กว่าจะเป็นโลหะ – เหล็ก สำหรับแปรรูปชิ้นส่วน ต้องผ่านกระบวนการใดบ้าง

• Facebook
• X
• Line

กว่าจะเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ผลิตจากโลหะ ที่สามารถนำมาประกอบ และใช้กับสินค้า หรือผลิตภัณฑ์ที่อยู่ห้อมล้อมผู้คนมากมาย ต้องผ่านกระบวนการผลิตจากโลหะชนิดต่างๆ โดยอาศัยวิธี และกระบวนการขึ้นรูปโลหะ (Metal Fabrication) เช่น การพิมพ์ (Printing) การขึ้นรูป (Forming) การปั๊ม (Stamping) การลากขึ้นรูป (Drawing) การพับ (Folding) การดัด (Bending) หรือการเชื่อมโลหะเข้าด้วยกัน (Wielding) เป็นต้น

อย่างไรก็ดี ทั้งหมดที่กล่าวมานั้น เป็นเพียงส่วนหนึ่งของอุตสาหกรรม ที่เกี่ยวข้องกับโลหะ และการผลิตชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบเท่านั้น ในส่วนนี้ จะเรียกว่า ขั้นตอนกลางน้ำ หรือ Midstream เช่นเดียวกับอุตสาหกรรมทั่วไป ที่อุตสาหกรรม ที่เกี่ยวข้องกับโลหะ และการผลิตชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ จะประกอบด้วย ต้นน้ำ (Upstream) กลางน้ำ (Midstream) และปลายน้ำ (Downstream)

ศิรินครโลหะกิจ ขอเสนอความรู้ ที่เกี่ยวข้องกับการอุตสาหกรรมแปรรูปโลหะ ในส่วนของต้นน้ำ (Upstream) หรือกระบวนการผลิตวัสดุโลหะต่างๆ เพื่อเตรียมเป็นวัตถุดิบ (Raw Materials) สำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ใช้ในเชิงอุตสาหกรรม หรือเชิงพาณิชย์ (Metal Production for Industrial or Commercial Purposes)

โลหะ คือ สินค้าโภคภัณฑ์ (Commodities) ที่ประเทศอุตสาหกรรมสมัยใหม่ หลายประเทศ ต่างต้องพึ่งพา และขาดไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โลหะประเภทเหล็ก (Iron) และเหล็กกล้า (Steel) เป็นสินค้าโภคภัณฑ์ที่มีความต้องการสูง เพราะเป็นสินค้าที่ตรงกับความต้องการพื้นฐานของหลายอุตสาหกรรม

เช่น อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับที่อยู่อาศัย (Housing) และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้าย/ที่ (Mobility) เป็นต้น การผลิตโลหะ (Metal Production) หมายถึง ทุกกระบวนการ หรือขั้นตอนที่ใช้ในการเปลี่ยนวัตถุดิบ เช่น แร่เหล็ก (Ores) ให้อยู่ในรูปโลหะขั้นสุดท้าย ที่พร้อมสำหรับนำไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรม หรือพาณิชย์ กว่าจะเป็นโลหะ หรือเหล็ก ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของเหล็กแผ่น (Sheets) เหล็กม้วน (Coils) หรือเหล็กเส้น (Wire) สำหรับเป็นวัสดุโลหะ (Metal Materials) เพื่อนำไปขึ้นรูป (Forming) หรือแปรรูปให้ได้รูปทรงที่ต้องการ (Fabrication) ต้องผ่านกระบวนการ หรือขั้นตอน ดังต่อไปนี้

การขุดหาแร่ หรือการทำเหมืองแร่ ถือเป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญ ขั้นตอนหนึ่ง ของการผลิตวัสดุโลหะ สำหรับใช้ในเชิงอุตสาหกรรม และพาณิชย์ (หลายคนน่าจะเคยได้ยินข่าวการทำเหมืองแร่จากสื่อต่าง ๆ ซึ่งการทำเหมืองแร่นี้ ยังไม่นับว่าเป็นขั้นตอนแรกๆ ยังมีเรื่องของการสำรวจแร่ก่อนที่จะขุด หรือทำเหมืองแร่) การขุดหาแร่นิยมทำให้รูปแบบของเหมืองแร่ เป็นการขุดแร่โลหะ หรือแร่เหล็ก ที่อยู่ตามชั้นผิวดินของเปลือกโลก (Earth’s Crust) วิธีที่นิยมใช้ในการขุดแร่ทั่วไปมี 2 วิธี ได้แก่ การทำเหมืองผิวดิน (Surface Mining) และการทำเหมืองแร่ใต้ผิวดิน (Subsurface Mining) สำหรับการทำเหมืองผิวดิน โลหะ หรือแร่เหล็ก จะถูกขุดขึ้นมากจากพื้นผิวของเปลือกโลก ในระดับไม่ลึกมาก หรือไม่กี่เมตร (Upper Few Meters of Earth’s surface)

