อุตสาหกรรมแร่

อุตสาหกรรมแร่

แร่คือธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติโดยกระบวนการทางธรณีวิทยาภายในโลกและที่ผิวโลก ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบอนินทรีย์ มีสถานะของแข็ง มีโครงสร้างเป็นระเบียบ มีองค์ประกอบ ทางเคมีที่แน่นอนและมีสมบัติเฉพาะตัวหรืออาจเปลี่ยนแปลงบ้างในวงจำกัด แร่อาจจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีได้ดังตาราง

ตาราง ตัวอย่างแร่หลักชนิดต่าง ๆ

ชนิด	แร่
โลหะเดี่ยว คาร์บอเนต เฮไลด์ ออกไซด์ ฟอสเฟต ซิลิเกต ซัลไฟด์ ซัลเฟต	เงิน ทองคำ บิสมัท ทองแดง ทองคำขาว แพลเลเดียม หินปูน, แมกนีไซต์, เซรัสไซส์, โดโลไมต์, สมิทซอไนต์ ฟลูออไรต์, เฮไลต์ ซิลไวต์ ไครโอไลต์ บอกไซต์ คอรันดัม ฮีมาไทต์ แมกนีไทต์ คิวไพรต์ ไพโรลูไซต์ แคสซิเทอไรต์ ซิงไคต์ หินฟอสเฟต ไฮดรอกซิลอะพาไทต์ เบริล เซอร์คอน แอลไบต์ ทัลก์ อาร์เจนไทต์ กรีนอกไคต์ คาลโคไซต์ ไพไรต์ ซินนาบาร์ กาลีนา สฟาเลอไรต์ แบไรต์ แอนไฮไดรต์ แองกลีไซต์ เซเลสไทต์ เอปโซไมต์

แร่แบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆคือ แร่ประกอบหิน และ แร่เศรษฐกิจ

แร่ประกอบหิน (rock forming minerals)หมายถึง แร่ที่ประกอบขึ้นมาเป็นหินต่างๆ ที่อยู่ในชั้นเปลือกโลก แร่ประกอบหินประกอบด้วยธาตุหลักที่สำคัญ 8 ธาตุได้แก่ ออกซิเจน ซิลิคอน เหล็ก อะลูมิเนียม แคลเซียม โพแทสเซียม โซเดียม และ แมกนีเซียม รวมตัวกันในอัตราส่วนที่ต่างกันส่วนใหญ่อยู่ในรูปของสารประกอบซิลิเกตและสารประกอบคาร์บอเนต     แร่ประกอบหินส่วนใหญ่จะกระจายอยู่ในเนื้อหินและแยกออกมาใช้ประโยชน์ได้ยากจึงต้องนำหินเหล่านั้นมาใช้โดยตรง

แร่เศรษฐกิจ (economic minerals) หมายถึง แร่ที่มีค่าทางเศรษฐกิจและมีปริมาณมากพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรม กลุ่มแร่เศรษกิจอาจแบ่งตามสมบัติทางกายภาพเป็น 2 ประเภท คือ แร่โลหะและแร่อโลหะ

1.              แร่โลหะ หมายถึง แร่ที่มีธาตุโลหะเป็นส่วนประกอบสำคัญสามารถนำไปถลุงหรือแยกเอาโลหะในแร่มาใช้ประโยชน์ ซึ่งอาจจำแนกเป็น แร่โลหะพื้นฐาน แร่โลหะหนัก แร่โลหะหายาก แร่โลหะมีค่า แร่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเหล็ก

2.              แร่อโลหะ หมายถึง แร่ที่มีธาตุอโลหะเป็นส่วนประกอบสำคัญ สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้โดยตรงหรือมีการปรับปรุงคุณภาพเล็กน้อย แร่อโลหะส่วนใหญ่เป็นแร่ที่ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรม การเกษตร การก่อสร้าง แร่เชื้อเพลง และรัตนชาติ

ตัวอย่างแร่เศรษฐกิจ

ประเภท	กลุ่ม	ตัวอย่างแร่
แร่โลหะ	·       แร่โลหะพื้นฐาน ·       แร่หนักและแร่หายาก ·       แร่โละมีค่า ·       แร่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า	ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี ดีบุก ทังสเตน พลวง โคลัมไบต์ แทนทาไลต์ เซอร์คอน อิลเมไนต์  โมนาไซต์ ทองคำ ทองคำขาว เงิน เหล็ก แมงกานิส นิกเกิล โครไมต์ โมลิบดีไนต์
แร่อโลหะ	·       แร่วัตถุดิบในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ ·       แร่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง ·       แร่รัตนชาติ ·       แร่ที่ใช้เป็นเชื้อเพลง	ยิปซัม หินปูน หินดินดาน ดินมาร์ล หินอ่อน หินแกรนิต หินทราย หินกาบหรือ หินชนวน เพชร คอรันดัม มรกต บุษราคัม โกเมน ถ่านหิน หินน้ำมัน น้ำมันดิบ แก๊สธรรมชาติ

