สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๒ / เรื่องที่ ๕ อุตสาหกรรม / ผลิตกรรมจากโลหะ

ผลิตกรรมจากโลหะ โลหะบนผิวโลก ขณะที่ผิวโลกเริ่มเย็นตัว โลหะต่างๆ ที่อยู่บริเวณผิวโลก หรือในบรรยากาศรอบโลกจะเริ่มเปลี่ยนสภาพเป็นสารประกอบ ซึ่งจะรวมตัวอยู่ในรูปต่างๆ กัน เช่น รวมกับหิน หรืออยู่ในชั้นดิน เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพของผิวโลก หรือเกิดการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา เช่น เกิดการยุบตัวของผิวโลก แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด สารประกอบโลหะที่มีอยู่บนผิวโลก และส่วนที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย การกัดกร่อนของหินเนื่องจากลม หรือกระแสน้ำ เป็นเหตุให้เกิดการเคลื่อนย้ายสารประกอบ หรือเกิดการรวมตัวในรูปอื่น ลึกลงไปจากผิวโลกมากๆ ยังเป็นหินละลายที่ปนกับสารประกอบโลหะ เมื่อเกิดภูเขาไฟระเบิด หิน และสารประกอบโลหะจะขึ้นมาบนผิวโลกในรูปของลาวา เมื่อลาวาเย็นตัวแล้ว หินจะรวมตัวกับสารประกอบอยู่บนผิวโลก สารประกอบโลหะที่รวมตัวกับหิน ดิน หรือรวมกับสารอื่นๆ เรียกว่า สินแร่ โลหะที่พบเป็นสินแร่จะอยู่ในรูปของสารประกอบที่เป็นออกไซด์ ซัลไฟด์ คาร์บอเนต หรือเป็นสารประกอบหลายชนิดรวมกัน โลหะบางชนิดอาจเกิดขึ้นเกือบบริสุทธิ์ตามธรรมชาติ หรือเป็นโลหะอิสระ (free metals) เช่น ทองคำ ทองแดง ดีบุก เป็นต้น เรามักจะพบโลหะเหล่านี้แยกตัวอยู่ในรูปโลหะบริสุทธิ์ตามธรรมชาติแต่ก็พบน้อยมาก

