ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรม

1. ธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรมธาตุและสารประกอบในอุตสาหกรรม

2. อุตสาหกรรมแร่

3. ชื่อธาตุ : Antimony • สัญลักษณ์ : Sb • เลขอะตอม : 51 • น้ำหนักอะตอมโดยเฉลี่ย: 121.760 • หมู่ที่ : 5A • คาบ : 5 • จุดหลอมเหลว : 631°C • จุดเดือด : 1587 °C • ความหนาแน่น (300K) g/cm3 : 6.69 • สี : เทาเงินวาว • สถานะปกติ (ณ อุณหภูมิห้อง) : ของแข็ง • ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน : 2.05 • การจัดเรียงอะตอม : [Kr]4d105s25p2

4. แอนติโมนี ณ อุณหภูมิห้อง โครงสร้างอะตอมของแอนติโมนี (2-8-18-8-5)

5. แหล่งแร่พลวงของประเทศไทยแหล่งแร่พลวงของประเทศไทย แหล่งแร่พลวงที่สำคัญ ได้แก่ • จังหวัดลำพูน • จังหวัดลำปาง • จังหวัดแพร่ • จังหวัดชลบุรี • จังหวัดจันทบุรี • จังหวัดสตูล

6. แร่พลวง แร่พลวงส่วนใหญ่ที่พบ • แร่พลวงซัลไฟด์ คือ แร่สติบไนต์(Sb2S3) หรือที่เรียกว่า “พลวงเงิน” • แร่พลวงไฮดรอกไซด์ คือ แร่สติบิโคไนต์ (Sb2O4H2O) หรือที่เรียกว่า “พลวงทอง”

7. การกำเนิด แร่พลวงเกิดได้ทั้งในหินชั้น หินแปร หรือหินอัคนี โดยแหล่งแร่มีอยู่2 แบบ • แบบสายแร่ • แบบกระเปาะแร่ แหล่งแร่ส่วนใหญ่ของประเทศไทยและของโลกจะมีการกำเนิดแบบกระเปาะแร่

8. การถลุงพลวง การถลุงแร่พลวงจะแตกต่างกันตามคุณภาพของแร่เช่นการแยก พลวงออกจากแร่สติบไนต์ (Sb2S3) มีขั้นตอนในการถลุงดังนี้ • ขั้นที่ 1 ย่างแร่ คือ การนำแร่พลวงที่เป็นซัลไฟด์มาทำเป็นออกไซด์ด้วยการนำแร่สติบไนต์ไปเผากับก๊าซออกซิเจนและเกิดปฏิกิริยาดังนี้ 2Sb2S3 (s) + 9O2 (g) — — —› 2Sb2O3 (s) + 6SO2 (g)

9. ขั้นที่ 2 การแยกโลหะพลวงออกจากออกไซด์ของพลวงผสมออกไซด์ ของพลวงถ่านหินและโซเดียมคาร์บอนเนตในอัตราส่วน 20 : 4 : 1 โดยมวล ใส่ในเตาถลุงแบบนอนที่อุณหภูมิประมาณ 800 - 900 0C โดยใช้ น้ำมันเตาหรือลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิงเกิดปฏิกิริยาดังนี้ 2C(s) + O2(g) — — — — —› 2CO (g) 2Sb2O3 (s) + 3CO (g) — — —› 2Sb (l) + 3CO2 (g)

10. ประโยชน์ของพลวง • ใช้ผสมกับตะกั่วเพื่อทำแผ่นตะกั่วในแบตเตอรี่ • ใช้ผสมกับดีบุกและตะกั่วเพื่อทำตัวพิมพ์และโลหะบัดกรีบางชนิด • ใช้ทำกระสุนปืน • ใช้ในอุตสาหกรรมยาง สี เครื่องเคลือบ อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ และหลอดยาสีฟัน

11. ชื่อธาตุ : Tantalum • สัญลักษณ์ : Ta • เลขอะตอม : 73 • น้ำหนักอะตอมโดยเฉลี่ย: 180.9479 • หมู่ที่ : 5B • คาบ : 6 • จุดหลอมเหลว : 3020°C • จุดเดือด : 5458°C • ความหนาแน่น (300K) g/cm3 : 16.6 • สี : ฟ้าปนเทา • สถานะปกติ (ณ อุณหภูมิห้อง) : ของแข็ง • ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน: 1.5 • การจัดเรียงอะตอม : [Xe]4f145d106s2

12. แทนทาลัม ณ อุณหภูมิห้อง โครงสร้างอะตอมของแทนทาลัม(2-8-18-32-11-2)

13. ชื่อธาตุ : Niobium • สัญลักษณ์ : Nb • เลขอะตอม : 41 • น้ำหนักอะตอมโดยเฉลี่ย: 92.90638 • หมู่ที่ : 5B • คาบ : 5 • จุดหลอมเหลว : 2469°C • จุดเดือด : 4744°C • ความหนาแน่น (300K) g/cm3 : 8.57 • สี : เทาแวววาว • สถานะปกติ (ณ อุณหภูมิห้อง) : ของแข็ง • ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน: 1.6 • การจัดเรียงอะตอม : [Kr]4d45s1

14. โลหะไนโอเบียม ณ อุณหภูมิห้อง โครงสร้างอะตอมของไนโอเบียม (2-8-18-12-1)

15. การถลุงแทนทาลัมและไนโอเบียมการถลุงแทนทาลัมและไนโอเบียม นำตะกรันดีบุกมาบดและละลายในกรดผสมระหว่างกรดไฮโดรฟลูออริก กับกรดซัลฟิวริกแล้วเติมเมธิลไอโซบิวทิลคีโทน (MIBK) เพื่อละลายเอา แทนทาลัมและไนโอเบียมแล้วเติมกรดซัลฟิวริกเจือจาง พบว่า ไนโอเบียมละลายในชั้นของกรด แล้วแยกออกมาปรับให้เป็นกลางด้วย สารละลายแอมโมเนียจะได้ตะกอนจากนั้น นำตะกอนไปเผาจะได้ ไนโอเบียมเพนตะออกไซด์(Nb2O5)

16. ส่วนแทนทาลัมที่ละลายอยู่ในชั้นของเมทิลไอโซบิวทิลคีโตน แยกออกได้โดยการผ่านไอน้ำเข้าไปจะได้แทนทาลัมละลายอยู่ในชั้นของน้ำในรูปของสารประกอบ H2TaF7เมื่อเติมสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์แล้วนำไปตกผลึกจะได้สาร K2TaF7ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์ได้แต่ถ้านำ H2TaF7มาเติมสารละลายแอมโมเนียจนเกิดตะกอนซึ่งเมื่อนำตะกอนไปเผาจะได้แทนทาลัมเพนตะออกไซด์ (Ta2O5)เกิดขึ้น

17. แทนทาลัมเพนตะออกไซด์ (Ta2O5) และไนโอเบียมเพนตะออกไซด์ (Nb2O5)สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้โดยตรงแต่ถ้า ต้องการสกัดจนได้โลหะแทนทาลัมและไนโอเบียม ต้องใช้โลหะแคลเซียมทำ ปฏิกิริยากับ  Ta2O5หรือ Nb2O5 โดยมี  CaCl2เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาที่ เกิดขึ้นเป็นดังนี้ CaCl2 Ta2O5 (s) + 5Ca(s)  —  — —›  Ta2(s) + 5CaO(s)ตะกรัน CaCl2 Nb2O5 (s) + 5Ca(s) —   —  —›  Nb2(s) + 5CaO(s) ตะกรัน

18. ประโยชน์ของแทนทาลัมและไนโอเบียมประโยชน์ของแทนทาลัมและไนโอเบียม แทนทาลัม • ใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนเครื่องคอมพิวเตอร์ • ใช้ทำโลหะผสมสำหรับทำเครื่องบินจรวดขีปนาวุธ ไนโอเบียม • ใช้ผสมกับเหล็กกล้าทำท่อส่งก๊าซ • ใช้ทำวัสดุก่อสร้างของโรงงานเคมีภัณฑ์ • ใช้ทำเลนส์ต่าง ๆ

19. ชื่อธาตุ : Zirconium • สัญลักษณ์ : Zr • เลขอะตอม : 40 • น้ำหนักอะตอมโดยเฉลี่ย: 91.224 • หมู่ที่ : 4B • คาบ : 5 • จุดหลอมเหลว : 1855°C • จุดเดือด : 4409°C • ความหนาแน่น (300K) g/cm3 : 6.50 • สี : ขาวแวววาว • สถานะปกติ (ณ อุณหภูมิห้อง) : ของแข็ง • ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน: 1.33 • การจัดเรียงอะตอม : [Kr]4d25s2

20. โลหะเซอร์โคเนียม ณ อุณหภูมิห้อง โครงสร้างอะตอมของเซอร์โคเนียม (2-8-18-10-2)

21. การถลุงเซอร์โคเนียม นำแร่เซอร์คอน (ZrSiO4)ไปถลุงในเตาที่อุณหภูมิ 800 – 1000oC โดยใช้ คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ จะได้โลหะเซอร์โคเนียมที่ไม่บริสุทธิ์นำโลหะไปเผาที่อุณหภูมิ 500oC  และพ่นก๊าซคลอรีนลงไปตลอดเวลาจะได้ไอของเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ (ZrCl4) เกิดขึ้น เมื่อควบแน่นจะได้ผลึกเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ (ZrCl4) นำผลึกที่ได้ ทำปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียมที่หลอมเหลวในเตา ภายใต้บรรยากาศของก๊าซเฉื่อย จะได้โลหะเซอร์โคเนียมปนอยู่กับแมกนีเซียมคลอไรด์และแมกนีเซียมเหลวที่ทำ ปฏิกิริยาไม่หมด ดังสมการ ZrCl4 (s) +  2Mg(l)    —  —  —›  Zr (s) +  2MgCI2(s)

22. จากนั้นแยกแมกนีเซียมคลอไรด์และแมกนีเซียมส่วนที่เหลืออยู่ในเตาโดยการเผาที่อุณหภูมิ 900oC และนำโลหะเซอร์โคเนียมไปหลอมในเตาสุญญากาศ เพื่อทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น

23. ประโยชน์ของเซอร์โคเนียมประโยชน์ของเซอร์โคเนียม • ใช้เป็นชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด • ใช้ทำถ้วยกระเบื้องทนไฟ • ใช้ทำอิฐทนไฟสำหรับเตาหลอมโลหะ • ใช้ทำฉนวนกันไฟฟ้าแรงสูง • ใช้ทำชิ้นส่วนของหัวเทียนรถยนต์ • ใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์