Embed Size (px)
Citation preview
การประชุมวิชาการทางวิศวกรรมศาสตรมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร คร้ังที่ 9 2-3 พฤษภาคม 2554
การผลิตกระเบื้องเซรามิกมวลเบาจากหางแรดินขาวและเติมโดโลไมตและ เศษอิฐดินเผา
Production of Lightweight Ceramic Tile from Kaolin Refining Waste and Addition of Dolomite and Waste Clay Brick
ดนุพล ตันนโยภาส1* ผดุงเกียรติ แซหลี2 สุชาติ จันทรมณีย3
1,2,3หนวยวิจัยธรณเีทคนิคและวัสดุกอสรางนวัตกรรม คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร อ.หาดใหญ จ.สงขลา 90112 E-mail: [email protected]*
Danupon Tonnayopas1* Padungkiet Saelee2 Suchart Chantaramanee3
1,2,3Geotechinical and Innovative Construction Materials Research Unit (GICMRU), Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla 90112
E-mail: [email protected]*
บทคัดยอ ในการศึกษาครั้งน้ี เปนการศึกษาความเปนไปไดในการนําหางแรดินขาวผสมกับโดโลไมตและเศษอิฐดินเผา โดยการเติมโดโลไมตและเศษอิฐดินเผาในอัตราสวนที่ตางกัน ภายใตความชื้นที่เหมาะสม อัดข้ึนรูปเปนกระเบิ้อง 110×110×8 มม. ดวยแรงอัด 100 บาร เผาที่อุณหภูมิ 1,050-1,090°ซ. จากนั้นทดสอบสมบัติของกระเบ้ือง ไดแก ความไดฉากและการบิดเบ้ียว การหดตัวและขยายตัวเชิงปริมาตรหลังเผา นํ้าหนักสูญหายหลังเผา ความหนาแนนรวม การดูดซึมนํ้า ความแข็งกระดอน ความตานทานไฟฟาจําเพาะ และกําลังดัด ซ่ึงจากการทดสอบบงวาการเติมโดโลไมตและเศษอิฐดินเผานั้นทําใหการดูดซึมนํ้าเกิน 25% การวิเคราะหดวยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ แบบสองกราด พบแรซ่ึงเกิดใหมคือ อะนอรไทตและมุลไลต และภาพถายจุลทรรศนอิเล็กตรอนพบรูโพรงเกิดข้ึนจํานวนมาก ผลการทดสอบสมบัติตัวอยางกระเบ้ืองไมผานเกณฑกระเบ้ืองชนิดตางๆ ของ มอก. อยางไรก็ตามสามารถพัฒนาเปนกระเบ้ืองเซรามิกมวลเบาสําหรับตัวดูดซึม คําหลัก กระเบ้ืองเซรามิก, หางแรดินขาว, โดโลไมต, เศษอิฐดินเผา
Abstract This research is to study the feasibility of making lightweight ceramic tile with kaolin refining waste (KRW), dolomite and waste clay brick (WCB). By adding dolomite and WCB are in different ratios under the optimal humidity. Produce tile
specimens by hydraulic pressing machine to square specimens of 110 x 110 x 8 mm with a pressure 100 bars sintered at 1,050-1,090°C. The squareness and warpage, volumetric firing shrinkage and expansion, weight loss (after firing), bulk density, water absorption, rebound hardness, specific electrical resistance and flexural strength were