เอกสารประกอบการสอนวชา วสดและวธ

การกอสราง(3108-0005)

สปดาหท 3หนวยท 2เวลา 2 คาบ

ชอบทเรยน 2.1 โลหะ 2.1.1 สงกะส 2.1.2 ทองแดง 2.1.3 ตะกว 2.1.4 ดบก 2.1.5 อะลมเนยม 2.1.6 บรอนด 2.1.7 ทองแดง 2.1.8 โครงสรางโลหะ

จดประสงคการสอน 2.1 มความรเรองโลหะ 2.1.1 อธบายเกยวกบสงกะส 2.1.2 อธบายเกยวกบทองแดงได 2.1.3 อธบายเกยวกบตะกวได 2.1.4 อธบายเกยวกบดบกได 2.1.5 อธบายเกยวกบอะลมเนยมได 2.1.6 อธบายเกยวกบบรอนดได 2.1.7 อธบายเกยวกบทองแดงได 2.1.8 อธบายเกยวกบโครงสรางโลหะ

19

ได

เอกสารประกอบการสอนครงท 1 เลขหนา 1/ 7

เนอหา 2.1 โลหะ วสดประเภทโลหะ (Metals) คอวสดทไดจากการถลงสนแรตาง ๆ อนไดแก เหลก ทองแดงอลมเนยม นเกล ดบก สงกะส ทองคำา ตะกว เปนตน โลหะเมอถลงไดจากสนแรในตอนแรกนน สวนใหญจะเปนโลหะเนอคอนขางบรสทธ โลหะเหลานมกจะมเนอออนไมแขงแรงเพยงพอทจะน ำามาใชในงานอตสาหกรรมโดยตรง สวนมากจะนำาไปปรบปรงคณสมบตกอนการใชงาน

 คณสมบตของวสดประเภทโลหะทตองการในงานอตสาหกรรม1. เปนตวนำาความรอนไดด2. เปนตวนำาไฟฟาทด3. มความคงทนถาวรตามสภาพ4. ไมเสอมสลายหรอเปลยนแปลงสถานะภาพงาย5. เปนของแขงทอณหภมปกต ยกเวนโลหะปรอท6. มความแขงและความเหนยวสง ยกเวนโลหะปรอท7. ผวมนขาว8. มการขยายตวทอณหภมสง

20

ประเภทวสดโลหะ วสดโลหะแบงออกไดเปน 2 ประเภท คอวสดโลหะประเภทเหลก (Ferous Metals) หมายถง โลหะทมพน

ฐานเปนเหลกประกอบอย ไดแก เหลกเหนยว เหลกหลอ เหลกกลา ฯลฯ เปนวสดโลหะทใชกนมากทสดในวงการอตสาหกรรม เนองจากเปนวสดทมความแขงแรงสง สามารถปรบปรงคณภาพและเปลยนแปลงรปทรงไดหลายวธ เชน การหลอ การกลง การอดรดขนรป เปนตน

วสดโลหะประเภทไมใชเหลก (Non-Ferous Metals) หมายถง โลหะทไมมสวนเกยวของกบเหลกเลยในขณะทเปนโลหะบรสทธ ไดแก ดบก อลมเนยม สงกะส ตะกว ทองแดง ทองคำา เงน ทองคำาขาว แมกนเซยม พลวง เปนตน วสดโลหะประเภททไมใชเหลกน บางชนดราคาสงกวาเหลกมาก จงตองกำาหนดใชกบงานทางอตสาหกรรมบางประเภททเหมาะสมเทานน เชน ทองแดงใชกบงานไฟฟา ดบกใชกบงานทตองการทนตอการกดกรอนเปนสนม อลมเนยมใชกบงานทตองการนำาหนกเบา เปนตน

ความสำาคญของเหลก                แรโลหะเปนสงทเกดในธรรมชาตนบลานป แตมนษยทเพงรจกแยกโลหะจากแรเพอนำามาใชประโยชนเมอไมนานมานเอง เพราะจากการสำารวจของนกโบราณคด ไดพบสงของเครองใชภายในพระมดทำาดวยทองคำา เงน ทองแดง และบรอนซ มนษยในสมยนนยงไมรจกเหลก เพราะเตาถลงแรสมยนนใชสำาหรบหลอมทองแดง และทองคำา ซงไมรอนพอทจะใชหลอมเหลกใหละลายได มนษยเพงคนพบวธการหลอมละลายเหลกไดราย 2,000 B.C.2 ปจจบนมนษยไดนำาเอาเหลกมาใชประโยชนในกจการตาง ๆ อยางมากมาย และรจกวธการผลตเหลกชนดตาง ๆ เพอใหเหมาะสมแกการนำาไปใชงานเหลกทผลตนนถลงจากสนแรทงสน และนำาไปผานกระบวนการผลต (Manufacturing