การผลิตโลหะจากสินแร่มีกระบวนการหลัก 3 ขั้นตอน ประกอบด้วย

1.             การเตรียมสินแร่

การเตรียมสินแร่เป็นการเตรียมแร่ให้เหมาะสมกับการนำไปสกัดโลหะทั้งด้านความสะอาด ขนาด และปริมาณที่พอเหมาะโดยแยกสิ่งแปลกปลอมที่ปะปนอยู่ เช่น ดิน ทราย หรือแร่ธาตุอื่นๆ ที่ไม่ต้องการออกจากแร่ การเตรียมสินแร่มีขั้นตอนดังนี้

1)  การบดแร่ (Crushing)สินแร่ที่ได้จากการทำเหมืองอาจมีขนาดใหญ่มากกว่า 1 เมตร ดังนั้นเพื่อให้สามารถสกัดโลหะออกได้ง่ายจึงต้องบดย่อยแร่ให้มีขนาดเล็ก ซึ่งการบดแร่จะใช้เครื่องมือหลายประเภท เช่น Jaw crusher หรือ Gyratory crusher จะใช้บดแร่ให้มีขนาดประมาณ 100-300 มิลลิเมตร Roll crusher จะใช้บดแร่ให้มีขนาด 10-50 มิลลิเมตร และ Ball mill ใช้สำหรับบดแร่ให้มีขนาดละเอียดน้อยกว่า 0.05-10 มิลลิเมตร

  2)  การคัดขนาด (Sizing)เป็นการนำแร่ที่ผ่านการบดในแต่ละขั้นตอนมาร่อนด้วยตะแกรงเพื่อคัดขนาดแร่ให้มีความสม่ำเสมอกัน

  3)  การแต่งแร่ (Ore dressing)เป็นการกำจัดสารปนเปื้อนหรือสารมลทินออกจากแร่ โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ได้แร่ที่มีปริมาณโลหะมากขึ้นหรือมีความเข้มข้นสูงขึ้น การแต่งแร่มีหลายวิธีขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแร่ เช่น

                   -   การใช้การสั่นสะเทือน เหมาะสำหรับแร่ที่มีความถ่วงจำเพาะสูง

                   -   การแยกด้วยแม่เหล็ก เหมาะสำหรับแร่ที่เป็นสารประกอบเฟอร์โรแมกเนติกซึ่งสามารถดูดติดกับแม่เหล็ก

                   -   การลอยแร่ เป็นการนำสินแร่ที่บดละเอียดมาผสมกับน้ำซึ่งมีน้ำมันและสารเคมีที่ทำให้เกิดฟองปนอยู่ จากนั้นจะตีหรือเป่าให้เกิดฟอง สินแร่ซึ่งถูกน้ำมันเคลือบจะลอยขึ้นอยู่ผิวน้ำด้านบนพร้อมกับฟอง ส่วนสิ่งปนเปื้อนหรือกากแร่จะจมอยู่ด้านล่าง เมื่อตักเอาฟองขึ้นมาแล้วปล่อยให้แห้งจะได้สินแร่ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้น

การสกัดโลหะออกจากแร่

การสกัดโลหะออกจากแร่เป็นกระบวนการที่สำคัญเพื่อแยกเอาโลหะที่ต้องการออกจากสินแร่โดยส่วนใหญ่ใช้กระบวนการรีดักชั่น การสกัดโลหะทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับสมบัติของโลหะ ได้แก่

   1)  การใช้ความร้อน ประกอบด้วยวิธีการย่าง (Roasting) และวิธีการถลุง (Smelting)

วิธีการย่างแร่เป็นการเผาสินแร่ในเตาเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของโลหะในสินแร่ให้อยู่ในรูปสารประกอบออกไซด์เนื่องจากสามารถสกัดเอาโลหะออกมาได้ง่าย