determined. By test specimens can be indicated the additions of dolomite and WCB making the water absorption are over 25 %. Analyzed by X-ray diffraction (XRD), can be found the phase of anorthite and mullite. Microphotograph of scanning electron microscope (SEM) showed microstructure and several porosities. The results of property testing can be concluded all the specimens are not met the Thai Industrial Standard specification of clay tiles. However, it can be developed to produce lightweight ceramic tile for absorper. Keyword: Ceramic tile, Kaolin refining waste, Dolomite, Waste clay brick
1. บทนํา อุตสาหกรรมเซรามิกเปนพื้นฐานทางเศรษฐกิจที่สําคัญอยาง
หน่ึงของประเทศโดยวัตถุดิบประมาณรอยละ 70 มาจากแหลงในประเทศ ซ่ึ ง ไดแก ดินชนิดต างๆ ไมว าจะเปนดินขาว ดินเ ห นี ย ว ดิ น สี แ ล ะ พ ว ก ที่ ไ ม มี เ น้ื อ เ ป น ดิ น เ ช น ไ ชนาสโตน เฟลดสปาร และทรายแกว โดยมีขอกําหนดเรื่อง
669
องคประกอบและคุณภาพของวัตถุดิบแตกตางกันไป ในผลิตภัณฑชนิดตางๆ กัน วัสดุที่ใชในอุตสาหกรรมเซรามิก แบงออกไดเปน วัตถุดิบหลัก ไดแก ดินไชนาสโตน เฟลดสปาร ควอตซและวัตถุดิบรอง ไดแก ดิกไคตและโดโลไมต อุตสาหกรรมเซรามิกสวนใหญ เปนการผลิต เพื่ อตอบสนองความตองการของตลาดภายในประเทศและทดแทนการนําเขาจากตางประเทศ และไดพัฒนาเทคโนลยีกาวหนามากขึ้นจนเปนอุตสาหกรรมเซรามิกเพื่อสงออก เชน ถวยชาม กระเบ้ืองปูพื้น กระเบ้ืองบุผนัง เครื่องสุขภัณฑ ของชํารวย เครื่องประดับ และลูกถวยไฟฟา เปนตน
ในปจจุบันน้ีปญหาดานสิ่งแวดลอมนับวาเปนปญหาที่สําคัญและทวีความรุนแรงมากขึ้นเร่ือยๆ ยิ่งเม่ือภาคอุตสาหกรรมมีการขยายตัวสูง ปญหาเรื่องมลภาวะก็จะเพิ่มข้ึน ถึงแมวาจะมีหนวยงานดานสิ่งแวดลอมที่เขามาคอยดูแลตรวจสอบโรงงานอุตสาหกรรม แตกฎหมายเกี่ยวกับส่ิงแวดลอมของยังมีชองโหวอยูอีกเม่ือเทียบกับประเทศที่เจริญแลว อุตสาหกรรมเซรามิกก็เปนหน่ึงในอุตสาหกรรมที่ทําใหเกิดปญหามลภาวะไมวาจะเปนเร่ืองความรอน ฝุน เสียง ของเสียที่ทิ้งออกนอกโรงงานทั้งที่เปนผลิตภัณฑที่เผาแลว นํ้าเสีย ตะกอนจากกระบวนการ แมพิมพปูนปลาสเตอรที่หมดอายุ ซากแผนรองเผา และอื่นๆ อีกมากที่เปนของเสียในอุตสาหกรรม ดังน้ันจึงมีการนําวัสดุเหลือใชมาใชประโยชนและเปนการชวยลดการสรางมลพิษไดอีกดวย
แนวทางตางๆ ในการกําจัดของเสียในอุตสาหกรรมเซรามิกสามารถทําไดโดยนําวัสดุที่เหลือใชจากโรงงานอุตสาหกรรมตางๆ เชน อิฐที่ไมไดมาตรฐาน เบาเซรามิกเสีย หางแรดินขาว เปนตน นอกจากนี้ใชวัตถุดิบแรธรรมชาติ เชน โดโลไมต ที่สวนใหญนํามาใชในอุตสาหกรรมโรงถลุง นํ้าตาล โรงงานฟอกหนัง และใชปรับปรุงคุณภาพน้ําในนากุงอีกดวย อันเปนการเพิ่มมูลคา
