รายงานวิจัย
วิศวกรรมศาสตร์ การผลิต และการก่อสร้าง
ทุนสนับสนุนงานพื้นฐาน (Fundamental Fund)
2569
การพัฒนาผลิตภัณฑ์ซีเมนต์บล็อกเชิงตันชนิดไม่รับน้ำหนักจากกากอุตสาหกรรมแต่งแร่ดินขาว (แก้ไข)
Development of Non-Bearing Cement Blocks Product from the Industrial Waste of Kaolin (Edited)
ดินขาวเป็นวัตถุดิบที่ถูกใช้อย่างกว้างขวางในภาคอุตสาหกรรม เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดีในการปรับสภาพผลิตภัณฑ์ (Filler) อีกทั้งมีเนื้อที่เป็นสีขาวสะดวกต่อการย้อมสียังมีความทนต่อการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี และเกิดความร้อนต่ำเมื่อนำไปใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตชิ้นส่วนทางเครื่องจักรกล อุตสาหกรรมกระดาษใช้ดินขาวเพื่อให้เกิดการทึบแสงและเคลือบผิว (coating) เพื่อให้กระดาษเรียบและเป็นเงามัน อุตสาหกรรมเครื่องปั้นดินเผาใช้ดินขาวเป็นวัตถุดิบหลักเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์และน้ำเคลือบเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแกร่ง มีความเป็นฉนวนไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งเป็นส่วนผสมที่สำคัญในการผลิตอิฐทนไฟ อุตสาหกรรมสีซึ่งดินขาวถูกนำมาใช้ทดแทนไทเทเนียมไดออกไซด์ (Titanium Dioxide, TiO2) ที่มีราคาสูง นอกจากนั้นดินขาวยังใช้เป็นส่วนผสมในผลิตภัณฑ์อื่นอีกมากมายเช่น ผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับยาง ผลิตภัณฑ์ปุ๋ย และผลิตภัณฑ์ยาฆ่าแมลง แต่การนำไปใช้งานต้องนำดินขาวดิบผ่านกระบวนการให้ความร้อนเพื่อไล่ความชื้นออกจากมวลดินก่อนปั่นให้แตกตัวและเป่าด้วยลมร้อนเพื่อคัดแยกแร่ดินขาวเข้าสู่ถังเก็บโดยแร่ดินขาวที่ได้จะมีประมาณเพียงร้อยละ 30 ของดินขาวดิบโดยส่วนที่เหลืออีกร้อยละ 70 เรียกว่า กากดินขาว ซึ่งมีลักษณะทางกายภาพคล้ายทรายแต่มีสีขาวโดยสถานประกอบการจะกองเก็บกากดินขาวไว้ในที่โล่งทำให้เกิดการฟุ้งกระจายเกิดเป็นมลพิษทางอากาศต่อชุมชนหรือพื้นที่ข้างเคียง ในประเทศไทยนั้นมีแหล่งดินขาวกระจายอยู่ทั่วประเทศดังกล่าวมาแล้วข้างต้นเช่นที่ เชียงราย ลำปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง ชุมพร และนราธิวาส โดยมีจำนวนเหมืองดินขาวเปิดทำการทั่วประเทศรวม 64 เหมืองให้ผลผลิตของเนื้อดินขาวถึง 420,164.9 ตัน(ลัดดา ลาภจตุรภุช, 2541)
อุตสาหกรรมการแต่แร่ดินขาวพบกระจายทั่วไปในประเทศไทยซึ่งจะมีชื่อเรียกแตกต่างกันไปตามแหล่งได้แก่ ดินขาวระนอง ดินขาวนราธิวาส ดินขาวปราจีนบุรี ดินขาวลำปาง และดินขาวอุตรดิตถ์ โดยอยู่ในรูปของอุตสาหกรรมแต่งแร่ เพื่อการนำไปใช้ประโยชน์ตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการ ดินขาวประกอบด้วยแร่ดินเหนียวคาโอลิไนท์เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งคุณสมบัติทางเคมีของดินขาวจะขึ้นอยู่กับขนาดและความสมบูรณ์ของผลึกโดยส่วนประกอบของดินขาวมักไม่คงที่ ดินขาวมีความเหนียว (Plasticity) ประมาณ 25-40% (วิชัยและคณะ, 2552) จากข้อมูลของกรมทรัพยากรธรณี (2551) พบว่าทรัพยากรแร่จังหวัดอุตรดิตถ์ที่สำคัญทางเศรษฐกิจประกอบด้วยดินขาว