บทท 1

บทน ำ

1.1 ทมำและควำมส ำคญของปญหำ

อตสาหกรรมการผลตปนซเมนตปอรตแลนด เปนอตสาหกรรมทมการใชพลงงานในกระบวนการผลตสง เนองจากตองเผาถงอณหภม 1450ºซ เพอใหวตถดบตงตนท าปฏกรยากนกลายเปนปนเมด โดยพลงงานทใชในขบวนการเผาคดเปนรอยละ 60 ของพลงงานทงหมดทใชในการผลตปนซเมนต โดยในทางทฤษฎพลงงานทตองการในการผลตปนซเมนตนอยทประมาณ 1.7 เมกกะจลตอ 1 กโลกรมของปนเมด แตในทางปฏบตนนตองการพลงงานสงถง 4-6 เมกกะจลตอ 1 กโลกรมของปนเมด เนองมาจากการสญเสยพลงงานสสงแวดลอม นอกจากนอตสาหกรรมการผลตปนซเมนตยงเปนอตสาหกรรมทมการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) ออกสชนบรรยากาศในปรมาณสงโดย 1 ตนของปนซเมนตจะปลอยกาซคารบอนไดออกไซดประมาณ 1 ตน หรอคดเปนรอยละ 5 ของปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดออกสชนบรรยากาศทงหมด ซงมาจากกระบวนการเผาไหมเชอเพลงฟอสซล และการสลายตวของหนปนในขนตอนการเกด ปนเมด โดยกาซคารบอนไดออกไซดนเปนกาซทกอใหเกดภาวะเรอนกระจก ซงเปนสาเหตของสภาวะโลกรอนและสภาพอากาศทแปรปรวนในปจจบน [1-4] จากผลกระทบตอสงแวดลอมทเกดจากอตสาหกรรมการผลตปนซเมนตปอรตแลนดดงกลาวน ปนซเมนตชนดใหมทเปนมตรตอสงแวดลอม กลาวคอเปนปนซเมนตทสามารถผลตไดทอณหภมต า และมการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดออกสชนบรรยากาศในปรมาณนอย จงไดรบความสนใจเปนอยางมาก เชนปนซเมนตเบไลต (Belite) หรอไดแคลเซยมซลเกต มสตรทางเคมเปน 2CaO·SiO2 (C2S) และปนซเมนตเยลมไมต (Ye’elimite) หรอแคลเซยมอะลมนมซลเฟต มสตรทางเคมเปน 4CaO·3Al2O3·SO3 (C4A3Ŝ) ซงปนซเมนตทงสองชนดนสามารถผลตไดทอณหภมต า ดงนนจงเปนการชวยลดพลงงานในกระบวนการผลตลงไดถง 20 เปอรเซนต และมปรมาณการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดต ากวา เมอเปรยบเทยบกบการผลตปนซเมนตปอรตแลนด [4] เนองจากการผลตปนซเมนตปอรตแลนด มองคประกอบทางเคมหลกเปน เอไลต (Alite) หรอ ไตรแคลเซยมซลเกต มสตรทางเคมเปน 3CaO·SiO2 (C3S) ซงการผลต เอไลต 1 ตน จะปลอยกาซคารบอนไดออกไซด 579 กโลกรม ในขณะทปนซ เมนตเบไลต 1 ตนจะปลอย

2

กาซคารบอนไดออกไซดตนจะปลอยกาซคารบอนไดออกไซด 511 กโลกรม และ 216 กโลกรม ตามล าดบ [5] โดยพบวาปจจบนไดมงานวจยหลายงานทไดท าการศกษาการสงเคราะหปนซเมนตทเปนมตรกบสงแวดลอมโดยมการใช ของเสยจากโรงงานอตสาหกรรมมาเปนวตถดบตงตน โดยการสงเคราะหดวยวธแบบเผา (Clinkerization) ซงอาศยหลกการเกดปฏกรยากนระหวางของแขงกบของแขง (Solid-State Reaction) [6-7] นอกจากนยงมงานวจยอนทสงเคราะหปนซเมนตเบไลตดวยวธทตางออกไปคอวธการแบบไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชน (Hydrothermal-Calcination) ซงวธการนอาศยกลไกการละลายและ การตกตะกอนเกดเปนสารประกอบใหม ทสภาวะอณหภม และความดนสง จากนนจงเผาเพอขจดน าในโครงสรางและ เปลยนโครงสรางใหเปนสารประกอบใหมทมสมบตไฮดรอลก [8-11] โดยวธการสงเคราะหโดยใชหลกการ การละลายและการตกตะกอนน ท าใหไดสารตงตนทมขนาดเลก และพรอมจะเกดเปนสารซเมนตไดงายทอณหภมการเผาไมสงเทาวธการเผาแบบดงเดม ดงนนผวจยจงมความสนใจทจะน าสงเคราะหปนซเมนตทเปนมตรกบสงแวดลอม โดยเลอกใชวสดพลอยไดจากโรงงานอตสาหกรรมมาเปนวตถดบ ซงถอเปนการชวยก าจดของเสยอกทางหนงดวย เนองจากในแตละปจะมปรมาณกากของเสยทเกดจากโรงงานอตสาหกรรมมากมาย ตวอยางเชน วสดพลอยไดจากการเผาไหมจากโรงไฟฟาแมเมาะ จงหวดล าปาง อนไดแก เถาลอย (Fly ash) เฉลยประมาณ 2.5 ลานตน เอฟจดยปซม (FGD-Gypsum) ปละประมาณ 1.9 ลานตน และ เถาหนก (Bottom ash) ปละประมาณ 1.5 ลานตน ซงการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ตองใชพนทเปนบรเวณกวางส าหรบการก าจดของเสยเหลาน ซงในปจจบนไดมการศกษาการใชประโยชนจากของเสยเหลาน โดยพบวาสามารถใชเถาลอยเปนวสดทนแทนปนซเมนตไดเนองจากเถาลอยสามารถเกดปฏกรยาปอซโซลานค (Pozzolanic) แลวมสมบตเชอมประสานไดด นอกจากนยงสามารถน าเอฟจดยปซม ไปบดผสมกบปนเมดเพอใชท าเปนสารตวหนวงในการผลตปนซเมนต อกทงยงสามารถใชเอฟจดยปซมเปนวสดทดแทนปนซเมนตชนดพเศษเพอปรบปรงสมบตเชงกลไดอกดวย แตส าหรบเถาหนกนนยงไมมการน าเอาไปใชประโยชนในเชงพาณชยมากนก [12] นอกจากนประเทศไทยซงเปนประเทศเกษตรกรรมมกมของเสยทเกดจากการผลตทางดานการเกษตรมากมายตวอยางเชน แกลบขาว (Rice Husk) ซงปจจบนประเทศไทยมแกลบขาวทยงไมไดมการน าไปใชใหเกดประโยชนสงสดถง 5 ลานตนตอป โดยเมอน าแกลบขาวไปเผาจะไดเถาแกลบ (Rice Husk Ash) ซงมองคประกอบของซลกาทอยในรปอสณฐาน (Amorphous) มากกวารอยละ 90 [13] ดวยเหตผลดงกลาวงานวจยนตองการทจะสงเคราะหปนซเมนตทเปนมตรกบสงแวดลอม โดยใหมเฟสของเบไลตมากขน และมขนาดอนภาคเลกลง โดยใชวธการสงเคราะหแบบไฮโดรเทอรมอล รวมกบแคลไซนเนชน และเนองจากงานวจยของ นางสาวสกลวรรณ หานจตสวรรณ [10] ไดพฒนาก าลงอดของเบไลตซเมนตทเตรยมจากเถาลอยได

