แร่และการอนุรักษ์

แร่โลหะ

แร่มีหลายชนิด จำแนกตามส่วนประกอบทางเคมี และทางกายภาพ โดยพิจารณาจากเนื้อความเหนียว ความวาว และการนำไปใช้เป็นโลหะ อโลหะ รัตนชาติ และแร่เชื้อเพลิง แต่ถ้าจำแนกแร่ตามประโยชน์ทางเศรษฐกิจ แบ่งเป็นแร่ประกอบหิน และแร่เศรษฐกิจ หรือแร่ธาตุทางอุตสาหกรรม แร่ที่มีประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมแบ่งออกเป็นแร่โลหะ และอโลหะ

แร่โลหะ

แร่สามารถเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติอย่างเป็นอิสระ เช่น ทองแดง เงิน ทองคำ ทองคำขาว และอาจเกิดในรูปของสารประกอบพวกออกไซด์ ซึ่งมีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ หรือคาร์บอเนต ซึ่งมีคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นองค์ประกอบ หรือมีกำมะถันเป็นองค์ประกอบในรูปสารประกอบซัลไฟด์ เราเรียกแร่พวกนี้ว่า สินแร่ ซึ่งจะมีแร่โลหะเป็นองค์ประกอบที่มีปริมาณสูง

การทำแร่โลหะ ซึ่งเป็นสารประกอบพวกออกไซด์ ซัลไฟด์ คาร์บอเนต ซัลเฟต และอื่น ๆ ต้องใช้กระบวนการที่เหมาะสมในการทำแร่ให้บริสุทธิ์ เรียกว่า การถลุงแร่

การถลุงแร่ คือ การนำแร่ซึ่งเป็นสารประกอบต่าง ๆ นำมาเผากับออกซิเจนให้เป็นสารประกอบออกไซด์ของโลหะนั้น ๆ ก่อน แล้วจึงนำออกไซด์ของแร่โลหะนั้น ๆ มาเผารวมกับถ่านโค้ก ซึ่งเป็นถ่านที่มีปริมาณคาร์บอนสูง โดยคาร์บอนจะดึงออกซิเจนมารวมกับตัวเอง แล้วเกิดสารบริสุทธิ์ คือ โลหะ ดังสมการ

เหล็กออกไซด์ + คาร์บอน ® เหล็ก + คาร์บอนไดออกไซด์

ตะกั่วออกไซด์ + คาร์บอน ® ตะกั่ว + คาร์บอนไดออกไซด์

ซิงค์ออกไซด์ + คาร์บอน ® สังกะสี + คาร์บอนไดออกไซด์

การทำโลหะให้บริสุทธิ์ อาจทำได้โดยการทำอิเล็กโตรไลต์ คือ การแยกสารด้วยไฟฟ้า จะได้สารที่บริสุทธิ์สูงมาก โดยใช้เกลือของโลหะเป็นสารละลาย โดยจะได้โลหะบริสุทธิ์ที่ขั้วลบ เพราะโลหะเป็นธาตุที่มีประจุเป็นบวก

โลหะเป็นสารที่มีจุดเดือดสูง จุดหลอมเหลวสูง วาว นำไฟฟ้าและนำความร้อน มีความหนาแน่นค่อนข้างสูง เหนียว สามารถตีเป็นแผ่นได้ จึงสามารถทำให้เปลี่ยนรูปได้ง่ายโดยไม่แตกร้าว หรือเปราะ จึงนิยมใช้เป็นชิ้นส่วนในเครื่องจักร ใช้อัด ดึงและหล่อแบบ รีดเป็นแผ่นบาง ๆ ได้ จึงนำมาใช้ผสมกันเพื่อสะดวกในการใช้สอย หรือทำให้จุดหลอมเหลวต่ำก่อนนำไปใช้

อุปกรณ์เครื่องใช้ที่มีโลหะเป็นส่วนผสม ทำให้เนื้อเหนียว ไม่เป็นสนิมง่าย

แร่อโลหะ

แร่อโลหะที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจและอุตสาหกรรม ได้แก่ พวกแร่ประกอบหิน เช่น เฟลด์สปาร์ แคลไซต์ กราไฟต์ ฟอสเฟต ฟลูออไรด์ โปแตสและยิปซัม ทราย แร่เชื้อเพลิง และแร่รัตนชาติ เป็นต้น

