แคลเซียมซัลเฟต (CaSO4) การผลิต และการใช้ประโยชน์

Last Updated on 23 พฤศจิกายน 2022 by siamroommate

แคลเซียมซัลเฟต (CaSO₄) มีลักษณะเป็นผงสีขาว ผลิตได้จากแหล่งแร่อุตสาหกรรมเป็นหลักที่เรียกว่า ยิปซัม โดยประกอบด้วยแคลเซียมซัลเฟตไดไฮเดรต (CaSO₄.2H₂O) เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งถูกใช้ประโยชน์อย่างมากในอุตสาหกรรมหลายประเภท โดยเฉพาะอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ ซึ่งใช้เป็นส่วนผสมสำคัญชนิดหนึ่ง

คุณสมบัติเฉพาะ เพิ่มเติมจาก ^{[1], [2]}
• CAS Number : 7778-18-9
• ชื่อทางการค้า (Trade Name) : แคลเซียมซัลเฟต (calcium sulfate)
• ชื่อทางเคมี (Chemical Name) : calcium sulfate
• ชื่ออื่นๆ (Synonyms) :
– Plaster of Paris
– Drierite
– Gypsum
• สูตรทางเคมี (Chemical Formula) : CaSO₄· nH₂O หรือ CaSO₄ หรือ CaO₄S
• น้ำหนักโมเลกุล (Molecular Weight) : 136.14 กรัม/โมล
• ลักษณะทางกายภาพ (physical properties) : ผงสีขาว ไม่มีกลิ่น
• จุดเดือด (Boiling point) : ไม่มี
• จุดหลอมเหลว (Melting point) : 1,460 องศาเซลเซียส (°C)
• จุดวาบไฟ (Flash point) : ไม่ติดไฟ
• อุณหภูมิที่ติดไฟได้เอง (Auto ignition temperature) : ไม่ติดไฟ
• อัตราส่วนในอากาศที่เกิดระเบิด/ติดไฟ (explosive limit) : ไม่ติดไฟ
• ขีดจำกัดการติดไฟ (Flammable limits) : ไม่ติดไฟ
• ความดันไอ (Vapor pressure) : ไม่มี
• ความหนาแน่นไอ (Vapor Density) : ไม่มี
• ความหนาแน่น (Density) : 2.96 กรัม/มล. (anhydrous), 2.32 กรัม/มล. (dihydrate)
• ความถ่วงจำเพาะ (specific gravity, SG) : ไม่มี
• ค่าคงที่เฮนรี่ (Henry’s law constant) : ไม่มี
• จุดเยือกแข็ง (Freezing point) : ไม่มี
• การละลาย (Solubility) : ละลายน้ำได้ 2.1 g/L ที่ 20°C (anhydrous), 2.4 g/L ที่ 20°C (dihydrate)
• การสลายตัว (Decomposition) : เมื่อสัมผัสกับความร้อนที่อุณหภูมิ 1,450 องศาเซลเซียส (°C)

แหล่งแคลเซียมซัลเฟต
แคลเซียมซัลเฟตที่ผลิต และถูกนำมาใช้ประโยชน์มากจะอยู่ในรูปแคลเซียมซัลเฟตไดไฮเดรต (CaSO₄⋅2H₂O) หรือที่เรียกว่า ยิปซัม (gypsum) ซึ่งหมายถึง แร่หรือสารประกอบที่มีแคลเซียมซัลเฟตไดไฮเดรต (CaSO₄2H₂O) ตั้งแต่ 70% ขึ้นไป ส่วนประกอบอื่น ได้แก่
– แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃2H)
– แมกนีเซียมคาร์บอเนต (MgCO₃)
– ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO₂)
– เกลือที่ไม่ละลายอื่นๆ เล็กน้อย

กลุ่มของแคลเซียมซัลเฟตไฮเดรต (calcium sulfate hydrate system, CaSO₄2H.xH₂O) ^[4]
แคลเซียมซัลเฟตไฮเดรตสามารถจำแนกได้เป็น 5 ชนิดในสถานะของแข็ง ได้แก่
1. แคลเซียมซัลเฟตไดไฮเดรต (calcium sulfate dehydrate: CaSO4.2H₂O)
2. แคลเซียมซัลเฟตเฮมิไฮเดรต (calcium sulfate hemihydrates: CaSO₄2H.1/2H₂O)
3. แอนไฮไดร์ต I (anhydrite I: CaSO₄)
4. แอนไฮไดร์ต II (anhydrite II: CaSO₄2H4)
5. แอนไฮไดร์ต III (anhydrite III: CaSO₄2H)