ซัลเฟอร์เกิดขึ้นปริมาณมากๆ อาจนำไปใช้ผลิตเป็นสารเคมีได้ เช่น กรดซัลฟูริก เป็นต้น

วิธีการถลุง เป็นการนำแร่มาสกัดโดยใช้ความร้อนสูงในเตา โดยใช้ตัวรีดิวซ์ เช่น คาร์บอน (นิยมใช้ในรูปของถ่านโค้กหรือถ่านหิน) เหล็ก และอะลูมิเนียม เป็นตัวทำปฏิกิริยารีดักชันเพื่อให้โลหะแยกมาในรูปโลหะหลอมเหลว ในเตาถลุงแต่ละส่วนจะมีอุณหภูมิต่างกันและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็ต่างกันด้วย โดยโลหะที่หลอมเหลวจะอยู่ที่บริเวณส่วนล่างของเตาถลุงและมีชั้นของกากแร่ที่เกิดจากการถลุงหรือตะกรัน (Slag) ลอยอยู่ด้านบน ตะกรันที่ได้จากการถลุงจะเกิดจากการใส่สารเคมีที่เรียกว่าฟลักซ์ (Flux) เช่น CaCO₃ซึ่งจะรวมตัวกับสิ่งเจือปนประเภทซิลิเกตหรือซิลิกาในแร่เกิดเป็นของแข็งจึงแยกออกจากโลหะหลอมเหลวได้ ชั้นของโลหะหลอมเหลวอาจเป็นโลหะชนิดเดียวหรือเป็นสารละลายของโลหะหลายชนิด ส่วนชั้นของตะกรันจะประกอบด้วยสารประกอบซิลิเกตและสารมลทินของแร่นั้น เช่น อะลูมิเนต ฟอสเฟต ฟลูออไรด์ เป็นต้น

  2)  การสกัดโดยใช้สารละลายเคมี ได้แก่ วิธีการชะละลาย (Leaching)วิธีนี้เป็นการใช้สารเคมีละลายเอาโลหะออกจากแร่ โดยนำแร่ที่ผ่านการบดละเอียดมาทำผสมกับสารเคมีในถัง ซึ่งโลหะจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีได้สารละลายส่วนกากแร่ก็จะตกตะกอนอยู่ที่ก้นถัง จากนั้นจะนำเอาสารละลายที่ได้ไปแยกเอาโลหะออกต่อไป ตัวอย่างเช่น การสกัดทองคำจากแร่คุณภาพต่ำด้วยสารละลายไซยาไนด์ (NaCN) และการสกัดทองแดงจากแร่คอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) ด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจาง เป็นต้น

    3)  การสกัดโดยใช้กระแสไฟฟ้า ได้แก่ วิธีแยกสลายด้วยไฟฟ้า (Electrolysis)เหมาะสำหรับสกัดโลหะอัลคาไลน์และอัลคาไลน์เอิร์ท เช่น โปแตสเซียม โซเดียม แมกนีเซียม และอะลูมิเนียม เป็นต้น

  

3.   การทำโลหะให้บริสุทธิ์

กระบวนการทำโลหะให้บริสุทธิ์สามารถทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการนำไปใช้ประโยชน์ เช่น

  1)  การกลั่น ใช้แยกโลหะที่มีจุดเดือดต่ำเช่น ปรอท สังกะสี และแมกนีเซียม ออกจากโลหะอื่นด้วยการกรรมวิธีการกลั่นลำดับส่วน ซึ่งเป็นการแยกเอาโลหะแต่ละชนิดออกจากกันโดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือด

   2)  การแยกด้วยไฟฟ้าจะใช้โลหะที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์เป็นขั้วบวก (Anode) แล้วใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวกลางเพื่อนำอิออนของโลหะไปเกาะที่ขั้วลบ (Cathode) ดังนั้นเมื่อโลหะที่ขั้วบวกละลายหมดไปโลหะที่ไปเกาะที่ขั้วลบจะเป็นโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง (> 99.5%) ส่วนโลหะเจือปนต่างๆ จะทำปฏิกิริยากับสารละลายอิเล็กโทรไลต์และถูกละลายอยู่ในสารละลายหรือบางส่วนจะตกตะกอนอยู่ที่ส่วนล่างของบ่อเซลล์ไฟฟ้า

       3)  การทำโซนรีไฟนิ่ง วิธีนี้จะใช้แท่งโลหะที่ไม่บริสุทธิ์เคลื่อนผ่านขดลวดความร้อนซึ่งมีอุณหภูมิสูง ทำให้แท่งโลหะเกิดการหลอมเหลว โลหะเจือปนจะหลอมละลายอยู่ในส่วนที่เป็นของเหลวและเมื่อแท่งโลหะเคลื่อนที่ผ่านออกจากขดลวดความร้อนโลหะจะมีอุณหภูมิต่ำลงและตกผลึกเป็นโลหะบริสุทธิ์ ส่วนโลหะเจือปนจะยังคงตกค้างอยู่ในส่วนที่เป็นของเหลวในบริเวณขดลวดความร้อน ท้ายที่สุดสารเจือปนส่วนใหญ่จะรวมตัวกันอยู่ที่ส่วนท้ายของแท่งโลหะซึ่งเมื่อเย็นตัวลงก็สามารถตัดโลหะส่วนที่ไม่บริสุทธิ์นี้ออกไปได้

แร่ทองแดง

                แร่ทองแดงที่พบส่วนใหญ่เป็นแร่ที่มีการกำเนิดทั้งแบบฝังประในหิน และเกิดเป็นสายแร่ แร่ทองแดงส่วนใหญ่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบในปริมาณไม่มาก แร่ทองแดงที่สำคัญคือ แร่คาลโคไพไรต์ (chalcopyrite, CuFeS₂)