เครื่องประดับที่ทำจากทองคำ

ทองคำ และทองแดงเป็นโลหะพวกแรกที่มนุษย์รู้จัก และนำมาใช้ประโยชน์ มนุษย์เริ่มสนใจโลหะทั้งสองชนิดนี้ในตอนปลายยุคหิน แต่ยังไม่เป็นที่นิยมใช้เท่ากับหิน เพราะทั้งทองคำ และทองแดงแข็งน้อยกว่าหิน ครั้นพบว่าโลหะทั้งสองชนิดนี้สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ง่ายกว่าหิน จึงเริ่มสนใจที่จะนำมาใช้ประโยชน์ เช่น ใช้ทำเครื่องใช้ ภาชนะ และเครื่องประดับ โลหะใต้ผิวโลก ลึกลงไปใต้ผิวโลกจะมีแร่โลหะต่างๆ กระจายอยู่ แร่บางชนิดจะมีมากในบางที่ หรือบางส่วนของโลก แร่บางชนิดอาจอยู่ปนกัน เช่น แร่ดีบุกกับแร่ทังสเตน ในพื้นที่บางแห่งจะมีแร่บางชนิดอยู่มาก และมีแร่ชนิดอื่นน้อยมาก หรือไม่มีอยู่เลย เช่น ทางภาคใต้ของประเทศไทยมีแร่ดีบุกอยู่มาก เมื่อพบว่าแห่งใดมีแร่อยู่จะมีการสำรวจทางธรณีวิทยาด้วยวิธีต่างๆ เพื่อให้รู้ชนิดของแร่ ปริมาณ และจำนวนเนื้อแร่ (เปอร์เซ็นต์แร่) เพื่อที่จะประมาณการได้ว่าพอที่จะทำเหมือง หรือนำขึ้นมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมหรือไม่ (การขุดหาเพื่อนำเอาแร่โลหะ หรือแร่อื่นๆ มาใช้ทำประโยชน์เรียกว่า การทำเหมืองแร่) การทำเหมืองแร่มีหลายวิธี เช่น แร่ที่อยู่บนผิวดิน หรือลึกจากผิวดินไม่มากนัก จะขุด หรือตักแร่เรียกว่า การทำเหมืองเปิด เช่น การขุดแร่บอกไซต์ (bauxite) เพื่อใช้ทำอะลูมิเนียม แร่ที่มีสายแร่อยู่ลึกลงไปใต้ดินมากๆ จะต้องขุดทำอุโมงค์ลงไป เช่น การทำเหมืองทองคำ การทำเหมืองถ่านหิน แร่บางชนิด เช่น แร่ดีบุกอยู่กับดินหรือดินทราย อาจใช้น้ำฉีดให้แร่ดีบุก และดินทรายหลุดออก แล้วแยกเอาแร่ดีบุกซึ่งหนักกว่าออกจากดิน และทรายอีกชั้นหนึ่ง การทำเหมืองแร่วิธีนี้ เรียกว่า การทำเหมืองฉีด เมื่อได้แร่โลหะจากเหมืองแร่แล้วจะนำไปผ่านกรรมวิธีเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ (หรืออาจจะไม่บริสุทธิ์) เรียกวิธีการนี้ว่า การถลุงโลหะ การถลุงโลหะอาจใช้ความร้อนเป็นหลัก หรืออาจใช้วิธีการทางเคมี หรือการแยกด้วยไฟฟ้า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ ปัจจุบันนี้มีโลหะที่ใช้ทำประโยชน์ในด้านอุตสาหกรรม และงานด้านวิทยาศาสตร์อยู่เป็นจำนวนมาก โลหะบางชนิดหาได้ยาก และถลุงยากจึงมีราคาแพง เช่น ทองคำขาว (platinum) แทนทาลัม (tantalum) ส่วนโลหะที่หาง่าย และถลุงไม่ยากมีราคาถูก เช่น เหล็ก และอะลูมิเนียม เป็นต้น หลักฐานทางประวัติศาสตร์เท่าที่พบในขณะนี้ ยังไม่สามารถนำมายืนยันแน่ชัดว่ายุคโลหะเริ่มที่ใด แต่สันนิษฐานว่า ยุคโลหะเริ่มในเอเชียตอนกลาง บริเวณประเทศอียิปต์เมื่อประมาณห้าพัน-หกพันปีก่อน พุทธศักราช ทองแดงเป็นโลหะที่มนุษย์นำมาทำ ประโยชน์ โดยได้จากการถลุงแร่ทองแดงด้วยถ่าน ไม้ และนำทองแดงที่ถลุงได้ไปหล่อเป็นของใช้ ภาชนะ อาวุธ และเครื่องประดับ นอกจากการทำสิ่งต่างๆ จากทองแดงด้วยการหล่อแล้ว ยังมีการตีขึ้นรูปโดย ใช้ค้อนหิน จึงนับว่า มนุษย์ได้เริ่มเรียนรู้เรื่องของ โลหะวิทยาเกี่ยวกับการถลุงโลหะ การหล่อโลหะ และ การขึ้นรูปโลหะจากโลหะชนิดนี้ ประมาณ ๓,๕๐๐ ปีก่อนพุทธศักราช ได้มีการ พบโลหะชนิดใหม่อีกหลายชนิด เช่น เงิน ตะกั่ว และ ดีบุก ดีบุกเป็นโลหะ ที่มีลักษณะคล้ายตะกั่ว เมื่อพบตอนแรกๆ ไม่มีผู้สนใจ แต่เมื่อลองเอาดีบุกละลาย ผสมกับทองแดง ได้โลหะชนิดใหม่ มีสีอ่อนกว่าทองแดง แต่มีคุณสมบัติที่ดีกว่าทองแดงและดีบุกมาก คือแข็งกว่า และเมื่อทำเป็นอาวุธคมกว่าทองแดงมาก โลหะผสม นี้เรียกว่า สัมฤทธิ์ (bronze) นับเป็นโลหะผสม (alloy) ชนิดแรกที่มนุษย์ค้นพบ และเป็นโลหะที่นิยมใช้มาก ในยุคนั้น โดยใช้ทำอาวุธ เสื้อเกราะ ภาชนะต่างๆ ของใช้ และเครื่องประดับ ในยุคนั้นจึงได้ชื่อว่า ยุค สัมฤทธิ์ (Bronze Age) ถึงแม้ว่า ในยุคต่อมา มีการใช้เหล็กเป็นโลหะหลักก็ตาม แต่สัมฤทธิ์ยังเป็นโลหะ ที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมจนถึงปัจจุบันนี้ ช่างโลหะสมัยประมาณ ๕,๐๐๐ ปี ก่อนพุทธศักราช เผาทองแดง ทำให้เกิดการอ่อนตัวลง แล้วนำไปแต่งให้เป็นรูปต่างๆ ได้ ๙๐๐ ปีก่อนพุทธกาล ชาวฮิตไทต์ (Hittites) ซึ่ง เป็นกลุ่มชนที่มีอำนาจในเขตเอเชียไมเนอร์ บริเวณ ตอนใต้ของทะเลดำ ได้พบวิธีถลุงเหล็กจากแร่เหล็ก หลังจากนั้นความรู้เกี่ยวกับการถลุงเหล็กได้กระจายไป ยังประเทศต่างๆ ในทวีปยุโรป จนเกิดอุตสาหกรรม ถลุงเหล็กขึ้น เนื่องจากเหล็กมีคุณสมบัติหลายอย่าง เหนือกว่าสัมฤทธิ์ เช่น แข็งกว่า เหนียวกว่า ใช้ทำอาวุธทุกชนิดที่มีอำนาจการทำลายเหนือกว่า มนุษย์ จึงหันมาใช้เหล็กทำเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ โดยเฉพาะเครื่องมือ ในงานช่าง และที่นิยมมากที่สุดคือ ใช้ทำอาวุธ เช่น ดาบ หอก และปืน อุตสาหกรรมเหล็กได้พัฒนาไปถึงการทำเหล็กกล้า (steel) ซึ่งมี คุณสมบัติดีกว่าเหล็กธรรมดา เพราะนอกจากจะแข็ง และเหนียวกว่าแล้ว ยังสามารถเพิ่มความแข็งโดย การอบชุบ (hardering) ได้ดีอีกด้วย ต่อมาได้มีการ ทำเหล็กกล้าเจือ (alloy steel) ซึ่งเป็นเหล็ก ที่มีคุณสมบัติดีเด่นเฉพาะขึ้นไปกว่าเหล็กกล้าธรรมดา ปัจจุบัน มีเหล็กกล้าผสมหลายร้อยชนิด แต่ละชนิดก็มีคุณสมบัติเฉพาะ และเหมาะแก่การใช้งานที่มีลักษณะพิเศษออกไป