กระบวนการผลิตและการแปรรูปแผ่นฟอยล์ทองแดง

แผ่นทองแดงบางเฉียบที่ดูเรียบง่ายนี้ แท้จริงแล้วมีกระบวนการผลิตที่ละเอียดอ่อนและซับซ้อนมาก กระบวนการนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการสกัดและการกลั่นทองแดง การผลิตแผ่นทองแดง และขั้นตอนการแปรรูปหลังการผลิต

ขั้นตอนแรกคือการสกัดและการกลั่นทองแดง จากข้อมูลของสำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) การผลิตแร่ทองแดงทั่วโลกแตะระดับ 20 ล้านตันในปี 2021 (USGS, 2021) หลังจากสกัดแร่ทองแดงแล้ว ผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น การบด การโม่ และการลอยตัว จะได้แร่ทองแดงเข้มข้นที่มีปริมาณทองแดงประมาณ 30% จากนั้นแร่ทองแดงเข้มข้นเหล่านี้จะผ่านกระบวนการกลั่น ซึ่งรวมถึงการถลุง การกลั่นด้วยเตาแปลงสภาพ และการอิเล็กโทรไลซิส จนได้ทองแดงอิเล็กโทรไลต์ที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.99%

ต่อไปคือกระบวนการผลิตแผ่นทองแดง ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทตามวิธีการผลิต ได้แก่ แผ่นทองแดงที่ผลิตด้วยกระบวนการทางไฟฟ้า และแผ่นทองแดงที่ผลิตด้วยการรีด

แผ่นฟอยล์ทองแดงที่ผลิตด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ทำได้โดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ในเซลล์อิเล็กโทรไลซิส ขั้วบวกทองแดงจะค่อยๆ ละลายภายใต้การกระทำของอิเล็กโทรไลต์ และไอออนทองแดงซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้า จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วลบและก่อตัวเป็นตะกอนทองแดงบนพื้นผิวของขั้วลบ ความหนาของแผ่นฟอยล์ทองแดงที่ผลิตด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสโดยทั่วไปมีช่วงตั้งแต่ 5 ถึง 200 ไมโครเมตร ซึ่งสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำตามความต้องการของเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (Yu, 1988)

ในทางกลับกัน แผ่นทองแดงรีดนั้นผลิตขึ้นด้วยกระบวนการทางกล โดยเริ่มจากแผ่นทองแดงที่มีความหนาหลายมิลลิเมตร แล้วค่อยๆ ทำให้บางลงด้วยการรีด จนในที่สุดจะได้แผ่นทองแดงที่มีความหนาในระดับไมโครเมตร (Coombs Jr., 2007) แผ่นทองแดงชนิดนี้มีพื้นผิวเรียบกว่าแผ่นทองแดงที่ผลิตด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส แต่กระบวนการผลิตใช้พลังงานมากกว่า

หลังจากผลิตแผ่นทองแดงแล้ว โดยปกติจะต้องผ่านกระบวนการหลังการผลิตเพิ่มเติม เช่น การอบอ่อน การปรับสภาพพื้นผิว ฯลฯ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การอบอ่อนสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นและความเหนียวของแผ่นทองแดง ในขณะที่การปรับสภาพพื้นผิว (เช่น การออกซิเดชันหรือการเคลือบ) สามารถเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและการยึดเกาะของแผ่นทองแดงได้

โดยสรุปแล้ว แม้ว่ากระบวนการผลิตและการแปรรูปแผ่นทองแดงจะมีความซับซ้อน แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้กลับมีผลกระทบอย่างมากต่อชีวิตสมัยใหม่ของเรา นี่คือการแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โดยการเปลี่ยนทรัพยากรธรรมชาติให้เป็นผลิตภัณฑ์ไฮเทคผ่านเทคนิคการผลิตที่แม่นยำ

อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตแผ่นทองแดงก็มีข้อท้าทายอยู่หลายประการ เช่น การใช้พลังงาน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เป็นต้น จากรายงานฉบับหนึ่งระบุว่า การผลิตทองแดง 1 ตัน ต้องใช้พลังงานประมาณ 220 กิกะจูล และปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 2.2 ตัน (Northey et al., 2014) ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องหาวิธีการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้วิธีหนึ่งคือการนำทองแดงรีไซเคิลมาใช้ผลิตแผ่นทองแดง มีรายงานว่าการใช้พลังงานในการผลิตทองแดงรีไซเคิลนั้นเพียง 20% ของการผลิตทองแดงใหม่ และยังช่วยลดการใช้ทรัพยากรแร่ทองแดง (UNEP, 2011) นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เราอาจพัฒนาเทคนิคการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย

โดยสรุปแล้ว กระบวนการผลิตและการแปรรูปแผ่นทองแดงเป็นสาขาเทคโนโลยีที่เต็มไปด้วยความท้าทายและโอกาส แม้ว่าเราจะมีความก้าวหน้าอย่างมากแล้ว แต่ก็ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำเพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นทองแดงสามารถตอบสนองความต้องการในชีวิตประจำวันของเราไปพร้อมกับการปกป้องสิ่งแวดล้อมได้