กว่าจะเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ผลิตจากโลหะที่สามารถนำมาประกอบและใช้กับสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ที่อยู่ห้อมล้อมผู้คนมากมาย ต้องผ่านกระบวนการผลิตจากโลหะชนิดต่าง ๆ โดยอาศัยวิธีและกระบวนการขึ้นรูปโลหะ (Metal Fabrication) เช่น การพิมพ์ (Printing) การขึ้นรูป (Forming) การปั๊ม (Stamping) การลากขึ้นรูป (Drawing) การพับ (Folding) การดัด (Bending) หรือการเชื่อมโลหะเข้าด้วยกัน (Wielding) เป็นต้น อย่างไรก็ดี ทั้งหมดที่กล่าวมานั้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโลหะและการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบเท่านั้น ในส่วนนี้จะเรียกว่า ขั้นตอนกลางน้ำ หรือ Midstream เช่นเดียวกับอุตสาหกรรมทั่วไปที่อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโลหะและการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ จะประกอบด้วย ต้นน้ำ (Upstream) กลางน้ำ (Midstream) และปลายน้ำ (Downstream)
ศิรินครโลหะกิจขอเสนอความรู้ที่เกี่ยวข้องกับการอุตสาหกรรมแปรรูปโลหะในส่วนของต้นน้ำ (Upstream) หรือกระบวนการผลิตวัสดุโลหะต่าง ๆ เพื่อเตรียมเป็นวัตถุดิบ (Raw Materials) สำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ใช้ในเชิงอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์ (Metal Production for Industrial or Commercial Purposes)
โลหะ คือ สินค้าโภคภัณฑ์ (Commodities) ที่ประเทศอุตสาหกรรมสมัยใหม่หลายประเทศต่างต้องพึ่งพาและขาดไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โลหะประเภทเหล็ก (Iron) และเหล็กกล้า (Steel) เป็นสินค้าโภคภัณฑ์ที่มีความต้องการสูงเพราะเป็นสินค้าที่ตรงกับความต้องการพื้นฐานของหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับที่อยู่อาศัย (Housing) และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้าย/ที่ (Mobility) เป็นต้น การผลิตโลหะ (Metal Production) หมายถึง ทุกกระบวนการหรือขั้นตอนที่ใช้ในการเปลี่ยนวัตถุดิบ เช่น แร่เหล็ก (Ores) ให้อยู่ในรูปโลหะขั้นสุดท้ายที่พร้อมสำหรับนำไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรมหรือพาณิชย์ กว่าจะเป็นโลหะหรือเหล็กไม่ว่าจะอยู่ในรูปของเหล็กแผ่น (Sheets) เหล็กม้วน (Coils) หรือเหล็กเส้น (Wire) สำหรับเป็นวัสดุโลหะ (Metal Materials) เพื่อนำไปขึ้นรูป (Forming) หรือแปรรูปให้ได้รูปทรงที่ต้องการ (Fabrication) ต้องผ่านกระบวนการหรือขั้นตอน ดังต่อไปนี้
การขุดหาแร่หรือการทำเหมืองแร่ ถือเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญขั้นตอนหนึ่งของการผลิตวัสดุโลหะสำหรับใช้ในเชิงอุตสาหกรรมและพาณิชย์ (หลายคนน่าจะเคยได้ยินข่าวการทำเหมืองแร่จากสื่อต่าง ๆ ซึ่งการทำเหมืองแร่นี้ยังไม่นับว่าเป็นขั้นตอนแรก ๆ ยังมีเรื่องของการสำรวจแร่ก่อนที่จะขุดหรือทำเหมืองแร่) การขุดหาแร่นิยมทำให้รูปแบบของเหมืองแร่ เป็นการขุดแร่โลหะหรือแร่เหล็กที่อยู่ตามชั้นผิวดินของเปลือกโลก (Earth’s Crust) วิธีที่นิยมใช้ในการขุดแร่ทั่วไปมี 2 วิธี ได้แก่ การทำเหมืองผิวดิน (Surface Mining) และการทำเหมืองแร่ใต้ผิวดิน (Subsurface Mining) สำหรับการทำเหมืองผิวดิน โลหะหรือแร่เหล็กจะถูกขุดขึ้นมากจากพื้นผิวของเปลือกโลกในระดับไม่ลึกมากหรือไม่กี่เมตร (Upper Few Meters of Earth’s surface) ตัวอย่างเช่น ทองแดง (Copper) เป็นโลหะที่ได้จากการทำเหมืองแบบบ่อเปิดขนาดใหญ่ (Open-Pit Mining) ซึ่งเหมืองแร่ลักษณะนี้จะมีความลึกประมาณ 1 กิโลเมตรและมีความกว้างของเหมืองเท่ากับ 3.5 กิโลเมตรเท่านั้น แตกต่างจากการทำเหมืองแร่ใต้ผิวดินที่เป็นรูปแบบในการขุดหาแร่เหล็กในระดับความลึกที่มากกว่าพื้นผิวของเปลือกโลก
นอกจากนี้ ยังมีโลหะบางชนิดที่สามารถสกัดได้จากน้ำทะเล เช่น แมกนีเซียม ทุก ๆ 1 ไมล์ทะเลจะมีแมกนีเซียมปนอยู่ประมาณหลายล้านตัน และอยู่ในรูปของแมกนีเซียมคลอไรด์ (Magnesium Chloride) เป็นหลัก ซึ่งแมกนีเซียมที่อยู่ในน้ำทะเลจะถูกดึงออกจากน้ำทะเลด้วยวิธีการตกตะกอน (Precipitation) ในรูปของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Magnesium hydroxide) โดยการใช้ปูนขาว (Calcium Hydroxide) หลักจากนั้นแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เหล่านั้นจะถูกเปลี่ยนกลับให้อยู่ในรูปของแมกนีเซียมคลอไรด์ที่เป็นสารประกอบบริสุทธิ์ (Pure Compound) แทนแร่เหล็กที่มาจากน้ำทะเลในตอนแรก (Complex mixture that comes from the sea) ในขั้นตอนสุดท้ายของการเปลี่ยนแมกนีเซียมคลอไรด์ให้เป็นโลหะแมกนีเซียม (Magnesium Metal) จะใช้กระแสไฟฟ้า (Electric Current) ผ่านสารละลายน้ำ (Water Solution) ของสารประกอบ
2.การคัดแยกโลหะออกจากแร่เหล็ก (Purification)
โดยปกติแล้ว โลหะและแร่เหล็กที่ขุดได้จากพื้นดินจะมีส่วนผสมของหิน (Rocks) ทราย (Sand) ดิน (Clay) ฝุ่นผง (Silt) และสิ่งเจือปนชนิดอื่น ๆ (Impurities) ปะปนมาด้วย ดังนั้น ขั้นตอนหรือกระบวนการถัดไปของการผลิตวัสดุโลหะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์ คือ การแยกแร่เหล็กออกจากวัสดุที่ไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต คำว่า “แร่เหล็ก” หรือ “Ore” เป็นคำที่นำมาใช้อธิบายสารประกอบโลหะที่ปริมาณของชนิดหรือประเภทโลหะมีจำนวนมาก (จำนวนมากในที่นี้ หมายถึง สามารถสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจและนำไปใช้ทางการค้าซึ่งมีความคุ้มค่าต่อต้นทุน (Costs) ในการดึงโลหะนั้น ๆ ออกจากสารประกอบ หรือสถานะ Compound)
ตัวอย่างของวิธีการที่มักนำมาใช้ในการแยกโลหะออกจากแร่เหล็ก ได้แก่ วิธีการลอยตัวของฟองหรือการทำให้ลอย (Froth Flotation) ซึ่งเป็นวิธีที่นิยมนำมาใช้กับแร่เหล็กประเภททองแดง สังกะสี รวมถึงโลหะบางชนิด วิธีนี้ แร่เหล็กที่ถูกขุดขึ้นมาจากพื้นดินพร้อมสิ่งเจือปนจะถูกทำให้อยู่ในรูปของผง (Powder) ก่อน แล้วค่อยนำไปผสมกับน้ำที่มีสารทำให้เกิดฟอง (Frothing Agent) เช่น น้ำมันสน (Pine Oil) ขั้นตอนต่อไป คือ การเป่าลมลงบนน้ำซึ่งจะทำให้เกิดฟองอากาศ (Bubble) และฟอง (Froth) ในกระบวนการทำให้เกิดฟองนี้ สิ่งเจือปน เช่น ทรายและหินที่เปียกน้ำจะจมลงสู่อยู่ก้นภาชนะ ตรงข้ามกับแร่เหล็กหรือโลหะที่จะไม่ดูดซับน้ำ แต่จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำแทน ดังนั้น แร่เหล็กเป้าหมายที่ต้องการจะถูกตักออก
3.การทำปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction)
ก่อนจะมาเป็นวัสดุโลหะสำหรับใช้เชิงอุตสาหกรรมหรือพาณิชย์ โลหะเหล่านั้นคือแร่เหล็ก (Ores) ที่มีสถานออกซิเดชัน (Oxidation State) ที่อยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์ (Oxide) หรือซัลไฟด์ (Sulfide) หากต้องการเปลี่ยนแร่เหล็กชนิดหนึ่งให้อยู่ในสถานะธาตุบริสุทธิ์ (Elemental State) จึงต้องมีการลดสารประกอบออกไซด์ของแร่เหล็กนั้น ๆ ที่เรียกว่า การทำปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่ตรงข้ามกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation) ในขั้นตอนนี้มีหลากหลายวิธีที่สามารถนำมาใช้ในการลดสารประกอบออกไซด์ของโลหะได้
ตัวอย่างเช่น แร่ของเหล็ก (Ores of Iron) สามารถลดสารประกอบออกไซด์ลงได้ด้วยการนำแร่เหล็กมาทำปฏิกิริยากับคาร์บอน (Carbon) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon Monoxide) เครื่องมือที่นิยมนำมาใช้ในการลดสารประกอบออกไซด์ ได้แก่ เตาสูงหรือเตาบลาสต์ (Blast Furnace) เตาประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นปล่องสูงเรียวขึ้นไปสำหรับถลุงแร่เหล็ก (ที่ประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็ก) รวมถึงถ่านโค้ก (Coke คือ คาร์บอนเกือบบริสุทธ์) และหินปูน (Limestone) หลังจากนั้นจะปรับอุณหภูมิเตาให้สูงขึ้นกว่า1,000 องศาเซลเซียส ณ อุณหภูมิดังกล่าว คาร์บอน (Carbon) จะทำปฏิกิริยากับกับออกซิเจน (Oxygen) และในทางกลับกันจะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของเหล็กเพื่อให้ได้โลหะเหล็กบริสุทธิ์ (Pure Iron Metal) ทั้งนี้ หินปูนที่ใส่ลงไปในเตาบลาสต์ตอนแรกจะทำปฏิกิริยากับซิลิกอนไดออกไซด์หรือทราย (Silicon Dioxide) ทำหน้าที่คัดทรายและสิ่งเจือปนอื่น ๆ ออกจากแร่เหล็ก
ยังมีออกไซด์ของโลหะบางชนิดไม่ตอบสนองต่อปฏิกิริยารีดักชันทางเคมีเช่นเดียวกับกระบวนการถลุงแร่เหล็กด้วยเตาสูงหรือ เตาบลาสต์ที่กล่าวไปข้างต้น ตัวอย่างเช่น การลดออกไซด์ของอลูมิเนียมให้เป็นโลหะอลูมิเนียม ซึ่งแร่ประเภทนี้ต้องใช้วิธีทางไฟฟ้า (Electrical Method) ในการลดออกไซด์ ดังนั้น ในขั้นแรกออกไซด์ของอลูมิเนียมจะถูกแยกออกจากออกไซด์อื่น ๆ ก่อน (เช่น ออกไซด์ของเหล็ก) ซึ่งมีลักษณะเดียวกับกระบวนการเบเยอร์ (Bayer Process เป็นกระบวนการที่แยกอลูมิเนียมบริสุทธิ์จากแร่บอกไซต์) โดยที่ออกไซด์ที่มีตามธรรมชาติ จะถูกเติมลงในโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อละลายเอาออกไซด์ของอลูมิเนียมออกจากออกไซด์อื่น ๆ หลังจากนั้นออกไซด์ของอลูมิเนียมจะถูกนำมาละลายกับแร่ที่ชื่อว่า “ไครโอไลต์ หรือ Cryolite” (Sodium Aluminun Fluoride) และนำเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic Cell) เมื่อกระแสไฟเข้าสู่เซลล์ โลหะอลูมิเนียมหลอมเหลว (Molten Aluminum Metal) จะปรากฏขึ้นและจมลงสู่ก้นเซลล์ ในขั้นนี้สามารถนำโลหะอลูมิเนียมหลอมเหลวออกจากเซลล์ได้
อย่างไรก็ดี ยังมีแร่เหล็กบางชนิดที่จะต้องเปลี่ยนสถานะทางเคมี (Chemical State) ก่อนนำแร่นั้น ๆ ไปลดออกไซด์ (Reduction) เช่น ซัลไฟด์ (Sulfides) ของแร่สังกะสี (Zinc) ซึ่งสารประกอบเหล่านี้จะถูกนำมาอบด้วยลมเพื่อเปลี่ยนซัลไฟด์ของสังกะสีให้เป็นออกไซด์ของสังกะสีก่อน หลังจากนั้นจึงทำการลดออกไซด์ด้วยการทำปฏิกิริยากับถ่านโค้กเช่นเดียวกับการลดออกไซด์ของเหล็ก หรือด้วยการนำเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์เช่นเดียวกับการลดออกไซด์ของอลูมิเนียม (Electrolytic Cell)
ในขั้นตอนหรือกระบวนการสุดท้ายของการผลิตวัสดุโลหะ (Metal Materials) จะเป็นขั้นตอนของการทำให้โลหะบริสุทธิ์ (Pure Metals) ที่ผ่านขั้นตอนหรือกระบวนการทั้ง 3 มาก่อนหน้านี้ให้สามารถนำไปใช้เชิงอุตสาหกรรมหรือพาณิชย์ได้ โลหะบริสุทธิ์ เป็นโลหะที่อยู่ในสถานะยังไม่เหมาะกับการนำไปใช้งานเชิงอุตสาหกรรมหรือพาณิชย์ในหลายกรณี ตัวอย่างเช่น ทองคำบริสุทธิ์ (Pure Gold) ยังมีความอ่อนนุ่มมากเกินไปที่จะนำมาใช้งาน จึงมีความจำเป็นต้องนำโลหะชนิดอื่น ๆ มาผสมเพื่อให้ทองคำเป็นสารผสมที่มีความคงทนมากขึ้น สารผสม (Mixtures) ที่ประกอบด้วยโลหะมากกว่า 2 ชนิดขึ้นไปจะเรียกว่า “โลหะผสม” หรือ “Alloys” ทั้งนี้โลหะผสมที่เป็นที่รู้จักและถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมมากที่สุดชนิดหนึ่ง ได้แก่ เหล็กกล้า (Steel) ซึ่งหมายถึงสารจำนวนมากมายโดยมีเหล็ก (Iron) เป็นส่วนประกอบหลักและยังมีธาตุทางเคมีประเภทอื่น ๆ ผสมอยู่ด้วยประมาณ 1 ถึง 2 ธาตุ
ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) จะประกอบด้วยเหล็ก (Iron) เป็นส่วนประกอบหลัก และยังมีส่วนผสมของธาตุโครเมียม (Chromium) 18 เปอร์เซ็นต์ นิกเกิล (Nickel) 10 เปอร์เซ็นต์ มีแมงกานีส (Manganese) คาร์บอน (Carbon) ฟอสฟอรัส (Phosphorus) ซัลเฟอร์หรือกำมะถัน (Sulfur) และซิลิคอน (Silicon) จำนวนหนึ่งอยู่ในเหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อนำไนโอเบียม (Niobium) ใส่ลงในเหล็กกล้าผสม (Steel Alloy) จะทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมแข็งแรงมากขึ้นเป็นพิเศษ หากผสมกับโคบอลต์ (Cobalt) จะทำให้เหล็กกล้ามีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิที่สูงมาก ๆ เช่น เครื่องยนต์ไอพ่นหรือเครื่องยนต์เจ็ต (Jet Engines) และเครื่องยนต์ก๊าซเทอร์ไบน์ (Gas Turbines) ส่วนเหล็กกล้าซิลิคอน (Silicon Steel) คือ โลหะผสมที่นำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า (Electrical Equipment)
ในขั้นตอนหรือกระบวนการสุดท้ายของการผลิตวัสดุโลหะเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม คือ การทำให้วัสดุโลหะอยู่ในรูปทรงต่าง ๆ ตามการนำไปใช้งาน (Applications) เช่น เหล็กแผ่น (Flat Sheets) เหล็กม้วน (Coils) และเหล็กเส้น (Wire) สำหรับนำไปใช้ขึ้นรูปหรือแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบตามที่ต้องการ ซึ่งโรงงานแปรรูปชิ้นส่วนหรือผู้ผลิตสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ จะเป็นกลุ่มที่บริโภคหรือนำวัสดุโลหะดังกล่าวไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ
สรุป:
จากที่กล่าวมาจะเห็นได้ว่า…กว่าจะเป็นโลหะหรือวัสดุโลหะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมการแปรรูปโลหะให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบนั้น ต้องผ่านขั้นตอนหรือกระบวนการที่ซับซ้อน ยุ่งยาก และใช้เงินลงทุนสูงมาก แต่คุณประโยชน์ที่ได้จากโลหะหรือวัสดุโลหะเหล่านั้นกลับมีคุณประโยชน์และคุณค่าต่อการดำรงชีวิต สังคมและเศรษฐกิจอย่างอเนกอนันต์
_________________________________________
บริษัท ศิรินครโลหะกิจ จำกัด เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบอะไหล่รถทุกประเภท รวมถึงการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบตามความต้องการ (Made-to-Order) มากกว่า 30 ปี เชี่ยวชาญการผลิตและออกแบบชิ้นส่วน และส่วนประกอบด้วยงานปั๊ม งานพับ งานตัด งานกลึง และงานเชื่อม พร้อมเข้ารูป ด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์และเครื่องจักรสมัยใหม่ พร้อมช่างระดับมืออาชีพ
Facebook : ศิรินครโลหะกิจ
Line : @sirinakorn (พิมพ์@ด้วย)