21

Process) จนจำาไปผลตเปนเครองมอ อปกรณและสงอำานวยความสะดวกอน ๆ ทเกดประโยชนตอไป                เหลกเปนวสดอกอยางทสำาคญทสดเพราะถอวาเปนวสดพนฐานของอตสาหกรรมทงหลายเพราะเรานำาเหลกนำามาใชงานทงทางตรง เชน ยานพาหนะ หรอเคร องใชตาง ๆ ทสรางขนจากเหลกและนำามาใชงานทางออม เชน อาหาร สงทอ หรอสงพมพ ซงผลตซงจากเคร องจกรทสรางขนจากเหลกแรเหลกทพบในธรรมชาตเกดเปนสารประกอบของเหลกกบธาตอนๆ ผสมปนกนอยในดนและหนแรเหลกทไดจากการทำาเหมองแรนน จะตองนำามาผานกระบวนการในการถลงเพอทำาใหบรสทธขนเพอนำาไปใชงานตอไป

     สนแรเหลกทพบ แบงได 5 ชนด คอ            1.  สนแรแมกนไตท (Magnetite)                                        มปรมาณเหลก  45-70%            2. สนแรเรดเฮมาไตท (Red Haematite)                    มปรมาณเหลก 40-65%            3. สนแรบราวดเฮมาไตท (Brown Haematite)      มปรมาณเหลก 40-60%            4. สนแรซเดอรไรต (Siderite)                              มปรมาณเหลก 25-40%            5. สนแรไพไรต (Iron Pyrite)                              มปรมาณเหลก 60-65%

2.1.1 สงกะสสงกะสเปนวสดทใชประโยชนในการกอสรางและงานอน ๆ ในครว

เรอนอกเปนอนมาก สวนมากนำามาใชเคลอบวสดอน เชน เหลกเพอกนมให

22

เหลกเกดสนม ใชเคลอบทอนำาประปา ใชเคลอบแผนเหลกมงหลงคา เปนตน ทใชในสวนอน ๆ กม เชน ทำาอปกรณถานไฟฉาย ทำาอะไหลรถยนต ฯลฯ ประเทศไทยเคยสงสะกะสมาจากตางประเทศเพอใชในกจการตางๆ ถงปละประมาณ 35,000 ตน

โรงงานสงกะสในประเทศไทยทใหญทสดอยทตำาบลแมดาว อำาเภอแมสอด จงหวดตาก ชอบรษทผาแดงอนดสทรจำากด ซงไดดำาเนนกจการมาตงแตป พ.ศ. 2527 ปจจบน (พ.ศ. 2530) มกำาลงผลตปละประมาณ 60,000 เมตรรกตนตอป

การผลต การผลตสงกะสทโรงงานแหงนใชกรรมวธแยกแรดวยไฟฟา แบงเปน 4 ขนตอนดวยกน

1. บดแรซงมาจากเหมองโดยเครองบดเปยก จนละเอยดเปนผงกอนทจะสงไปยงโรงสกดแร

2. เนองจากแรทขดมาไดนนมแรอนเจอปนอยดวย จงตองสกดออกโดยการใชกรดกำามะถนซงจะทำาหนาทละลายโลหะสวนใหญออก สวนทเหลอจะตกตะกอน ตอจากนนจงทำาใหตะกอนเปนกลางโดยเตมหนปนและปนขาว แลวจงนำาสารทไดจากการละลายไปกรองใหบรสทธ

3. สงสารละลายทบรษทเขาโรงแยกดวยไฟฟา สงกะสทปนอยในสารละลายจะไปเกาะทขวลบซงเปนแผนอะลมเนยมขนาดใหญ แลวจงนำาเอาแผนอะลมเนยมทมสงกะสเกาะเตมแลวไปกะเทาะเอาสงกะสออก

4. สงสงกะสทไดไปยงเตาหลอมใหออกมาเปนแทงในเบาหลอม แลวสงเขาโรงเกบเพอจำาหนายตอไป

2.1.2 ทองแดงทองแดง (copper) เปนแรบรสทธทพบในธรรมชาตและพบอยใน

ธาตตาง ๆ เชนในซลไฟด (sulphide) คณสมบตทดของทองแดงกคอเปนตวนำาของไฟฟาไดด และเปนวสดททนการผกรอนไดด คณสมบตทสามารถดงใหเปนสนไดเพยงใดนนขนอยกบวธทำาและความรอนทใช ถาเผาทองแดงใหรอนจดจนแดงแลวปลอยใหเยนชา ๆ มกจะเปราะ แตถาใหเยน

23

ลงโดยเรวจะสามารถดงเปนเสนได หรอแผเปนแผนไดด ทองแดงอาจหลอหรอเชอม และอาจรดเปนเสนได เมอรอนหรอเยน ทองแดงสวนใหญใชเกยวกบเรองไฟฟา เชน ใชเปนสายไฟฟา ใชประกอบ เครองไฟฟา ทใชในการกอสรางกมทำาทอซงใชสงนำารอน วสดมงหลงคา เมอทองแดงถกดนฟาอากาศภายนอกเมอใชเปนวสดมงหลงคา จะเกดเบสกคารบอเนต (basic carbonate) สเขยว ๆ บาง ๆ เกดขนจบอยทผว สงนปองกนทองแดงใหคงทนไดเปนอยางด จดละลายหลอมตวของทองแดงประมาณ 1,083 องศาเซลเซยส

การถลงทองแดง ดงไดกลาวแลวาทองแดงมกจะพบในซลไฟด กรรมวธทจะแยกทองแดงออกจากซลไฟดหรอเรยกวาวธถลงนนมดงน

1. วธคดเอาหวแร (Concentrating) ทำาโดยการเอาแรมาบด แลวใหผานเครองบดแร (stamp mill) แลวผานเครองเจาะ ซงแรจะสนสะเทอน เพอใหสวนทหนกซงมทองแดงผสมอยตกลงไปกองอยทสวนลาง และวสดเบาทอยขางบนจะถกกำาจดทงไปโดยใชนำา สวนทเหลอเปนสวนหนงซงมทองแดงปนอยมาก

2. วธยาง (roasting) ทำาโดยการยางซลไฟดใหเกดการออกซไดซในบรรยากาศ (oxidizing atmosphere) จะทำาใหบางสวนของไอออนซลไฟดลกไหมแยกออกมาจากซลไฟด แตอณหภมทใชเผาไมสงพอทจะละลายทองแดงได แรทนำามาเผานสวนใหญประกอบดวย คอปเปอรซลไฟด ไอออนออกไซด และกากซลกา (siliceous gangue)

3. วธถลงในเบา (smelling) ทำาโดยหลอมในเตาหลอมแบบเปาโดยใชถานโคกเปนเชอเพลง คอปเปอรซลไฟดและไอออนซลไฟดจะตกลงไปทสวนลาง ทำาใหเกดเศษโลหะทไมบรสทธ (matte) และตะกรน ซงมกากแร และไอออนออกไซดทสวนบนซงตกเอาออก 2.1.3 ตะกว

ตะกว (lead) เปนแรทนำามาใชในการกอสรางเพราะมคณสมบตทดบางประการ เชน ทนทานตอการผกรอน สามารถตรดเปนแผนได สามารถหลอไดดวยอณหภมตำาเพราะมจดละลายเพยง 327.4 องศาเซลเซยส

24

เทานน ใชทำาแผนมงหลงคา ใชเปนถาดรองนำาใตอางนำา ใชเปนทอนำาในงานสขภณฑ เชน ทำาของอหรอคอหานทดกกลน ใชทำาตะกวบดกร นอกจากใชในงานกอสรางแลวยงใชในการผลตแบตเตอร และสงอน ๆ อกมากชนด แรทสำาคญทมอยในตะกว คอ กาลนา (galena) ซงเปนซลไฟดผสมกบกากแรการถลงตะกว วธถลงตะกวทำาเปนขน ๆ ดงตอไปน

1. โดยการยาง โดยใสผงแรตะกวเขาไปในเตาหลอมทเรยกวาแบบหลงคาโคง (revereratory) ซงจะหลอมอณหภมตำาในบรรยากาศการออกซไดซ สวนของกำามะถนในซลไฟด จะออกซไดซทำาใหเกดตะกวออกไซดและกาซซลเฟอรไดออกไซด และทำาใหมตะกวซลเฟลบางสวนเกดขน

2. ถลงตะกวออกไซด ตะกวซลเฟต และตะกวซลไฟดทเหลอลงในเตาหลอมแบบลมเปาโดยปนหนปน ถานโคก และวสดอนบางชนดลงไปเพอใหเกดตะกวและซลเฟอรออกไซด

ขนตอไปคอเอาตะกวทละลายออกมาจากเตาหลอมเปนแทงตามความตองการ

2.1.4 ดบกดบก (Tin) สามารถตแผเปนแผนได และสามารถรดเปนแผนบาง ๆ

ได ซงเรยกวา tinfoil ดบกทนตอการผกรอนไดด ใชในการชบหรอเคลอบเหลกเพอกนสนม ใชเปนวสดมงหลงคา

การถลงดบก แรสำาคญทใชในการถลงดบกกคอ Black oxide (SnO2) ซงเรยกกนวา แคสซเทอไรต (cassiterite) หรอ tin stone กรรมวธในการถลงมดงน

1. คดเอาหวแร โดยบดและลางเอาวสดทเบาออก2. เอาแรยางในเตาหลอมแบบหลงคาโคงเพอจะออกซไดซ กำามะถน

และสารหนซงมอยออก สวนออกซไดซนจะออกมาเปนกาซ3. นำามาถลงในเตาแบบลมเปา ออกซเจนของดบกออกไซดจะผสม

กบคารบอนทำาใหเกดเปนคารบอนไดออกไซด นำาคารบอนเขาไปผสมกบแร

25

โดยตรงในเตาเผา หรอออกซเจนซงผสมกบคารบอนมอนอกไซดซงไดมาจากสวนหนงของถานหนทเผาไหมจะใชเปนแหลงทใหความรอน ดบกทละลายแลวจะรวมตวกนตกออกมาได ดบกตอนนจะยงมทองแดง เหลก สารหน กำามะถน และวสดอนปนอย ซงเรยกวาดบกดบ (Crude tin)

4. ทำาดบกใหบรสทธ (refining) โดยการทำาใหละลายคอ เอาดบกดบใสลงในเตาหลอมแบบหลงคาโคง ขณะทเตารอนขน ดบกจะเรมละลายสวนทสกปรกจะถกแยกออก ดบกจะคอย ๆ บรสทธขน สวนสารอน ๆ จะลอยขนมาเปนฝาทสวนบน แลวจงจดการเขยทง บางสวนหนกไมลอยจะจมลงไปขางลาง ดวยเหตน ตะกวทมาจากสวนบนของเตาหลอมจะบรสทธกวาสวนลาง จดหลอมละลายของดบกประมาณ 231.9 องศาเซลเซยส

2.1.5 อะลมเนยมอะลมเนยม (aluminum) มความตานทานไฟฟาตำา ทำาใหใชเปน

สายสงไฟฟาและเครองไฟฟาอน ๆ เปนตวนำาความรอนทด และไมผกรอนงาย ๆ จงใชในการทำาเครองครวมาก เชน หมอตมนำา ถาด กระทะ ทใชในการกอสรางอนคอสวนทเปนวสดมงหลงคา เปนแผนบาง ๆ เรยบสำาหรบกรในททไมตองการใหเปนสนม นำาหนกของอะลมเนยมมเพยง 1/3 ของเหลกเทานน อะลมเนยมสามารถตแผเปนแผนได ดงออกเปนเสนได รดออกเปนลกษณะโครงสรางได ปจจบนทใชในการกอสรางมากไดแก การทำากรอบบานประตหนาตางกระจก ทำาวงกบ ทำากรอบบานมงลวด ถกเปน มงลวด จดหลอมละลายของอะลมเนยมประมาณ 658 องศาเซลเซยส

วธถลงอะลมเนยม อะลมเนยมเกดอยางสมบรณตามธรรมชาตปนอยกบออกซเจน โซเดยมฟลโอรน และซลคอน ตนตอของอะลมเนยมคอแรบอกไซดซงเปนไฮเดรตออกไซดของอะลมเนยมและเหลกกบซลคอน อะลมเนยมปรากฏในลกษณะอะลมเนยมออกไซด (oxide alumina หรอ Al2O3) ซงเปนสวนใหญของสารในดนเหนยว แตในทางอตสาหกรรมไมเคยผลตอะลมเนยมจากดนเหนยว

วธถลงอะลมเนยมจากแรบอกไซดมดงน1. ยางแรบอกไซดเพอไลนำาออก

26

2.บดแรออกไซดทไดจากการยาง แลวผสมกบสวนผสมของโซเดยมไฮเดรตภายใตความรอนและความกดดน ทำาใหเกดโซเดยมอะลมเนตขน

3.ทำาใหตกตะกอน โดยทำาสวนผสมของโซเดยมอะลมเนตใหรอน ผสมกบอะลมเนยม ไฮดรอกไซด หรอคารบอนไดออกไซด

4. แยกอะลมเนยมไฮดรอกไซดโดยการกรอง และใหละลายโดยความรอน

5. ส ก ด อ ะ ล ม น ม จ า ก อ ะ ล ม น า โ ด ย ก ร ร ม ว ธ electrolytic decomposition of aluminum ใ น ค ร โ อ ไ ล ต (cryolite) ท หลอมละลายซงเปนฟลโอไรดของอะลมนาและโซเดยม 2.1.6 บรอนซ

บรอนซ (Bronze) เปนโลหะทใชในการทำาเครองใชตาง ๆ เปนสวนประกอบของเครองใชไฟฟาอปกรณรถยนต เครองอปกรณทางเคม อปกรณประตหนาตาง เชน กญแจ ลกบด บานพบบรอนซเปนโลหะผสมระหวางทองแดงกบดบก ซงมทองแดงประมาณ 95 เปอรเซนต และดบก 5 เปอรเซนต หรอบางครงทองแดง 75 เปอรเซนต และดบก 25 เปอรเซนต สดสวนของเปอรเซนตนอาจเปลยนแปลงอยในระหวางตวเลขดงกลาวขางตน สาเหตทผสมดบกลงไปกเพอเพมความแขงของทองแดงใหมากขน

บรอนซชนด Gun metal มทองแดง 90 เปอรเซนต และมดบก 10 เปอรเซนต โลหะชนดน ทแขงทสดในจำาพวกบรอนซจะมทองแดง 80 เปอรเซนต มดบก 20 เปอรเซฯต ใชทำาระฆง

ฟอสฟารบรอนซ (Phosphor bronze) เปนสารผสมระหวางทองแดง ดบก และปนกำามะถนเขาไปเลกนอย เพอกำาจดคอปเปอรออกไซด ซงมผลทำาใหบรอนซชนดนแขงขน ทนทานตอการผกรอน

2.1.7 ทองเหลองทองเหลอง (brass) เปนสารผสมระหวางทองแดงและสงกะส

อตราสวนผสมมตงแตทองแดง 60 เปอรเซนต สงกะส 40 เปอรเซนต

27

จนถงทองแดง 90 เปอรเซนต สงกะส 10 เปอรเซนต ทองเหลอมาตรฐานนนมทองแดง 2 สวน สงกะส 1 สวน ทองเหลองทมทองแดงผสมมากจะมสออกทองแดงมาก ถามทองแดงผสมนอยจะมสคอนไปทางสเงน ทองเหลองอาจหลอใหเปนรปรางตาง ๆ ไดด รดเปนแผน หรอดงเปนเสนลวดกได ทำาเปนทอกได ทองเหลองทนการผกรอนไดด ไมเปนสนม ใชทำาเครองอปกรณประตหนาตาง เชน บานพบ ขอสบ กญแจ นอกจากการกอสรางแลวยงใชประโยชนอยางอน ๆ อกมาก เชน ภาชนะตาง ๆ กอก วาลว

ทองเหลองทใชเปนอปกรณการกอสรางอยางแพรหลายกคอทองเหลองเสนซงใชเปนเสนแบงพนทในการทำาหนขด ซงเปนหนาตดรปตวท หรอตวแอล นอกจากนยงใชทำาจมกบนไดในอาคารสาธารณะกนทวไป