|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Kaolin for filler | |
|
ดินขาวที่ใช้สำหรับอุตสาหกรรมกระดาษและสี
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
เรารู้จักดินขาวมานานในฐานะที่เป็นวัตถุดิบตัวหลักของอุตสาหกรรมเซรามิก ทั้งการทำเนื้อดิน การเติมลงในน้ำเคลือบเพื่อช่วยกระจายลอยตัวและเพิ่มการยึดเกาะระหว่างเนื้อดินและชั้นสีเคลือบ แต่ในความจริงแล้วดินขาวยังมีบทบาทที่สำคัญในอุตสาหกรรมอื่นๆอีกมาก
นอกจากในอุตสาหกรรมเซรามิกแล้ว ดินขาวนั้นยังใช้เป็นตัวฟิลเลอร์ในอุตสาหกรรมกระดาษ, สี, ยาง, พลาสติก และผลิตภัณฑ์อื่นๆอีกมากมาย สำหรับอุตสาหกรรมกระดาษนั้น แร่ดินขาวเป็นตัวฟิลเลอร์และเคลือบผิวกระดาษเนื่องจากว่าแร่ดินขาวนั้นมีคุณสมบัติต่างๆที่เหมาะสมซึ่งได้แก่ ความละเอียดของอนุภาค, มีความขาวตามธรรมชาติ, อนุภาคของแร่มีลักษณะเป็นรูปหกเหลี่ยมซึ่งไม่มีความคม, มีความสามารถดูดซับน้ำหมึกได้ดี, อนุภาคไม่แข็งจนเกินไปและมีราคาถูกกว่าสารเคมีอื่นๆ
สำหรับดินขาวที่ใช้ในอุตสาหกรรมฟิลเลอร์กระดาษ ต้องมีการทดสอบคุณสมบัติดังต่อไปนี้ คือ
1. จำนวนกรวดทราย หรืออนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 325 เมช
2. ความละเอียดของเม็ดดิน โดยหาเป็นการกระจายของขนาดอนุภาค (Partricle-size distribution)
3. ความขาวสว่าง (brightness) ก่อนเผา
4. ความยากง่ายในการฟอกสี (Leachability)
5. ลักษณะของผลึกของเม็ดดิน
จำนวนกรวดทราย (Grit)
จำนวนกรวดทรายหรือปริมาณกากที่ค้างบนตะแกรงขนาด 325 เมช (%Residue) นั้น ถ้าดินขาวตามธรรมชาติมีกรวดทรายเล็กน้อยจนถึง 5 %จะแยกทรายออกโดยวิธีแต่งแห้ง (Air-Flotation Techniques) แต่ถ้ามีจำนวนกรวดทรายมากกว่านี้ จะใช้วิธีแต่งเปียก (Wet Benefication) ถ้ามีกรวดทรายเปอร์เซนต์สูงขึ้น จำนวนดินขาวที่แยกจะได้จำนวนน้อยลง และค่าใช้จ่ายในการผลิตก็สูงขึ้น และถือว่าดินขาวธรรมชาติที่มีกรวดทราย 10 - 15 % เป็นค่าจำนวนกรวดทรายที่สูงสุด ที่จะอยู่ได้ในดินขาวที่เอามาแยก ยกเว้นว่าดินขาวธรรมชาตินั้นมีคุณสมบัติพิเศษจริง ๆ
การกระจายตัวของขนาดอนุภาคของเม็ดดิน (Particle size distribution)
การทดสอบหาความละเอียดของอนุภาคเม็ดดินนั้นมีความสำคัญมาก ทำให้ทราบจำนวนเนื้อดินขาวที่แยกออกมา เพื่ออุดช่องว่างกระดาษ (หรือฟิลเลอร์กระดาษ) ว่ามีจำนวนมากน้อยเพียงใด อนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 2 ไมครอนนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษ เพราะว่าความขาวสว่าง และคุณสมบัติทางฟิสิกส์อื่น ๆ มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความละเอียดของเม็ดดิน การทดสอบหาความละเอียดของเม็ดดินจากแหล่งต่างๆ ที่เอามาผสมกันทำให้ได้เม็ดดินที่มีขนาดมาตรฐาน สามารถป้อนดินให้โรงแต่งได้เหมาะสม เป็นผลให้โรงแต่งแร่ดินขาวสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมกระดาษ ได้มาตรฐานตามที่ต้องการและสามารถใช้วิธีผลิตแบบเดียวกันได้ โดยปกติดินขาวที่ใช้ฟิลเลอร์กระดาษ จะประกอบด้วยเม็ดดินที่เล็กกว่า 2 ไมครอนมกากว่า 50 %
