วิธีแยกทองออกจากทองเหลืองทำอย่างไร

การแยกทองออกจากทองเหลือง

ทองและทองเหลืองเป็นโลหะที่มีลักษณะภายนอกคล้ายคลึงกัน แต่มีคุณค่าและคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมาก การแยกทองออกจากทองเหลืองจึงเป็นกระบวนการสำคัญในอุตสาหกรรมโลหะมีค่าและการรีไซเคิล บทความนี้จะอธิบายถึงวิธีการแยกทองออกจากทองเหลือง ตั้งแต่การตรวจสอบเบื้องต้นไปจนถึงกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อน

ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับทองและทองเหลือง

ก่อนที่จะเข้าสู่วิธีการแยกทองออกจากทองเหลือง เราควรทำความเข้าใจเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานของทั้งสองโลหะนี้ก่อน

ทอง (Gold)

• สัญลักษณ์ทางเคมี: Au
• ความหนาแน่น: 19.32 g/cm³
• จุดหลอมเหลว: 1,064°C (1,947°F)
• คุณสมบัติ: นิ่ม เหนียว ไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศหรือสารเคมีส่วนใหญ่
• สี: เหลืองทอง

ทองเหลือง (Brass)

• ส่วนผสม: ทองแดง (Cu) + สังกะสี (Zn) ในอัตราส่วนต่างๆ
• ความหนาแน่น: ประมาณ 8.4-8.7 g/cm³ (ขึ้นอยู่กับส่วนผสม)
• จุดหลอมเหลว: 900-940°C (1,652-1,724°F) โดยประมาณ
• คุณสมบัติ: แข็งแรง ทนทานต่อการกัดกร่อน นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี
• สี: เหลืองอ่อนถึงแดงทอง (ขึ้นอยู่กับส่วนผสม)

การตรวจสอบเบื้องต้น

ก่อนที่จะดำเนินการแยกทองออกจากทองเหลือง เราควรทำการตรวจสอบเบื้องต้นเพื่อยืนยันว่าชิ้นงานที่เรามีนั้นเป็นทองจริงหรือเป็นเพียงทองเหลือง วิธีการตรวจสอบมีดังนี้:

1. การสังเกตสี

• ทอง: มีสีเหลืองเข้ม เงางาม
• ทองเหลือง: มีสีเหลืองอ่อนกว่า อาจมีเฉดสีแดงหรือส้ม

2. การทดสอบน้ำหนัก

• ทองมีความหนาแน่นมากกว่าทองเหลืองประมาณ 2 เท่า
• ชิ้นงานที่มีขนาดเท่ากัน ทองจะหนักกว่าทองเหลืองอย่างชัดเจน

3. การทดสอบด้วยแม่เหล็ก

• ทอง: ไม่ถูกดูดติดแม่เหล็ก
• ทองเหลือง: ไม่ถูกดูดติดแม่เหล็กเช่นกัน แต่อาจมีการตอบสนองเล็กน้อยหากมีส่วนผสมของเหล็ก

4. การทดสอบด้วยน้ำยาทดสอบทอง (Acid Test)

• ใช้น้ำยาทดสอบทองที่มีจำหน่ายในร้านเครื่องประดับ
• ทา​​​​​​​​​​​น้ำยาลงบนชิ้นงานและสังเกตปฏิกิริยา
• ทอง: จะไม่เกิดปฏิกิริยาหรือเปลี่ยนสี
• ทองเหลือง: จะเกิดฟองหรือเปลี่ยนสีเขียว

5. การทดสอบด้วยเสียง (Ring Test)

• เคาะชิ้นงานเบาๆ และฟังเสียงที่เกิดขึ้น
• ทอง: จะให้เสียงทุ้มต่ำ
• ทองเหลือง: จะให้เสียงแหลมกังวานมากกว่า

6. การสังเกตรอยขีดข่วน

• ทอง: จะไม่มีรอยขีดข่วนได้ง่าย เนื่องจากเป็นโลหะที่อ่อนนุ่ม
• ทองเหลือง: จะเกิดรอยขีดข่วนได้ง่ายกว่า

วิธีการแยกทองออกจากทองเหลือง

หลังจากทำการตรวจสอบเบื้องต้นแล้ว หากพบว่าชิ้นงานมีทั้งทองและทองเหลืองผสมกัน เราสามารถใช้วิธีการต่อไปนี้ในการแยกทองออกจากทองเหลือง

วิธีการทางกายภาพ

• การแยกด้วยความหนาแน่น (Gravity Separation)