                การถลุงแร่ทองแดงจากแร่คาลโคไพไรต์ (CuFeS₂) ขั้นแรกคือ การแยกแร่ เพื่อแยกแร่ที่ต้องการออกจากสิ่งเจือปนหรือกากแร่

เช่น “วิธีการลอยตัว”

-         นำแร่ที่บดละเอียดแล้วผสมเข้ากับน้ำมันและสารซักล้าง

-         กวนและผ่านอากาศเข้าไปในของเหลวในถังผสมตลอดเวลา เพื่อให้เกิดฟองขึ้นเป็นผลให้ฟองอากาศและน้ำมันไปเกาะอยู่กับอนุภาคของแร่และลอยตัวอยู่ด้านบน

-         ตักฟองที่ลอยอยู่ข้างบน และทำให้แห้ง

ขั้นที่สองคือ การย่างแร่

1 นำแร่ที่แยกแล้วมาเผาในอากาศ

ขั้นตอนนี้ไอร์ออน (II) ซัลไฟด์บางส่วนในแร่คาลโคไพไรต์ จะทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนได้

ไอร์ออน (II) ออกไซด์ (FeO)ดังสมการ

2CuFeS₂(s) + 3O₂(g)→ 2CuS(s)+2FeO(s)+2SO₂(g)

2 กำจัด FeO(s) โดยนำมาเผากับ SiO₂(s) ในเตาถลุงที่ อุณหภูมิ 1100◦C ได้กากตะกอน FeSiO₃(l) แล้วนำไปแยกโดยการกรอง

FeO(s)+SiO₂(s)→FeSiO₃(l)

3แยก Cu₂S ที่อยู่ใน สถานะของเหลวออก

4 Cu₂S บางส่วนจะถูกออกซิไดซ์ด้วย O₂จะได้

2Cu₂S(s) + 3O₂ (g) → 2Cu₂O(s) + 2SO₂(g)

5 Cu₂Oกับ Cu₂Sจะทำปฏิกิริยากัน

2Cu₂O(s) + Cu₂S(s)  → 6Cu(l) + SO₂(g)

ทองแดงที่ถลุงได้นั้นยังมีสิ่งเจือปนผสมอยู่ การทำทองแดงให้บริสุทธิ์โดยทั่วไปจะใช้วิธีแยกด้วยไฟฟ้า

แร่สังกะสีและแคดเมียม

          แร่สังกะสีพบมากที่สุดในแร่สฟาเลอไรต์ (sphalerite หรือ zincblende, ZnS) เริ่มจากการนำสินแร่มาเผาในอากาศเพื่อเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบออกไซค์(ZnO) แล้วนำมาถลุงที่อุณภูมิ 1100◦C โดยทำปฏิกิริยากับคาร์บอนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ จะได้สังกะสี และเกิด คาร์บอนมอนอกไซด์(CO) และแก๊ส CO ที่เกิดขึ้นก็สามารถรีดิวซ์ ZnO ได้ดังสมการ

ZnO(s) + C(s) → Zn(l) + CO(g)

  ZnO(s) + C(s) → Zn(l) + CO2(g)

                สมการรวม                     2ZnO(s) + C(s) → 2Zn(l) + CO2(g)

        สังกะสีที่ได้มักมีสารอื่นเจือปนซึ่งส่วนใหญ่เป็น แคดเมียมกับตะกั่ว การแยกสังกะสีออกจากสารเจือปนอาจใช้วิธีการนำสังกะสีเหลวไปกลั่นลำดับส่วนหรือแยกโดยวิธี แยกด้วยไฟฟ้าเช่นเดียวกับการทองแดงบริสุทธิ์ส่วนแก๊ส CO₂ที่เกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยากับ C จะได้แก๊ส CO ดังสมการ ซึ่ง CO ที่กิดขึ้นสามารถนำไปรีดิวซ์ ZnO ต่อไปได้อีก

CO₂(g)+C(s)  → 2CO(G)

                การถลุงแร่สังกะสีชนิดซิลิเกตและคาร์บอเนตแตกต่างจากแร่สฟาเลอไรต์ขั้นตอนการถลุงแร่ชนิด

