กระบวนการผลิตและการผลิตแผ่นทองแดง

แผ่นทองแดง ซึ่งเป็นแผ่นทองแดงที่บางมาก ดูเหมือนเรียบง่าย มีกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน กระบวนการนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการสกัดและการกลั่นทองแดง การผลิตแผ่นทองแดง และขั้นตอนหลังการผลิต

ขั้นตอนแรกคือการสกัดและกลั่นทองแดง ข้อมูลจากสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา (USGS) ระบุว่าการผลิตแร่ทองแดงทั่วโลกสูงถึง 20 ล้านตันในปี พ.ศ. 2564 (USGS, 2564) หลังจากการสกัดแร่ทองแดง ผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น การบด การบดละเอียด และการลอยตัว จะได้ทองแดงเข้มข้นที่มีปริมาณทองแดงประมาณ 30% จากนั้นทองแดงเข้มข้นเหล่านี้จะเข้าสู่กระบวนการกลั่น ซึ่งรวมถึงการถลุง การกลั่นด้วยเครื่องแปลง และการแยกด้วยไฟฟ้า จนได้ทองแดงบริสุทธิ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.99%

ขั้นตอนต่อไปคือกระบวนการผลิตแผ่นทองแดง ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ได้แก่ แผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์ และแผ่นทองแดงแบบรีด

แผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์ผลิตขึ้นโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ขั้วบวกของทองแดงจะค่อยๆ ละลายภายใต้การกระทำของอิเล็กโทรไลต์ และไอออนของทองแดงซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนตัวไปยังขั้วลบและก่อตัวเป็นตะกอนทองแดงบนพื้นผิวของขั้วลบ โดยทั่วไปความหนาของแผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์จะอยู่ระหว่าง 5 ถึง 200 ไมโครเมตร ซึ่งสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำตามความต้องการของเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (Yu, 1988)

ในทางกลับกัน แผ่นทองแดงแบบม้วนนั้นผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องจักร โดยเริ่มจากแผ่นทองแดงหนาหลายมิลลิเมตร แล้วค่อยๆ รีดให้บางลง จนได้แผ่นทองแดงที่มีความหนาในระดับไมโครเมตร (Coombs Jr., 2007) แผ่นทองแดงประเภทนี้มีพื้นผิวเรียบกว่าแผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์ แต่กระบวนการผลิตจะใช้พลังงานมากกว่า

หลังจากผลิตแผ่นทองแดงแล้ว โดยทั่วไปแล้วจะต้องผ่านกระบวนการหลังการผลิต เช่น การอบอ่อน การเคลือบผิว ฯลฯ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การอบอ่อนสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นและความเหนียวของแผ่นทองแดง ในขณะที่การเคลือบผิว (เช่น การออกซิเดชันหรือการเคลือบผิว) สามารถเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและการยึดเกาะของแผ่นทองแดงได้

โดยสรุป แม้ว่ากระบวนการผลิตแผ่นทองแดงจะมีความซับซ้อน แต่ผลผลิตที่ได้ก็ส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อชีวิตสมัยใหม่ของเรา นับเป็นการแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เปลี่ยนทรัพยากรธรรมชาติให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ไฮเทคด้วยเทคนิคการผลิตที่แม่นยำ

อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตแผ่นทองแดงยังมีความท้าทายหลายประการ เช่น การใช้พลังงาน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เป็นต้น รายงานระบุว่า การผลิตทองแดง 1 ตันต้องใช้พลังงานประมาณ 220 กิกะจูล และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 2.2 ตัน (Northey et al., 2014) ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องหาวิธีการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการใช้ทองแดงรีไซเคิลเพื่อผลิตแผ่นทองแดง มีรายงานว่าการใช้พลังงานในการผลิตทองแดงรีไซเคิลมีเพียง 20% ของทองแดงปฐมภูมิ และยังช่วยลดการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรแร่ทองแดง (UNEP, 2011) นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เราอาจพัฒนาเทคนิคการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้มากขึ้น

สรุปได้ว่า กระบวนการผลิตแผ่นทองแดงเป็นสาขาเทคโนโลยีที่เต็มไปด้วยความท้าทายและโอกาส แม้ว่าเราจะมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่ก็ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำเพื่อให้มั่นใจว่าแผ่นทองแดงสามารถตอบสนองความต้องการในชีวิตประจำวันของเราได้ พร้อมกับการปกป้องสิ่งแวดล้อม