ตัวอย่างเช่น ทองแดง (Copper) เป็นโลหะที่ได้จากการทำเหมืองแบบบ่อเปิดขนาดใหญ่ (Open-Pit Mining) ซึ่งเหมืองแร่ลักษณะนี้ จะมีความลึกประมาณ 1 กิโลเมตร และมีความกว้างของเหมืองเท่ากับ 3.5 กิโลเมตรเท่านั้น แตกต่างจากการทำเหมืองแร่ใต้ผิวดิน ที่เป็นรูปแบบในการขุดหาแร่เหล็ก ในระดับความลึก ที่มากกว่าพื้นผิวของเปลือกโลก

นอกจากนี้ ยังมีโลหะบางชนิด ที่สามารถสกัดได้จากน้ำทะเล เช่น แมกนีเซียม ทุกๆ 1 ไมล์ทะเลจะมีแมกนีเซียม ปนอยู่ประมาณหลายล้านตัน และอยู่ในรูปของแมกนีเซียมคลอไรด์ (Magnesium Chloride) เป็นหลัก ซึ่งแมกนีเซียม ที่อยู่ในน้ำทะเล จะถูกดึงออกจากน้ำทะเล ด้วยวิธีการตกตะกอน (Precipitation) ในรูปของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Magnesium hydroxide)

โดยการใช้ปูนขาว (Calcium Hydroxide) หลักจากนั้นแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เหล่านั้น จะถูกเปลี่ยนกลับให้อยู่ในรูปของแมกนีเซียมคลอไรด์ ที่เป็นสารประกอบบริสุทธิ์ (Pure Compound) แทนแร่เหล็กที่มาจากน้ำทะเลในตอนแรก (Complex mixture that comes from the sea) ในขั้นตอนสุดท้าย ของการเปลี่ยนแมกนีเซียมคลอไรด์ ให้เป็นโลหะแมกนีเซียม (Magnesium Metal) จะใช้กระแสไฟฟ้า (Electric Current) ผ่านสารละลายน้ำ (Water Solution) ของสารประกอบ

โดยปกติแล้ว โลหะและแร่เหล็ก ที่ขุดได้จากพื้นดินจะมีส่วนผสมของหิน (Rocks) ทราย (Sand) ดิน (Clay) ฝุ่นผง (Silt) และสิ่งเจือปนชนิดอื่นๆ (Impurities) ปะปนมาด้วย ดังนั้น ขั้นตอน หรือกระบวนการถัดไปของการผลิตวัสดุโลหะ สำหรับใช้ในอุตสาหกรรม หรือเชิงพาณิชย์ คือ การแยกแร่เหล็กออกจากวัสดุ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต คำว่า “แร่เหล็ก” หรือ “Ore” เป็นคำที่นำมาใช้อธิบายสารประกอบโลหะ ที่ปริมาณของชนิด หรือประเภทโลหะมีจำนวนมาก (จำนวนมากในที่นี้ หมายถึง สามารถสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจ และนำไปใช้ทางการค้า ซึ่งมีความคุ้มค่าต่อต้นทุน (Costs) ในการดึงโลหะนั้นๆ ออกจากสารประกอบ หรือสถานะ Compound)

ตัวอย่างของวิธีการ ที่มักนำมาใช้ในการแยกโลหะออกจากแร่เหล็ก ได้แก่ วิธีการลอยตัวของฟอง หรือการทำให้ลอย (Froth Flotation) ซึ่งเป็นวิธีที่นิยมนำมาใช้กับแร่เหล็กประเภททองแดง สังกะสี รวมถึงโลหะบางชนิด วิธีนี้ แร่เหล็กที่ถูกขุดขึ้นมาจากพื้นดิน พร้อมสิ่งเจือปน จะถูกทำให้อยู่ในรูปของผง (Powder) ก่อน แล้วค่อยนำไปผสมกับน้ำที่มีสารทำให้เกิดฟอง (Frothing Agent) เช่น น้ำมันสน (Pine Oil) ขั้นตอนต่อไป คือ การเป่าลมลงบนน้ำ ซึ่งจะทำให้เกิดฟองอากาศ (Bubble) และฟอง (Froth) ในกระบวนการทำให้เกิดฟองนี้ สิ่งเจือปน เช่น ทราย และหินที่เปียกน้ำ จะจมลงสู่อยู่ก้นภาชนะ ตรงข้ามกับแร่เหล็ก หรือโลหะที่จะไม่ดูดซับน้ำ แต่จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำแทน ดังนั้น แร่เหล็กเป้าหมายที่ต้องการจะถูกตักออก