ใช้หลักการความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างทองและทองเหลือง  เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่พอและสามารถแยกออกจากกันได้ทางกายภาพ  มีวิธีการดังนี้

1. บดหรือตัดชิ้นงานให้เป็นชิ้นเล็กๆ
2. นำไปใส่ในภาชนะที่มีของเหลวที่มีความหนาแน่นระหว่างทองและทองเหลือง เช่น สารละลายโซเดียมโพลีทังสเตต
3. ทองจะจมลงก้นภาชนะ ในขณะที่ทองเหลืองจะลอยอยู่ด้านบน
4. แยกส่วนที่ลอยและส่วนที่จมออกจากกัน

• การใช้ความร้อน (Heat Treatment)

ใช้ความแตกต่างของจุดหลอมเหลวระหว่างทองและทองเหลือง  เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีทองเคลือบอยู่บนพื้นผิวทองเหลือง มีวิธีการดังนี้

1. ให้ความร้อนชิ้นงานที่อุณหภูมิประมาณ 900-950°C
2. ทองเหลืองจะหลอมเหลว ในขณะที่ทองยังคงสภาพของแข็ง
3. แยกส่วนที่เป็นของเหลว (ทองเหลือง) ออกจากส่วนที่เป็นของแข็ง (ทอง)
4. ทำให้ทองเหลืองเย็นตัวลงและแข็งตัว

วิธีการทางเคมี

• การใช้กรดไนตริก (Nitric Acid Method)

กรดไนตริกจะละลายทองเหลือง แต่ไม่ละลายทอง  เหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดเล็กหรือเศษโลหะ มีวิธีการดังนี้

1. บดหรือตัดชิ้นงานให้เป็นชิ้นเล็กๆ
2. นำชิ้นงานใส่ในภาชนะทนกรด
3. เทกรดไนตริกเข้มข้น (65-70%) ลงไปท่วมชิ้นงาน
4. ให้ความร้อนเล็กน้อย (ประมาณ 40-50°C) และทิ้งไว้จนกว่าปฏิกิริยาจะหยุด
5. กรองแยกส่วนที่เป็นของแข็ง (ทอง) ออกจากสารละลาย
6. ล้างตะกอนทองด้วยน้ำกลั่นหลายๆ ครั้ง

• การใช้น้ำยาอควา เรเจีย (Aqua Regia Method)

น้ำยาอควา เรเจียจะละลายทั้งทองและทองเหลือง แต่สามารถแยกทองออกมาได้ในภายหลัง  เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีทองปนอยู่ในเนื้อทองเหลือง มีวิธีการดังนี้

1. เตรียมน้ำยาอควา เรเจียโดยผสมกรดไนตริกเข้มข้นกับกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นในอัตราส่วน 1:3
2. บดหรือตัดชิ้นงานให้เป็นชิ้นเล็กๆ
3. นำชิ้นงานใส่ในภาชนะทนกรด
4. เทน้ำยาอควา เรเจียลงไปท่วมชิ้นงาน
5. ให้ความร้อนเล็กน้อย (ประมาณ 30-40°C) และทิ้งไว้จนกว่าปฏิกิริยาจะหยุด
6. กรองสารละลายเพื่อแยกกากที่ไม่ละลายออก
7. เติมสารตกตะกอน เช่น โซเดียมเมตาไบซัลไฟต์ (Na₂S₂O₅) ลงในสารละลาย
8. ทองจะตกตะกอนเป็นผงสีน้ำตาลหรือดำ
9. กรองแยกตะกอนทองและล้างด้วยน้ำกลั่น

• การใช้กระบวนการ Electrorefining

ใช้หลักการแยกสารด้วยไฟฟ้า  เหมาะสำหรับการแยกทองออกจากโลหะผสมในปริมาณมาก  มีวิธีการดังนี้

1. หลอมชิ้นงานและทำเป็นแท่งโลหะผสม
2. ใช้แท่งโลหะผสมเป็นขั้วบวก (Anode) ในเซลล์ไฟฟ้า
3. ใช้แผ่นทองบริสุทธิ์เป็นขั้วลบ (Cathode)
4. ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม เช่น สารละลายทองไซยาไนด์
5. ผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในระบบ
6. ทองจะละลายจากขั้วบวกและไปเกาะที่ขั้วลบ
7. โลหะอื่นๆ จะตกตะกอนที่ก้นภาชนะหรือยังคงอยู่ในสารละลาย

ข้อควรระวังและความปลอดภัย

การแยกทองออกจากทองเหลืองโดยเฉพาะวิธีทางเคมี เกี่ยวข้องกับการใช้สารเคมีอันตราย จึงต้องคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นอันดับแรก

• สวมอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) เช่น แว่นตานิรภัย ถุงมือยาง และชุดป้องกันสารเคมี
• ทำงานในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศดีหรือใต้ตู้ดูดควัน
• เตรียมอุปกรณ์ฉุกเฉิน เช่น ฝักบัวล้างตาและตัว ไว้ใกล้บริเวณทำงาน
• ศึกษาข้อมูลความปลอดภัยของสารเคมี (SDS) ก่อนใช้งาน
• ห้ามผสมสารเคมีต่างชนิดกันโดยไม่ทราบปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น
• กำจัดของเสียอย่างถูกต้องตามกฎหมายและระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการแยกทอง

ประสิทธิภาพของการแยกทองออกจากทองเหลืองขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่

• ความบริสุทธิ์ของสารเคมีที่ใช้: สารเคมีที่มีความบริสุทธิ์สูงจะให้ผลการแยกที่ดีกว่า
• อุณหภูมิ: การเพิ่มอุณหภูมิจะช่วยเร่งปฏิกิริยา แต่ต้องควบคุมไม่ให้สูงเกินไป
• เวลา: ระยะเวลาในการทำปฏิกิริยาต้องเพียงพอให้ทองละลายหรือแยกออกมาได้หมด
• การคนหรือการกวน: การคนสารละลายอย่างสม่ำเสมอจะช่วยให้การแยกเกิดขึ้นอย่างทั่วถึง
• ขนาดของชิ้นงาน: ชิ้นงานที่มีขนาดเล็กจะแยกได้ง่ายและรวดเร็วกว่า
• ความเข้มข้นของสารละลาย: ความเข้มข้นที่เหมาะสมจะช่วยให้การแยกมีประสิทธิภาพสูงสุด

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

การแยกทองออกจากทองเหลืองมีการใช้งานในหลายอุตสาหกรรม ดังนี้

• อุตสาหกรรมรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์: ใช้ในการสกัดทองจากแผงวงจรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หมดอายุการใช้งาน
• อุตสาหกรรมเครื่องประดับ: ใช้ในการแยกทองออกจากเครื่องประดับเก่าหรือชำรุด
• อุตสาหกรรมการผลิตทองคำแท่ง: ใช้ในการทำให้ทองคำบริสุทธิ์
• อุตสาหกรรมการชุบโลหะ: ใช้ในการสกัดทองจากน้ำยาชุบทองที่ใช้แล้ว
• อุตสาหกรรมเหมืองแร่: ใช้ในการสกัดทองจากแร่ที่มีทองเหลืองปนอยู่

แนวโน้มและนวัตกรรมในการแยกทอง

ในปัจจุบัน มีการพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการใหม่ๆ ในการแยกทองออกจากโลหะอื่นๆ รวมถึงทองเหลือง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น

1. การใช้สารชีวภาพในการสกัดทอง (Bio-leaching): ใช้จุลินทรีย์ในการย่อยสลายโลหะอื่นๆ และปลดปล่อยทองคำ
2. การใช้ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: เช่น การใช้ไธโอยูเรีย (Thiourea) หรือไธโอซัลเฟต (Thiosulfate) แทนไซยาไนด์หรือกรดแก่

3. การใช้เทคโนโลยีนาโนในการแยกทอง: เช่น การใช้อนุภาคแม่เหล็กนาโนในการดึงดูดทองคำ

4. การพัฒนาระบบการแยกแบบต่อเนื่อง: เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนในการผลิต

5. การใช้เทคโนโลยีพลาสมาในการแยกโลหะ: ใช้พลาสมาอุณหภูมิสูงในการแยกทองออกจากโลหะอื่นๆ

6. การใช้เทคนิค Supercritical Fluid Extraction: ใช้ของไหลที่อยู่ในสภาวะเหนือจุดวิกฤตในการสกัดทอง

7. การพัฒนาเซนเซอร์และระบบอัตโนมัติในการตรวจสอบและแยกทอง: เพิ่มความแม่นยำและลดการใช้แรงงานมนุษย์

ประโยชน์ของการแยกทองออกจากทองเหลือง

• สามารถนำทองกลับมาใช้ใหม่ได้ ช่วยประหยัดทรัพยากร
• เพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุเหลือใช้หรือขยะอิเล็กทรอนิกส์
• ลดการทำเหมืองทองใหม่ ซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง
• สร้างอุตสาหกรรมรีไซเคิลและการจัดการของเสีย
• ได้ผลผลิตเป็นทองบริสุทธิ์ที่มีมูลค่าสูง