ซิลิเกตและคาร์บอเนต เริ่มจากนำแร่เปียกมาบดจนละเอียดแล้วให้ทำปฏิกิริยากับกรด H₂SO₄ได้สารประกอบ ZnSO₄ละลายอยู่ในสารละลาย ปรับสภาพให้เป็นกลางโดยใช้CaCo₃หรือ CaO กรองกากแร่ออกจากสารละลายแล้วนำไปถลุงแยกโลหะอื่นๆต่อไป ส่วนสารละลายที่ได้จากการกรอง นอกจากจะมี ZnSO₄ละลายอยู่ ยังมีเกลือซัลเฟตของโละหะบางชนิดเช่น Cd, Sb, Cu เจือปนอยู่ด้วย การกำจัดเกลือเหล่านี้ทำได้โดยการเติมผงสังกะสีในสารละลาย โลหะสังกะสีจะรีดิวซ์ Cd²⁺ Sb³⁺ Cu²⁺ในสารละลายได้โลหะ Cd Sb และ Cu ดังสมการ

Zn(s) + CdSO₄(aq)→ZnSO₄(aq) + Cd(s)

3Zn(s) + Sb₂(SO₄)₃(aq)→3ZnSO₄(aq) + 2Sb(s)

Zn²⁺(aq) + 2e^- → Zn(s)

การแยกโลหะ Cd Sb และ Cu ออกจากสารละลาย ZnSO₄นิยมใช้เครื่องกรองตะกอนแบบอัดจะได้สารละลาย ZnSO₄ที่มีความบริสุทธิ์สูงแล้วจึงนำมาแยกด้วยไฟฟ้าจะได้โลหะสังกะสี ดังสมการ

ขั้ว Cathode:        Zn²⁺(aq) + 2e^-  → Zn(s)

ขั้ว Anode:          H₂O(l) →2H⁺(aq) +  O₂(g) + 2e^-

ปฏิกิริยารวม:      Zn²⁺(aq) + H₂O(l) → Zn(s) + 2H⁺(aq) + O₂(g)

                จากปฏิกิริยาจะได้โลหะสังกะสีเกาะอยู่ที่ขั้วแคโทดและแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้นที่ขั้วแอโนด ส่วนในสารละลายจะมีกรด H₂SO₄เกิดขึ้น ซึ่งสามารนำกลับไปทำปฏิกิริยาสังกะสีได้อีก

                เนื่องจากโลหะ Cd ที่เป็นผลพลอยได้จากการถลุงแร่สังกะสี มีความเป็นพิษที่ร้ายแรง สามารถแยกได้โดยการนำกากตะกอนมาบดให้ละเอียดแล้วละลายลดในกรด H₂SO₄ปรับสภาพให้เป็นกลางด้วย CaCO₃ กรองเพื่อแยกตะกอนออกแล้วเติมผงสังกะสีในสารละลายที่กรองได้ จะได้แคดเมียมพรุนตะกอนออกมา กรองแคดเมียมที่ได้ แล้วนำไปสกัดด้วยกรด H₂SO₄ อีกครั้ง ต่อจากนั้นทำสารละลายให้เป็นกลางด้วย CaCO₃กรองและนำไปแยกสารละลายด้วยไฟฟ้า จะได้โลหะแคดเมียมเกาะที่แคโทด แล้วจึงนำไปหลอมเป็นแท่งต่อไป

แร่ดีบุก

                แร่ดีบุกที่พบในประเทศไทยส่วนใหญ่เป็นชนิด แร่แศสซิเทอไรต์(cassiterite, SnO₂) มีตั้งแต่สีขาว เหลือง ส้ม น้ำตาล แดง ไปจนถึงดำ แต่ที่พบมากคือโทนสีข่อนข้างคล้ำจำพวกสีดำ น้ำตาลและน้ำตาลดำ

การถลุงแร่ดีบุก ทำได้โดยนำสินแร่ดีบุกมาผสมกับถ่านโค้กและหินปูนในอัตราส่วน 20:4:5 โดยมวล แล้วใส่ในเตาถลุง ถ่านโค้กจะทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนที่มีอยู่อย่างจำกัดในเตาถลุง เกิดเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งจะรีดิวซ์ SnO₂ได้ดีบุกเหลว ดังสมการ

2C(s) + O₂(g) → 2CO(g)

SnO₂(s) + 2CO(g)  →Sn(l) + 2CO₂(g)

ในสินแร่ดีบุกมีสารประกอบบางชนิด เช่น SiO₂ปนอยู่จึงต้องกำจัดออกในขณะที่ทำการถลุงโดยให้ทำปฏิกิริยากับ CaO ที่ได้จากการสลายหินปูน CaCO₃แล้วได้ผลิตภัณฑ์เป็นแคลเซียมซิลิเกต CaSiO₃ที่มีสถานะเป็นของเหลวในเตาถลุง ดังสมการ

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

CaO(s) + SiO₂(s) → CaSiO₃(l)

ดีบุกที่ได้จากการถลุงยังมีสารอื่นเจือปนอยู่ จึงต้องนำไปผ่านวิธีการทำให้บริสุทธิ์ต่อไปซึ่งอาจทำได้ 2 วิธี คือการใช้ความร้อนและแยกด้วยไฟฟ้า ส่วนตระกันซึ่งเป็นกากโลหะที่ยังมีดีบุกปนอยู่ก็สามารถนำไปถลุงแยกดีบุกออกได้อีก