ก่อนจะมาเป็นวัสดุโลหะ สำหรับใช้เชิงอุตสาหกรรม หรือพาณิชย์ โลหะเหล่านั้น คือ แร่เหล็ก (Ores) ที่มีสถานออกซิเดชัน (Oxidation State) ที่อยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์ (Oxide) หรือซัลไฟด์ (Sulfide) หากต้องการเปลี่ยนแร่เหล็กชนิดหนึ่ง ให้อยู่ในสถานะธาตุบริสุทธิ์ (Elemental State) จึงต้องมีการลดสารประกอบออกไซด์ของแร่เหล็กนั้นๆ  ที่เรียกว่า การทำปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางเคมี ที่ตรงข้ามกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation) ในขั้นตอนนี้ มีหลากหลายวิธี ที่สามารถนำมาใช้ในการลดสารประกอบออกไซด์ของโลหะได้

ตัวอย่างเช่น แร่ของเหล็ก (Ores of Iron) สามารถลดสารประกอบออกไซด์ลงได้ ด้วยการนำแร่เหล็กมาทำปฏิกิริยากับคาร์บอน (Carbon) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon Monoxide) เครื่องมือที่นิยมนำมาใช้ในการลดสารประกอบออกไซด์ ได้แก่ เตาสูง หรือเตาบลาสต์ (Blast Furnace) เตาประเภทนี้ จะมีลักษณะเป็นปล่องสูงเรียวขึ้นไป สำหรับถลุงแร่เหล็ก (ที่ประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็ก) รวมถึงถ่านโค้ก (Coke คือ คาร์บอนเกือบบริสุทธ์) และหินปูน (Limestone)

หลังจากนั้น จะปรับอุณหภูมิเตาให้สูงขึ้นกว่า1,000 องศาเซลเซียส ณ อุณหภูมิดังกล่าว คาร์บอน (Carbon) จะทำปฏิกิริยากับกับออกซิเจน (Oxygen) และในทางกลับกันจะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของเหล็ก เพื่อให้ได้โลหะเหล็กบริสุทธิ์ (Pure Iron Metal) ทั้งนี้ หินปูนที่ใส่ลงไปในเตาบลาสต์ตอนแรก จะทำปฏิกิริยากับซิลิกอนไดออกไซด์ หรือทราย (Silicon Dioxide) ทำหน้าที่คัดทราย และสิ่งเจือปนอื่นๆ ออกจากแร่เหล็ก

ยังมีออกไซด์ของโลหะบางชนิด ไม่ตอบสนองต่อปฏิกิริยารีดักชันทางเคมี เช่นเดียวกับกระบวนการถลุงแร่เหล็ก ด้วยเตาสูง หรือเตาบลาสต์ที่กล่าวไปข้างต้น ตัวอย่างเช่น การลดออกไซด์ของอลูมิเนียมให้เป็นโลหะอลูมิเนียม ซึ่งแร่ประเภทนี้ ต้องใช้วิธีทางไฟฟ้า (Electrical Method) ในการลดออกไซด์ ดังนั้น ในขั้นแรกออกไซด์ของอลูมิเนียม จะถูกแยกออกจากออกไซด์อื่นๆ ก่อน (เช่น ออกไซด์ของเหล็ก) ซึ่งมีลักษณะเดียวกับกระบวนการเบเยอร์ (Bayer Process เป็นกระบวนการที่แยกอลูมิเนียมบริสุทธิ์จากแร่บอกไซต์) โดยที่ออกไซด์ที่มีตามธรรมชาติ จะถูกเติมลงในโซเดียมไฮดรอกไซด์ เพื่อละลายเอาออกไซด์ของอลูมิเนียม ออกจากออกไซด์อื่นๆ

หลังจากนั้น ออกไซด์ของอลูมิเนียม จะถูกนำมาละลายกับแร่ที่ชื่อว่า “ไครโอไลต์ หรือ Cryolite” (Sodium Aluminun Fluoride) และนำเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic Cell) เมื่อกระแสไฟเข้าสู่เซลล์ โลหะอลูมิเนียมหลอมเหลว (Molten Aluminum Metal) จะปรากฏขึ้น และจมลงสู่ก้นเซลล์ ในขั้นนี้ สามารถนำโลหะอลูมิเนียมหลอมเหลวออกจากเซลล์ได้

อย่างไรก็ดี ยังมีแร่เหล็กบางชนิด ที่จะต้องเปลี่ยนสถานะทางเคมี (Chemical State) ก่อนนำแร่นั้นๆ ไปลดออกไซด์ (Reduction) เช่น ซัลไฟด์ (Sulfides) ของแร่สังกะสี (Zinc) ซึ่งสารประกอบเหล่านี้ จะถูกนำมาอบด้วยลม เพื่อเปลี่ยนซัลไฟด์ของสังกะสีให้เป็นออกไซด์ของสังกะสีก่อน หลังจากนั้น จึงทำการลดออกไซด์ ด้วยการทำปฏิกิริยากับถ่านโค้ก เช่นเดียวกับการลดออกไซด์ของเหล็ก หรือด้วยการนำเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ เช่นเดียวกับการลดออกไซด์ของอลูมิเนียม (Electrolytic Cell)

