การใช้ประโยชน์แคลเซียมคาร์บอเนต   กลุ่มวิศวกรรมและความปลอดภัย   สำนักเหมืองแร่และสัมปทาน

	แคลเซียมคาร์บอเนต มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลาย ๆ ประเภท เนื่องจากมีคุณสมบัติที่บดให้ละเอียดได้ง่าย โดยผลละเอียดของแคลเซียมคาร์บอเนต มีความเสถียรทางเคมีและไม่เป็นพิษ นอกจากนี้คุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ เช่น ความขาว (brightness) การดูดซับน้ำมัน (Oil absorption) ที่เอื้อประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมบางประเภท เช่น อุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมพลาสติกและยาง อุตสาหกรรมสี เป็นต้น   การนำแคลเซียมคาร์บอเนตไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้แก่  - อุตสาหกรรมกระดาษและเยื่อกระดาษ สำหรับกระดาษพิมพ์เขียน กระดาษอาร์ตมันและด้านการะดาษที่ใช้ในสำนักงาน กระดาษถ่ายเอกสาร กระดาษโรเนียว กระดาษสื่อสิ่งพิมพ์ทุกชนิด รวมทั้งกระดาษกล่องบรรจุภัณฑ์ชนิดต่าง ๆ  - อุตสาหกรรมสี สำหรับสีอุตสาหกรรม สีที่ใช้ในงานก่อสร้างอาคารและสีที่ใช้ในงานตกแต่ง  - อุตสาหกรรมพลาสติก เช่น หนังเทียม พลาสติกหุ้มสายไฟและสายโทรศัพท์ ท่อพีวีซี พีอีและพีบี ประตูพีวีซี เม็ดพลาสติก พลาสติกวิศวกรรมในรถยนต์ จานปิดดุมล้อรถยนต์ จานไมโครเวบและภาชนะใส่อาหาร รวมทั้งแผ่นฟิลม์พลาสติกที่ใช้ในทางการแพทย์ เช่น ผ้าอ้อมสำเร็จรูป ผู้อนามัย  - อุตสาหกรรมยาง เช่น ยางในและยางนอกรถยนต์ และรถจักรยานยนต์ รองเท้า รวมทั้งสายพานสำหรับลำเลียงขนถ่ายสินค้า  - อุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น อาหารสัตว์ ปุ๋ย ยาสีฟัน ผงซักฟอก ปรับปรุงคุณภาพของดินและบำบัดน้ำ   1 การใช้แคลเซียมคาร์บอเนต ในอุตสาหกรรมกระดาษ  กระดาษประกอบด้วย โครงร่างตาข่ายของเนื้อเยื่อไม้ Cellulose และรูขนาดเล็ก ซึ่งเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของกระดาษที่ส่งผลต่อคุณสมบัติความทึบแสงและคุณสมบัติด้านการพิมพ์ ความทึบแสงของกระดาษเกิดจากการกระจายแสงที่รูขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างเนื้อเยื่อและอากาศ ขนาดของรูขนาดเล็กขึ้นอยู่กับขนาดของเนื้อเยื่อ ถ้าปราศจากรูขนาดเล็กนี้กระดาษจะเป็นกระดาษทึกแสง แต่เนื่องจากรูขนาดเล็กที่ถูกสร้างขึ้นนี้มีขนาดใหญ่กว่าขนาดรูที่เหมาะสมที่จะให้ค่าความทึกแสงสูงสุด ตัวเติมจึงถูกนำมาใช้เพื่อทำให้ผิวกระจายแสงได้ดีขึ้น ซึ่งทำให้เกิดค่าความทึกแสงสูงขึ้น คุณสมบัติความทึกแสงที่ดีขึ้นนี้จะช่วยทำให้ลดน้ำหนักของกระดาษได้ โดยจะใช้เนื้อเยื่อกระดาษน้อยลง ซึ่งหมายถึงทุนในการผลิตกระดาษจะถูกลง  ในทางทฤษฎีมีแร่สีขาวมากกว่า 20 ชนิด ที่สามารถใช้เป็นตัวเติมหรือตัวเคลือบในอุตสาหกรรมกระดาษได้ การเลือกใช้แร่ชนิดใดจะมีปัจจัยในการพิจารณาหลายประการ ได้แก่ ราคาของแร่ที่ใช้เป็นตัวเติม ความสะดวกในการนำแร่มาใช้งาน ขนาด รูปร่าง และการกระจายตัวของอนุภาค พื้นผิว ประจุที่พื้นผิว ความขาวและความสว่างของแร่ ดัชนีการหักเห ความถ่วงจำเพาะ การทำปฏิกริยาและการซึมซับต่อสารเคมีต่าง ๆ ในทางปฏิบัติจะมีแร่เพียง 4 ชนิด ที่ใช้เป็นตัวเติมและตัวเคลือบมากกว่า 90% ของแร่ที่ใช้จริงได้แก่ แร่กลุ่มดินขาว แร่แคลเซียมคาร์บอเนต แร่ทัลก์ และไททาเนียมไดออกไซด์   ดินขาว (Kaelin)  เป็นแร่ที่สำคัญและมีปริมาณการใช้ที่สูงที่สุดในอุตสาหกรรมกระดาษ ซึ่งมีบทบาททั้งในแง่ของการใช้เป็นสารตัวเติมและเป็นตัวเคลือบ โดยมีสัดส่วนการใช้ถึง 45 – 60% เมื่อเปรียบเทียบกับแร่ชนิดอื่นที่ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมชนิดนี้ ปริมาณการใช้ดินขาวที่เคยสูงถูกลดบทบาทลงเมื่อมีกระบวนการผลิตกระดาษโดยใช้ด่าง (Alkaline Sizing Process) ซึ่งค่อย ๆ แทรกซึมและแบ่งสัดส่วนการตลาดของดินขาวอันเนื่องมาจากราคาแร่กลุ่มคาร์บอเนตที่มีราคาถูกกว่า ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่สำคัญในกรรมวิธีการผลิตกระดาษแบบใช้ด่าง ปริมาณการใช้ดินขาวในอุตสาหกรรมทั่วโลกมีประมาณปีละ 10 ล้านตัน แต่สัดส่วนการใช้ในปัจจุบันกำลังมีแนวโน้มลดลง   ทัลก์ (Talc)  ข้อดีของการใช้ทัลก์ คือ ช่วยลดความพรุนในเนื้อกระดาษและช่วยเพิ่มความทึกแสง นอกจากนี้ยังทำให้ผิวกระดาษมีความเนียนเรียบและยืดอายุการใช้งานของกระดาษได้ เนื่องจากทัลก์ช่วยในการปรับดัชนีความเหลือง (Yellow Index) ของกระดาษให้ดีขึ้น และมีความคมน้อยเมื่อเทียบกับสารตัวเติมและสารเคลือบในแร่กลุ่มอื่น ปริมาณการใช้ทัลก์ในอุตสาหกรรมกระดาษทั่วโลกมีประมาณปีละ 3.5 ล้านตัน แต่ปัจจุบันกำลังมีแนวโน้มลดลงเช่นเดียวกับแร่กลุ่มดินขาว เนื่องจากถูกแทนที่โดยแร่ในกลุ่มแคลเซียมคาร์บอเนต   ไททาเนียมไดออกไซด์ (Titanium Dioxide)  ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับผลิตกระดาษที่มีคุณภาพสูงเช่น กระดาษพิมพ์อย่างดี เป็นต้น แต่เนื่องจากไททาเนียมไดออกไซด์ เป็นแร่ที่มีราคาแพงกว่าแร่กลุ่มอื่น ๆ ที่ใช้เป็นตัวเติมและตัวเคลือบในอุตสาหกรรมกระดาษ จึงทำให้ปริมาณการใช้ในปัจจุบันมีปริมาณลดลง โดยผู้ผลิตส่วนใหญ่จะเปลี่ยนมาใช้แร่กลุ่มดินขาว แคลเซียมคาร์บอเนตและทัลก์ ในกระบวนการผลิตแทน   แคลเซียมคาร์บอเนต (Calcium Carbonate)  จากการเปลี่ยนกรรมวิธีการผลิตกระดาษจากแบบกรด (PH ประมาณ 2) มาเป็นแบบอัลดาไลน์ (PH ประมาณ 7) ตั้งแต่มี ค.