แร่พลวง

                พลวงที่พบส่วนใหญ่เป็นแร่พลวงซัลไฟด์ คือ แร่สติบไนต์ (stibnite, Sb₂S₃) หรือที่เรียกว่า พลวงเงินและแร่พลวงไฮดรอกไซด์คือ แร่สติบิโคไนต์(stibiconite, Sb₂O•nH₂O) หรือที่เรียกว่า แร่พลวงทองแหล่งแร่พลวงที่สำคัญของประเทศไทยพบจังหวัดลำพูน ลำปาง ชลบุลี ระยอง จันทบุรี

                การถลุงแร่พลวงมีวิธีการแตกต่างกันตามชนิดและคุณภาพของแร่ถ้าเป็นแร่ที่ไม่ใช้สารประกอบออกไซด์ทั่ว จะเริ่มจากการนำแร่นั้นมาทำให้เป็นสารประกอบออกไซด์ก่อน ปฏิกิริยาเป็นดังนี้

2Sb₂S₃(s) + 9O₂(g) →  2Sb₂O₃(s) + 6SO₂(g)

                เมื่อได้สารประกอบออกไซด์ของพลวงในปริมาณมากพอแล้วจึงนำผสมกับถ่านหินและโซเดียมคาร์บอเนตในอัตราส่วน 20:4:1 โดยมวลแล้วใส่ลงไปในเตาถลุงที่มีอุณหภูมิ 800-900◦C ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเป็นดังนี้

2C(s) + O₂(g)  →   2CO(g)

Sb₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Sb(l) + 3CO₂(g)

                โซเดียมคาร์บอเนตที่ผสมกับแร่ในเตาถลุงจะรวมตัวกับสารต่างๆเกิดเป็นกากที่เป็นตะกอนเบาและลอยอยู่บนพลวงที่หลอมเหลวแยกพลวงออกจากกากตะกอนโดยการไขพลวงที่หลอมเหลวออกจากเตาถลุงลงสู่เบ้าเหล็กเพื่อหล่อเป็นแท่งต่อไป

                พลวงเป็นธาตุกึ่งโลหะที่ค่อนค้างเปราะและทนความร้อนจึงนิยมใช้ทำเป็นโลหะผสม เช่น ผสมกับตะกั่วเพื่อทำแผ่นตะกั่วในแบตเตอรี่ ผสมกับดีบุกและตะกั่วเพื่อทำตัวพิมพ์และโลหะบัดกรีบางชนิดใช้ทำส่วนประกอบของกระสุนปืนหรือ พลุควัน หัวไม้ขีดไฟ ผ้าทนไฟ หมึกพิมพ์โรเนียว วัสดุ หุ้มสายโทรศัพท์ และสายไฟขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมยางสี เครื่องเคลือบ อุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ และหลอดยาสีฟัน

แร่ทังสเตน

ทังสเตนส่วนใหญ่พบเกิดร่วมกับแร่ดีบุก สินแร่ของโลหะทังสเตนที่พบในประเทศมี 2 ชนิด คือ วุลแฟรไมต์(wolframite: iron-manganese tugstate, FeWO₄/MnWO₄)และซีไลต์(scheelite: calcium tungstate, CaWO₄)

การแยกโลหะทังสเตนออกจากสินแร่ใช้กระบวนการที่ซับซ้อน หลายขั้นตอนซึ่งสุดท้ายจะได้เป็นผงทังสเตน (VI) ออกไซด์ (WO₃) จากนั้นให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 550-850◦C เพื่อทำปฏิกิริยากับ H₂ในสภาพที่ไม่มีอากาศเพื่อไม่ให้เกิดการระเบิดของ H₂จะได้ทังสเตนในลักษณะเป็นผงที่นำไปอัดเป็นแท่งต่อไปดังสมการ

WO₃(s) + 3H₂(g) → W(s) + 3H₂O(l)

ทังสเตนเป็นโลหะสีเทาเงิน มีจุดหลอมเหลวสูง และความหนาแน่นมาก เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี มีสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวต่ำ มีสมบัติทนความร้อนได้ดีจึงนิยมนำมาทำไส้และขั้วหลอดไฟฟ้า โลหะผสมทังสเตนกับเหล็กได้เหล็กกล้าที่มีความแข็งมากใช้สำหรับทำเกราะในยานพาหนะ อาวุธสงคราม ทำมีด มีดโกน ตะไบ ใบเลื่อย และเมื่อผสมกับคาร์บอนจะได้สารประกอบที่มีชื่อว่าทังสเตนคาร์ไบด์ (tungsten carbine) มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษจึงใช้ทำวัตถุที่เป็นส่วนประกอบของเครื่องตัดเหล็กกล้า ลับคมและเจียระไน ทำดอกสว่าน ลูกกลิ้งหัวปากกา สารประกอบเรืองแสงของทังสเตนที่มีสีเขียวและสีเหลืองนำมาใช้ย้อมผ้าไหม ตกแต่งแก้ว เครื่องปั้นดินเผา