ความขาวสว่าง (Brightness)
ความขาวสว่างนั้นวัดจากดินที่เอากรวดทรายออกแล้ว และจากส่วนที่มีขนาดละเอียดที่ใช้ฟิลเลอร์กระดาษ ซึ่งมีเม็ดดินเล็กกว่า 2 ไมครอน จำนวน 50 % ต้องมีความขาวสว่างต่ำสุด 80 % หรือมากกว่า ซึ่งจะเป็นการวัดความขาวของดินดิบที่ยังไม่เผา ซึ่งแตกต่างกับการใช้งานในอุตสาหกรรมเซรามิกที่จะวัดค่าความขาวของดินหลังเผาแล้ว ดังนั้นจะเห็นว่าดินขาวระนองมักไม่ได้รับความนิยมในการนำมาใช้เป็นฟิลเลอร์เนื่องจากสีของดินดิบจะมีสีเหลืองชัดเจน แตกต่างจากดินขาวนราธิวาส และดินขาวอุตรดิตถ์ที่มีความขาวของดินดิบสูงกว่า
ลักษณะของผลึกของเม็ดดิน
ลักษณะของผลึกของเม็ดดินนั้นจะเป็นข้อที่ต้องนำมาพิจารณาด้วยสำหรับดินที่จะนำมาใช้ทำฟิลเลอร์ ถ้าผลึกของเม็ดดินมีความคมเกินไปก็จะทำให้มีปัญหาในการใช้งานได้ ซึ่งดินขาวระนองก็พบปัญหานี้เช่นกันเมื่อเทียบกับดินขาวนราธิวาส
ความยากง่ายในการฟอกสี (Leachability)
การวัดผลการฟอกสีว่าฟอกสีได้ขาวขึ้นมากน้อยเพียงใดนั้น วัดจากเนื้อดินที่มีขนาดสำหรับใช้เป็นฟิลเลอร์กระดาษ เพื่อจะให้ได้ค่าความขาวสว่างสูงสุด การฟอกสีนั้นอาจใช้ฟอกโดยวิธีมาตรฐาน ด้วยการเพิ่มออกซิเจน (Oxidation) หรือการลดออกซิเจน (Reduction) การหาขีดความสามารถของการฟอกสีของดินขาวนั้นมีความสำคัญมาก ทำให้ทราบถึงขีดความสามารถในการตกแต่งดิน เป็นผลให้ทราบว่าเนื้อดินจากแหล่งนั้น ๆ สามารถใช้เป็นฟิลเลอร์กระดาษได้โดยตรงหรือไม่เพียงไร หรือต้องเอานำไปผสมกับดินแหล่งอื่น ๆ เพื่อให้ได้มาตรฐานความขาวสว่างตามที่ต้องการ
วิธีการทางเคมีของการฟอกสี (Chemical Method of treatment)
ถึงแม้ว่า ขบวนการทางเคมีสำหรับการฟอกสีดินขาว จะทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายมากกว่าขบวนการทางกายภาพ (Physical methods) แต่ก็ยังนิยมใช้กันโดยทั่วไป
ขบวนการฟอกสีทางเคมีมีอยู่หลายวิธี แต่ขบวนการโดยพื้นฐานแบ่งย่อยได้ 3 ขบวนการคือ
1. ขบวนการทางเคมี โดยการทำให้เกิดการละลาย (Chemical solution process) ซึ่งมลทิน (Impurities) ในดินที่เป็นตัวให้สีที่ไม่ต้องการ จะถูกฟอกออกมา โดยปกติสารเคมีที่ใช้เป็นพวกกรด หรืออัลคาไลน์ โดยทั่วไป ความขาวสว่าง (Whiteness) ของดินขาว จะเพิ่มขึ้นได้ด้วยการเอาเหล็กเฟอร์ริกและติตาเนียมไดออกไซด์ออกจากดิน ซึ่งสิ่งปลอมปนเหล่านี้จะมีขนาดละเอียด (-0.3 ไมครอน) ซึ่งจะเป็นสาเหตุทำให้ความขาวสว่างลดลง
มีการใช้ Sodium acid oxalate ละลายเหล็กออกไปจากเนื้อดิน และเมื่อดินและแอมโมเนีย ถูกทำให้อิ่มตัว (Saturated) ด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฟอกตามด้วย 0.05 N.HCl เหล็กจะถูกขจัดออกมาเป็นปริมาณมาก
