สาขางานวิจัย

วิศวกรรมศาสตร์ การผลิต และการก่อสร้าง

แหล่งทุนวิจัย

ทุนสนับสนุนงานพื้นฐาน (Fundamental Fund)

ปี พ.ศ.

2569

ชื่องานวิจัย(TH)

การผลิตถ่านจากเศษไม้ไผ่ซางหม่นเหลือทิ้งด้วยกระบวนการใช้แก๊สไพโรไลซิสหมุนวนแบบช้า สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรง

ชื่องานวิจัย(ENG)

Production of charcoal from waste bamboo waste by using a slow cycle pyrolysis gas process. For use as fuel in the smelting of Nam Phi iron ore by direct burning.

นักวิจัย

ไพโรจน์ นะเที่ยง

ผู้ร่วมวิจัย

วัตถุประสงค์

1) เพื่อออกแบบ/หาประสิทธิภาพเตาเผาถ่านด้วยกระบวนการใช้แก๊สไพโรไลซิสหมุนวนแบบช้าที่เหมาะสมกับการผลิตถ่านจากไม้ไผ่ซางหม่นสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรง 2) เพื่อทดสอบ/เปรียบเทียบสมบัติและความเหมาะสมของถ่านไม้ไผ่ซางหม่นที่ผลิตด้วยกระบวนการใช้แก๊ส ไพโรไลซิสหมุนวนแบบช้า เมื่อนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรง 3) เพื่อถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตถ่านไม้ไผ่ซางหม่นที่ผลิตด้วยกระบวนการใช้แก๊สไพโรไลซิสหมุนวนแบบช้า สู่กลุ่มผู้ประกอบการวิสาหกิจชุมชนผู้ผลิตผลิตภัณฑ์จากแร่เหล็กน้ำพี้