การผลิตแคลเซียมซัลเฟต ^{[1], [4]}
แคลเซียมซัลเฟตที่ผลิตออกมาจำหน่าย และถูกนำมาใช้มากในปัจจุบันจะได้จากแหล่งแร่ยิปซัมเป็นหลัก ซึ่งมีการผลิตในหลายประเทศทั่วโลก รวมถึงประเทศไทยด้วย นอกจากนั้น ยังได้จากกระบวนการอื่นๆทางเคมี ได้แก่
1. กระบวนการผลิตกรดฟอสฟอริก
กระบวนการผลิตกรดฟอสโฟริกจะมีการใช้หินฟอสเฟตแบบบดละเอียดเข้าทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ซึ่งจะได้ผลผลิตภัณฑ์เป็นสารละลายกรดฟอสฟอริก และฟอสโฟยิปซัม ซึ่งจะทำการกรองแยกออกมา โดยแคลเซียมซัลเฟตในยิปซัมจะอยู่ในรูปแคลเซียมซัลเฟตไดไฮเดรต (CaSO₄.2H₂O) หรือ แคลเซียมซัลเฟตเฮมิไฮเดรต (calcium sulfate hemihydrate) หรือ แอนไฮไดร์ต (anhydrite) ดังสมการ

Ca₁₀(PO₄)6F₂ + 10H₂SO₄ + 20H₂O = 6H₃PO₄ + 10CaSO₄2H₂O + 2HF

2. กระบวนการกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
ก๊าซไอเสียที่เกิดขึ้นกระบวนการกลั่นน้ำมันปิโตรเลี่ยม หรืออุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น การผลิตปูนซีเมนต์ ที่มีก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดขึ้นในกระบวนการ โดยการบำบัดหรือกำจัดก๊าซชนิดนี้ได้ได้โดยการนำก๊าซผ่านผงหินปูนดินหรือปูนขาว ซึ่งปูนขาวจะทำหน้าที่ดักจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไว้ ซึ่งทำให้เกิดเป็นแคลเซียมซัลไฟต์ และถูกออกซิไดซ์ต่อเป็นแคลเซียมซัลเฟต

3. กระบวนการผลิตไฮโดรเจนฟลูออไรด์
ในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนฟลูออไรด์จะทำให้เกิดของเสีย คือ แคลเซียมฟลูออไรด์ ก่อนจะใช้กรดซัลฟูริกเข้าทำปฏิกิริยาทำให้ตกตะกอนเป็นแคลเซียมซัลเฟต

4. กระบวนการชุบสังกะสี
ในกระบวนการชุบสังกะสีจะทำให้เกิดของเสียของสารละลายซัลเฟต ซึ่งจะกำจัดออกด้วยการใช้ปูนขาวเข้าทำปฏิกิริยา ก่อนตกตะกอนเป็นแคลเซียมซัลเฟต

การใช้ประโยชน์แคลเซียมซัลเฟต
1. กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม
– แคลเซียมซัลเฟตในรูปของยิปซัมถูกใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ โดยเป็นส่วนผสมที่ทำหน้าที่เพิ่มกำลังอัดได้สูง ช่วยลดการหดตัวของปูน และช่วยควบคุมเวลาในการแข็งตัวของปูน ทั้งนี้ อัตราสส่วนผสมที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับปริมาณอัลคาไลน์ออกไซด์ที่เป็นส่วนผสมอื่น เช่น Na2O และ K2O เป็นต้น
– แคลเซียมซัลเฟตถูกใช้เป็นตัวพาออกซิเจน หรือ สารให้ออกซิเจนในอุตสาหกรรมหลายประเภท อาทิ อุตสาหกรรมที่ใช้การเผาไหม้แบบเคมิคอลลูปปิง ดังสมการ

