการทนไฟ ปัจจุบันมีการใช้ Wollastonite ทั้งในแผ่นยิปซั่มทั้งภายในและภายนอก กระเบื้องหลังคาแบบไฟเบอร์ซีเมนต์ ฝาผนังที่ปราศจากใยหิน โดยมีทั้งการใส่แร่ Wollastonite ลงไปโดยตรง หรือใช้หินปูน ปูนซีเมนต์กับทรายบดและดินขาวขึ้นรูปและใส่ในหม้ออบความดันสูง (Autoclave) เพื่อให้เกิดเป็นโครงสร้างแบบ Wollastonite ขึ้นมา
อุตสาหกรรมสีและการเคลือบสี (Coating)
สำหรับการ Coating นั้น อนุภาคที่ละเอียดของผลึก Acicular Wollastonite จะช่วยทำให้การทาสีมีความราบเรียบมากขึ้นและช่วยให้สีที่ทามีความหนาที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้การที่ผลึกของ Wollastonite มีลักษณะเป็นรูปเข็มทำให้มีการสานกันเป็นร่างแหเกิดเป็นความแข็งแรงที่ดีซึ่งจะช่วยปรับปรุงค่า Toughness และความคงทนของ Coating ช่วยป้องกันเรื่องคราบ รอยขูดขีด สิ่งสกปรกและอากาศที่แปรปรวน นอกจากนี้ยังช่วยทำให้สีมีความขาวและสว่างขึ้นทำให้ลดปริมาณการใช้สีลงได้ และเนื่องจาก Wollastonite จะไม่ค่อยดูดซึมน้ำมันเข้าไปในอนุภาค ทำให้ช่วยลดปริมาณตัว Binder ที่เติมลงไปซึ่งซึ่งจะช่วยลดต้นทุนลงได้
อุตสาหกรรมถลุงแร่
การใช้ Wollastonite ในอุตสาหกรรมถลุงโลหะนั้นเนื่องจากมีคุณสมบัติละลายน้ำได้ต่ำมากและมีค่า Loss of ignition ต่ำ ดังนั้นจึงมีการเติม Wollastonite ลงไปใน Steel casting และ Welding ซึ่งค่า CaO:SiO2 ratio~1 จะช่วยดูดซับ Al2O3 ในกระบวนการได้ นอกจากนี้การเติม Wollastonite ยังช่วยเป็นตัวช่วยหลอมทำให้อุณหภูมิในการหลอมต่ำลง
อุตสาหกรรมผ้าเบรคและวัสดุขัดถู
ในอุตสาหกรรมผ้าเบรค Wollastonite จะใช้เป็นตัว Reinforcing เนื่องจากคุณสมบัติด้านรูปร่างและไม่เป็นพิษ ไม่มีอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม โดยมาใช้แทนใยหิน (Asbestos), Mill fiber, Chopped glass ใช้เป็นวัสดุพวก Non-asbestos ในผ้าเบรค กระดาษทราย
จะเห็นได้ว่าวัตถุดิบที่ชื่อวอลลาสโตไนท์นี้มีความสำคัญและมีบทบาทอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมในหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมเซรามิก
|
|
|
|
|
|
|