บทคัดย่อ

สินแร่เหล็กจากบ่อพระแสงและบ่อพระขรรค์ ในพื้นที่ของตำบลน้ำพี้ อำเภอทองแสนขัน จังหวัดอุตรดิตถ์ ถือว่าเป็นแหล่งแร่เหล็กที่มีคุณภาพสูงของประเทศไทย เหมาะกับการนำมาใช้ทำดาบ และอาวุธที่มีความแข็งแรง คงทน จากการทดสอบของ (อดุลย์ พุกอินทร์,2560) พบว่าเหล็กน้ำพี้จากแหล่งขุดแร่ปัจจุบันเมื่อนำมาทำการถลุงแล้วมค่าเฉลี่ยปริมาณเหล็กที่ 59.06% จัดอยู่ในกลุ่มของแร่ชนิดฮีมาไทต์ (Hematite) มีสูตรทางเคมี Fe2O3 ในการถลุงแร่ของชาวบ้านจะใช้วิธีการขุดด้วยจอบ เสียมและขวานขุดเจาะ เมื่อได้แร่มาแล้วชาวบ้านจะนำไปถลุงโดยใช้ ภูมิปัญญาท้องถิ่นที่เป็นองค์ความรู้ของชุมชนเพื่อให้ได้เนื้อเหล็กบริสุทธิ์โดยการนำแร่เหล็กมาทุบให้ได้เนื้อเหล็กบริสุทธิ์โดยการนำแร่เหล็กมาทุบให้ได้ขนาดพอเหมาะใส่ในเตาถลุงที่ปั้นจากดินเหนียวผสมแกลบใช้ถ่านไม้ประเภทไม้เนื้อแข็ง เช่น ถ่านไม้มะขาม เป็นเชื้อเพลิงแล้วเป่าลมด้วยเครื่องเป่าลมให้ให้ร้อนจนสิ่งเจือปน หรือสารมลิทนละลายออกจากแร่เหล็ก จากนั้นจึงแยกเอาเหล็กบริสุทธ์ออกจากสิ่งเจอปน เมื่อเนื้อเหล็กเย็นตัวแล้วจะนำไปหลอมยุบรวมกันเพื่อให้เป็นก้อนขนาดพอเหมาะเพื่อนำไปใช้สำหรับสร้างผลิตภัณฑ์ต่อไป (ไพโรจน์ นะเที่ยง,2557) โดยภูมิปัญญาการถลุงแร่เหล็กของชาวบ้านตำบลน้ำพี้นั้นตามหลักการทางวิทยาศาสตร์ถือว่าเป็นกรรมวิธีการถลุงสินแร่ด้วยกรรมวิธีการทางตรง (Direct Iron Smelting Process) โดยการถลุงเริ่มจาการการบดย่อยสินแร่ และทำความสะอาดสินแร่แล้วนำไปบดผสมกับถ่านเชื้อเพลิงตามสัดส่วนที่เหมาะสมในเตาถลุง คือ สินแร่เหล็กจำนวน 1 ส่วน ถ่านไม้จำนวน 3 ส่วน จากนั้นจึงทำการใส่เชื้อเพลิงและสูบลมเพื่อเร่งอุณหภูมิภายในเตาถลุงให้สูงประมาณ 1,100 -1,200 องศาเซลเซียส โดยในณะทำการถลุงต้องเติมถ่านไม้เพื่อช่วยให้การเผาไหม้ภายในเตาเกิดก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ในปริมาณที่มากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยากับแร่เหล็กอย่างสมบูรณ์ เพื่อก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก ซึ่งเป็นส่วนผสมระหว่างเหล็กกับคาร์บอน และธาตุอื่นๆ ที่อยู่ในลักษณะของธาตุ เจือปน เช่น ซิลิกอน แมงกานีส และฟอสฟอรัส เป็นต้น (สิงหเดช แตงจวง.2550) ปัจจุบันชาวบ้านยังคงใช้ความรู้ที่เกี่ยวกับการถลุงเหล็กเหล็กน้ำพี้ด้วยวิธีการโบราณที่สืบทอดกันมา จึงทำให้ทั้งปริมาณเนื้อและคุณภาพของเหล็กน้ำพี้ที่ถลุงได้มีปริมาณน้อยไม่เพียงพอต่อกี่นำไปใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตสินค้าของกลุ่มวิสาหกิจชุมชน และที่สำคัญการถลุงด้วยวิธีการโบราณนั้นยังใช้เวลาในการถลุงที่นานและได้เหล็กที่ยังคงมีตะกรันปะปนอยู่มาก จึงทำให้ต้องมีการนำสินแร่มาถลุงซ้ำๆหลายครั้งเพื่อกำจัดตะกรันออกจากเพื่อให้ได้เนื้อเหล็กที่มีความบริสุทธิ์มากที่สุด จากปัญหาดังกล่าวข้างต้นจึงได้มีการพัฒนาวิธีการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้ขึ้นโดย (พิทักษ์ คล้ายชม และคณะ, 2561) โดยเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพเตาถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรงโดยใช้เตาถลุงแบบคิวโบล่าที่มีการควบคุมด้วยระบบอัตโนมัติ ผลจาการวิจัยพบว่าในการถลุงแต่ละครั้งใช้เวลาเฉลี่ยเท่ากับ 110.67 นาที ใช้ปริมาณเชื้อเพลิงถ่านไม้เนื้อแข็งเฉลี่ย 53.67 กิโลกรัม สามารถถลุงได้ปริมาณเหล็กเฉลี่ยเท่ากับ 1.62 กิโลกรัม คิดเป็น 32.33% สามารถคำนวณอัตราการผลิตเหล็กน้ำพี้ได้ท่ากับ 0.88 กิโลกรัม/ชั่วโมง อัตราการใช้เชื้อเพลิงถ่านไม้ต่อการผลิตเหล็กน้ำพี้ 1 กิโลกรัมได้เท่ากับ 33.13 และเมื่อทำการเปรียบเทียบธาตุผสมของเหล็กที่ได้จากการถลุงเหล็กน้ำพี้ด้วยวิธีการที่พัฒนาขึ้น พบว่า มีค่าเปอร์เซ็นต์ธาตุเหล็ก (Fe) คิดเป็น 79.83% และคาร์บอน (C) คิดเป็น 7.74% เมื่อเปรียบเทียบความคุ้มค่าทางเศรษศาสตร์โดยการคิดค่าใช้จ่ายต่อรอบการผลิตที่การถลุงแร่เหล็กน้ำพี้ปริมาณ 5 กิโลกรัม จะมีค่าใช้จ่ายต่อรอบการผลิตค่าถ่านไม้มะขามที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำรับการถลุงคิดเป็น 1,019 บาท จากงานวิจัยของพิทักษ์ คล้ายชม และคณะ,ที่กล่าวมาแล้วในขั้นต้นจะเห็นว่าการพัฒนาวิธีการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรงโดยใช้เตาถลุงแบบคิวโบล่าที่มีการควบคุมด้วยระบบอัตโนมัติ สามารถช่วยเพิ่มปริมาณเนื้อเหล็กได้เพิ่มมากขึ้นโดยมีค่าเปอร์เซ็นต์ธาตุเหล็ก (Fe) ที่ถลุงได้คิดเป็น 79.83% เมื่อเปรียบเทียบกับการถลุงแร่เหล็กของชาวบ้านตำบลน้ำพี้ที่มีค่าเปอร์เซ็นต์ธาตุเหล็ก (Fe) ที่ถลุงได้คิดเป็น 19% เท่านั้น แต่การถลุงแร่เหล็กน้ำพี้ด้วยกรรมวิธีการที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นั้นยังมีจุดที่ควรพิจารณาในประเด็นหลักๆ ด้วยกันสองประเด็น คือ ต้นทุนค่าวัสดุเชื้อเพลิงที่นำมาใช้สำหรับเตาถลุง ซึ่งใช้เชื้อเพลิงประเภทถ่านไม้เนื้อแข็งซึ่งเป็นต้นทุนหลักของการผลิต เนื่องจากการถลุงแร่เหล็กแบบผาตรงจำเป็นต้นใช้เชื้อเพลิงที่ให้ค่าความร้อนที่สูง1,100 -1,200 องศาเซลเซียส เพื่อกำจัดสารมลทินที่ปะปนมากับเนื้อเหล็ก อีกทั้งยังเป็นตัวทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์เพื่อทำปฏิกิริยากับแร่เหล็กอย่างสมบูรณ์ภายในเตาถลุง ซึ่งจากการใช้ถ่านไม้เนื้อแข็งมาเป็นวัสดุเชื้อเพลิงสำหรับถลุงแร่เหล็กน้ำพี้จึงมีผลทำให้สัดส่วนของธาตุคาร์บอน (C) ที่อยู่ในเนื้อเหล็กที่ได้จากการถลุงมีค่าที่สูงคิดเป็น 7.74% โดยปริมาณของธาตุคาร์บอนจะมีผลกับค่าความแข็งของเหล็ก ซึ่งเหล็กที่ถลุงได้จากกรรมวิธีการนี้จัดว่ามีค่าความแข็งที่สูงจึงทำให้การนำไปขึ้นรูปทำได้ยากมากขึ้น ดังนั้นเพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตเหล็กน้ำพี้แบบเผาตรงโดยใช้เตาถลุงแบบคิวโบล่าที่มีการควบคุมด้วยระบบอัตโนมัติ ในด้านของการลดต้นทุนการผลิตและลดสัดส่วนของธาตุคาร์บอน (C) ที่อยู่ในเนื้อเหล็กที่ได้หลังจากการถลุง จึงทำให้ผู้วิจัยมีแนวคิดที่จะพัฒนากรรมวิธีการผลิตเชื้อเพลิงที่เหมาะสมทั้งในด้านต้นทุนและสมบัติในด้านการใช้งานเพื่อนำไปใช้ร่วมกันการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้แบบเผาตรง โดยเลือกที่ศึกษากับไม้ไผ่ซางหมนซึ่งเป็นพืชเชื้อเพลิงที่มีอยู่โดยทั่วไปในพื้นที่ เนื่องจากในพื้นที่ของอำเภอทองแสนขัน จังหวัดอุตรดิตถ์ เป็นแหล่งปลูกและแปรรูปผลิตภัณฑ์จากไม้ไผ่ซางหมนที่สำคัญแหล่งหนึ่งในภาคเหนือของประเทศไทย ซึ่งโดยทั่วไปไผ่ซางหม่นมีลักษณะที่โดดเด่นที่ลำต้นที่มีเนื้อหนาจึงเหมาะสมที่จะนำมาผลิตเป็นเชื้อเพลิงเป็นอย่างยิ่ง ไผ่ซางหม่นสามารถให้ ชีวมวลต่อไร่ในระยะเวลาที่เท่ากันและสูงกว่าพืชพลังงานชนิดอื่น เจริญเติบโตอย่างรวดเร็วจึงสามารถปลูกหมุนเวียนเพื่อการตัดไปใช้ประโยชน์ได้อย่างต่อเนื่อง จากการวิเคราะห์ค่าความร้อนของถ่านไม้ไผ่ซางหมนพบว่ามีค่าความร้อนอยู่ในระดับที่สูง (6,100-7,000 cal/g) (นุวัติ พิมพะบุตร และคณะ,2563) โดยมีปริมาณเถ้าสูงสุดคือ 4.21 % ซึ่งเป็นปริมาตรเถ้าที่ได้อยู่ในช่วงมาตรฐานไม่เกิน 8 % (สำนักงาน มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม, 2547) จึงทำให้ไผ่ซางหมนมีความเหมาะสมสำหรับนำไปผลิตเป็นวัสดุเชื้อเพลิงเป็นอย่างยิ่ง ซึ่งประโชยชน์จากงานวิจัยนี้จะส่งผลต่อการลดต้นทุนการถลุงสินแร่เหล็กน้ำพี้โดยตรงเนื่องจากเป็นการใช้วัสดุเชื้อเพลิงจากไม้ไผ่ซางหมนซึ่งสามารถผลิตใช้ได้เองในพื้นที่ ทดแทนการใช้วัสดุเชื้อเพลิงจากถ่านเนื้อแข็งที่มีราคาแพงและหาได้ยากขึ้นทุกวัน อีกทั้งยังเป็นการพึ่งพาตนเองทางด้านพลังงานที่ใช้ในการผลิตโดยการใช้พลังงานจากพืชที่สามารถปลูกหมุนเวียนได้เพื่อก่อให้เกิดความยั่งยืนของกลุ่มวิสาหกิจชุมชนในพื้นที่ต่อไป

คำสำคัญ

สินแร่เหล็ก , เหล็กน้ำพี้ , ถ่านไม้ไผ่

ไฟล์เอกสาร