2. การดําเนินการวิจัย 2.1 วัสดุท่ีใช วัสดุที่ใชในงานวิจัยประกอบดวย หางแรดินขาวจาก บริษัทมินเนอรัลรีซอรสเซส ดีเวลลอปเมนท จํากัด จ.ระนอง โดโลไมต จากบริษัทเหมืองแรโชคพนาโดโลไมต จํากัด จ.สุราษฎรธานี และเศษอิฐดินเผา จากโรงงานทําอิฐ บานพรุ อ.หาดใหญ จ.สงขลา (รูปที่ 1 ก) จากน้ันนําวัตถุดิบทั้ง 3 ชนิดมาบดละเอียดแลวอบไลความชื้นที่อุณหภูมิ 100°C เปนเวลา 24 ชั่วโมง คัดขนาดผานตะแกรง 200 เมช หรือ 75 ไมครอน (รูปที่ 1 ข ค ง) 2.2 การเตรียมอัตราสวนผสมของแผนกระเบื้อง
เตรียมแผนตัวอยางกระเบื้องเซรามิกหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษอิฐดินเผา ซ่ึงมีทั้งหมด 4 สวนผสมดวยกัน ซ่ึงสูตรที่ 1 เปนหางแรดินขาวลวน สูตรที่ 2 หางแรดินขาว โดโลไมต แลเศษอิฐดินเผา รอยละ 50:30:20 โดยน้ําหนัก สูตรที่ 3 หางแรดินขาว โดโลไมต และเศษอิฐดินเผา รอยละ 50:40:10 โดยน้ําหนัก และสูตรที่ 3 หางแรดินขาว โดโลไมต และเศษอิฐดินเผา รอยละ 50:50:0 โดยนํ้าหนัก (ตารางที่ 1) ซ่ึงวัตถุดิบทั้งสามผานการบดละเอียดดวยเครื่องบดละเอียด (Ball mill) เปนเวลา 24 ชั่วโมง
นํามาคัดขนาดผานตะแกรง 200 เมช หรือ 75 ไมครอน จากนั้นนําวัตถุดิบทั้งสามมาผสมคุลกกับปริมาณนํ้าที่เหมาะสม แลวหมักทิ้งไวเปนเวลา 15-30 นาที กอนนําไปข้ึนรูปอัดดวยเครื่องอัดไฮโดรลิกแรงอัด 100 บาร เปนแผนกระเบื้องขนาดไมนอยกวา 10x10x0.7 เซนติเมตร นํามาวางที่บรรยากาศถายเทเปนเวลา 24 ชั่วโมง กอนนําไปเผาในเตาเผาไฟฟาที่อุณหภูมิสูงสุด 1,300°C กําลัง 22 kW ของ Interkilns industry ดวยอัตราความรอน 5ºC/min จนถึงอุณหภูมิ 550°C แชไวนาน 30 นาที หลังจากนั้นใหอัตราความรอน 1ºC/นาที จนถึงอุณหภูมิ 960°C คงอุณหภูมิไว 30 นาที หลังจากนั้นใหอัตราความรอนเปน 2°C/นาที จนถึงอุณหภูมิสูงสุด (FT) แชไวนาน 60 นาที แลวจึงส้ินสุดอุณหภูมิเผา คํานวณอัตราการเย็นตัวลงเฉลี่ยประมาณ 13°C/นาที นํากระเบื้องที่ผานการเผามาวัดขนาดและชั่งนํ้าหนักอีกครั้ง เพื่อใชเปนขอมูลในการทดสอบสมบัติดานตางๆ
ก) ข)
ค) ง)
รูปที่ 1 วัตถุดิบที่ใชทํากระเบ้ืองมวลเบา ก) เศษอิฐดินเผา ข) ผงอิฐดินเผา ค) หางแรดินขาว และ ง) โดโลไมต
ตารางที่ 1 อัตราสวนผสมของกระเบื้องที่ทดลอง
นํ้าหนักสวนผสม (กรัม) อัตราสวนผสม หางแรดินขาว:โดโลไมต:เศษอิฐดินเผา
หางแรดินขาว
ผงโดโลไมต
เศษอิฐดินเผา
100:0:0 200 0 0 50:30:20 100 60 40 50:40:10 100 80 20 50:50:0 100 100 0
2.3 วิธีการทดสอบ วัดความไดฉาก (Squareness) ตามวิธีการ มอก. 614-2529 [1] ความหนาแนนรวมและการดูดซึมนํ้าของตัวอยางที่ชั่งกอนและหลังแชในนํ้ารอนเปนเวลา 2 ชม. และแชตอไปจนครบ 24 ชม. ตามวิธี มอก. 2398 เลมที่ 3-2551 [2] ซ่ึงเปนไปตามสมการตอไปน้ี 100x