CaSO₄ + CH₄ = CaS + CO₂ + 2H₂O (H (298k) = 1,586 kj/mol)

2. อาหาร และอุตสาหกรรมอาหาร
– แคลเซียมซัลเฟตใช้เป็นสารตกตะกอนในกระบวนการผลิตอาหาร อาทิ ใช้ตกตะกอนในการผลิตเต้าหู้ โดยเหมาะสำหรับทำทั้งเต้าหู้แข็ง และอ่อน แต่มีคุณสมบัติละลายน้ำได้น้อย ซึ่งเวลาใช้จะต้องนำมาผสมน้ำให้มีทั้งส่วนที่ละลายน้ำ และส่วนที่แขวนลอย จากนั้น ต้องรีบนำมาผสมในน้ำนมถั่วเหลืองทันที หรือ ไม่ควรนานเกิน 30 วินาที เพราะหากปล่อยทิ้งไว้มวลแคลเซียมซัลเฟตที่แขวนลอยจะตกตะกอนทันที
– แคลเซียมซัลเฟตถูกใช้เป็นสารดูดซับความชื้นในอาหาร

3. การแพทย์ ^[3]
แคลเซียมซัลเฟตถูกใช้ในทางการแพทย์อย่างกว้างขวาง เนื่องจาก เป็นสารที่สามารถย่อยสลายได้ และยังมีชนิดที่ไม่ละลาย หรือไม่มีการดูดซึมกลับ (nonresorbable) เช่นไฮดรอกซีแอปาไทต์แคลเซียมซัลเฟต
– แคลเซียมซัลเฟต ถูกใช้ในรูปปูนพลาสเตอร์สำหรับการเข้าเฝือกแขนหรือขา เพื่อยึด และป้องกันกระดูกที่หัก
– แคลเซียมซัลเฟตเป็นวัสดุเสริมกระดูก และวัสดุทดแทนกระดูก เช่น กระดูกเทียม ฟันเทียม เป็นต้น
– แคลเซียมซัลเฟตใช้ผสมรวมกับซิงค์ออกไซด์เพื่อผลิตเป็นวัสดุอุดฟันชั่วคราว
– แคลเซียมซัลเฟตถูกใช้เป็นส่วนผสมในยาลูกปัดที่เป็นยาปฏิชีวนะ

4. การเกษตร
– แคลเซียมซัลเฟตใช้เป็นสารปรับปรุงดิน ทั้งดินเค็ม ดินเปรี้ยวหรือดินเป็นกรด โดยทำหน้าที่ช่วยดูดซับเกลือในดินเค็มไม่ให้มีผลกระทบต่อพืช ช่วยจับ และลดประมาณกรดซัลฟูริกในดิน และปรับสภาพดินให้เป็นกลางมากขึ้น
– แคลเซียมซัลเฟตใช้เป็นส่วนของของปุ๋ย ทำหน้าที่เพิ่มธาตุอาหารรองให้แก่พืช ได้แก่ แคลเซียม และซัลเฟอร์

5. ด้านอื่นๆ
แคลเซียมซัลเฟต นิยมใช้ในงานด้านศิลปหัตถกรรม เช่น ใช้เป็นแม่พิมพ์หล่อแบบสำหรับเครื่องตกแต่งโลหะ หรือใช้สำหรับงานหล่อเครื่องปั้น รวมถึงงานหัตถกรรมอื่น เช่น งานเซรามิกส์ เป็นต้น

เอกสารอ้างอิง
[1] U.S. National Library of Medicine. Calcium sulfate. ออนไลน์. สืบค้นเมื่อวันที่ 4 มิถุนายน 2563. เข้าถึงได้ที่ : https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Calcium-sulfate/.
[2] wikipedia.org. Calcium sulfate. ออนไลน์. สืบค้นเมื่อวันที่ 6 มิถุนายน 2563. เข้าถึงได้ที่ : https://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_sulfate/.
[3] วรางคณา กังวานศุภพันธ์. 2556. การปลดปล่อยยาเซฟฟาโซลินจากลูกปัด-
แคลเซียมซัลเฟตให้เหมาะสม.
[4] น้ำทิพย์ เหมือนทองแท้. 2556. การปรับปรุงคุณภาพฟอสโฟยิปซัม-
เพื่อใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม.