|
การค้นพบโลหะประเภทที่ 8
ประวัติความเป็นมาของสังกะสี Fathi Habashi
ได้มีการใช้แร่สังกะสีในการผลิตทองเหลืองและมีการใช้ส่วนผสมของสังกะสีในการรักษาบาดแผลและอาการเจ็บตามาเป็นเวลาหลายศตวรรษก่อนที่จะมีการค้นพบสังกะสีในรูปลักษณ์ของโลหะ ถึงแม้คำว่า “ทองเหลือง” จะมีการกล่าวถึงอยู่ในพระคัมภีร์เก่า (The Old Testament) แต่ก็มีหลักฐานเพียงเล็กน้อยที่แสดงให้เห็นว่า โลหะผสมระหว่างสังกะสีและทองแดงเป็นที่รู้จักในสมัยโบราณ ดังนั้นคำว่า “ทองเหลือง” ที่กล่าวถึงนั้น จึงอาจหมายถึงทองแดง หรือ บรอนซ์ ซึ่งมีการใช้อย่างแพร่หลายแล้วในช่วงนั้น
ภาพประกอบที่ 1 แสดงวิธีการผลิตสังกะสีของชาวอินเดีย
ในช่วงหลังของศตวรรษที่ 13 มาร์โคโปโลได้กล่าวถึงการผลิตสังกะสีออกไซด์ในเปอร์เซียรวมทั้งได้กล่าวถึงการที่ชาวเปอร์เซียเตรียมสารละลาย tutia (เป็นสารละลายของซิงก์ ซัลเฟต) เพื่อใช้รักษาอาการตาเจ็บ
นักเขียนชาวโรมันชื่อ สตราโบ (มีชีวิตอยู่ระหว่างปี 66 ก่อนคริสต์กาล-ค.ศ.24) ได้กล่าวไว้ในงานเขียนชิ้นหนึ่งว่า แร่ของชาวไซปรัสเท่านั้นที่มี “หินแคดเมียม คอปเปอร์ซัลเฟต และ tutty” ซึ่งเหล่านี้คือแร่ต่าง ๆ ที่ใช้ในการผลิตทองเหลือง นอกจากนี้ยังมีความเชื่อว่าชาวโรมันได้เริ่มสร้างทองเหลืองขึ้นเป็นครั้งแรกในสมัยของออกัสตัส (มีชีวิตอยู่ระหว่างปี 20 ก่อนคริสต์กาล-ค.ศ.14) ด้วยการเผาส่วนผสมระหว่างผงคาลาไมน์กับถ่านและเม็ดทองแดง
สังกะสีในอินเดีย
ได้มีการกล่าวถึงการผลิตโลหะสังกะสีในคัมภีร์ของศาสนาฮินดู ชื่อ Rasarnava ซึ่งเขียนขึ้นในราวปี ค.ศ.1200 นอกจากนี้คัมภีร์ของศาสนาฮินดูที่ชื่อว่า Rasaratnassamuchchaya ซึ่งเขียนขึ้นในศตวรรษที่ 14 ก็ได้บรรยายถึงวิธีการทำโลหะที่ “ลักษณะเหมือนดีบุก” โดยการเผาให้ความร้อนคาลาไมน์ด้วยสารอินทรีย์ในเบ้าหลอมที่มีคอนเดนเซอร์ (Condenser) ติดอยู่ ไอระเหยของสังกะสีจะไหลผ่านลงมาทำปฏิกริยาควบแน่นในคอนเดนเซอร์ใต้เบ้าหลอม ในปี ค.ศ.1374 ชาวฮินดูได้เริ่มยอมรับกันโดยทั่วไปว่า สังกะสีเป็นโลหะใหม่ประเภทที่ 8 ที่มนุษย์รู้จักในขณะนั้น และได้เริ่มมีการผลิตสังกะสีในเชิงพาณิชย์ขึ้น
หลอดแก้วทรงคอยาวจำนวนมากที่พบที่เมือง Zawar ในแคว้น Rajasthan เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าได้มีการผลิตสังกะสีจำนวนมากระหว่างศตวรรษที่ 12-16 หลอดแก้วดังกล่าวมีความยาวประมาณ 25 เซนติเมตร กว้างประมาณ 15 เซนติเมตร และหนาประมาณ 1 เซนติเมตร โดยที่ปากหลอดจะมีหลอดแก้วขนาดเล็กผนึกติดอยู่สำหรับเป็นที่ที่ไอระเหยของสังกะสีจะควบแน่นได้ หลอดแก้วจะถูกนำไปเผาในเตาเผาที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงและมีปั๊มลมเป็นตัวช่วยเร่งความร้อน ผลที่ได้จากการเผาคือ สังกะสีและสังกะสีออกไซด์ โดยสังกะสีจะถูกนำไปใช้ในการผลิตทองเหลือง ส่วนสังกะสีออกไซด์จะถูกนำไปใช้ทำยา การที่ค้นพบเศษตกค้างเป็นปริมาณกว่า 130,000 ตันที่เมือง Zawar แสดงให้เห็นว่า ในอดีตอาจจะมีการผลิตทั้งสังกะสีและสังกะสีออกไซด์รวมกันแล้วเป็นจำนวนประมาณ 1,000,000 ตัน
สังกะสีในจีน
ภาพประกอบที่ 2 : การผลิตสังกะสีของชาวจีนเมื่อประมาณปี ค.ศ.1600
การผลิตสังกะสีได้แพร่หลายจากอินเดียไปยังจีน ซึ่งได้เริ่มมีการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมเพื่อสนองตอบความต้องการอันเนื่องจากการผลิตทองเหลือง เป็นที่ปรากฎว่าชาวจีนได้เริ่มรู้จักวิธีการผลิตสังกะสีประมาณปี ค.ศ. 1600 ถึงแม้ว่าหนังสือสารานุกรม ซึ่งเขียนขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 16 จะมิได้มีการกล่าวถึงสังกะสีก็ตาม แต่หนังสือชื่อ “Tien-Kong-Kai-ou” ซึ่งเขียนในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 ได้กล่าวถึงขั้นตอนการผลิตสังกะสีไว้ว่า หากนำคาลาไมน์ผสมกับผงถ่านหินไปเผาในไหดินจะทำให้เกิดไอระเหยของสังกะสีขึ้น เมื่อนำไหดังกล่าวไปวางซ้อนกันสลับกับแท่งถ่านเป็นรูปปิรามิด (ภาพประกอบที่ 2) และเผาให้ร้อนจัดเมื่อปล่อยให้เย็นลงก็จะได้สังกะสีในลักษณะก้อนกลม ๆ อยู่ภายใน การผลิตสังกะสีด้วยวิธีการดังกล่าวได้แพร่หลายในจีนจนกระทั่งสามารถส่งเป็นสินค้าออกได้
สังกะสีในยุโรป
ภาพประกอบที่ 3 Albertus Magnus ผู้อธิบายถึงวิธีการผลิตทองเหลือง Albertus Magnus ได้อธิบายถึงว่าคาลาไมน์หรือ tutty จะช่วยทำให้ทองแดงมีสีทองได้อย่างไร เขากล่าวว่าหากโปรยเศษแก้วลงบนส่วนผสมในเตาเผาก็จะช่วยป้องกันมิให้ไอระเหยของสังกะสีหายไป ซึ่งเท่ากับเป็นการเพิ่มปริมาณสังกะสีในทองเหลืองนั่นเอง
Biringuccio เป็นอีกผู้หนึ่งที่ได้อธิบายวิธีการผลิตทองเหลืองเอาไว้อย่างสมบูรณ์โดยใช้ คาลาไมน์ หรือ tutty ผสมกับทองแดงชิ้นเล็ก ๆ แล้วโรยด้วยผงแก้วจากนั้นก็นำไปเผาในเตาเผาที่ปิดสนิทเป็นเวลา 24 ชั่วโมง
ภาพประกอบที่ 4 Georgius Agricok (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1490-1555) ได้กล่าวไว้เมื่อปีค.ศ.1546 ว่าโลหะที่เรียกว่า “Zincum” ได้มีการผลิตอยู่ที่เมือง Silesia
Agricok (ภาพประกอบที่ 4) ได้กล่าวไว้เมื่อปี ค.ศ.1546 ว่า ในการเผาแร่ Rammelsberg ที่ Harz Mountains เพื่อให้ได้ ตะกั่วและเงินนั้นได้มีการค้นพบโลหะสีขาวติดอยู่ที่ผนังเตาเผา โดยเขาเรียกโลหะนี้ว่า “Contrefey” เพราะมันใช้ในการเลียนแบบทองคำ ถึงแม้ว่ามันจะยังไม่มีชื่อที่แน่นอนแต่โลหะนี้ก็คือสังกะสีนั่นเอง เขายังได้กล่าวด้วยว่า ได้มีการผลิตโลหะที่มีลักษณะเหมือนกัน เรียกว่า “zincum” ด้วยวิธีการที่คล้ายคลึงกันโดยชาวเมือง Silesia โดย Paracelus (ภาพประกอบที่ 5) เป็นชาวยุโรปคนแรกที่เรียก “zincum” ว่าเป็นโลหะชนิดใหม่ และมันมีส่วนผสมที่แตกต่างจากโลหะอื่น ๆ ที่เคยรู้จัก
ภาพประกอบที่ 5 : Paracelus (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ. 1493-1541) เป็นชาวยุโรปคนแรกที่กล่าวถึง “Zincum” ว่าเป็นโลหะชนิดใหม่
ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ในยุโรปจึงเริ่มรู้ตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ.1600 แล้วว่ามีสังกะสีอยู่ในโลกนี้ อย่างไรก็ดีโลหะต่าง ๆ ที่ชาวยุโรปรู้จักนั้นส่วนใหญ่ถูกนำเข้ามาจากซีกโลกตะวันออกโดยพ่อค้าชาวโปรตุเกส ดัทช์ หรืออาหรับ ด้วยเหตุนี้ในช่วงนั้น ชื่อของสังกะสีจึงมีการเรียกกันไปต่าง ๆ นานา เช่น “tutenag” (มาจากคำว่า tutiya ในภาษาเปอร์เซียน) และ “spelter” (อาจมาจากคำว่า spiauter ในภาษาดัทช์ หรือคำว่า speltrum ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Robert Boyle ได้ตั้งขึ้นในปี ค.ศ.1690) คำว่า “tutia” ซึ่งเป็นชื่อเก่าแก่ของซิงก์ออกไซด์นั้นได้มาจากคำในภาษาเปอร์เซียนที่แปลว่าควัน เพราะการผลิตซิงก์ออกไซด์ในอดีตด้วยการนำแร่สังกะสีไปเผาด้วยถ่านก็จะได้ซิงก์ออกไซด์เป็นควันขาว ๆ ขึ้นมานั่นเอง
ในสมัยเรเนซองส์ คำว่า “latten” (หรือ laten, laton, lattyn) ได้กลายเป็นคำในภาษาอังกฤษที่รู้กันโดยทั่วไปว่าหมายถึงทองเหลือง เช่นเดียวกับคำว่า “laiton” ในภาษาฝรั่งเศส และคำว่า “latta” ในภาษาอิตาเลียน (ที่แปลว่าแผ่นทองเหลือง) ซึ่งอาจจะมาจากคำว่า latte หรือ lathe ในภาษาลาติน (ที่แปลว่า แผ่น) สำหรับต้นกำเนิดของคำว่าทองเหลืองในภาษาเยอรมัน คือคำว่า “messing” นั้นอาจจะมาจากคำว่า massa ในภาษาลาติน (หมายถึงก้อนโลหะ) ในขณะที่คำว่า brass ซึ่งหมายถึง ทองเหลือง ในปัจจุบันนั้นก็อาจจะมาจากคำว่า braser ในภาษาฝรั่งเศส (หมายถึง โลหะผสมที่ใช้ในการบัดกรี) ส่วนคำว่า “zinc” ซึ่งหมายถึงสังกะสีในปัจจุบันนั้นอาจมาจากคำว่า sing ในภาษาเปอร์เซียนที่แปลว่าหิน ในภาษาอาระบิคจะเรียกสังกะสีว่า “kharseen” มาจากคำว่า Al-Ghar (แปลว่าเหมือง) และ “seen” มาจากคำว่า Al-seen (แปลว่าจีน) ดังนั้น kharseen จึงหมายถึง โลหะจากเหมืองในจีน การค้าขายสังกะสีระหว่างยุโรปกับซีกโลกตะวันออกได้เจริญรุ่งเรืองเป็นอย่างดีตลอดศตวรรษที่ 17 จนถึงช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 18 ถึงแม้จะไม่มีการเก็บสถิติเกี่ยวกับปริมาณของสังกะสีที่มีการซื้อขายกันไว้ก็ตาม
ภาพประกอบที่ 6 Andreas Marggraf (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1709-1782) เป็นผู้ที่อธิบายวิธีการผลิตสังกะสีจากคาลาไมน์ไว้อย่างครบถ้วน
ในผลงานวิจัยของ Andreas Marggraf (ภาพประกอบ 6) เรื่อง “วิธีการสกัดสังกะสีออกจากแร่ต้นกำเนิดของมัน คาลาไมน์” ในปี ค.ศ.1746 ได้กล่าวถึงวิธีการผลิตสังกะสีจากการเผาคาลาไมน์กับถ่านในเบ้าหลอมที่มีลักษณะคล้ายหลอดแก้วคอยาว โดยเขาได้อธิบายถึงวิธีการดังกล่าวเอาไว้อย่างละเอียด ซึ่งถือได้ว่าเป็นการสร้างทฤษฎีเบื้องต้นเกี่ยวกับการผลิตสังกะสีขึ้น Marggraf ยังได้กล่าวไว้ด้วยว่า แร่ตะกั่วจาก Rammelsberg มีส่วนประกอบของสังกะสีอยู่และว่าสังกะสีสามารถผลิตได้จาก “sphalerite” โดย Marggraf อาจจะไม่ทราบว่าในปี ค.ศ. 1742 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ Anton von Swab (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1703-1768) ได้สามารถผลิตสังกะสีจากคาลาไมน์ได้แล้ว และในปี ค.ศ.1952 Swab ก็ได้ร่วมกับนักเคมีชาวสวีเดนอีกคนหนึ่งชื่อว่า Axel Fredrik Cronstedt (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1722-1765) ด้วยการสนับสนุนจากรัฐบาลสวีเดนก็ได้พัฒนาการใช้แร่สังกะสีของสวีเดนเพื่อนำมาใช้ในการผลิตทองเหลืองเพื่อลดการนำเข้าคาลาไมน์จากต่างประเทศ
ความรู้ในการผลิตสังกะสีด้วยการเผาในเบ้าหลอมที่มีลักษณะคล้ายหลอดแก้วคอยาวได้รับการถ่ายทอดจากจีนมายังอังกฤษในช่วงก่อนปี ค.ศ.1740 William Champion (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1709-1789) ได้พัฒนาการผลิตสังกะสีด้วยการใช้เตาที่มีลักษณะคล้ายหลอดแก้วคอยาวทรงตั้ง และในปี ค.ศ.1743 ก็ได้มีการสร้างโรงถลุงสังกะสีขึ้นที่เมือง Bristol ในสหราชอาณาจักร ที่โรงถลุงแห่งนี้ คาลาไมน์และคาร์บอนจะถูกเผารวมกันในเบ้าหลอมดินเผาที่มีท่อโลหะที่ก้นซึ่งจะต่อเข้าไปที่อ่างน้ำในห้องด้านล่างอันเป็นที่ที่เราจะได้โลหะสังกะสีขึ้นมา (ภาพประกอบ 7) วิธีการแบบนี้จะใช้เวลาประมาณ 70 ชั่วโมงในการผลิตสังกะสีประมาณ 400 กิโลกรัมจากเบ้าหลอมทั้ง 6 เบ้าในโรงถลุง คาดว่าในขณะนั้นโรงถลุงน่าจะสามารถผลิตสังกะสีได้ถึง 200 ตันต่อปี