ทัลก์ โครไมต์ ทองแดง เหล็ก หินปูน หินอ่อน หินประดับชนิดหินนาคกระสวย หินประดับชนิดหินแกรนิต หินก่อสร้างชนิดแอนดีไซต์ และแหล่งทรายแม่น้ำ โดยพื้นที่รวมของแหล่งแร่ทั้งหมดเท่ากับ 75.74 ตารางกิโลเมตร (100%) กระจายตัวอยู่ทั่วจังหวัดอุตรดิตถ์ดังแสดงในภาพที่ 3 โดยพบแหล่งแร่ดินขาวในปริมาณสูงที่สุดโดยมีพื้นที่คลอบคลุม 23.65 ตารางกิโลเมตร หรือ 31.23% ของแหล่งแร่ทั้งหมดและยังมีปริมารสำรองสำหรับอุตสาหกรรมดินขาวอีก 130.6 ล้านเมตริกตัน
แนวคิดเรื่องการจัดการกากอุตสาหกรรมภายใต้ประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม เรื่อง การกำจัดสิ่งปฏิกูลหรือวัสดุหรือใช้ พ.ศ. 2548 ประกอบด้วย 8 ได้แก่ 1.การคัดแยก 2.การกักเก็บในภาชนะบรรจุ 3.การนำกลับมาใช้ซ้ำ 4.การนำกลับมาใช้ประโยชน์อีก 5.การนำกลับคืนมาใหม่ 6.การบำบัด 7.การกำจัด 8.การจัดการด้วยวิธีอื่นๆ และจากข้อมูลพบว่าในปี 2550 ปริมาณกากของเสียและวัสดุเหลือใช้ที่กำจัดด้วยวิธีการต่างๆ ที่ขออนุญาตจากกรมโรงงานอุตสาหกรรมทั้งประเทศมากที่สุด 5 อันดับคือ การนำกลับมาใช้ประโยชน์ใหม่ คิดเป็นร้อยละ 29.76 การคัดแยกเพื่อจำหน่ายต่อ คิดเป็นร้อยละ 12.83 การนำไปเป็นอาหารสัตว์ คิดเป็นร้อยละ 7.55 การฝังกลบตามหลักสุขาภิบาล คิดเป็นร้อยละ 7.28 และการนำไปเป็นเชื้อเพลิงทดแทน คิดเป็นร้อยละ 7.19 (สถาบันสิ่งแวดล้อมอุตสาหกรรม สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย, 2552)
ตามที่ประเทศไทยได้เข้าร่วมเป็นสมาชิกภายใต้กรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (United Framework Convention on Climate Change: UNFCCC) และได้ให้สัตยาบันตามข้อตกลงปารีส (Paris Agreement) ในปี พ.ศ.2558 ที่จะมีส่วนร่วมในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse Gas: GHC) ลงร้อยละ 20 จากกรณีปกติภายในปี พ.ศ.2573 เมื่อเทียบกับปีฐาน (พ.ศ.2550) หนึ่งในมาตรการลดก๊าซเรือนกระจกของประเทศในสาขากระบวนการทางอุตสาหกรรมและการใช้ผลิตภัณฑ์ (Industrial Processes and Product Use: IPPU) คือ การกำหนดให้ใช้วัสดุทดแทนปูนเม็ดในการผลิตปูนซีเมนต์เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดภาวะก๊าซเรือนกระจก โดยปกติการผลิตปูนซีเมนต์จะมีกระบวนการเผาวัตถุดิบเพื่อเปลี่ยนให้เป็นปูนเม็ด อุตสาหกรรมก่อสร้างมีการใช้ซีเมนต์ในปริมาณมากซึ่งนั้นรวมไปถึงการใช้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่สนับสนุนงานก่อสร้างเช่น บล็อกก่อผนัง ชิ้นส่วนสำเร็จรูป วัสดุตกแต่งผิว เป็นต้น โดยซีเมนต์ทำหน้าที่เป็นสารเชื่อมประสานให้วัสดุสามารถยึดก่อเป็นเนื้อเดียวกันได้ ประเภทของซีเมนต์ที่ได้รับความนิยมงานคือ ปอร์แลนด์ซีเมนต์ แต่อย่างไรก็ตามซีเมนต์ประเภทนี้ต้องใช้ปูนเม็ด (Clinker) ปริมาณมากในการผลิตซึ่งทำให้เกิดการปล่อย CO2 สู่ชั้นบรรยากาศเป็นจำนวนมาก จึงมีการพัฒนาซีเมนต์ชนิดให้ขึ้นมาเรียกว่า“ซีเมนต์ไฮดรอลิก” (Hydraulic Cement) โดยในกระบวนการผลิตจะลดปริมาณการใช้ปูนเม็ดลงโดยจะทดแทนด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติเทียบเท่าเข้าไปแทนบางส่วนแต่ยังคงมีคุณสมบัติตามมาตรฐานการผลิตและการใช้งานได้เช่นเดียวกันกับปอร์ตแลนด์ซีเมนต์แต่จะเกิดการปล่อย CO2 สู่ชั้นบรรยากาศที่น้อยกว่า ปัจจุบันรัฐบาลมีนโยบายส่งเสริมให้ทุกภาคส่วนใช้ซีเมนต์ไฮดรอลิกในทุกโครงการก่อสร้างและหลายหน่วยงานได้กำหนดมาตรฐานการใช้งานซีเมนต์ไฮดรอลิกตามพันธะกิจที่รับผิดชอบได้แก่ กรมทางหลวง กรมทางหลวงชนบท กรมโยธาธิการและผังเมือง การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย การทางพิเศษแห่งประเทศไทย กรมชลประทาน และ วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ์ เป็นต้น
นอกจากแนวคิดเกี่ยวกับการลดการปล่อย CO2 สู่ชั้นบรรยากาศ ปัจจุบันมนุษย์ยังตระหนักถึงการมีอยู่ของทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัด เมื่อมีการนำทรัพยากรธรรมชาติไปใช้งานในภาคอุตสาหกรรมย่อมทำให้เกิดกากอุตสาหกรรมขึ้นมาจึงมีความพยายามใช้ประโยชน์จากกากอุตสาหกรรมให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด อุตสาหกรรมผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยถ่านหินเป็นอุตสาหกรรมที่ปล่อย CO2 สู่ชั้นบรรยากาศจำนวนมากรองลงมากจากอุตสาหกรรมผลิตซีเมนต์ โดยมีการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ออกมาร่วมด้วยในการกำจัดนั้นจะใช้วิธีการพ่นน้ำที่ละลายปูนขาว เมื่อก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์สัมผัสกับน้ำปูนขาวจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกลายเป็นซัลเฟต (SO42-) จากนั้นจะทำปฏิกิริยากับ CaCO3 กลายเป็นยิปซัม สารยิปซัมที่เกิดขึ้นนี้ถูกเรียกว่า flue gas desulfurization gypsum หรือ FGD Gypsum ซึ่งหมายถึง การแปรสภาพของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไปเป็นสารประกอบของแข็งซัลเฟอร์ที่สามารถรวบรวมเพื่อนำไปกำจัดหรือนำไปใช้ประโยชน์ได้ง่ายขึ้น ซึ่งในกระบวนการแปรรูปจะแบ่งเป็นกระบวนการแบบเปียกและแบบแห้งซึ่งมีความแตกต่างกันทั้งการใช้ตัวดูดซับและผลิตที่ได้ โดยกระบวนการแบบเปียกจะใช้หินปูน (CaCO3) หรือปูนขาวแห้ง ส่วนกระบวนการแบบแห้งจะใช้ปูนขาวที่มีความชื้น (Chen and Dick, 2011) โดย FGD Gypsum มีลักษณะเป็นผงสีน้ำตาลอ่อนเนื่องจาก FGD Gypsum มีปริมาณแคลเซียมออกไซด์ที่สูง (Calcium Oxide, CaO) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นสารเชื่อมประสานเช่นเดียวกับซีเมนต์จึงมักนำไปใช้ในการผลิตซีเมนต์ วัสดุก่อสร้าง และในการปรับปรุงดินเพื่อเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ในการเพาะปลูกพืช เป็นต้น การใช้ FGD Gypsum นี้ยังช่วยลดการใช้วัสดุธรรมชาติเช่น กำมะถันที่ใช้ในการผลิตปูนหรือซีเมนต์ ซึ่งเป็นที่นิยมเนื่องจากมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลงและมีราคาที่ประหยัดกว่าในบางกรณี ในปัจจุบัน FGD Gypsum ยังไม่ได้มีการนำไปใช้งานและแปรรูปเพื่อประโยชน์ในเชิงพาณิชย์มากนักจึงทำให้โรงผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยถ่านหิน (โรงไฟฟ้าแม่เมาะ) เหลือยิปซั่มจากการจำหน่วยปีละประมาณ 2.19 ล้านตันหรือคิดเป็น 97.4 ของปริมาณทั้งหมด (จักรชัยวัฒน์, 2561)
จากข้อมูลทั้งหมดข้างต้นที่ได้นำเสนอมานั้นทำให้สามารถสรุปเป็นประเด็นที่สำคัญของคำถามอันนำไปสู่การดำเนินโครงการวิจัยนี้ได้ดังรายละเอียดต่อไปนี้
1. บริบทเชิงพื้นที่ที่มีการดำเนินการอุตสาหกรรมแต่งแร่ดินขาว (พื้นที่ตำบลขุนฝาง ตำบลบ้านด่านนาขามและตำบลงิ้วงามบางส่วน อำเภอเมือง จังหวัดอุตรดิตถ์) พบว่า ได้รับผลกระทบจากการฟุ้งกระจายของฝุ่นละอองซึ่งเกิดจากการกองเก็บกากดินขาวในที่โล่งแจ้งของสถานประกอบการก่อให้เกิดเป็นมลพิษทางอากาศ ดังนั้นจำเป็นต้องหาวิธีการบริหารจัดกากดินขาวเพื่อให้การฟุ้งกระจายของฝุ่นลดลงเพื่อลดความเสี่ยงจากการเกิดโรคทางเดินหายใจของคนในชุมชน
2. บริบทของทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดพบว่า กากดินขาวมีปริมาณที่สูงมากนั้นหมายความว่ามีการใช้ทรัพยากรธรรมชาติไปในปริมาณที่สูงมากเช่นเดียวกันจะทำอย่างไรให้ กากดินขาวที่เกิดขึ้นถูกใช้ประโยชน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนั้นดินขาวยังเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึ้นเฉพาะถิ่นทำให้การศึกษา งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการนำไปใช้ประโยชน์มีน้อย แต่อย่างไรก็ตามยังมีความจำเป็นต้องศึกษาเกี่ยวกับการนำทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดนี้ไปใช้ประโยชน์ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด
3. บริบทของการสนับสนุนนโยบายลดการปล่อย CO2 สู่ชั้นบรรยากาศจากการใช้วัสดุทดแทนสารเชื่อมประสานแบบเดิม (ปอร์ตแลนด์) ในการผลิตวัสดุก่อสร้างซึ่งคือ ไฮดรอลิกซีเมนต์ร่วมยิปซั่มเทียมที่มีศักยภาพในการเป็นสารเชื่อมประสานได้เช่นเดียววัสดุประเภทซีเมนต์ แต่อย่างไรก็ตามการศึกษาวัสดุ 2 ชนิดนี้ในมิติของการเป็นสารเชื่อมประสานร่วมกันยังคงมีอยู่น้อยและเป็นการประยุกต์ใช้ในรูปแบบที่แตกต่างจากการศึกษาของโครงการวิจัยนี้
4. บริบทของแผนยุทธศาสตร์ประเทศไทยนั้นพบว่า โครงการวิจัยนี้มีความสอดคล้องกับ BCG Model อย่างชัดเจนโดยเป็นการพัฒนาแบบองค์รวมที่มุ่งเน้น 3 ด้านคือ การสร้างมูลค่าเพิ่มของทรัพยากรชีวภาพ(Bioeconomy, B) ที่เชื่อมโยงกับการหมุนเวียนนำทรัพยากรธรรมชาติกลับมาใช้ใหม่ (Circular Economy, C) อันนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (Green Economy, G)
ผลจากการดำเนินงานโครงการวิจัยนี้ทำให้เกิดองค์ความรู้เกี่ยวกับการพัฒนาวัสดุก่อสร้างประเภทบล๊อกเชิงตันชนิดไม่รับน้ำหนักที่เทียบเคียงผลิตภัณฑ์ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม (มอก.58-2533) จากกากดินขาว ซึ่งเพิ่มช่องทางในการนำกากอุตสาหกรรมไปใช้ประโยชน์ผ่านการเผยแพร่ผลงานในวารสารวิชาการหรือการประชุมวิชา และการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตอันจะนำไปสู่การสร้างอาชีพให้กับคนในชุมชนหรือเป็นการผลิตโดยหน่วยงานภาครัฐหรือเอกชนเพื่อสนับสนุนให้เกิดการพัฒนาที่อยู่อาศัยให้กับกลุ่มคนผู้ด้อยโอกาสในเขตพื้นที่รับผิดชอบได้อีกด้วย
kaolin residue, cement block, environmentally friendly materials, Low-Carbon