กระบวนการผลิตและการผลิตแผ่นทองแดง

แผ่นทองแดง แผ่นทองแดงที่มีลักษณะเรียบง่ายและบางเป็นพิเศษนี้มีกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน กระบวนการนี้ประกอบด้วยการสกัดและการกลั่นทองแดง การผลิตแผ่นทองแดง และขั้นตอนหลังการประมวลผลเป็นหลัก

ขั้นตอนแรกคือการสกัดและกลั่นทองแดง ตามข้อมูลจากสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) การผลิตแร่ทองแดงทั่วโลกอยู่ที่ 20 ล้านตันในปี 2021 (USGS, 2021) หลังจากการสกัดแร่ทองแดงแล้ว จะสามารถผลิตทองแดงเข้มข้นที่มีปริมาณทองแดงประมาณ 30% ได้ผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น การบด การบดละเอียด และการแยกด้วยไฟฟ้า จากนั้นทองแดงเข้มข้นเหล่านี้จะเข้าสู่กระบวนการกลั่น ซึ่งได้แก่ การหลอม การกลั่นด้วยเครื่องแปลง และการแยกด้วยไฟฟ้า ซึ่งสุดท้ายจะได้ทองแดงบริสุทธิ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.99%

ขั้นตอนต่อไปคือกระบวนการผลิตแผ่นทองแดง ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ได้แก่ แผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์และแผ่นทองแดงแบบรีด

แผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์ผลิตขึ้นโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ขั้วบวกของทองแดงจะค่อยๆ ละลายภายใต้การกระทำของอิเล็กโทรไลต์ และไอออนของทองแดงซึ่งถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนตัวไปทางแคโทดและก่อตัวเป็นตะกอนของทองแดงบนพื้นผิวแคโทด ความหนาของแผ่นทองแดงอิเล็กโทรไลต์โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 5 ถึง 200 ไมโครเมตร ซึ่งสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำตามความต้องการของเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์ (PCB) (Yu, 1988)

ในทางกลับกัน แผ่นทองแดงที่รีดเป็นแผ่นโลหะนั้นผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องจักร โดยเริ่มจากแผ่นทองแดงที่มีความหนาหลายมิลลิเมตร จากนั้นจึงค่อยๆ รีดให้บางลง จนได้แผ่นทองแดงที่มีความหนาในระดับไมโครเมตรในที่สุด (Coombs Jr., 2007) แผ่นทองแดงประเภทนี้มีพื้นผิวเรียบกว่าแผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์ แต่กระบวนการผลิตจะใช้พลังงานมากกว่า

หลังจากผลิตแผ่นทองแดงแล้ว โดยปกติแล้วจะต้องผ่านกระบวนการหลังการผลิต เช่น การอบ การปรับสภาพพื้นผิว เป็นต้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การอบสามารถเพิ่มความเหนียวและความเหนียวของแผ่นทองแดงได้ ในขณะที่การปรับสภาพพื้นผิว (เช่น การออกซิเดชันหรือการเคลือบ) สามารถเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและการยึดเกาะของแผ่นทองแดงได้

โดยสรุป แม้ว่ากระบวนการผลิตแผ่นทองแดงจะมีความซับซ้อน แต่ผลผลิตที่ได้ก็ส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อชีวิตสมัยใหม่ของเรา นับเป็นการแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เปลี่ยนทรัพยากรธรรมชาติให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ไฮเทคผ่านเทคนิคการผลิตที่แม่นยำ

อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตแผ่นทองแดงยังมีความท้าทายหลายประการ เช่น การใช้พลังงาน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เป็นต้น ตามรายงานระบุว่า การผลิตทองแดง 1 ตันต้องใช้พลังงานประมาณ 220 กิกะจูล และก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 2.2 ตัน (Northey et al., 2014) ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องหาวิธีการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้วิธีหนึ่งคือการใช้ทองแดงรีไซเคิลเพื่อผลิตแผ่นทองแดง มีรายงานว่าการใช้พลังงานในการผลิตทองแดงรีไซเคิลมีเพียง 20% ของทองแดงขั้นต้น และยังช่วยลดการใช้ทรัพยากรแร่ทองแดงอีกด้วย (UNEP, 2011) นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เราอาจพัฒนาวิธีการผลิตแผ่นทองแดงที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย

โดยสรุป กระบวนการผลิตแผ่นทองแดงเป็นสาขาเทคโนโลยีที่เต็มไปด้วยความท้าทายและโอกาส แม้ว่าเราจะมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่ก็ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำเพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นทองแดงสามารถตอบสนองความต้องการในชีวิตประจำวันของเราได้ในขณะเดียวกันก็ปกป้องสิ่งแวดล้อมของเราไปด้วย