3

9.5 เมกกะปาสคาล ทระยะบม 28 วน ซงคาดวาจะท าใหปนซเมนตทไดมความไวตอปฏกรยามากขน ซงนอกจากเถาลอยทสามารถน ามาเปนวตถดบตงตนได ยงมวสดเหลอใชอยางอน ไดแก เถาหนก ซงมลกษณะเฉพาะ(Characteristics) ไดแก องคประกอบทางเคมทเหมาะสมในการน ามาใชเปนสารตงตนในการผลตเบไลตซเมนต เนองจากในเถาหนกมองคประกอบของซลกา (SiO2) และอะลมนา (Al2O3) สงคลายกบเถาลอย สวนในเถาแกลบนนพบวาจะมองคประกอบของซลกาสง จงเหมาะส าหรบใชเปนวตถดบตงตนในการผลตเบไลตซเมนต ส าหรบเอฟจดยปซม มแคลเซยมซลเฟตไดไฮเดรต (CaSO4·2H2O) ซงจะถกน ามาใชเปนวตถดบตงตนในการสงเคราะหปนซเมนตเยลมไมต และในงานวจยครงนตองการศกษาถงความสามารถในการเกดปฏกรยาไฮเดรชนของวสดซเมนตทสงเคราะหได โดยวดจากคาความตานทานตอไฟฟากระแสสลบ ดวยเทคนคอมพเดนสเปกโตรสโคป (Impedance Spectroscopy : IP) ศกษาโครงสรางทางจลภาคของซเมนตเพสดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope : SEM) ระยะเวลาการกอตว (Setting Time) และ ความสามารถในการรบก าลงอด (Compressive Strength) เพอตดตามปฏกรยาไฮเดรชน และน าไปสการปรบปรงความสามารถในการเกดปฏกรยาไฮเดรชนตอไป นอกจากการใชงานในดานการกอสรางแลว คาดวาวสดซเมนตทงสองชนดน จะมศกยภาพในการกกเกบโลหะหนกไดอกดวย เพอใชทดแทนปนซเมนตปอรตแลนดท ใชพลงงานในการผลตสง และมราคาแพง อกทงยงเปนการลดการปลอยกาซคารบอนไดออกไซด ดงนนในงานวจยนจงมจดมงหมายทจะสงเคราะหเบไลตและเยลมไมตซเมนต โดยใชวสดพลอยไดจากการเผาไหมทมศกยภาพและมลกษณะเฉพาะทเหมาะสม กลาวคอวสดพลอยไดจากการเผาไหมทมองคประกอบหลกเปน ซลกา และแคลเซยมออกไซด (CaO) เปนองคประกอบหลก จะถกน ามาใชเปนวตถดบตงตนส าหรบการสงเคราะหปนซเมนตเบไลต และวสดพลอยไดจากการเผาไหมทมองคประกอบหลกทางเคมเปน อะลมนา แคลเซยมออกไซด และ ซลไฟต (SO3) ส าหรบการสงเคราะหเยลมไมต ดวยวธแบบไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชน 1.2 สรปสำระส ำคญทเกยวของ

1.2.1 กำรสงเครำะหเบไลตซเมนต

Arjunan และคณะ [6] ท าการศกษาลกษณะเฉพาะของซเมนตทเปนมตรตอสงแวดลอมอนไดแก เบไลตซเมนต หรอไดแคลเซยมซลเกต และเยลมไมต หรอแคลเซยมอะลมเนตซเมนต โดยใชกากของเสยทมาจากโรงงานอตสาหกรรม ไดแก เถาลอย (Low-calcium fly ash) Bag house dust

