สัมภาษณ์และเรียบเรียงโดย
งานสื่อสารและขับเคลื่อนความรู้ ฝ่ายเผยแพร่เทคโนโลยีวัสดุ

อุตสาหกรรมหลอมอะลูมิเนียมในประเทศไทยเป็นอุตสาหกรรมที่สำคัญ และมีการผลิตในปริมาณมากทำให้เกิดของเสียประเภทกากตะกรันอะลูมิเนียม หรืออะลูมิเนียมดรอส (aluminum dross) ในปริมาณที่สูง การกำจัดกากอะลูมิเนียมดรอสทำได้โดยการฝังกลบของเสียอันตราย อย่างไรก็ดี ประเทศไทยมีโรงงานรับกำจัดกากขยะอุตสาหกรรมที่มีมาตรฐานอยู่จำกัดและอีกทั้งการดำเนินการก็มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง ส่งผลให้เกิดการนำไปฝังกลบและจัดเก็บแบบไม่ถูกวิธี

เมื่ออะลูมิเนียมดรอสสัมผัสกับน้ำหรือความชื้นในอากาศ จะเกิดแก๊สแอมโมเนียซึ่งส่งกลิ่นเหม็น ในพื้นที่ใกล้เคียงโรงงาน นอกจากนี้ยังทำให้เกิดฝุ่นพิษและอาจปะทุเกิดไฟไหม้ขึ้นได้ ปัญหาเหล่านี้ล้วนส่งผลต่อสุขภาพของคนและสิ่งมีชีวิต รวมทั้งส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศ

การหลอมอะลูมิเนียมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน และต้องการการจัดการที่ดีเพื่อให้ได้อะลูมิเนียมที่มีคุณภาพสูง ในกระบวนการหลอมอะลูมิเนียมจะใช้ฟลักซ์ (flux) ซึ่งเป็นสารเคมีที่ใช้ในการแยกสิ่งสกปรกและออกไซด์ออกจากอะลูมิเนียมหลอมเหลว ฟลักซ์มักจะประกอบด้วยเกลือ เช่น โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือ โพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) เป็นต้น

ฟลักซ์จะทำปฏิกิริยากับสิ่งสกปรกและออกไซด์ที่อยู่ในน้ำอะลูมิเนียม ทำให้สิ่งสกปรกและออกไซด์เหล่านั้นรวมตัวกันเป็นก้อนและลอยขึ้นสู่ผิวด้านบน เกิดของเสียกากตะกรันอะลูมิเนียมขึ้น อย่างไรก็ดี กากตะกรันอะลูมิเนียมสามารถนำมารีไซเคิลเพื่อแยกอะลูมิเนียมกลับมาใช้ได้ จึงช่วยลดการใช้ทรัพยากรธรรมชาติในภาพรวม

เป้าหมายการพัฒนา

ทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตอะลูมิเนียม กลุ่มวิจัยกระบวนการทางวัสดุและการผลิตอัตโนมัติ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ได้ทำงานร่วมกับบริษัทฯ แห่งหนึ่ง โดยตระหนักถึงปัญหาที่เกิดขึ้นและต้องการปรับสภาพอะลูมิเนียมดรอสเพื่อนำไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปูนซีเมนต์ อันเป็นการช่วยเพิ่มมูลค่ากากตะกรันที่ได้จากกระบวนการหลอมอะลูมิเนียมสำหรับนำไปทำเป็นวัตถุดิบทางเลือกทดแทนแร่บอกไซต์ (bauxite) ทีมวิจัยมีเป้าหมายคือ การควบคุมปริมาณคลอรีนให้อยู่ในระดับต่ำกว่า 1 % และลดปริมาณการเกิดแก๊สแอมโมเนีย เพื่อให้การจัดเก็บวัตถุดิบทำได้สะดวกขึ้น

การออกแบบและทดลอง

ทีมวิจัยได้สร้างชุดทดลองขนาด 5 กิโลกรัม เพื่อศึกษาและกำหนดขั้นตอนการปรับสภาพดรอส โดยเริ่มจากการคัดแยกดรอสออกเป็น 3 ขนาด ได้แก่ ดรอสขนาดใหญ่ ขนาดกลาง และขนาดเล็ก จากนั้นนำมาวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วยเทคนิค Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) พบว่าดรอสที่มีขนาดแตกต่างกันจะมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน โดยดรอสขนาดเล็กที่เป็นฝุ่นผงมีปริมาณเกลือสูงกว่าดรอสที่เป็นก้อน แต่มีปริมาณอะลูมิเนียมน้อยกว่าดรอสที่เป็นก้อน

หลังจากนั้นจะนำดรอสที่เป็นก้อนมาบดเปียกและกวนล้างด้วยน้ำ เพื่อละลายเกลือหรือสารประกอบอื่นๆ ให้หลุดออกจากพื้นผิวของดรอส แล้วบดเพื่อให้ผิวของออกไซด์เปิดออก ซึ่งจะช่วยเร่งให้เกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น เกิดฟองแก๊สดันออกมาเป็นจำนวนมาก

การบดเพื่อเปิดพื้นผิวจะทำให้เนื้อของอะลูมิเนียมพบกับน้ำ เกิดเป็นแก๊สไฮโดรเจนซึ่งจะติดไฟขึ้น นี่คือสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดไฟไหม้ในโรงงานที่จัดเก็บอะลูมิเนียมดรอสอย่างไม่ถูกวิธี และดรอสยังไม่ได้รับการปรับสภาพ

ภาพปฏิกิริยาหลังการบดเปียกและกวนล้างด้วยน้ำ

การวิเคราะห์ผลจากชุดทดลองที่ทีมวิจัยสร้างขึ้นพบว่า การดึงเกลือออกสามารถลดปริมาณคลอรีนได้ต่ำกว่า 1% จนต่ำสุดถึง 0.26% ซึ่งเป็นค่าที่ได้ต่ำกว่าค่าที่ต้องการ

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังจัดเก็บข้อมูลพารามิเตอร์การปรับสภาพดรอสเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบกระบวนการให้เหมาะสมกับประเทศไทย โดยอ้างอิงจากส่วนผสมของดรอส และคิดค้น “เทคนิคการเร่งปฏิกิริยาจากการใช้ฟองอากาศพาแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยาออกจากของเหลว” เพื่อเพิ่มมูลค่ากากตะกรันโดยใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมซีเมนต์ อุตสาหกรรมการผลิตเหล็ก และอุตสาหกรรมเซรามิก เทคนิคนี้ตอบโจทย์การนำไปใช้ในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ โดยประสบผลสำเร็จสำหรับต้นแบบชุดทดลองขนาด 5 กิโลกรัม ทั้งนี้ทีมวิจัยตั้งเป้าหมายเพิ่มขนาดไปที่ 100 กิโลกรัม เพื่อให้สามารถขยายระดับไปสู่การใช้งานได้จริง และอยู่ระหว่างเสาะหาผู้ร่วมพัฒนาในระดับภาคสนามต่อไป

อีกหนึ่งโจทย์ที่ท้าทาย

การจัดการดรอสในอุตสาหกรรมซีเมนต์มักมีปัญหาหลายประการ เนื่องจากต้องการพื้นที่จัดเก็บค่อนข้างมากและมักเก็บในพื้นที่เปิด การสัมผัสกับอากาศที่มีออกซิเจนและไนโตรเจนทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม และสุขภาพของประชาชนในพื้นที่ใกล้เคียงได้ จึงเป็นโจทย์วิจัยอีกโจทย์หนึ่งที่ต้องการลดปริมาณการเกิดแก๊สแอมโมเนีย เพื่อให้การจัดเก็บวัตถุดิบทำได้ง่ายขึ้น

ทีมวิจัยได้คิดค้นต้นแบบที่ใช้ “เทคนิคการลดการเกิดแก๊สแอมโมเนียจากชุดทำปฏิกิริยากับไอน้ำและความร้อน” โดยมีแนวคิดว่าโรงหลอมอะลูมิเนียมมักจะมีความร้อนทิ้ง (waste heat) จากกระบวนการหลอมโลหะ หากติดตั้งระบบรวบรวมความร้อนทิ้งให้สามารถนำความร้อนเหล่านี้มาใช้ต้มน้ำในกระบวนการเร่งการปล่อยแก๊สได้ และทำให้น้ำเกลือเข้มข้นขึ้น แยกไอน้ำเกลือมาทำปฏิกิริยากับดรอสเพื่อเร่งแอมโมเนียออกมา ส่วนเกลือที่เข้มขึ้นแล้วจะถูกควบคุมอุณหภูมิและลำเลียงมาสเปรย์ไปที่ก้อนเกลือ ย่อมช่วยลดค่าใช้จ่ายให้กับโรงงาน ทีมวิจัยระบุว่าประเด็นท้าทายคือการจัดการน้ำล้างที่ได้จากการปรับสภาพดรอสแล้ว ซึ่งยังต้องการความร่วมมือจากผู้เชี่ยวชาญเกี่ยวกับการบำบัดน้ำมาเข้ามาช่วยดูแล