WWWWd
dw −= (1)
เม่ือ W เปนการดูดซึมนํ้า (%) Ww เปนนํ้าหนักกระเบื้องหลังแชนํ้า
670
(กรัม) และ Wd เปนนํ้าหนักกระเบื้องกอนแชนํ้า (กรัม) สําหรับการเปลี่ยนแปลงขนาดหลังเผาเชิงปริมาตร (%) ของแผนกระเบ้ืองทดสอบคํานวณจากสมการตอไปน้ี 100
0
0 xV
VVSv−
= (2)
เม่ือ Sv เปนการเปลี่ยนแปลงขนาดหลังเผา (%) V0 เปนปริมาตรกอนเผา (ลบ.ซม), V เปนปริมาตรหลังเผา (ลบ.ซม) สวนความหนาแนนรวมคํานวณไดดังน้ี
VM
=ρ (3)
เม่ือ ρ เปนความหนาแนนรวม (กรัม/ลบ.ซม.) และ M เปนนํ้าหนักกระเบ้ืองหลังเผา (กรัม) สําหรับการทดสอบความแข็งกระดอน (micro hardness) กดทดสอบจํานวน 5 คร้ัง เฉลี่ยเปนคา 1 คา ตาม ASTM C805 ดวยเครื่อง Hardness tester รุน EQUOTIP จากคาเฉลี่ยของท้ัง 5 แผนกระเบ้ืองตัวอยางอัตราสวนเดียว มาเฉลี่ยอีกครั้งเปนคาตัวแทนของแผนกระเบ้ืองตัวอยาง 1 คา สําหรับความตานทานไฟฟาจําเพาะสามารถคํานวณไดจากสมการตอไปน้ี
ความตานทานไฟฟา = c
abR (4)
เม่ือ ความตานทานไฟฟาจําเพาะ (เมกะโอหม-ซม.) a เปนความกวางของกระเบื้อง (ซม.) b เปนความหนาของกระเบื้อง (ซม.) c เปนความยาวของกระเบื้อง (ซม.) และ R เปนความตานทานไฟฟา (เมกะโอหม) สวนการทดสอบกําลังดัดแบบสามจุดหรือโมดูลัสแตกราว ซ่ึงเปนไปตามมาตรฐาน มอก. 2398 เลม 4-2551 [3] ดวยเครื่อง Universal Hounsfield Test equipment รุน H 100KS ดวยความเร็วในการกด 1.8 มม./นาที อัตราความเครียด (strain rate) 10-3 วินาที-1 ซ่ึงสามารถคํานวณไดจากสมการดังน้ี
กําลังดัด = baLP s
2max
23 (5)
เม่ือ กําลังดัด มีหนวยเปน เมกะพาสคัล Pmax = แรงกดสูงสุด (นิวตัน) Ls = ระยะหางของแนวแกนที่หนุน (มิลลิเมตร) a = หนาเฉลี่ยตรงรอยแตกของกระเบื้อง (มิลลิเมตร) และ b = ความกวางหรือยาวของกระเบื้อง (มิลลิเมตร)
3. ผลการทดลองและวิเคราะหผล 3.1 ความไดฉากและความบิดเบี้ยวของกระเบื้อง
ผลการวัดความไดฉากของกระเบื้องเซรามิกหลังเผา พบวา กระเบ้ืองเซรามิกที่ทุกสวนผสมและทุกอุณหภูมิยังคงความไดฉาก และไมพบการบิดเบ้ียวของกระเบ้ือง (รูปที่ 2) แตอาจพบรอยปริแตกเล็กนอยบริเวณขอบแผนกระเบ้ืองทดสอบ แตก็ยังอยูในเกณฑมาตรฐาน มอก. 37-2529 [5] 3.2 ความหนาแนนรวม
กระเบ้ืองเซรามิกสูตรหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา เผาที่อุณหภูมิ 1,050 1,070 และ 1,090°C ซ่ึงมีความหนาแนนเฉลี่ยอยูในชวง 1.26-1.81 กรัม/ลบ.ซม. (รูปที่ 3) สวนกระเบ้ืองดิบน้ันเม่ือเติมโดโลไมตคาความหนาแนนเพิ่มข้ึน เน่ืองจากความถวงจําเพาะของโดโลไมต (2.80) สูงกวาของหางแร
ก) ข)
ค)
รูปที่ 2 ลักษณะของกระเบื้องเซรามิกที่ทดสอบครั้งน้ี
1.0
1.5
2.0
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที่ (%)
ความ
หนาแนน
รวม
(ก./ลบซ
ม.)