4

และ Scrubber sludge เปนวตถดบตงตน ในงานวจยนจะเตรยมสวนผสมเปนหาสตรซงวตถดบหลกทใชจะถกบดแลวผานตระเกรง 325 เมช จากนนเผาทอณหภม 1100 ถง 1300 ºซ ยนไฟทอณหภมทตองการศกษาดงน คอทเวลา 30 นาท 45 นาท และ 60 นาทตามล าดบ ท าการทดลองเหมอนทกลาวมาขางตนแตไมบดวตถดบ จากนนน าตวอยางทผานกระบวนการมาแลวไปวเคราะหองคประกอบทางแรดวยเทคนค XRD การว เคราะหทางความรอนดวยเทคนคแคลอรเมทร (Hydration Calorimetry) ศกษาโครงสรางทางจลภาคดวนเทคนค SEM และ ทดสอบความสามารถในการรบก าลงอดทเวลาบม 1, 7 และ 28 วนตามล าดบ ผลการทดลองของพบวาสตรทประกอบดวย Bag House Dust รอยละ 60 เถาลอยรอยละ 20 และ Scrubber Sludge รอยละ 20 เปนสตรทดทสด เนองจากเปนสตรทมอตราสวนเหมาะสม จงเกดไดแคลเซยมซลเกต และ แคลเซยมซลโฟอะลมเนต ไดดเมอเผาทอณหภม 1175ºซ ในกรณทเตรยมวตถดบผาน 325 เมช และ 1250ºซ ในกรณไมบดวตถดบผาน 325 เมช จากการทดลองนสามารถสงเคราะหปนซเมนตเบไลต และปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต ไดจากกากของเสยจากโรงงานอตสาหกรรม ซงอณหภมทเหมาะสมตอการเกดเบไลต และแคลเซยมซลโฟอะลมเนต คอท 1175ºซ และยนไฟเปนเวลา 60 นาท ในกรณทวตถดบผานตระแกรง 325 เมช และท 1250ºซ และยนไฟเปนเวลา 60 นาทในกรณทไมบดวตถดบ จากงานวจยนจะเหนวานอกจากอตราสวนวตถดบแลว ขนาดอนภาคของวตถดบตงตนอณหภมทใชในการเผา และเวลาในการยนไฟยงมผลตอการเกดเบไลต และเยลมไมต

Georgescu และคณะ [8] ไดศกษาสภาวะทเหมาะสมในการสงเคราะหเบไลตซเมนต ดวยวธการแบบไฮโดรเทอรมอล อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอ ซลกา เปน 2 ตอ 1 โดยแคลเซยมออกไซด เตรยมไดจากการเผาแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) ท 1050ºซ และใชซลกาสงเคราะห (ROMSIL) เปนแหลงใหซลกา ท าการผสมเปยกโดยมน าเปนตวกลาง จากนนน าสารละลายทไดเขาเครองออโตเคลฟ (Autoclave) ซงสภาวะทศกษาจะเปนสองสภาวะคอ ท 95ºซ ความดน 1 เอทเอม และ 195ºซ ความดน 16 เอทเอม เปนเวลา 10 ชวโมง จากนนเผาท 700-1000ºซ ยนไฟเปนเวลา1 ชวโมง และวเคราะหองคประกอบทางแรดวยเทคนค XRD (X-Ray Diffraction Spectroscopy) ของผลตภณฑทได พบวาท 195ºซ ความดน 16 เอทเอม เปนเวลา 10 ชวโมง เมอเผาท 700ºซ จะเกดเบตาเบไลตมากกวาออโตเคลฟ ท 95ºซ ความดน 1 เอทเอมเปนเวลา 10 ชวโมง และเมอเพมอณหภมการเผา กจะเกดเบตาเบไลตทมความวองไวมากยงขน

Singh [9] ท าการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตสง ดวยกระบวนแบบไฮโดรเทอรมอล โดยใชแคลเซยมออกไซดทเตรยมไดจากเผาแคลเซยมคารบอเนตท 1000ºซ ผสมแบบแหงกบแหลงใหซล

5

กาดงน ซลกาสงเคราะห (Aerosil) เถาแกลบ และ ซลกาสงเคราะห แลวเตมเถาลอย รอยละ 10 โดยน าหนก ในอตราสวนโดยโมลของ แคลเซยมออกไซดตอซลกาเปน 2 ตอ 1 เปนเวลา 24 ชวโมง จากนนผสมเปยกดวยอตราสวนของเหลวตอของแขงเปน 10 ตอ 1 แลวเขยาตอเปนเวลา 2 ชวโมง น าสารทไดเขาเครองออโตเคลฟ ทอณหภม 170-180ºซ ความดน 15-17 บาร เปนเวลา 30 ชวโมง จากนนสารทไดไปอบใหแหง วเคราะหดวยเทคนค DSC และ XRD กอนน าสารทไดไปเผาทอณหภม 600 700 800 900 และ 1000ºซ ยนไฟ ณ อณหภมทตองการศกษาเปนเวลา 1 ชวโมง แลววเคราะหสารทไดจากการเผาน ดวยเทคนค XRD, SEM, BET และ หาปรมาณหนปนอสระ (Free Lime Values) ดวยเทคนค Modified Franke Method จากนนทดสอบสมบตเชงกลของปนซเมนตทสงเคราะหไดโดยใชอตราสวน ซเมนตตอน าเปน 1 ตอ 2 ทดสอบความสามารถในการรบก าลงอด ทเวลาผานไป 28 วน จากการทดลองพบวา กอนเผาไมวาแหลงซลกาจะไดมาจาก ซลกาสงเคราะห เถาแกลบ และ ซลกาสงเคราะห แลวเตมเถาลอย รอยละ 10 โดยน าหนก กจะไดสารประกอบประเภท แคลเซยมซลเกตไฮเดรต เชนเดยวกน เมอท าการวเคราะหดวยเทคนค DSC แลวพบวาแรฮลเลบราไดต (Hillebrandite) มการสลายตวท 550ºซ และ โซโนไทท (Xonotlite) เกดการสลายตวของท 740ºซ หลงเผาพบเฟสเบตาเบไลต ผสมอยกบหนปนอสระ (Free Lime) ทกอณหภมทศกษา แตทอณหภม 800ºซ ขนไป เปนอณหภมทพบหนปนอสระ นอยลงจงมแนวโนมทจะเกดเปนเบไลตสง ดงนนจงน าสารทไดจากการเผาท 800ºซ มาทดสอบหาพนทผวจ าเพาะดวยเครองวดแบบ BET พบวาสตรทมสวนผสมของเถาแกลบ มพนทผวจ าเพาะมากทสด รองลงมาคอสตรทมสวนผสมของซลกาสงเคราะห และ ซลกาสงเคราะห แลวเตมเถาลอยรอยละ 10 โดยน าหนก ตามล าดบ และเมอท าการทดสอบสมบตทางไอดรอลก (Hydraulic Properties) พบวาเถาแกลบ มสมบตไฮดรอลกดทสด รองลงมาเปนสตรทมสวนผสมของซลกาสงเคราะหและ ซลกาสงเคราะห แลวเตมเถาลอย รอยละ 10 โดยน าหนก ตามล าดบซงสอดคลองกบคา พนทผวจ าเพาะ และสดทายเมอทดสอบทดสอบคาความแขงแรงดวยการกดอดท 28 สตรทใชเถาแกลบ เปนสตรทสามารถรบก าลงอดไดมากทสด รองลงมาเปนสตรใชซลกาสงเคราะห และ ซลกาสงเคราะห แลวเตมเถาลอย รอยละ 10 โดยน าหนกตามล าดบ จากงานวจยนพบวาพนทผวของเบไลตจะมผลตอสมบตไฮดรอลก และสมบตเชงกลท 28 วนโดยเบไลตทสงเคราะหมพนทผวมากจะมความวองไวตอการเกดปฏกรยาไฮเดรชนมาก และสามารถรบก าลงอดท 28 วนไดด โดยอณหภมทเหมาะสมในการเผาคอท 800ºซ ขนไปดงนนการกระตนดวยดางจงสงผลตอการปรากฏเฟสของเบไลต