2.1 แคลไซต์และยิปซัม

แคลไซต์เป็นสารประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) และหินอ่อน ใช้ในการก่อสร้าง

วัสดุก่อสร้าง พวกซีเมนต์ หินอ่อน แกะสลักต่าง ๆ มีความแข็งน้อย มีตามเขา และถ้ำ ซึ่งมีหินงอก หินย้อย เช่น จังหวัดสระบุรี ราชบุรี และเพชรบุรี

หินปูนเมื่อถูกสารละลายที่มีสภาพเป็นกรด จะกัดกร่อน และเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อนำไปเผาจะเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ จะไม่นิยมใช้ทำอุปกรณ์ในห้องทดลอง

ส่วนยิปซัม ซึ่งมีแคลเซียมฟอสเฟตเป็นองค์ประกอบ นิยมใช้ทำซีเมนต์ ชอล์ก และปูนปลาสเตอร์ในการหล่อแบบ เนื้อจะอ่อน สีขาว ราคาไม่แพง ไม่ถลุง หรือให้ความร้อน เพราะจะเปลี่ยนสภาพ

2.2 แร่รัตนชาติ

แร่รัตนชาติเป็นแร่อุตสาหกรรมที่มีราคาค่อนข้างสูง ส่วนมากเกิดตามธรรมชาติ มีความแข็งแรงมากกว่า 6 มีรูปผลึก วาว สีสวย สีจะเข้มขึ้นตามอายุของแร่ จะมีสีและผลึกที่สวยงาม ราคาจะแพงตามความนิยม มักนิยมใช้เป็นเครื่องประดับ มีหลายชนิด เช่น เพชร โกเมน เพทาย ควอร์ตซ์ แร่รัตนชาติที่มีความแข็งมากที่สุด คือ เพชรมีความแข็งเท่ากับ 10

แร่รัตนชาติที่มีราคาแพงต้องมีความแข็งสูง มีความวาว เมื่อนำไปเจียระไนแล้วสามารถเกิดการหักเหของแสงที่ดี บางชนิดไม่บริสุทธิ์ อาจมีสิ่งสกปรกลงไปในเนื้อ เช่น พวกโป่งข่าม รัตนชาตินอกจากใช้เป็นเครื่องประดับแล้ว ยังใช้ในทางอุตสาหกรรม เช่น เพชร และทับทิม ใช้เป็นหัวขุดเจาะทำนาฬิกา และเป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์

จากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้มีการศึกษาค้นคว้าการทำเทียมเลียนแบบรัตนชาติที่เกิดจากธรรมชาติ ซึ่งจะมีลักษณะเหมือนกับของจากธรรมชาติมาก เช่น การผลิตเพชรเทียมหรือเพชรรัสเซีย โดยใช้ออกไซด์ของเซอร์โคเนียม (ZrO2) ซึ่งมีหลายสี และสามารถใช้ในการให้สีพวกเครื่องปั้นดินเผา โดยผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ จนทำให้สารประกอบเซอร์โคเนียมที่ผลิตได้มีโครงสร้างภายในเหมือนเพชร และสามารถทำให้โครงสร้างนั้นอยู่ตัวได้ โดยใช้สารประกอบพวกอลูมิเนียมออกไซด์ (ทับทิม) มีความแข็งประมาณ 7-9 ใกล้เคียงกับเพชรมาก มีราคาค่อนข้างถูกในไทยเนื่องจากค่าแรงในการเจียระไน มีราคาต่ำ จึงมีมากในประเทศทางภาคพื้นตะวันออก

เพชรแท้สามารถทำได้จากคาร์บอน แต่เนื่องจากราคาต้นทุนของการผลิตสูง ซึ่งไม่นิยมผลิตในทางการค้า