อุณหภมูิ 1050C อุณหภมูิ 1070C
อุณหภมูิ 1090C กระเบ้ืองดิบ
รูปที่ 3 ความหนาแนนรวมของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา ดินขาว (2.68) ดังน้ันจึงทําใหความหนาแนนเพิ่มข้ึน (รูปที่ 3) ซ่ึงกระเบื้องผสมหางแรดินขาวลวน (ไมเติมโดโลไมต) ที่อุณหภูมิ1070°C มีความหนาแนนรวมสูงสุด และเม่ือเติมปริมาณโดโลไมต30 40 และ 50% ที่อุณหภูมิเผา 1,050°C 1,070°C และ 1,090°Cความหนาแนนรวมเฉลี่ยลดลงเม่ือเทียบกับกระเบ้ืองไมเติมโดโลไมตอยูในชวง 13.02-24.85%, 19.34-30.39% และ 0.67-13.33% ตามลําดับ จึงพบวาการผสมปริมาณโดโลไมตเพิ่มข้ึนทําใหความหนาแนนรวมลดลง (รูปที่ 3) 3.3 การเปลี่ยนแปลงขนาดหลังเผา
พบวาเม่ือไมเติมโดโลไมตกระเบ้ืองมีการเปลี่ยนแปลงหลังเผาแบบหดตัวเพิ่มมากข้ึนตามอุณหภูมิเผาที่สูงข้ึน (รูปที่ 4) ซ่ึงเม่ือเติมโดโลไมต 30 40 และ 50% พบวามีการหดตัวลดลงเม่ือเทียบกับกระเบ้ืองไมเติมโดโลไมตในชวง 13.45-16.04%, 12.78-21.98% และ 17.91-21.52% ที่อุณหภูมิ 1,050°C 1,070°C และ 1,090°C ตามลําดับ สังเกตไดวาที่ทุกอุณหภูมิ กระเบ้ืองเติมโดโลไมต 50% มีการขยายตัวเพิ่มข้ึน สวนที่ 40% ไมคอยปรากฏการหดตัวหรือขยายตัว และขณะที่กระเบ้ืองดังกลาวเติม 30% มีการหดตัวลดลง 3.4 น้ําหนักสูญหายหลังเผา
พบวาน้ําหนักที่สูญหายหลังเผาของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา เฉลี่ยน้ันอยูในชวง
671
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที ่(%)
การเปลี่
ยนแป
ลงขน
าดหล
ังเผา
(%)
อุณหภมูิ 1050C
อุณหภมูิ 1070C
อุณหภมูิ 1090C
รูปที่ 4 การเปลี่ยนแปลงขนาดของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแร
ดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา 9.78-34.45% โดยที่ปริมาณโดโลไมต 50% พบวามีการสูญเสียนํ้าหนักมากที่สุด เน่ืองจากโดโลไมตน้ันมีคารบอเนตอยูเม่ือนําไปเผาแตกตัวสลายเปนกาซ CO2 ทําใหนํ้าหนักของกระเบื้องลดลง โดยที่อุณหภูมิ 1,070°C น้ันมีการสูญเสียนํ้ามากที่สุด (รูปที่ 5) ซ่ึงมีความสอดคลองกับคาความหนาแนนรวม และยังพบวาเม่ือเติมโดโลไมตปริมาณ 30 40 และ 50% เผาที่อุณหภูมิ 1,050°C 1,070°C และ 1,090°C นํ้าหนักสูญหายหลังเผาเฉลี่ยเพิ่มข้ึนอยูในชวง 7.24-21.39% 14.51-24.67% และ 8.21-17.35% เม่ือเทียบกับแผนควบคุม (ไมเติมโดโลไมต) 3.5 การดูดซึมน้ํา
กระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา พบวามีคาการดูดซึมนํ้าเฉลี่ยอยูอยูในชวง 15.43-43.52% และจะเห็นไดวาที่ปริมาณโดโลไมตเพิ่มมากขึ้นทําใหคาการดูดซึมนํ้าเพิ่มมากข้ึน (รูปที่ 6) ซ่ึงสังเกตวาปริมาณโดโลไมต 40 และ 50% ทุกอุณหภูมิสงผลกระทบตอคาการดูดซึมนํ้า โดยที่อุณหภูมิ 1,090°C มีคาการดูดซึมนํ้าสูงสุด และที่อุณหภูมิ 1,050°C มีคาการดูดซึมนํ้าต่ําสุด เน่ืองจากปริมาณโดโลไมตเพิ่มมากขึ้นน้ันไดกอใหเกิดรูพรุนเพิ่มมากข้ึน จากการสลายบางสวนเปนกาซคารบอนไดออกไซดออกไป จึงทําใหเน้ือเกิดรูพรุนมากขึ้น สวนที่ไมเติมโดโลไมตและเติม 30% พบวาอุณหภูมิน้ันไมมีอิทธิพลตอคาการดูดซึมนํ้ามากนัก และเม่ือเปรียบเทียบกับแผนที่ไมเติมโดโลไมตพบวาการเติมโดโลไมตปริมาณ 30 40 และ 50% ที่อุณหภูมิ 1,050°C 1,070°C และ 1,090°C ผลใหการดูดซึมนํ้าเฉลี่ยเพิ่มข้ึนอยูในชวง 11.58-22.97% 14.71-25.88% และ 12.41-28.09% ตามลําดับ ซ่ึงไมอยูในเกณฑสําหรับกระเบื้องทุกชนิดของ มอก แมวา มอก. 158-2518 [5] ที่กําหนดคาสูงแลวก็ตาม (13.5%) 3.6 ความแข็งกระดอน
กระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา พบวาคาความแข็งกระดอนเฉลี่ยน้ันอยู ในชวง 181.00-538.33 สังเกตไดวากระเบ้ืองที่ไมเติมโดโลไมตน้ันมีคาความแข็งกระดอนสูงสุด และเม่ือเติมปริมาณโดโลไมต 30 40 และ 50% พบวามีคาความแข็งกระดอนลดลงตามลําดับ (รูปที่ 7) ซ่ึงสอดคลองกับคาความหนาแนนไปในทิศทางเดียวกัน
5
15
25
35
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที ่(%)
น้ําหน
ักสญูหา
ยหลังเผา
(%)
อุณหภูมิ 1050C
อุณหภูมิ 1070C
อุณหภูมิ 1090C
รูปที่ 5 นํ้าหนักสูญหายหลังเผาของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแร
ดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา
101520253035404550
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที่ (%)
การดูดซึ
มน้ํา (
%)
อุณหภูมิ 1050C
อุณหภูมิ 1070C
อุณหภูมิ 1090C
มอก. 158-2518
รูปที่ 6 การดูดซึมนํ้าของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว
โดโลไมตและเศษผงอิฐดินเผา
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนท่ี (%)
ความ
แข็งกระดอ
น
อุณหภูมิ 1050C
อุณหภูมิ 1070C
อุณหภูมิ 1090C
รูปที่ 7 ความแข็งกระดอนของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา 3.7 ความตานทานไฟฟาจําเพาะ
คาความตานทานไฟฟาจําเพาะเฉลี่ยอยูในชวง 5.69-67.64 เมกะโอหม-เซนติเมตร ซ่ึงเห็นไดวากระเบ้ืองไมเติมโดโลไมต มีคาความตานไฟฟาต่ําสุด และที่เติมโดโลไมต 30% อุณหภูมิ 1,050°C มีคาความตานไฟฟาสูงสุด (67.64 เมกะโอหม-เซนติเมตร) (รูปที่ 8) เน่ืองจากในผงเศษอิฐดินเผาผสม 30% มีซิลิกาและอะลูมินามาก จึงสงผลใหมีคาความตานทานไฟฟาสูงข้ึน ในขณะที่โดโลไมตเพิ่มข้ึนเปน 40 และ 50% ทําใหคาความตานทานไฟฟาลดลงตามลําดับ ทํานองเดียวกับอุณหภูมิเผาเพิ่มข้ึนจาก 1,050 ถึง 1,090°C ทําใหมีคาความตานทานไฟฟาลดลงตามลําดับเชนกัน
672
0
20
40
60
80
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที ่(%)
ความตานท
านไฟ
ฟาจําเพาะ
(เมกะโอหม
-ซม.
)อุณหภมูิ 1050C
อุณหภมูิ 1070C
อุณหภมูิ 1090C
รูปที่ 8 ความตานทานไฟฟาจําเพาะของกระเบื้องเซรามิกทําจาก
หางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา 3.8 กําลังดัด กระเบ้ืองเซรามิกทําจากหางแรดินขาว โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา พบวาคากําลังดัดเฉลี่ยอยูในชวง 1.01-6.41 เมกะพาสคัล โดยที่กระเบ้ืองไมเติมโดโลไมต ที่อุณหภูมิ 1,070ºC มีกําลังดัดสูงสุด ที่เติมปริมาณโดโลไมต พบวาที่ปริมาณโดโลไมต 30% อุณหภูมิ 1,090ºC มีกําลังดัดสูงสุด (4.47 เมกะพาสคัล) และเม่ือเปรียบเทียบกับเกณฑกระเบ้ืองดินเผาไมต่ํากวา 7 เมกะพาสคัล (รูปที่ 9) โดโลไมตที่เติมลงไปน้ันมีอิทธิพลอยางมากตอกําลังดัด