Pimraksa และคณะ(2009) [10] ไดท าการสงเคราะหปนซเมนตเบไลต โดยใชเถาลอยจากโรงไฟฟาแมเมาะเปนวตถดบตงตน วธการสงเคราะหจะแบงเปน 2 วธ โดยวธแรกเปนการ

6

สงเคราะหแบบเผา ซงเทคนคนจะศกษา อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอซลกา ชนดของตวเตม และอณหภมทใชในการสงเคราะห ผลการทดลองพบวาเกดเจลไนท (Gehlenite) ซงไมมสมบตทางไฮดรอลกในทกสภาวะการทดลอง สวนอกเทคนคคอการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตแบบไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชน อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอซลกาทใชเทากบ 2 ท าการไฮโดรเทอรมอลท 130ºซ ความดน 1 กโลกรมตอตารางเซนตเมตร โดยใชเครองออโตเคลฟ โดยมการศกษาความเขมขนของสารละลายดาง และ อณหภมในการเผาซเมนตท 750-950ºซ จากผลการทดลองพบ มาเยไนต (Mayenite) และเบไลต ซงมสมบตทางไฮดรอลก ซงเมอเปรยบเทยบทงสองวธทใชสงเคราะหแลวพบวาการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตแบบ ไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชนใหผลลพธทดกวา โดยซเมนตทไดมคา พนทผวจ าเพาะ (Specific Surface Area) มากกวา สมบตทางไฮดรอลก ดกวา สงผลใหเบไลตซเมนตทไดมความสามารถในการรบก าลงอดไดมากกวาการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตแบบเผา โดยก าลงอดของปนซเมนตเบไลตทเตรยมไดจากการใชเถาลอยจากโรงไฟฟาแมเมาะ และสงเคราะหดวยวธแบบไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชน อยท 9.5 เมกกะปาสคาล ทระยะบม 28 วน

Larbi และคณะ [11] ไดท าการสงเคราะหแอลฟาไพรมแอลเบไลต โดยใช เถาลอยเปนวตถดบตงตน ดวยวธแบบไฮโดรเทอรมอล อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอซลกาทใชเปน 2 ตอ 1 โดยท าการศกษาอทธพลชนดของสารละลายดาง (Alkali solution) ไดแก น ากลน โพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH) และโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) โดยอตราสวนระหวางน าตอของแขงเปน 5 ตอ 1 นอกจากนยงท าการศกษาเวลาและอณหภมทใชในการผสม จากนนท าการสงเคราะหดวยแบบไฮโดรเทอรมอล ทอณหภม 200ºซ ความดน 1.24 เมกกะปาสคาล น าของแขงทสงเคราะหไดมาวเคราะหองคประกอบทางแรดวยเทคนค XRD จากนนเผาสารทไดหลงไฮโดรเทอรมอล ทอณหภม 600 ถง 1100ºซ แลวท าการวเคราะหองคประกอบทางแร และโครงสรางจลภาคดวยเทคนค SEM ของผลตภณฑสดทาย นอกจากนยงไดศกษาความเขมขนของสารละลายดาง ตอคณภาพของซเมนตทสงเคราะหได โดยท าการทดลองเหมอนเดมแตลดความเขมขนของโพแทสเซยมไฮดรอกไซด จาก 1 โมลารเปน 0.6 โมลาร จากผลการทดลองพบวาโพแทสเซยมไฮดรอกไซด เขมขน 0.6 โมลาร ผสมเปนเวลา 5 ชวโมงท 100ºซ เผาทอณหภม 1100ºซ ใหซเมนตทมองคประกอบของเบไลตในรปผลก แอลฟาไพรมแอลเบไลต มากทสด

Larbi และคณะ [52] ศกษาอตราการเยนตวของปนเมดเบไลต (Belite Clinker) เพอพฒนาสมบตทางไฮดรอลก ของปนซเมนตเบไลต โดยเปรยบเ ทยบระหวางการเยนตวในน า (Water