ภาพประกอบที่ 7 เตาหลอมสังกะสีของ William Champion
ถึงแม้เตาหลอมแบบนี้จะใช้พลังงานอย่างสิ้นเปลือง โดยจะต้องใช้ถ่านหินถึง 24 ตันในการผลิตสังกะสี 1 ตัน แต่มันก็ถูกใช้งานมาจนกระทั่งปี ค.ศ.1851 ในปี ค.ศ.1758 John Champion ซึ่งเป็นน้องชายของ William Champion ก็ได้จดสิทธิบัตรการเปลี่ยนสังกะสีซัลไฟด์ให้เป็นสังกะสีออกไซด์และแคลไซน์ เพื่อใช้ในการผลิตซึ่งได้กลายเป็นรากฐานของวิธีการผลิตสังกะสีเชิงพาณิชย์สืบต่อมาจนถึงศตวรรษที่ 20 โดยอุตสาหกรรมผลิตสังกะสีของอังกฤษจะรวมตัวกันอยู่ในเมือง Bristol และ Swansea
วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมในอังกฤษจะต้องมีการหยุดเพื่อเติมถ่านและวัตถุดิบหลังจากการผลิตในแต่ละครั้งซึ่งนับว่าต้องใช้แรงงานและพลังงานอย่างมาก เทคนิคการผลิตสังกะสีมีการพัฒนาอย่างมาก เมื่อ John Ruberg (มีชีวิตอยู่ระหว่าง ค.ศ.1751-1807) ชาวเยอรมันได้คิดค้นวิธีการผลิตแบบใหม่ด้วยการสร้างโรงงานหลอมสังกะสีขึ้นในปี ค.ศ.1798 ที่เมือง Wessola ในแคว้น Upper Siselia โดยโรงงานแห่งนี้เป็นโรงงานแรกที่ใช้วิธีการเผาสังกะสีในแนวนอนที่เขาเป็นผู้คิดค้นขึ้น เทคนิคการผลิตแบบนี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือ เบ้าหลอมที่มีลักษณะคล้ายหลอดแก้วคอยาวนั้นจะถูกติดตั้งอยู่ในแนวนอนอยู่ในเตาเผา ซึ่งจะทำให้สามารถเติมถ่านและแร่เข้าไปได้โดยไม่ต้องรอให้เตาเย็นลง วิธีการแบบนี้ทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้เป็นอย่างมาก โดยวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตระยะแรก ๆ ได้แก่ สังกะสีคาลาไมน์อันเป็นผลพลอยได้จากการผลิตตะกั่วและเงิน ในเวลาต่อมาจึงได้เริ่มมีการใช้ smithsonite ในการผลิต และหลังจากนั้นไม่นานนักก็เริ่มมีการนำแร่ไปเผาเพื่อให้ได้สังกะสีออกไซด์มาใช้ในการผลิตสังกะสี เทคโนโลยีการผลิตแบบใหม่ได้เกิดขึ้นพร้อม ๆ กับโรงงานผลิตสังกะสีในหลาย ๆ แห่ง เช่น ที่เมือง Silesia ซึ่งอยู่ใกล้แหล่งแร่ บริเวณเมือง Lige ในเบลเยียม ในเมือง Aachen ในแคว้น Rhineland และRuhr ในเยอรมนี
โรงงานผลิตสังกะสีแห่งแรกในเบลเยียมสร้างขึ้นในปี ค.ศ.1805 โดย Jean-Jaques Daniel Dony (มีชีวิตระหว่างปี ค.ศ.1759-1819) ซึ่งใช้เตาเผาแบบแนวนอนที่มีรายละเอียดแตกต่างไปเพียงเล็กน้อย ในปี ค.ศ.1810 ได้มีการสร้างโรงงานที่ใหญ่กว่าเดิมซึ่งเป็นรากฐานในเวลาต่อมาของ The Societ de le Vieille Montagne และอีกไม่กี่ปีต่อมาก็ได้กลายเป็นบริษัทผู้ผลิตสังกะสีรายใหญ่ที่สุดของโลก