ส่วนเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตพลอยจนได้พลอยเทียม หรือที่เรียกว่าพลอยอัดนั้น ใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ ส่วนการซ่านสีพลอยเพื่อเพิ่มคุณภาพของพลอยสีน้ำเงิน (อลูมิเนียมออกไซด์) ซึ่งปกติแล้วมีไทเทเนียมหรือเหล็กเป็นมลทินนั้น ทำได้โดยการคลุกพลอยนี้กับผงออกไซด์ของไทเทเนียมและเหล็ก แล้วนำไปเผาที่อุณหภูมิสูงประมาณ 1700oC นานกว่า 50 ชั่วโมง ทำให้มีความแข็งถึง 9 และมีความสดใสยิ่งขึ้น

2.3 แร่เชื้อเพลิง

แร่เชื้อเพลิงเป็นแร่ที่เกิดจากสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นยาก เมื่อใช้แล้วหมดสิ้นไป ใช้ในทางอุตสาหกรรมและการพัฒนาประเทศ ได้แก่ พวกถ่านหิน หินน้ำมัน ปิโตรเลียม ทรายน้ำมัน และก๊าซธรรมชาติจากการผลิตปิโตรเลียม

แร่เชื้อเพลิงที่ใช้มากในประเทศไทย ได้แก่ ถ่านหิน โดยเฉพาะลิกไนต์ ซึ่งใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง ซึ่งผลพลอยได้สามารถนำมาเป็นสารตั้งต้นในการผลิตปุ๋ยและสารเคมีได้

ผลของการใช้แร่เชื้อเพลิงต่าง ๆ เมื่อได้รับความร้อน ผลพลอยได้จะนำไปผลิตพลาสติกและอุตสาหกรรมอื่น ๆ ได้เป็นจำนวนมาก แต่ปริมาณของการใช้และการขุดใช้น้ำมันในทะเล และแหล่งที่มีน้ำมันเป็นจำนวนมาก ทำให้ประเทศมีปริมาณเชื้อเพลิงลดลงอย่างรวดเร็ว จึงมีการส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการใช้อย่างประหยัด และรวมไปถึงใช้อย่างอื่นทดแทนแร่เชื้อเพลิงเหล่านี้ เช่น ใช้แรงลม แรงจากน้ำตก และพลังงานจากแสงอาทิตย์แทนเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ

การอนุรักษ์แร่

การอนุรักษ์แร่มีความจำเป็น เพราะแร่เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วหมดไป บางชนิดไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีก เช่น น้ำมันปิโตรเลียม แร่กัมมันตรังสี และถ่านหิน การทำเหมืองแร่ยังส่งผลต่อทรัพยากรธรรมชาติอื่น เพราะแร่มักอยู่ในป่า ทะเล ดิน และหิน การกระจัดกระจายอยู่กันอย่างไม่สม่ำเสมอ การขุดแร่จึงมีบริเวณกว้าง ความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทำให้มีการขุดใช้มากขึ้น เพื่อให้พอกับความต้องการของชาวโลก บางครั้งมีการขนส่งซื้อขายแร่อย่างผิดกฎหมาย และใช้ไม่ระมัดระวัง

ประเทศไทยมีนโยบายเกี่ยวกับการอนุรักษ์แร่ โดยมีนโยบายเกี่ยวกับการลงทุนและการพัฒนาทรัพยากรแร่ในการทำอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ร่วมกันลงทุนระหว่างภาครัฐและเอกชน โดยรัฐกำหนดนโยบายการใช้ที่ว่างทำอุตสาหกรรมเหมืองแร่เพื่อไม่ให้กระทบกระเทือนป่าไม้และสภาพแวดล้อม และยังมีการส่งเสริมให้ความรู้ทางด้านวิชาการ เพื่อพัฒนาทรัพยากรแร่ การใช้แร่จึงคำนึงถึงการใช้อย่างคุ้มค่า และการนำแร่กลับมาใช้ใหม่ เช่น พวกแร่โลหะต่าง ๆ ในทางอุตสาหกรรมเป็นจำนวนมาก

การทำเหมืองแร่เพื่อใช้ในทางอุตสาหกรรม บางครั้งทำให้เกิดผลเสียต่อพื้นที่ สิ่งแวดล้อมใกล้เคียง เนื่องจากการขุดแร่ไม่ถูกวิธี และไม่คำนึงถึงผลเสีย การควบคุมและการเข้าใจในการทำเหมืองแร่ จึงนับเป็นสิ่งที่สำคัญและควรเข้าใจ