7

Quenching) และการเยนตวในอากาศ (Cooling In Air) ซงในการทดลองนจะมการศกษาผลของตวการเตมโซเดยมฟลออไรด (NaF) และ เฟอรรกออกไซด (Fe2O3) โดยวธการสงเคราะหทใชในงานวจยนเปนวธการสงเคราะหแบบเผา อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซด ตอ ซลกา เปน 2,2.4 และ 2.9 ตามล าดบ วตถดบทใชในงานวจยนไดแก ดนมารล (Marl) และแคลเซยมออกไซด บดผสมวตถดบตามอตราสวนทเหมาะไดค านวณ โดยใหไดขนาดอนภาคประมาณ 100 ไมโครเมตร เผาท 1150, 1250,1350 และ 1450ºซ ตามล าดบ จากนนปลอยใหเยนตวในอากาศ แลวบดปนเมดทไดใหมขนาดประมาณ 100–200 ไมโครเมตร ท าการทดลองในลกษณะเดยวกน แตเตมโซเดยมฟลออไรด รอยละ 2 หรอ เฟอรรกออกไซดรอยละ 4 จากนนท าการทดลองซ าเยนตวในน าซงจากการทดลองพบวาการเตม โซเดยมฟลออไรดรอยละ 2 จะพบแอลฟาไพรมแอลเบไลตซงมสมบตทางไฮดรอลกด

Ozturk และคณะ [55] ท าการสงเคราะหวสดซเมนตทเปนมตรกบสงแวดลอม โดยใช หนน ามน (Oil shale) และ ฟอสโฟยปซม (Phosphogypsum) เปนวตถดบตงตน โดยเรมจากน าวตถดบมาผสมกนทอตราสวนตางๆ เปนสองสตร โดย สตรท 1 ประกอบดวย ฟอสโฟยปซม (Phosphogypsum) รอยละ 51.43 หนน ามน (Oil Shale) รอยละ 16.59 ถานหน (Stone Coal) รอยละ 8.23 และ ดนเกาลน (Kaolinite Clay) รอยละ 23.75 สตรท 2 ประกอบดวย ฟอสโฟยปซม รอยละ 35.84 หนน ามน รอยละ 11.56 ถานหน รอยละ 5.73, ดนเกาลน รอยละ 16.55 และ แคลเซยมออกไซด รอยละ 30.32 เผาสวนผสมทงสองสตรทอณหภม 1100-1300ºซ ในบรรยากาศไนโตรเจน (N2) ท าการยนไฟทอณหภมดงกลาวเปนเวลา 1 ชวโมง จากนนน าตวอยางทไดไปวเคราะหองคประกอบทางแร ผลการทดลองปรากฏวา สตรท 1 พบเบไลตเกดขนนอยมาก แตเมอลดปรมาณ ฟอสโฟยปซม ลงเหลอ รอยละ 35.84 ในสตรท 2 จะพบวาเบไลตเกดเพมขน ณ อณหภมศกษาเดยวกน โดยเมอเพมอณหภมการเผาขนเปน 1300ºซ จะพบ เบไลต มากขนและเรมม เอไลตเกดขนเลกนอย จากการทดลองพบวา ฟอสโฟยปซม สามารถน ามาเปนวตถดบในการสงเคราะหซเมนตทมองคประกอบของเบไลตสงได แตการม ฟอสโฟยปซม ในปรมาณทมากเกนไป จะท าใหปรมาณอตราสวนโดยโมล ของแคลเซยมออกไซดตอซลกาไมเหมาะสม ซงมผลท าใหเกดเบไลตไดนอยลง

Jonatans และคณะ [56] ไดศกษาผลของการเตมแมงกานสออกไซด (MnO) ตอพฤตกรรมการเกดปฏกรยาไฮเดรชน (Hydration Reaction) ของซเมนตเบไลต โดยวธการสงเคราะหแบบการเขยาโดยใชคลนเสยง (Sonication) โดยใชเถาแกลบเปนแหลงใหซลกา ในการทดลองนใช

8

อตราสวนโดยโมล (MnO+CaO):SiO2= 2:1 บดผสมวตถดบใหมขนาดประมาณ 100 ไมครอน ท าเขยาโดยใชคลนเสยง เปนเวลา 1 ชวโมงอตราสวนน าตอของแขงเปน 20:1 จากนนเผาท 800ºซ ท าการยนไฟเปนเวลา 2 ชวโมง เอาตวอยางทไดไปท าการวเคราะห ซงผลการทดลองพบวา เมอเตมแมงกานสออกไซด มากกวารอยละ 5 จะเกด เบตาเบไลตทอณหภม 800ºซ แตถาเตมแมงกานสออกไซดเปนรอยละ 10 จะเกดแอลฟาไพรมแอลเบไลต ซงมความวองไวตอการเกดปฏกรยามากกวาเบตาเบไลตจากการทดลองนสามารถสรปไดวาสามารถเตมแมงกานสออกไซดเพอใหเกดเบไลตในรป แอลฟาไพรมแอลเบไลต ซงวองไวตอการเกดปฏกรยา และมประโยชนมาก

Fla´vio (2003) [57] ท าการสงเคราะหวสดซเมนตเบไลตสง โดยใชเถาแกลบเปนแหลงทให ซลกา ดวยวธการเขยาโดยใชคลนเสยง เพอใหวตถดบเกดการละลายและการตกตะกอน แทนวธการไฮโดรเทอรมอล เนองจากเปนวธทประหยดกวา อตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอซลกาทใชในการทดลองนเปน 2 ตอ 1 และเตมแบเรยมคลอไรด (BaCl2·2H2O) แทนท แคลเซยมออกไซด ปรมาณตงแต รอยละ 2-10 โดยน าหนกของแคลเซยมออกไซด จากนนผสมเปยกดวยอตราสวน น ากลนตอของแขง เปน 20 ตอ 1 จากนนน าไปใสในเครองเขยาโดยใช คลนเสยง เปนเวลา 1 ชวโมง อบสารใหแหงแลวเผาท 500-1100ºซ น าปนเมดทสงเคราะหไดไปวเคราะห ดวยเทคนค FT-IR, XRD และ BET จากการทดลองพบวา วธการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตโดยใชเครองเขยาโดยใชคลนเสยง จะท าใหซลกาในเถาแกลบเกดการละลาย หลงเผาทอณหภม 500ºซ พบแคลเซยมออกไซด เมอเพมอณหภมเผาใหสงขนแคลเซยมออกไซดหายไป ซงบอกถงการเกดสารประกอบซเมนตขนแทน เมอท าการวเคราะหดวยเทคนค XRD พบวาท 700ºซ ขนไปจะเกดเบไลตเพมขนซงสอดคลองกบผลทไดจาก FT-IR และการเตมแบเรยมคลอไรด ตอ แคลเซยมออกไซด เปน 0.12 ตอ 1.88 ขนไป มสวนชวยในการเกดซเมนตเบไลต แตยงไมใหผลทแนชด แตอยางไรกตามการเขยาดวยคลนเสยงท าใหอณหภมการเผาแคลไซนลดต าลงได คาดวานาจะเกดจากการทไดสารประกอบขนาดเลกมากๆ 1.2.2 กำรสงเครำะหเยลมไมตซเมนต หรอแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนต

My และคณะ (2005) [58] ไดท าการศกษาอทธพลของโครเมยมและฟอสฟอรสตอการสงเคราะหปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนตดวยวธแบบเผาโดยใช แคลเซยมคารบอเนต แบเรยมคารบอเนต อะลมเนยมออกไซด แคลเซยมซลเฟต (CaSO4) โครเมยมออกไซด (Cr2O3) และ แอมโมเนยมฟอสฟอรส ((NH4)2HPO4) บดผสมวตถดบตงตนตามอตราสวนทไดค านวณไวแลวเผาทอณหภม 1100 และ 1250ºซ เปนเวลา 12 ชวโมงแลวเยนตวในอากาศ ผลการศกษาพบวาการเตม

9

โครเมยมออกไซด มากกวารอยละ 0.62 และ ฟอสฟอรส (P2O5) มากกวารอยละ 1.17 จะท าใหเกดเฟสของแคลเซยมอะลมเนต แทนทแคลเซยมซลโฟอะลมเนต ท าใหเวลาในการเซตตวมากขน แตจะปองกนเอททรงไกตเปลยนไปเปนโมโนซลเฟต ซงท าใหปนซเมนตมความแขงแรงมากขน

Xin และคณะ [59] ไดท าการสงเคราะหปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต โดยให Ba2+ แทนท Ca2+ ในอตราสวนโดยโมลดง น (3-x)CaO.xBaO.3Al2O3.CaSO4 โดยใช แคลเซยมคารบอเนต แบเรยมคารบอเนต (BaCO3) อะลมเนยมออกไซด และ แคลเซยมซลเฟต- ไดไฮเดรต เปนวตถดบตงตน บดผสมแลวคดขนาดผานตระแกรงใหมขนาดอนภาคประมาณ 75 ไมโครเมตร เผาท 1350ºซ เปนเวลา 2 ชวโมง จากนนน าซเมนตทสงเคราะหไดผสมน าในอตราสวน น าตอซเมนตเปน 0.35 ท าการทดสอบคาความสามารถในการรบก าลงอด ทระยะเวลาบม 1, 3, 7 และ 28 วน ผลการทดลองพบวาอตราสวนโดยโมลทเหมาะสมคอทท าใหแคลเซยมซลโฟอะลมเนตมความสามารถในการรบก าลงอดมาก คอ 1.75CaO·1.25BaO·3Al2O3·CaSO4 Maneesh และ คณะ [60] ไดศกษาการสงเคราะหแคลเซยมซลโฟอะลมเนต โดยใชของเสยจากโรงงานผลตปย โดยวตถดบตงตนตวอนทใชในงานวจยนไดแก เถาลอย แรบอกไซต (Bauxite) แรเหลก (Iron Ore slimes) และ ยปซม งานวจยนไดมการศกษาอตราสวนวตถดบ และอณหภมในการเผา และอตราสวนของ ยปซม ท เหมาะสมส าหรบการเกดสารประกอบ แคลเซยมซลโฟอะลมเนต และสมบตเชงกลทด โดยการบดผสมวตถดบแบบเปยกดวยบอลมล (Ball Mill) ใหวตถดบผสมเปนเนอเดยวกน เปนเวลา 45 นาท จากนนอบใหแหงท 100ºซ กอนเผาทอณหภมตางๆ ดวยอตราการเผา 200ºซ ตอชวโมง และยนไฟทอณหภมทศกษาเปนเวลา 2 ชวโมงจากนนปลอยใหปนซเมนตเยนตวในเตาเผา จากนนบดปนเมดทไดใหมพนทผวเปน 3,000-6,000 ตารางเซนตเมตร ตอกรม ดวยวธการทดลอบแบบ Blaine ผลการทดลองพบวาทอตราสวนโดยโมลของแคลเซยมออกไซดตอ อะลมนา ตอ ซลไฟต เปน 4 ตอ 3 ตอ 1 จากนนเผาทอณหภม 1230ºซ พบวาเกดแคลเซยมซลโฟอะลมเนต มากทสด และการเตม ยปซมลงไปในปนซเมนตรอยละ 20 โดยน าหนกจะท าใหปนซเมนตทสงเคราะหไดมสามารถรบก าลงอดท 28 วนเพมขนจาก 280 เปน 590 กโลกรมตอตารางเซนตเมตร Hui และคณะ (2009) [61] ไดท าการสงเคราะหแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนต โดยใชเถาลอย แคลเซยมคารบอเนต แคลเซยมซลเฟต อะลมนา เปนวตถดบตงตน โดยการค านวณสวนผสมใหมคา Alkalinity Coefficient (Cm) เปน 1.05 อตราสวนอะลมนาตอซลเฟอรเปน 2.5 และ

10

อตราสวนของอะลมนาตอซลกาเปน 5 จากนนผสมเถาลอยแทนทรอยละ 30 โดยน าหนกของวตถดบ เผาทอณหภม 1150-1300ºซ ในอตราการเผา 30ºซ ตอ นาท และยนไฟทอณหภมทจะศกษาเปนเวลา 30, 60 และ 120 นาทตามล าดบ ท าการเยนตวอยางรวดเรวทอณหภมหอง จากนนน าปนเมดทไดไปบดรวมกบยปซม หรอ แคลเซยมคารบอเนต เพอศกษาความสามารถในการรบก าลงอดและอตราการชะละลายของ คลอรนไอออน (Cl-) โดยใชอตราสวนน าตอซเมนต เปน 0.3 ทระยะเวลาบม 1,3,7 และ 28 วนตามล าดบ ผลการทดลองพบวาท 1200ºซ ยนไฟเปนเวลา 120 นาทจะเกดแคลเซยมซลโฟอะลมเนต เปนเฟสหลก โดยการยนไฟทอณหภมศกษาเปนระยะเวลาตางๆ พบวามผลเพยงเลกนอย ซงการยนไฟนานเกนไปและเผาทอณหภมสง (1300ºซ) จะท าใหปรมาณแคลเซยมซลโฟอะลมเนต ลดลงเนองจากเกดการสลายตวเปน แอนไฮไดร (CaSO4) ซงเปนเฟสทไมเกดปฏกรยากบน า ส าหรบการทดสอบความสามารถในการรบก าลงอดทสภาวะตางๆพบวา การบดแคลเซยมซลโฟอะลมเนตทสงเคราะหไดจากการเผาท 1200ºซ รวมกบ แคลเซยมคารบอเนตรอยละ 20 และ ยปซมรอยละ 5 จะใหความแขงแรงท 1 วน สงเกอบเทยบเทาปนซเมนต แคลเซยมซลโฟอะลมเนตทขายอยในทองตลาด แตปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนตทสงเคราะหไดจากการเผาท 1200ºซ บดรวมกบยปซมรอยละ 5 จะใหคาความสามารถในการรบก าลงอดท 3, 7 และ 28 วน สงกวา และเกอบเทยบเทาปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนตทขายอยในทองตลาด ส าหรบความสามารถในการชะละลายของคลอรนไอออน (Cl-) พบวาทระยะเวลาบมนานขน คลอรนไอออน (Cl-) จะถกชะละลายออกมาไดยากขน เนองจากคลอรนไอออน (Cl-) เกดพนธะกบสารประกอบทเปนผลตภณฑของปฏกรยาไฮเดรชนของแคลเซยมซลโฟอะลมเนต ซงกคอ เอททรงไกต นนเอง 1.2.3 กำรกกเกบโลหะหนก

Wang และ Vipulanandrn [62] ท าการศกษาความสามารถในการชะละลายของโครเมยม (Cr(VI)) โดยเตมสารละลายโพแทสเซยมโครเมต (K2CrO4) ลงในปนซเมนตปอรตแลนด อตราสวนระหวางน าตอปนซเมนตเปน 0.5 แลวบมชนท 28 วน พบวาการเพมปรมาณพแทสเซยมโครเมตท าใหปฏกรยาไฮเดรชนเกดชาลง สงผลใหเวลาในการแขงตวเพมขน และคาความสามารถในการรบก าลงอดลดลง ผลการวเคราะหองคประกอบทางแรดวยเทคนค XRD เปนไปในทศทางเดยวกน และจากการศกษาความสามารถในการชะละลาย พบวาเมอเพมปรมาณโครเมยม จะท าใหปรมาณโครเมยม ทถกชะละลายออกมาเพมขน เมอพจารณารวมกบ ผลการวเคราะหองคประกอบทางแรดวยเทคนค XRD พบสารประกอบแคลเซยมโครเมตไฮเดรต (CaCrO4·2H2O) ซงแสดงวาปนซเมนตปอรตแลนดมความสามารถในการกกเกบโครเมยม (Cr(VI))

11

Peysson และคณะ [63] ไดศกษาความสามารถในการกกเกบโลหะหนกของแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนต โดยสภาวะทใชในการทดลองคอแคลเซยมซลโฟอะลมเนตรอยละ 80 กบ ฟอสโฟยปซมรอยละ 20 และ แคลเซยมซลโฟอะลมเนตรอยละ 70 กบ ฟอสโฟยปซมรอยละ 30 จากนนเตรยมสารละลายโลหะหนกไดแก แคดเมยม โครเมยม ตะกว และสงกะส ผสมสารละลายโลหะหนกกบปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต โดยอตราสวนสารละลายโลหะหนกตอปนซเมนตเปน 0.262 แลวเกบในถงพลาสตกเปนเวลา 28 และ 90 วน จากนนบดซเมนตเพสใหมขนาดเลกกวา 4 มลลเมตร จากนนท าการทดสอบการชะละลายของโลหะหนกในน ากลนในอตราสวน น าตอซเมนตเพสเปน 10 เปนเวลา 24, 48 และ 72 ชวโมง พบวาปรมาณฟอสโฟยปซมมผลตอการเตบโตของผลกเอททรงไกต ซงสงผลใหความสามารถในการกกเกบโลหะหนกไดตางกน โดยแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนตรอยละ 80 และ ฟอสโฟยปซมรอยละ 20 สามารถกกเกบ ซงคไนเตรต, ซงคซลเฟต, เลทไนเตรต, โครเมยมคลอไรต และ แคดเมยมคลอไรต ไดด

Loz และคณะ [64] ไดท าการกกเกบและปรบเสถยรกากของเสยจากการผลตกระแสไฟฟา (Galvanic Sludge) โดยใชแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนต และเถาหนก วธท าคอผสมเถาหนกทผานการบดใหมขนาดประมาณ 2 มลลเมตร กบกากของเสยในอตราสวน 1 ตอ 1 บมชนเปนเวลา 24 ชวโมง จากน นผสมดวยแคลเซยมซลโฟอะลมเนตซเมนตและ ฟอสโฟยปซมในอตราสวนปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต รอยละ 80 ฟอสโฟยปซมรอยละ 20 และ ปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต รอยละ 70 ฟอสโฟยปซมรอยละ 30 ตามล าดบ ในอตราสวนน าตอปนซเมนตเปน 0.5 จากนนหลอลงในโมลขนาด 40*40*160 มลลเมตร จากนนบมชนจนถงเวลาททดสอบคาความแขงแรงท 1, 3,7, 28 และ 90 วน และทดสอบความสามารถในการชะละลายของโลหะหนกดวยวธ NBR 10005 ท ระยะเวลาบม 28 วน พบวาการใชปนซเมนตแคลเซยมซลโฟอะลมเนต และเถาหนกสามารถกกเกบและปรบเสถยรกากของเสยได