แต่วิธีการนี้ใช้ไม่ได้ผลกับเหล็กในรูปอื่น หรือแร่ใด ๆ ที่มีเหล็กอยู่ (Iron-bearing) อย่างเช่น ในไบโอไทต์ (Biotite), บะซอลต์ (Basalt) และแกรนิต (Granite)
นอกจากนี้ยังสามารถที่จะขจัดเหล็กออกไซด์ที่เป็นมลทินโดยการเอาออกมาด้วยการฟอก โดยทำให้สารแขวนลอยของดิน (Clay suspension) ที่อิ่มตัวด้วย แอมโมเนียม ไฮดรอกไซด์, ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แล้วออกซิไดซ์ด้วย ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide) ในกรดซัลฟุริค
การฟอกดินขาว โดยวิธีการละลายเหล็กออกมาในทางอุตสาหกรรมโดยใช้ กรดซัลฟุริค ดังปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้
Fe2O3 + 3H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3H2O
วิธีนี้ยังรวมถึง การฟอกดินด้วยกรด ในหม้ออบความดัน (Autoclave) ที่ความดันบรรยากาศ 2 bar เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ผลที่ได้ก็คือ ปริมาณของเฟอร์ริกออกไซด์ (Fe2O3) ลดลงมากกว่า 90%
2. ขบวนการลดออกซิเจน (Reduction Process) เป็นขบวนการรีดิวซ์ (Reduce) เหล็กเฟอร์ริก (Fe+3 Ferric iron) เป็นเหล็กเฟอร์รัส (Fe+2 Ferrous iron) เนื่องจากเหล็กเฟอร์รัสจะให้สีที่เป็นสีขาวอมน้ำเงินมากกว่า ซึ่งตาคนเราจะมองสีขาวโทนนี้ว่าขาวกว่าสีขาวอมเหลืองที่เกิดจากเหล็กเฟอร์ริก ซึ่งกระบวนการฟอกดินขาวโดยการลดออกซิเจนนี้มีหลายวิธีดังต่อไปนี้คือ
วิธีการรีดิวซ์ ด้วยดิตาเนียม ไดรคลอไรด์ (Titanium Trichloride)
ขบวนการรีดักชั่น ที่ใช้ในอุตสาหกรรมดินขาว จะเป็นการรีดักชั่นดินขาวด้วย ติตาเนียมไตรคลอไรด์ (TiCl3) ติตาเนียมไดรคลอไรด์ จะมีอำนาจในการรีดิวซ์ได้สูง เมื่อใช้ PH ต่ำกว่า 2 ขบวนการรีดักชั่นจะทำให้ Fe3+ เปลี่ยนเป็น F3+
วิธีการรีดิวซ์ด้วย โซเดียม โบโรไฮไดรด์ (Sodium Borohydride Reduction)
วิธีนี้ขึ้นอยู่กับการรีดิวซ์ของเหล็กเฟอร์ริก เป็นเหล็กเฟอร์รัส โดยโซเดียมโบโรไฮไดรด์ ที่ PH 2 - 4.5 โดยการใช้กรดซัลฟุริก เจือจางเป็นตัวควบคุม PH และที่อุณหภูมิ 50oC ข้อดีของวิธีนี้ ก็คือ ใช้ปริมาณสารรีดิวซ์ ปริมาณน้อยสำหรับขบวนการรีดักชั่น และนอกจากนี้โซเดียมโบโรไฮไดรด์ ราคาถูกจึงใช้กันโดยทั่วไป
วิธีการรีดิวซ์ ด้วยสารประกอบของไดไธโอไนต์ (Reduction Method with Dithionite Compound)
โซเดียม ไดไธโอไนต์ เป็นสารรีดิวซ์ที่สำคัญที่เป็นที่รู้จักดี ในอุตสาหกรรมดินขาว สารละลายของ โซเดียมไดไธโอไนต์ จะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเชิงซ้อนและขึ้นอยู่กับความเข้มข้น และ PH ของระบบ ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดรีดักชั่นของเหล็กในดินขาว โดยใช้ไดไธโอไนด์ คือ PH ของระบบ ส่วนปัจจัยอื่น ๆ อาจจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของการรีดักชั่นลดลง แต่ถ้าเพิ่ม สารรีดิวซ์ จะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้