แร่เซอร์คอน

        แร่เซอร์คอน(ZrSiO₄)อาจพบในหินไนส์ หินชีสต์ หรือพบเป็นเม็ดกลมๆ หรือผลึกเล็กๆ ตามลำธารและชายฝั่งทะเล ชนิดผลึกละเอียดพบตามแหล่แร่ดีบุก การถลุงเพื่อให้ได้โลหะเซอร์โคเนียมทำได้โดยนำหางแร่ดีบุกที่ได้จากการทำเหมืองแร่ดีบุกซึ่งมีแร่เซอร์คอนอยู่ไปถลุงในเตาที่อุณหภูมิ 800 – 1000◦C โดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์และพ่นแก๊สคลอรีนผ่านเข้าไปตลอดเวลาจะได้ไอของเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ นำผลึกที่ได้ไปทำปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียมในเตาเผาที่อุณหภูมิ 800 – 850◦C ภายใต้บรรยากาศขของแก๊ซเฉื่อย ทีอุณหภูมิในเตาเผาเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์มีสถานะเป็นแก๊ส ส่วนโลหะแมกนีเซียมจะหลอมเหลวเมื่อทำปฏิกิริยากันจะได้โลหะเซอร์โคเนียมที่เป็นของแข็งและแมกนีเซียมคลอไรด์หลอมเหลว ดังสมาการ

ZrCl₄(g) + 2Mg(l)          Zr(s) + 2MgCl₂(l)

        จากนั้นแยกโลหะเซอร์โคเนียมออกจากแมกนีเซียมคลอไรด์เหลวและแมกนีเซียมเหลว ที่ทำปฏิกิริยาไม่หมด นำโลหะเซอร์โคเนียมที่ได้ไปหลอมในเตาสุญญากาศเพื่อทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น โลหะเซอร์โคเนียมบริสุธิ์มีสีเทาเงิน มีลักษณะอ่อนและเหนียว มรจุดหลอมเหลว 1852◦C จุดเดือด 4409◦C ใช้ทำโลหะผสมเพื่อหุ้มแท่งเชื้อเพลิงยูเรเนียม เป็นโครงสร้างของแกนปฏิกรณ์ปรมาณู

      การใช้ประโยชน์เซอร์โคเนียมในทางอุตสาหกรรมนั้น ส่วนใหญ่ใช้ในรูปของแร่เซอร์คอนโดยตรงและในรูปของสารประกอบเซอร์โคเนียม เช่น เซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZrO₂ ) ซึ่งมีลักษณะเป็นผงสีขาวมีจุดหลอมเหลว 2700 C และมีความแข็งมาก ใช้เป็นผงขัดวัสดุทนไฟ ใช้เป็นองค์ประกอบของแก้วและเซนามิกส์ที่ทนกรดเบส ใช้เป็นสีปละสารเพิ่มความทึบสำหรับเคลือบเครื่องปั้นดินเผาและผลิตภัณฑ์เซรามิก ส่วเซอร์โคเนียมเตตรัคลอไรด์ ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบานการกลั่นน้ำมันและเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของเซอร์โคเนียม นอกจากนี้ยังมีการนำแร่เซอร์คอนที่มีสมบัติโปร่งใส มาใช้ทำเครื่องปรับ โดยจัดเป็นแร่รัตน๙ติที่มีชื่อเรียกว่า เพทาย

         ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาการถลุงแร่จะมีกากแร่ที่อาจเป็นสารพิษซึงเกิดจากส่งเจือปนในสินแร่ เช่น แร่สังกะสีอาจมีกากแคดเมียมซึ่งเป็นสารพิษ การย่างแร่ทองแดง สังกะสี พลวง และสินแร่ต่างๆที่มีธาตุกำมะถันเป็นองค์ประกอบ จะได้แก๊ส SO₂  นอกจากนี้แก๊ส SO₂ ยังเกิดจากกำมะถันที่เจือปนอยู่ในถ่านหินที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงและจากโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริกที่นำมาใช้ละลายแร่แก๊ส SO₂ เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดฝนกรดซึ่งทำลายสิ่งแวดล้อมการกำจัดแก๊ส  SO₂ทำได้โดยใช้ Ca(OH)₂ ทำปฏิกิริยากับ SO₂ ได้ Ca SO₄  ซึ่งนำไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตยิปซัมได้ นอกจากนี้ในการถลุงแร่จะมีฝุ่นโลหะปะปนออกมาซึ่งเป็นอันตรายมากเช่นกัน ดังนั้นจึงมาการควบคุมไม่ให้เกิดมลพิษ โดยจะต้องกำจัดแก๊สและกากาแร่ที่เป็นสารพิษให้หมดก่อนที่จะปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม

จากการศึกษากระบวนการถลุงแร่ต่างๆ ทำให้สรุปได้ว่า การถลุงแร่โลหะจะมีปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเสมอ นอกจากนี้ยังใช้วิธีการแยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้าเพื่อทำโลหะให้บริสุทธิ์ และใช้หลักการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์แตกต่างกันเพื่อช่วยทำโลหะให้ตกตะกอน

แร่รัตนชาติ

                แร่รัตนชาติเป็นแร่ที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศไทยเป็นอย่างมากในปัจจุบันแร่รัตนชาติหลายชนิด เช่น เพชร พลอย ที่แปรรูปเป็นอัญมณีแล้วจัดเป็นสินค้าส่งออกที่ทำรายได้ให้กับประเทศไทยอย่างมาก

                รัตนชาติ คือแร่หรือหินหรืออิรทรีย์วัตถุธรรมชาติที่นำมาใช้เป็นเครื่องประดับ สมบัติที่สำคัญของรัตนชาติ คือมีความสวยงาม ทนทาน หาได้ยาก รัตนชาติที่ผ่านการตกแต่งหรือเจียระไนแล้วเรียกว่า อัญมณี ซึ่งแบ่งเป็น 2 กลุ่มคือ เพชร พลอย หรือหินสี นอกจากนี้ยังมีรัตนาชาติบางชนิดที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตเช่น ไข่มุก ปะการัง และอำพัน

                รัตนชาติมองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะตัว ส่วนใหญ่ประกอบด้วยธาตุ 2 ชนิดขึ้นไป ยกเว้นเพชรที่ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเท่านั้น สารประกอบหรือกลุ่มแร่ที่พบมากในรัตนชาติได้แก่ ซิลิเกตกลุ่มออกไซด์ และกลุ่ม ฟอสเฟต แร่รัตนชาติแต่ละชนิดมีความแข็งหรือความทนทานต่อการขีดขูดได้ไม่เท่ากัน

                เพชรเป็นอัญมณีที่แข็งที่สุด เพชระเพชรเป็นผลึกของธาตุคาร์บอนที่มีโครงสร้างเป็นร่างตาข่าย โดยคาร์บอนทุกอะตอมยึดกับคาร์บอนอะตอมข้างเคียง 4 อะตอมด้วยพันธะเดี่ยว ไม่นำไฟฟ้า แต่นำความร้อนได้ดีสุด

                ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทำให้มีเทคนิคและวิธีเพิ่มคุณภาพของแร่รัตนชาติได้หลายวิธีเช่น เจียระไน การเผา การอาบรังสี การย้อมเคลือบสี

การเจียระไนเป็นเทคนิคที่ทำให้อัญมณีมีความวาวเป็นประกายและมีสีสันเด่นชัดยิ่งขึ้น โดยใช้เครื่องมือตัดแร่ให้เป็นเหลี่ยม เพื่อให้แสงหักเหสะท้อนกลับไปกลับมาภายในผลึกและสะท้อนออกมาทางด้านหน้า การเจียระไนมีหลายแบบ เช่น เหลี่ยมเกสรรูปกลม เหลี่ยมเกสรรูปหยดน้ำ เหลี่ยมมรกต เหลี่ยมกุหลาบ และรูปหลังเบี้ย

การเผาพลอย หรือการหุงพลอยเป็นการให้ความร้อนกับพลอยเพื่อให้เนื้อพลอยเกิดการจัดเรียงตัวใหม่และเกิดการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน  ทำให้เนื้อพลอยใสขึ้นและมีสีเปลี่ยนไปอย่างถาวร

การเผาเคลือบสีพลอย คือการเผาเคลือบด้วยส่วนผสมของธาตุมลทินที่ทำให้เนื้อพลอยเกิดสีธรรมชาติเช่นพลอยตระกูลคอรันดัม ถ้าต้องการให้เป็นสีแดงจะใส่ Cr₂O₃แต่ถ้าต้องการให้เป็นสีน้ำเงินจะใส่ TiO₂และ Fe₂O₃สีที่เกิดขึ้นจะเคลือบเฉพาะบริเวณผิดหน้าของเนื้อพลอยเป็นการชั่วคราวเท่านั้น

การอาบรังสี  คือการนำพลอยไปอาบรังสีแกมมมาจากโคบอลต์ - 60 หรือรังสีนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูรังสีจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน  พลอยจึงเกิดการเปลี่ยนสี

นอกจากนี้จะใช้แสงเลเซอร์กำจัดจุดด่างดำของธาตุมลทินในเนื้อพลอยเพื่อเพิ่มคุณภาพ