Rachana และคณะ [65] ไดท าการศกษาความสามารถในการกกเกบของเสยจากโรงงานผลตเหลกกลาโดยใชปนซเมนต ท าการผสมปนซเมนตกบกากของเสยตามอตราสวนทค านวณ แลวบมท 28 วนจากนนทดสอบความสามารถในการรบก าลงอด และความสามารถในการกกเกบโลหะหนก พบวาการเพมปรมาณกากของเสยตอปนซเมนต สงผลใหความสามารถในการรบก าลงอดลดลง โดยปนซเมนตสามารถกกเกบ ตะกว (Pb), สงกะส (Zn), ทองแดง (Cu), เหลก (Fe) และ แมงกานส (MnO) ไดด ซงสงกะส (Zn) ถกกกเกบไดดทสด แตกกเกบ โซเดยม (Na),

12

โพแทสเซยม (K) และ คลอไรด (Cl) ไดนอย และยงพบวา pH มผลตอความสามารถในการชะละลายของโลหะหนกทตางกน

Sanghamitra และ Gupta [66] ท าการศกษาความสามารถในการกกเกบ อารเซนค (As(III)) ของปนซเมนต และ แคลเซยมไฮดรอกไซด ดวยวธแบบ Semi-Dynamic Leach Tests โดยผสมปนซเมนต แคลเซยมไฮดรอกไซด และกากของเสย ตามอตราสวนทก าหนด ขนรปแลวบมเปนเวลา 24 ชวโมง จากนนท าการทดสอบความสามารถในการชะละลายโดยอตราสวนของของแขงตอของเหลวเปน 1 ตอ 10 พบวาการใช Iron Oxide Coated Cement (IOCC) ตอ ปนซเมนตตอแคลเซยมไฮดรอก เปน 3 ตอ 1 ตอ 0.5 ในการกกเกบการของเสยสามารถลดการชะละลายของ อารเซนค ได

Jonatas และ Flávio [67] ไดท าการสงเคราะหปนซเมนตเบไลตจากเถาแกลบเพอประโยชนในการกกเกบโลหะหนกไดแก แคดเมยมและทองแดง ดวยวธการสงเคราะหแบบเขยาโดยใชคลนเสยงโดยอตราสวนแคลเซยมออกไซดตอซลกา ทใชเปน 2 ตอ 1 ซงแคลเซยมออกไซดจะถกแทนทดวยโลหะหนกไดแก คอปเปอรออกไซด (CuO) และแคดเมยมออกไซด (CdO) ดวยอตราสวนน าตอของแขงเปน 20 ท าการเขยาโดยใชคลนเสยงเปนเวลา 60 นาท จากนนเผาท 800ºซ ผลการทดลองพบวา ปนซเมนตเบไลตจากเถาแกลบสามารถกกเกบโลหะหนกไดแก แคดเมยม และ ทองแดง ไดโดยเมอปรมาณโลหะหนกเพมขนไมท าใหความสามารถในการเกดปฏกรยากบน าลดลง ซงอตราการเกดปฏกรยากบน ามผลตอการกกเกบโลหะหนก 1.3 วตถประสงคของงำนวจย

1. เพอผลตซเมนตเบไลตและเยลมไมต จากผลพลอยไดจากการเผาไหมถานหน และผลพลอยไดจากการเผาแกลบขาวในภาคเกษตรกรรม

2. เพอน าวสดซเมนตทสงเคราะหไดไปใชประโยชนในงานกอสรางและในการกกเกบโลหะหนก นเกล (Ni) แคลเมยม (Cd) และโครเมยม (Cr)

13

1.4 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ

1. สามารถผลตปนซเมนตชนดเบไลตและเยลมไมตได จากวสดเหลอใชชนด เถาลอย , เถาหนก, เอฟจดยปซม และเถาแกลบ

2. สามารถสงเคราะหปนซเมนตอณหภมเผาต ากวาปนซเมนตปอรตแลนด และสามารถน าไปประยกตใชในงานกอสราง และการกกเกบโลหะหนกได

3. สามารถเปลยนรปวสดเหลอใชจากอตสาหกรรม ใหเปนสารประกอบใหมทอยในรปทกอใหเกดประโยชนไดสงสด

4. ไดองคความร เพออธบายปฏกรยาทางเคมทเกดขนในขนตอนการผลตปนซเมนตจากวสดเหลอใชชนด เถาลอย, เถาหนก, เอฟจดยปซม และ เถาแกลบ และเพออธบายปฏกรยาทางไฮเดรชนทเกดขนในขนตอนการน าเอาปนซเมนตผสมกบน า

1.5 ขอบเขตงำนวจย

งานวจยนเปนการสงเคราะหปนซเมนตทเปนมตรกบสงแวดลอม และศกษาปฏกรยา ไฮเดรชน ของวสดซเมนตชนดไดแคลเซยมซลเกต หรอเบไลต และแคลเซยมอะลมนมซลเฟต หรอเยลมไมต โดยสงเคราะหจากวสดพลอยไดจากการเผาไหมถานหน ไดแก เถาลอย, เถาหนก และ เอฟจดยปซม และวสดพลอยไดจากการเผาไหมแกลบขาว วธไฮโดรเทอรมอล และแคลไซนเนชน โดยในการสงเคราะหจะมการเตมสารตวเตม (Additive) เพอใหไดเบไลตทมความวองไวตอปฏกรยาไฮเดรชน และไดเยลมไมตเพมขน จากนนวสดซเมนตท งสองชนดจะถกน าไปศกษา ความสามารถในการเกดปฏกรยาไฮเดรชน (Hydration Reactivity) เพอการใชประโยชนในการกอสราง และ ศกษาความสามารถในการดดซบโลหะหนก (Ion Adsorption) เพอการใชประโยชนในการกกโลหะ คอ นกเกล แคดเมยม และ โครเมยม