ซิงค์ไดไธโอไนต์ (Zinc dithionite) มีคุณสมบัติเป็นตัวรีดิวส์ที่ดีกว่า โซเดียมไดไธโอไนต์ จะเสถียร (Stable) กว่า และไม่จำเป็นต้องควบคุม PH มากนัก ช่วงการใช้งานที่จะก่อให้เกิดการรีดิวซ์ได้มากที่สุด คือ PH อยู่ในช่วง 2 - 3.5 และใช้กรดซัลฟุริกช่วยในการเกิดปฏิกิริยารีดักชั่น ปริมาณของซิงค์ไดไธโอไนต์เพิ่มขึ้นจะช่วยให้เกิดรีดักชั่นได้มากขึ้นด้วย
หลังจากการฟอกด้วย ไดไธโอไนต์ที่เหมาะสม ความขาวสว่างและความขาวของดินขาว จะเพิ่มขึ้นมาก และเหล็กที่ถูกรีดิวซ์ก็ไม่จำเป็นต้องเอาออก ถ้าหากว่าดินนั้นนำไปใช้ทำกระดาษซึ่งจะไม่ต้องผ่านการเผา โดยเหล็กจะอยู่ในรูปของเหล็กเฟอร์รัส ซึ่งจะไม่มีผลใด ๆ ต่อคุณภาพของดินขาว แต่ถ้าดินต้องผ่านการเผาที่ใช้ในการผลิตเซรามิก ถ้ามีเหล็กเฟอร์รัสจะเป็นอันตราย เพราะว่าจะเกิดการออกซิไดซ์กลับมาใหม่ หรือเป็นตัวที่ลดจุดหลอมตัว (Flux) ที่รุนแรงมากที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดปัญหาจุดดำในเนื้อดิน ดังนั้นถ้าจะใช้ในทางเซรามิก ดินขาวที่ผ่านการฟอกด้วยไดไธโอไนต์ โดยปกติจะทำการกรองและล้างก่อนนำมาใช้
3. ขบวนการเพิ่มออกซิเจน (Oxidation process) จะเป็นขบวนการที่ใช้กับดินที่มีสารอินทรีย์ (Organic) เพื่อไปออกซิไดส์ (Oxidise) คาร์บอน (C) ในสารอินทรีย์
การฟอกโดยวิธีออกซิเดชั่นนี้ จะช่วยปรับปรุงทางด้านความขาวสว่าง และความขาวของดินขาว โดยเป็นเพียงการฟอกพวกสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในดิน การฟอกโดยวิธีนี้ สารที่ใช้ฟอกจำเป็นต้องไม่ให้สีโดยตัวมันเองแก่ดิน และไม่ควรจะมีผลต่อแร่ในดิน สารที่ใช้ในการออกซิไดซ์จะมีราคาค่อนข้างแพง และจำเป็นต้องใช้เป็นปริมาณที่มากเกิน เพื่อให้เกิดการออกซิไดซ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide) และแบเรียมเปอร์ออกไซด์ (Barium peroxide) จะเป็นตัวที่ใช้มาก เพราะว่าสารพวกนี้จะให้ออกซิเจนอย่างคงที่ ไม่ว่าจะเป็นการเติมน้ำลงไป หรือการใช้ความร้อนในการต้มกับตัวเนื้อดิน
ดินขาวแต่ละชนิดและแต่ละแหล่งนั้นจะมีคุณสมบัติเฉพาะตัว วิธีการฟอกสีวิธีหนึ่งอาจจะใช้ได้ดีกับดินชนิดหนึ่ง แต่อาจจะไม่เหมาะสมกับดินอีกชนิดหนึ่ง สิ่งที่มีอิทธิพลต่อขบวนการฟอกสีทางเคมี ได้แก่ แร่ที่เป็นสิ่งปลอมปน (Impurity) ที่อยู่ในดิน, ขนาด และการกระจายตัวของเม็ดดิน
จะเห็นได้ว่าอุตสาหกรรมการแต่งแร่ดินขาวนั้นไม่ได้มุ่งเน้นแต่ในอุตสาหกรรมเซรามิกเท่านั้น แต่ในอุตสาหกรรมอื่นๆก็มีการใช้แร่ดินขาวด้วยเช่นกัน ซึ่งราคาขายแร่ดินขาวที่คุณภาพดีๆสำหรับการใช้เป็นฟิลเลอร์นั้นจะสูงกว่าการส่งขายในอุตสาหกรรมเซรามิกที่มีการแข่งขันด้านราคากันอย่างหนัก
|
|
|
|
|
|
|
