สังกะสี – แคดเมียม

สังกะสี – แคดเมียม

สังกะสี พบในรูปสังกะสีซิลิเกต เช่น แร่เฮมิเมอร์ไฟต์ ( Zn 4(Si 2O 7)(OH) 2(H 2O)) แร่สมิทซอไนต์ ( ZnCO 3) และแร่ซิงไคต์ ( ZnO) สำหรับแร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก คือ
แร่สฟาเลอไรต์ ( ZnS) แร่สังกะสีพบมากที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
การถลุงแร่สังกะสีที่อยู่ในรูปสังกะสีซัลไฟด์ สังกะสีคาร์บอเนต ต้องทำให้เป็นออกไซด์ก่อนแล้วจึงนำไปรีดิวซ์

การถลุงสังกะสี มีขั้นตอนดังนี้
ขั้นที่ 1 นำสินแร่สังกะสี เช่น ZnS, ZnCO 3 มาทำให้เป็นออกไซด์

ZnS ทำปฏิกิริยา O 2 ด้วยการเผา 2ZnS(s) + 3O 2(g) -----> 2ZnO(s) + 2SO 2(g)

ZnCO 3 เผาให้สลายตัว ZnCO 3(s) ------> ZnO(s) + CO 2(g)

ขั้นที่ 2 นำสังกะสีออกไซด์ (ZnO) มาแยก Zn ออกโดยทำปฏิกิริยากับถ่านโค้ก (C) ดังนี้

ZnO(s) + C (s) -------> Zn(s) + CO(g)

แล้ว CO ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ ZnO ต่อแยก Zn ได้ดังสมการ

ZnO(s) + CO(g) --------> Zn(s) + CO 2(g)

CO 2 ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ C ที่เหลือเกิด CO ซึ่งสามารถนำไปใช้แยก Zn ออกจาก ZnO ต่อไป ดังสมการ

C (s) + CO 2(g) ---------> 2 CO(g)

การถลุง Zn ต้องทำที่อุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียส ได้ Zn เป็นของเหลวที่มีสารปนเปื้อนผสมอยู่ ส่วนมากเป็นแคดเมียม กับตะกั่ว ดังนั้น ต้องแยกสารเหล่านี้ออกด้วยการนำของเหลวที่มีสารผสมไปกลั่นลำดับส่วน
ในประเทศไทยมีโรงงานถลุงแร่สังกะสีอยู่ที่จังหวัดตาก แร่ที่ใช้ถลุงอยู่ในรูปของซิลิเกตคาร์บอเนต และออกไซด์ปนกัน วิธีถลุงทำได้โดยนำแร่มาบดด้วยเครื่องบดเปียกจนละเอียดเป็นผงแล้วทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ได้สารละลายที่มี ZnSO 4 ละลายอยู่ ทำสารละลายที่ได้ให้เป็นกลางด้วยหินปูนหรือปูนขาว และนำไปกรองเพื่อแยกสารละลายแร่และกากแร่ออกจากกัน กากแร่จะถูกส่งไปยังบ่อเก็บกากแร่ โดยการปรับสภาพให้เป็นกลางด้วยปูนขาวเสียก่อน ส่วนสารละลายที่กรองได้ จะมีเกลือของแคดเมียม พลวง ทองแดงละลายอยู่ ซึ่งสามารถแยกออกโดยเติมผงสังกะสีลงไปในสารละลาย

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เป็นดังนี้

Zn(s) + CdSO 4(aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cd(s)

3Zn(s) + Sb 2(SO 4) 3 (aq) ----------> 3ZnSO 4(aq) + 2Sb(s)

Zn(s) + CuSO 4 (aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cu(s)

แล้วทำการแยกตะกอนและสารละลายออกจากกัน โดยผ่านเข้าเครื่องกรองตะกอนแบบอัด จะได้กากแคดเมียม พลวง และทองแดง ส่วนสารละลายสังกะสี ซัลเฟตจะถูกส่งไปยังโรงแยกสังกะสีด้วยไฟฟ้า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปในสารละลาย Zn 2+ จะไปรับอิเล็กตรอนได้โลหะสังกะสีเกาะอยู่ที่แคโทด ดังสมการ

Zn 2+ (aq) + 2e - ---------> Zn (s)

ที่แอโนด น้ำจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดีกว่า SO 4 2- จึงเกิดปฏิกิริยาดังสมการ

H 2O (l) ----------> 1/2O 2 (g) + 2H + (aq) + 2e -

ปฏิกิริยารวมเป็นดังนี้

Zn 2+ (aq) + H 2O (l) ----------> Zn (s) + 2H + (aq) + 1/2O 2 (g)

การนำสังกะสีไปใช้ประโยชน์

สังกะสีใช้ในอุตสาหกรรมถ่านไฟฉาย คือ Zn ใช้ทำกล่องถ่านไฟฉาย ใช้สังกะสีเคลือบแผ่นเหล็กทำสังกะสีมุงหลังคา ใช้สังกะสีผสมโลหะทองแดงเป็นโลหะผสมเรียกว่า ทองเหลือง ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์มาก นอกจากนี้ในอุตสาหกรรมสี ยา และอาหารสัตว์ ใช้สังกะสีในรูปออกไซด์ของสังกะสี ( ZnO)

การถลุงโลหะแคดเมียม การผลิตสังกะสีที่จังหวัดตากจะมีกากของเสียที่สำคัญมากคือ กาก Cd เป็นสารพิษร้ายแรง นำกาก Cd มาบดให้ละเอียดแล้วเติมกรด H 2SO 4 เพื่อทำให้ละลายแล้วปรับให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองตะกอนออก เติมสังกะสีลงในสารละลายที่กรองได้จะเกิด Cd พรุนตกตะกอน แยกตะกอนพรุน Cd ไปสกัดด้วยกรด H 2SO 4 อีกครั้งหนึ่ง แล้วทำให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองและนำสารละลายไปแยกด้วยไฟฟ้าจะได้ Cd เกาะที่แคโทด นำ Cd ไปหลอมหล่อเป็นแท่งหรือก้อนกลมได้

การถลุงพลวงและสังกะสี จะเกิดก๊าซพิษคือก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งอาจจะเกิดจากการเผาสินแร่ หรือจากการใช้ถ่านหินที่เป็นเชื้อเพลิงมีกำมะถันปนอยู่ หรือเกิดจากโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริก ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์นี้เป็นก๊าซพิษ ทำให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมทั้งพืชและสัตว์ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ ทำให้เกิดอาการแสบจมูก หลอดลมอักเสบ ถ้าก๊าซนี้เข้าสู่ร่างกายน้อยจะทำให้เกิดอาการปวดเมื่อยเรื้อรัง เกิดโรคโลหิตจาง แต่ถ้าได้รับเข้ามากจะเป็นอันตรายต่อปอดโดยตรง ทำให้ปอดอักเสบ หลอดลมตีบตัน นอกจากนั้นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งก่อสร้างที่เป็นหินปูน หินอ่อน และเหล็กที่เป็นโครงสร้างทำให้เกิดการผุกร่อน

การกำจัด SO 2 โดยผ่านลงไปในสารละลาย Ca(OH) 2 เกิดปฏิกิริยาดังนี้

SO 2(g) + Ca(OH) 2 ----------> CaSO 3(s) + H 2O(l)

การถลุงแร่สังกะสีนอกจากจะเกิด SO 2 แล้วยังทำให้เกิดฝุ่นโลหะปนเปื้อนออกมาด้วย ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเช่นกัน จึงต้องระมัดระวัง ต้องกำจัดฝุ่นออกก่อนจะปล่อยออก สู่สิ่งแวดล้อม