โทษของการแยกทองออกจากทองเหลือง

• กระบวนการบางวิธีใช้สารเคมีอันตราย ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
• ต้องการความรู้และทักษะเฉพาะทางในการดำเนินการ
• อาจมีต้นทุนสูงในการจัดการของเสียและการบำบัดน้ำเสีย
• บางกระบวนการใช้พลังงานสูง ส่งผลให้มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานมาก
• อาจเกิดการสูญเสียทองบางส่วนในระหว่างกระบวนการหากไม่ดำเนินการอย่างระมัดระวัง

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและแนวทางการจัดการ

การแยกทองออกจากทองเหลืองอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหากไม่มีการจัดการที่เหมาะสม ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นและแนวทางการจัดการ มีดังนี้

1. มลพิษทางน้ำ
ผลกระทบ: น้ำเสียจากกระบวนการอาจปนเปื้อนโลหะหนักและสารเคมีอันตราย
แนวทางจัดการ:

• ติดตั้งระบบบำบัดน้ำเสียที่มีประสิทธิภาพ
• นำน้ำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการผลิต
• ตรวจสอบคุณภาพน้ำทิ้งอย่างสม่ำเสมอ

2. มลพิษทางอากาศ

ผลกระทบ: การระเหยของสารเคมีและไอกรดอาจก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ
แนวทางจัดการ:

• ติดตั้งระบบดูดและบำบัดอากาศ
• ใช้เทคโนโลยีที่ลดการปล่อยมลพิษทางอากาศ
• ตรวจวัดคุณภาพอากาศในพื้นที่ปฏิบัติงานและบริเวณโดยรอบ

3. การจัดการของเสียอันตราย
ผลกระทบ: กากของเสียจากกระบวนการอาจมีสารพิษและโลหะหนัก
แนวทางจัดการ:

• แยกประเภทของเสียและจัดเก็บอย่างเหมาะสม
• ส่งกำจัดโดยบริษัทที่ได้รับอนุญาตเท่านั้น
• พัฒนาเทคโนโลยีการรีไซเคิลของเสียให้กลับมาใช้ประโยชน์ได้

4. การใช้พลังงาน
ผลกระทบ: บางกระบวนการใช้พลังงานสูง ส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
แนวทางจัดการ:

• ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต
• ใช้พลังงานทดแทนหรือพลังงานสะอาด
• ตั้งเป้าหมายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

5. ผลกระทบต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงาน

ผลกระทบ: การสัมผัสสารเคมีอันตรายอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพในระยะยาว

แนวทางจัดการ:

• จัดหาอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลที่เหมาะสมและเพียงพอ
• ฝึกอบรมพนักงานเกี่ยวกับความปลอดภัยในการทำงาน
• จัดให้มีการตรวจสุขภาพประจำปีและเฝ้าระวังโรคจากการทำงาน

สรุป

การแยกทองออกจากทองเหลืองเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญทั้งในแง่ของการรีไซเคิลและการเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุ มีหลายวิธีที่สามารถใช้ในการแยกทองออกจากทองเหลือง ตั้งแต่วิธีทางกายภาพอย่างง่ายไปจนถึงกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อน การเลือกใช้วิธีใดขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ลักษณะของวัตถุดิบ ปริมาณทองที่ต้องการสกัด และทรัพยากรที่มีอยู่

แม้ว่าการแยกทองออกจากทองเหลืองจะมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจ แต่ก็มีความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยที่ต้องคำนึงถึง การพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการใหม่ๆ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นจึงเป็นแนวโน้มสำคัญในอุตสาหกรรมนี้

ในอนาคต การแยกทองออกจากทองเหลืองและโลหะอื่นๆ จะยังคงมีความสำคัญ โดยเฉพาะในบริบทของเศรษฐกิจหมุนเวียนและการจัดการทรัพยากรอย่างยั่งยืน การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพในการสกัด ต้นทุนการดำเนินการ และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจะเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมนี้ต่อไป

อ้างอิง

• wikiHow. (n.d.). How to Tell Gold from Brass. Retrieved from https://www.wikihow.com/Tell-Gold-from-Brass
• The Piping Mart. (n.d.). How to Remove Gold Plating from Brass: A Step-by-Step Guide. Retrieved from https://blog.thepipingmart.com/metals/how-to-remove-gold-plating-from-brass-a-step-by-step-guide/
• AU Precious Metals. (n.d.). Brass vs Gold. Retrieved from https://www.aupreciousmetals.com/blog/brass-vs-gold