ในขั้นตอน หรือกระบวนการสุดท้ายของการผลิตวัสดุโลหะ (Metal Materials) จะเป็นขั้นตอนของการทำให้โลหะบริสุทธิ์ (Pure Metals) ที่ผ่านขั้นตอน หรือกระบวนการทั้ง 3 มาก่อนหน้านี้ ให้สามารถนำไปใช้เชิงอุตสาหกรรม หรือพาณิชย์ได้ โลหะบริสุทธิ์ เป็นโลหะที่อยู่ในสถานะยังไม่เหมาะกับการนำไปใช้งานเชิงอุตสาหกรรม หรือพาณิชย์ ในหลายกรณี

ตัวอย่างเช่น ทองคำบริสุทธิ์ (Pure Gold) ยังมีความอ่อนนุ่มมากเกินไป ที่จะนำมาใช้งาน จึงมีความจำเป็นต้องนำโลหะชนิดอื่นๆ มาผสม เพื่อให้ทองคำเป็นสารผสม ที่มีความคงทนมากขึ้น สารผสม (Mixtures) ที่ประกอบด้วยโลหะมากกว่า 2 ชนิดขึ้นไปจะเรียกว่า “โลหะผสม” หรือ “Alloys” ทั้งนี้โลหะผสมที่เป็นที่รู้จัก และถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรมมากที่สุดชนิดหนึ่ง ได้แก่ เหล็กกล้า (Steel) ซึ่งหมายถึงสารจำนวนมากมายโดยมีเหล็ก (Iron) เป็นส่วนประกอบหลัก และยังมีธาตุทางเคมีประเภทอื่นๆ 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) ซัลเฟอร์ หรือกำมะถัน (Sulfur) และซิลิคอน (Silicon) จำนวนหนึ่งอยู่ในเหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อนำไนโอเบียม (Niobium) ใส่ลงในเหล็กกล้าผสม (Steel Alloy) จะทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมแข็งแรงมากขึ้นเป็นพิเศษ

หากผสมกับโคบอลต์ (Cobalt) จะทำให้เหล็กกล้ามีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิที่สูงมากๆ เช่น เครื่องยนต์ไอพ่น หรือเครื่องยนต์เจ็ต (Jet Engines) และเครื่องยนต์ก๊าซเทอร์ไบน์ (Gas Turbines) ส่วนเหล็กกล้าซิลิคอน (Silicon Steel) คือ โลหะผสมที่นำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า (Electrical Equipment)

ในขั้นตอน หรือกระบวนการสุดท้าย ของการผลิตวัสดุโลหะเชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรม คือ การทำให้วัสดุโลหะอยู่ในรูปทรงต่างๆ ตามการนำไปใช้งาน (Applications) เช่น เหล็กแผ่น (Flat Sheets) เหล็กม้วน (Coils) และเหล็กเส้น (Wire)   สำหรับนำไปใช้ขึ้นรูป หรือแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบตามที่ต้องการ ซึ่งโรงงานแปรรูปชิ้นส่วน หรือผู้ผลิตสินค้า หรือผลิตภัณฑ์ต่างๆ จะเป็นกลุ่มที่บริโภค หรือนำวัสดุโลหะดังกล่าว ไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ

จากที่กล่าวมา จะเห็นได้ว่า กว่าจะเป็นโลหะ หรือวัสดุโลหะ สำหรับใช้ในอุตสาหกรรมการแปรรูปโลหะให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบนั้น ต้องผ่านขั้นตอน หรือกระบวนการที่ซับซ้อน ยุ่งยาก และใช้เงินลงทุนสูงมาก แต่คุณประโยชน์ที่ได้จากโลหะ หรือวัสดุโลหะเหล่านั้นกลับมีคุณประโยชน์ และคุณค่าต่อการดำรงชีวิต สังคม และเศรษฐกิจอย่างอเนกอนันต์

บริษัท ศิรินครโลหะกิจ จำกัด เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบอะไหล่รถทุกประเภท รวมถึงการผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบตามความต้องการ (Made-to-Order) มากกว่า 30 ปี เชี่ยวชาญการผลิต และออกแบบชิ้นส่วน และส่วนประกอบด้วยงานปั๊ม งานพับ งานตัด งานกลึง และงานเชื่อม พร้อมเข้ารูป ด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์ และเครื่องจักรสมัยใหม่ พร้อมช่างระดับมืออาชีพ

• Facebook : ศิรินครโลหะกิจ
• Line : @sirinakorn (พิมพ์@ด้วย)