012345678
0 10 20 30 40 50
ปริมาณโดโลไมตแทนที่ (%)
กาํลังดดั
(เมก
ะพาสคัล
)
อุณหภมูิ 1050C อุณหภูมิ 1070C อุณหภมูิ 1090C
มอก. 158-2518
รูปที่ 9 กําลังดัดของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว โดโล
ไมต และเศษผงอิฐดินเผา 3.9 การวิเคราะหแรของกระเบื้องทดสอบ กระเบ้ืองที่ผานการทดสอบกําลังดัด โดยคัดเลือกแผนกระเบื้องที่ไดใหคากําลังดัดสูงสุด (โดโลไมต 30% เผาที่อุณหภูมิ 1,050 1,070 และ 1,090ºC) ไดนํามาตรวจวิเคราะหแรประกอบข้ึนของกระเบ้ืองน้ัน (XRD) ซ่ึงผลจากการวิเคราะหดวยวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ (รูปที่ 9) พบวากระเบื้องที่สูตรดังกลาวทั้งสามอุณหภูมิไดกอใหเกิดวัฎภาคแรใหมข้ึนคือ แรอะนอรไทตและมุลไลต ซ่ึงแรทั้งสองชวยเสริมใหกระเบ้ืองมีความกระชับแข็งแกรงข้ึน (ตารางที่ 2) ซ่ึงตางจากดินเหนียวมีแคลไซตหรือโดโลไมตมากเมื่อเผาที่ 300°-1100°C แลวเปลี่ยนวัฎภาคไดเปนแรชนิดอื่น [6] 3.10 โครงสรางจลุภาคของกระเบือ้งทดลอง เพื่อใหเขาใจถึงองคประกอบและลักษณะทางโครงสรางทั้งในระดับมหาภาค (Macro) และในระดับจุลภาค (Micro) ของกระเบ้ือง
ตารางที่ 2 ผลการวิเคราะหแรโดยประมาณของกระเบื้องทดลอง ชนิดแร
อุณหภูมิเผา ควอตซ
(%) อะนอรไทต (%)
มุลไลต (%)
ไมทราบชนิด (%)
1,050ºC 36.39 32.75 16.10 14.76 1,070ºC 36.38 39.62 13.63 10.37 1,090ºC 28.02 42.85 17.87 11.26
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
5 15 25 35 45 55 65 75 85
Position 2Theta
Coun
t
1090oC
1070oC
1050oC
Q Q = ควอตซ A = อะนอรไทต M = มูลไลต
Q
A
Q
Q
Q
Q A
A
A
A A,M
A,M
A,M
A
M
M
M
A,MM A
A
A
AQ
Q
Q,Q,A,M Q
A
Q,A,M Q
Q
QQ,A
Q,A
Q,AM
A,M
A
A A
M A,M Q, Q,A,MA,M
A,M Q, AA,M
รูปที่ 10 แรประกอบของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดินขาว
โดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา ที่เผาที่อุณหภูมิตางกัน แตละสูตรมีอิทธิพลโดยตรงตอสมบัติและสมรรถนะของกระเบื้องน้ันๆ ดังน้ันจึงกระเบ้ืองตัวอยางชุดเดียวกับตรวจแรประกอบ นํามาตรวจโครงสรางจุลภาคดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสงกราด (SEM) พบวาในเนื้อกระเบ้ืองน้ันมีรูพรุนจํานวนมาก (V) ซ่ึงขนาดเสนผานศูนยกลางเฉลี่ยของรูพรุนคือ 6.5 ไมครอน (รูปที่ 11 ก) เน่ืองจากองคประกอบทางเคมีของโดโลไมตน้ันมีคารบอเนต เม่ือนําไปเผาแตกตัวสลายเปนกาซคารบอนไดออกไซน (CO2) กอใหเกิดรูพรุนในเนื้อกระเบื้อง ทําใหกระเบื้องมีความหนาแนนรวมนอยลง แตการดูดซึมนํ้าเพิ่มข้ึน และยังเกิดวัฎภาคแรอะนอรไทต (A) ซ่ึงมีลักษณะเปนแผนขอบมนและมุลไลต (M) ซ่ึงมีลักษณะเปนกอนแบนทรงมน (รูปที่ 11 ข และ ค)
4. สรุป ผลการศึกษาสมบัติของกระเบื้องเซรามิกทําจากหางแรดิน