ศ. 1980 ทำให้ปริมาณการใช้แร่แคลเซียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมกระดาษทั่วโลกมีแนวโน้มสูงขึ้นในขณะที่แร่ตัวอื่นมีปริมาณการใช้น้อยลงเนื่องจากกรรมวิธีการผลิตกระดาษแบบอัลดาไลน์ เป็นผลดีต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มความแข็งแรงของอายุการใช้งานให้กับกระดาษเพราะขบวนการผลิตแบบอัลดาไลน์ทำลายเนื้อเยื่อของไม้น้อยกว่าขยวนการผลิตกระดาษแบบกรด  การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเติม (filler) ในการผลิตกระดาษแคลเซียมคาร์บอเนตจะทำหน้าที่เป็นตัวเติมที่มีประโยชน์สูง (functional filler) เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดี มากกว่าจะใช้เป็นตัวเติมเพื่อเพิ่มปริมาณ (extender filler) แต่เพียงอย่างเดียว   ประโยชน์ของแคลเซียมคาร์บอเนตในการผลิตกระดาษ คือ  - เพิ่มความทึบแสงให้กับเนื้อเยื่อกระดาษ              - ปรับปรุงคุณภาพเนื้อเยื่อกระดาษ ทำให้ผิวเนื้อเยื่อสม่ำเสมอและมีส่วนผสมเป็นเนื้อเดียวกัน              - ปรับปรุงคุณสมบัติด้านการพิมพ์ การดูดซับน้ำหมึก              - ทำให้การวางตัวของโครงสร้างเนื้อเยื่อกระดาษดีขึ้น ช่วยเติมเต็มช่องว่างของเนื้อเยื่อ              - ปรับปรุงคุณสมบัติด้านการระบายน้ำของเนื้อเยื่อกระดาษให้ดีขึ้นในระหว่างขบวนการผลิต              - ลดการใช้พลังงานในขบวนการทำกระดาษให้แห้ง เนื่องจากแคลเซียมคาร์บอเนตจะไปอุดตามช่องว่างของเนื้อเยื่อกระดาษทำให้กระดาษดูดซับน้ำได้น้อยลง  การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเติมในการผลิตกระดาษไม่ได้มีเฉพาะแต่ข้อดีเท่านั้น เนื่องจากถ้าใช้ตัวเติมมากเกินไปจะทำให้ความแข็งแรงของกระดาษลดลง เนื่องจากใช้เนื้อเยื่อน้อยเกินไป อัตราการใช้แร่ตัวเติมที่เหมาะสมคือ 18-20 % โดยน้ำหนักของเนื้อเยื่อกระดาษทั้งหมด แต่ในบางโรงงานโดยเฉพาะโรงงานผลิตกระดาษในประเทศแถบยุโรป อาจใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเติมในกระดาษได้สูงถึง 25% เนื่องจากโรงงานเหล่านี้จะใช้เนื้อเยื่อแบบยาวที่มีความยาวมากกว่า 3 มิลลิเมตร ซึ่งได้เฉพาะจากเนื้อเยื่อไม้ที่ขึ้นในภูมิอากาศหนาวเย็น เช่น ต้นสนเมืองหนาว ซึ่งจะมีความแข็งแรงกว่าเนื้อเยื่อแบบสั้นที่ได้จากพันธุ์ไม้ในประเทศที่มีภูมิอากาศเขตร้อน ขนาดอนุภาคของตัวเติมในเนื้อเยื่อกระดาษที่เหมาะสมควรมีขนาดอยู่ระหว่าง 0.3 – 2.5 ไมครอน  แคลเซียมคาร์บอเนตนอกจากจะใช้เป็นตัวเติมในกระดาษแล้ว ยังสามารถนำมาใช้เป็นตัวเคลือบทำให้ผิวกระดาษเรียบได้อีกด้วย ซึ่งจะทำให้กระดาษมีคุณสมบัติด้านการดูดซับน้ำหมึก การพิมพ์ solid printing areas การพิมพ์ half-tones และการพิมพ์สี่สีดีขึ้น การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเคลือบมักจะนำไปผสมกับอนุภาคอื่น ๆ ได้แก่ แร่ไททาเนียมไดออกไซด์ แร่ดินขาว อนุภาคพลาสติก โดยใช้สารจำพวกโปรตีน หรือแป้งที่ละลายได้ หรือกาว เป็นตัวผสมหรือตัวเชื่อม ซึ่งจะทำให้ส่วนผสมของตัวเคลือบและกระดาษเข้ากันได้   ส่วนประกอบของกระดาษสามารถแสดงได้ดังตารางดังนี้   คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์แคลเซียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมกระดาษ   2 การใช้ประโยชน์แคลเซียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมสี  ในอุตสาหกรรมสีจะใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเติม (filler) ที่สำคัญ โดยมีคุณสมบัติคือทำให้สีมีความต่อเนื่องและเป็นเนื้อเดียวกัน นอกจากนี้ แคลเซียมคาร์บอเนตยังใช้แทนไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ซึ่งมีราคาสูงกว่า เพื่อทำให้สีมีความเงามากขึ้น  คุณลักษณะของแร่แคลไซต์ซึ่งใช้ทำสี กำหนดตามขนาดของเม็ดแร่ แบ่งออกเป็น 4 เกรด  เกรด 1 ใช้ทำสีมีขนาดเม็ดแร่ละเอียด (Fine paint grade)  - ขนาดของเม็ดแร่ 1.5 – 2.0 ไมครอน              - วัตถุหยาบค้างบนตะแกรงขนาด 325 เมช (45ไมครอน) สูงสุด 0.05 เปอร์เซ็นต์              - เส้นผ่าศูนย์กลางผิวหน้าของเม็ดแร่ (Specific surface diameter) สูงสุด 2.5 ไมครอน  เกรด 2 ใช้ทำสีมีขนาดเม็ดแร่หยาบ (Course paint grade)  - ขนาดของเม็ดแร่ 4 – 5 ไมครอน              - วัตถุหยาบค้างบนตะแกรงขนาด 325 เมช (45 ไมครอน)สูงสุด 0.05 เปอร์เซ็นต์              - เส้นผ่าศูนย์กลางผิวหน้าของเม็ดแร่ (SSD) สูงสุด 6 ไมครอน  เกรด 3 ใช้เป็นวัตถุเหลวสำหรับอุดเนื้อไม้ก่อนลงสี (Filler grade)  - ขนาดของเม็ดแร่ 10 – 45 ไมครอน              - วัตถุหยาบค้างบนตะแกรงขนาด 325 เมช (45 ไมครอน) สูงสุด 25 เปอร์เซ็นต์              - เส้นผ่าศูนย์กลางผิวหน้าของเม็ดแร่ (SSD) สูงสุด 9 ไมครอน  เกรด 4 เกรดผงสำหรับยากันรั่ว (Putty powder grade)  - ขนาดของเม็ดแร่มีความละเอียดน้อย              - วัตถุหยาบค้างบนตะแกรงขนาด 200 เมช (75 ไมครอน) สูงสุด 30 เปอร์เซ็นต์              - เส้นผ่าศูนย์กลางผิวหน้าของเม็ดแร่ (SSD) สูงสุด 12 ไมครอน   3 การใช้ประโยชน์แคลเซียมคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมพลาสติก  ในอุตสาหกรรมพลาสติกจะใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นตัวเติม (filler) เพื่อปรับปรุงผิวของพลาสติก โดยทำให้พลาสติกมีคุณสมบัติ  - มีความเงาหรือความมันเพิ่มขึ้น              - มีคุณสมบัติต้านทานไฟฟ้าดีขึ้น              - ทนทานต่อแรงบีบอัด              - ควบคุมการหดตัวของพลาสติก              - ทำให้ผลิตภัณฑ์จากพลาสติกทนทานต่อสภาพภูมิอากาศมากขึ้น  ในอุตสาหกรรมพลาสติกทั่วโลกมีอัตราการเติบโตประมาณ 4 – 5% ต่อปี มีการใช้ทั้งชนิด PCC และ GCC พลาสติกที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนประกอบที่พบเห็นโดยทั่วไปได้แก่ จานปิดดุมล้อรถยนต์ แผ่นพลาสติกปิดหน้าปัดรถยนต์ แผ่นยางกันน้ำ แผ่นปูพื้น พลาสติกที่ใช้เคลือบลวดหรือสายไฟ จานไมโครเวฟ ภาชนะใส่อาหาร และแผ่นฟิล์มพลาสติกซึ่งใช้ในผ้าอ้อม ผ้าอนามัย และทางการแพทย์ รวมทั้งในผลิตภัณฑ์ PVC ชนิดต่าง ๆ