ทีมวิจัยสามารถพิสูจน์การศึกษาแนวคิด การตกผลึกเกลือจากน้ำร้อนด้วยก้อนเกลือร้อนได้สำเร็จ และอยู่ในระหว่างขั้นตอนการยื่นขอจดสิทธิบัตรต่อไป นอกจากนี้ยังสนใจนำเกลือที่ได้จากกระบวนการแยกนำมาทำให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดสิ่งสกปรกหรือสารปนเปื้อน โดยนำมาปรับสภาพทางเคมีของเกลือเพื่อให้เหมาะสมกับการนำไปใช้เป็นฟลักซ์สำหรับกระบวนการหลอมอะลูมิเนียมได้อีกครั้งในอนาคต

เป้าหมายสำคัญของทีมวิจัยคือการพัฒนาผลิตภัณฑ์จากดรอสที่ผ่านการปรับสภาพ โดยผลิตภัณฑ์ต้องมีปริมาณการผลิตและการใช้งานปริมาณมาก และไม่เกิดของเสียใหม่ที่กำจัดได้ยากอีก ในเบื้องต้นได้กำหนดผลิตภัณฑ์เป้าหมายที่สามารถนำไปผลิตได้เป็นอิฐทนไฟและวัสดุทนไฟสำหรับเตาเผาศพ และจะขยายผลไปสู่ผลิตภัณฑ์อื่น เช่น เซรามิกส์โฟมฟิลเตอร์ คอนกรีตพรุน จีโอโพลีเมอร์ และซีโอไลต์ ทั้งนี้ทีมวิจัยมุ่งหวังการขยายผลไปสู่อุตสาหกรรมซึ่งต้องพิจารณาความคุ้มค่าในการลงทุนด้วย

ปัจจุบันโครงการการพัฒนากระบวนการนำอะลูมิเนียมดรอสกลับมาใช้ประโยชน์ ของเอ็มเทค ร่วมกับกรมโรงงานอุตสาหกรรม จัดทำแพลตฟอร์มระบบการบริหารจัดการการปรับสภาพดรอสและการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ใช้ดรอสเป็นวัตถุดิบ ซึ่งเป็นระบบที่ต่อเนื่องจากการพัฒนาระบบจัดเก็บและฐานข้อมูลพารามิเตอร์การหล่ออะลูมิเนียม รวมทั้งซอฟต์แวร์ที่ใช้จัดเก็บและควบคุมทางสถิติสำหรับกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมหล่ออะลูมิเนียม ซึ่งข้อมูลจะจัดการและจัดเก็บเป็นฐานข้อมูลโดยมีแผนใช้ควบคุมกระบวนการทำงานของแต่ละโรงงานได้ในอนาคต

ด้วยความพร้อมของทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตอะลูมิเนียม กลุ่มวิจัยกระบวนการทางวัสดุและการผลิตอัตโนมัติ เอ็มเทค มุ่งเน้นการวิจัยจากโจทย์ความต้องการของภาคอุตสาหกรรม พัฒนาคุณภาพในกระบวนการผลิตอะลูมิเนียมรวมถึงผลิตภัณฑ์อะลูมิเนียม โดยปรับปรุงกระบวนการผลิตและโครงสร้างทางโลหะวิทยาเพื่อการใช้งานทางวิศวกรรม พัฒนาเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสม และสร้างเป็นเครื่องมือ อุปกรณ์ สำหรับกระบวนการหล่อและกระบวนการต่อเนื่องที่เกี่ยวข้อง เช่น การอัดรีดขึ้นรูป (extrusion) การทุบขึ้นรูป (forging) และการปรับสภาพทางความร้อน (heat treatment) ของอะลูมิเนียมอัลลอย นอกจากนี้ยังทำงานวิจัยและพัฒนาที่เกี่ยวข้องกับความล้าของอะลูมิเนียมที่ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์ การขนส่ง และการผลิต อีกด้วย

สนใจรายละเอียดติดต่อ
ทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตอะลูมิเนียม
โทร. 0 2564 6500 ต่อ 4622 (คุณอมรศักดิ์ เร่งสมบูรณ์)
อีเมล: amornsar@mtec.or.th
เว็บไซต์ https://www.mtec.or.th/mma-research-group/apm-team/

ขอบคุณข้อมูลจาก
คุณอมรศักดิ์ เร่งสมบูรณ์, คุณสมภพ เพชรคล้าย และคุณฤทธิไกร สิริชัยเวชกุล ทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตอะลูมิเนียม กลุ่มวิจัยกระบวนการทางวัสดุและการผลิตอัตโนมัติ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)