ขาว โดโลไมต และเศษอิฐดินเผา สามารถสรุปไดวา ความหนาแนนเฉลี่ยสูงสุด 1.49 กรัม/ลบ.ซม. การดูดซึมนํ้าเฉลี่ยต่ําสุดที่ 27.84% และกําลังดัดเฉลี่ยสูงสุด 4.47 เมกะพาสคัล ซ่ึงสมบัติของกระเบ้ืองทดสอบครั้งน้ีไมอยูในเกณฑกระเบ้ือง มอก. ชนิดตางๆ ผลวิเคราะหแรที่เกิดข้ึนในกระเบ้ืองที่มีปริมาณโดโลไมต 30% ที่อุณหภูมิ 1,050 1,070 และ 1,090ºC พบวามีแรเกิดข้ึนใหมคือแร อะนอรไทตและมุลไลต ชวยเสริมทําใหกระเบ้ืองมีความแข็ง ผลการวิเคราะหโครงสรางจุลภาคของกระเบื้องที่มีปริมาณโดโลไมต 30% ที่อุณหภูมิ 1,090ºC น้ันมีรูพรุนเกิดข้ึนจํานวนมาก อันชวยใหกระเบ้ืองมีนํ้าหนักเบาข้ึน และมีการดูดซึมนํ้าเพิ่มมากข้ึน สมบัติทางกายภาพและทางกลของกระเบื้องไดนําเสนอไวในบทความนี้แสดงถึงมีศักยภาพมากที่เปนกระเบื้องอาคารมวลเบาราคาถูก ซ่ึงอาจชวยใหประหยัดอยางมีนัยสําคัญไมแคเพียง
673
ก)
ข)
ค) รูปที่ 11 ภาพถายจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราดของกระเบื้อง
เซรามิกจากหางแรดินขาวโดโลไมต และเศษผงอิฐดินเผา ที่กําลังขยาย ก) 1,200 เทา ข) 3,000 เทา และ ค) 6,000 เทา
แรงงานและการขนสง แตยังไปชวยลดการใชวัสดุยึดประสานและการเสริมเหล็กในการกอสรางอาคารอีกดวย นอกจากนี้ มีองคประกอบสวนผสมในทํานองเดียวกับสวนผสมของ Toya et al. [7] ซ่ึงสามารถพัฒนาเปนเซรามิกแกวได
กิตติกรรมประกาศ
คณะผูวิจัยขอขอบคุณหนวยวิจัยธรณีเทคนิคและวัสดุกอสรางนวัตกรรม ภาควิชาวิศวกรรมเหมืองแรและวัสดุ ที่ไดใหการสนับสนุนเปนอยางดี นอกจากนี้ก็ขอขอบคุณบริษัทมินเนอรัลรีซอรสเซส ดีเวลลอปเมนท จํากัด บริษัทเหมืองแรโชคพนาโดโลไมต จํากัด และโรงงานทําอิฐบุญเจริญ อําเภอหาดใหญ ที่ไดสนับสนุนวัตถุดิบในการวิจัยครั้งน้ี
เอกสารอางอิง [1] มาตรฐานเลขที่ มอก. 614–2529 มาตรฐาน
ผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องดินเผาบุผนังภายนอก [2] มาตรฐานเลขที่ มอก 2398 เลมที่ 3-2551 วิธีหาคาการดูดซึม
นํ้า ความพรุน ความหนาแนนสัมพัทธ และความหนาแนนรวม มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องเซรามิก เลมที่ 3
[3] มาตรฐานเลขที่ มอก. 2398 เลมที่ 4-2551 วิธีหาคามอดุลัสแ ต ก ร า ว แ ล ะ ค ว า ม ต า น แ ร ง ก ด แ ต ก ม า ต ร ฐ า นผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องเซรามิก เลมที่ 3
[4] มาตรฐานเลขที่ มอก. 2398 เลมที่ 13-2551 วิธีหาคาความตานทานสารเคมี มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรมกระเบื้องเซรามิก เลมที่ 3
[5] มาตรฐานเลขที่ มอก. 158 – 2518 มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสา หกรรมกระเบื้องดินเผามุงหลังคา
[6] Trindade, M.J., Dias, M.I, Corolado, J. and Rocha, F. 2009. Mineralogical Transformations of Calcareous Rich Clays with Firing; A Comparative Study Between Calcite and Dolomite Rich Clay from Algarve, Portugal, Applied Clay Science, 42(3-4): 345-355.
[7] Toya, T., Tamura, Y., Kameshiima, Y. and Okada, K. 2004. Preparation and Properties of CaO-MgO-Al2O3-SiO2 Glass Ceramics from Kaolin Clay Refining Waste (Kira) and Dolomite, Ceramics International, 30(1): 983-989.
V
M
A
A V
Q
A
674