การผลิตสังกะสีในสหรัฐอเมริกาได้เริ่มขึ้นเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ.1850 โดยใช้เทคนิคการผลิตแบบของเบลเยียม และได้กลายเป็นประเทศผู้ผลิตรายใหญ่ที่สุดของโลกในเวลาต่อมาในปี ค.ศ.1907 ผลผลิตสังกะสีรวมทั้งหมดในโลกมีอยู่ 737,500 ตันโดยเป็นผลผลิตของสหรัฐอเมริการ้อยละ 31 เยอรมนีร้อยละ 28 เบลเยียมร้อยละ 21 สหราชอาณาจักรร้อยละ 8 และประเทศอื่น ๆ อีกร้อยละ 12
คุณสมบัติในการป้องกันการผุกร่อนที่เกิดจากสภาพแวดล้อมได้ทำให้มีการนำสังกะสีไปใช้ในเคลือบแผ่นเหล็ก ได้เริ่มมีการรีดแผ่นเหล็กชุบสังกะสีที่อุณหภูมิ 100-150 องศาเซลเซียสขึ้นเป็นครั้งแรกในราวปี ค.ศ.1805 และได้มีการสร้างโรงงานรีดแผ่นเหล็กชุบสังกะสีในเบลเยียมขึ้นเป็นแห่งแรกในปี ค.ศ.1812 ตั้งแต่ปี ค.ศ.1821 เป็นต้นมาก็ได้มีการสร้างโรงงานแบบนี้ขึ้นอีกหลายแห่ง การชุบเหล็กด้วยสังกะสีแบบจุ่มร้อนเป็นวิธีป้องกันการผุกร่อนของเหล็กที่เก่าแก่ที่สุดได้ถูกเริ่มนำมาใช้ในปี ค.ศ.1836 ในประเทศฝรั่งเศส แต่วิธีการนี้ก็เพิ่งจะสามารถนำมาใช้ในเชิงอุตสาหกรรมได้อย่างเต็มที่หลังจากที่มีการพัฒนาวิธีการทำความสะอาดพื้นผิวของเหล็กหรือโลหะอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในช่วงแรก ๆ มีการชุบเคลือบสังกะสีเฉพาะโลหะชิ้นเล็ก ๆ เท่านั้น ต่อมาจึงเริ่มมีการชุบแบบจุ่มร้อนอย่างต่อเนื่องและการชุบเส้นลวด แหล่งแร่มหาศาลในสหรัฐอเมริกาทำให้การผลิตสังกะสีเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วตั้งแต่ปี ค.ศ.1840 เป็นต้นมา และในที่สุดสหรัฐอเมริกาก็แซงหน้าเยอรมนีในฐานะผู้นำในการผลิตสังกะสีของโลกได้ในปี ค.ศ.1907
ได้มีการผลิตสังกะสีจากแร่สังกะสีออกไซด์เป็นเวลากว่า 500 ปี ก่อนที่แร่สังกะสีซัลไฟด์จะกลายเป็นวัตถุดิบในการผลิตที่สำคัญ ในแต่ละศตวรรษที่ผ่านไปเทคนิคการผลิตโลหะสังกะสีได้มีการปรับเปลี่ยนไปในทางที่ใช้เทคนิคการหลอมมากขึ้น อย่างไรก็ดีแนวโน้มได้เปลี่ยนไปอย่างมากในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 เมื่อวิธีการเผา-กรอง-แยกด้วยไฟฟ้า (roasting-leaching-electrowinning) ได้ถูกนำมาใช้และต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 1980 เมื่อวิธีการ กรองด้วยความดัน-แยกด้วยไฟฟ้า (pressure leaching-electrowinning) ได้กลายเป็นอีกวิธีทางหนึ่งในการผลิตโลหะสังกะสี
แปลจาก http://www.iza.com/Documents/Communications/Publications/History.pdf |
.jpg)
.jpg)
.jpg)
Administrator
