การวิเคราะห์ปริมาณธาตุโลหะหนักในหินฟอสเฟต ปุ๋ยฟอสเฟตและฟอสโฟยิปซัม
Analysis of Heavy Metals in Phosphate Rock, Phosphate Fertilizer and Phosphogypsum

อาภรณ์ บุษมงคล *กฤษณะ วงค์แดง และ สิรินาฏ เลาหะโรจนพันธ์
กลุ่มวิจัยและพัฒนา สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ
*คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร


คำนำ

การวิจัยนี้เป็นการวิเคราะห์ปริมาณธาตุในตัวอย่างหินฟอสเฟตปุ๋ยเคมีและฟอสฟอยิปซัม โดยเทคนิคการวิเคราะห์เชิงก่อกัมมันตภาพรังสีด้วยนิวตรอน(Neutron Activation Analysis: NAA) เนื่องจากในกระบวนการผลิตปุ๋ยฟอสเฟต จะมีผลพลอยได้เป็นสารประกอบฟอสฟอยิปซัม (calcium sulphate dihydrate) ซึ่งมีการนำไปใช้ในการเกษตรและในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพราะฟอสฟอยิปซัม มีคุณสมบัติในการช่วยปรับปรุงสภาพดิน ช่วยให้พืชเจริญเติบได้ผลผลิตมากขึ้น ทั้งปุ๋ยฟอสเฟต หินฟอสเฟต และฟอสฟอยิปซัมเหล่านี้ จะมีธาตุต่าง ๆ ปนเปื้อนมา ในระหว่างการสกัดแยกทางเคมี ธาตุที่มีอยู่ในปุ๋ยหรือหินฟอสเฟต มีทั้งธาตุที่เป็นสารอาหารที่จำเป็นของพืช รวมทั้งโลหะหนักปนเปื้อนอยู่ เนื่องจากประเทศไทยเป็นประเทศกสิกรรม ที่มีทั้งการผลิต และการนำเข้าสารเหล่านี้เป็นจำนวนมาก การวิเคราะห์ปริมาณธาตุ จึงได้รับความสนใจ จากทั้งผู้ประกอบการและนักวิจัย ในสาขาที่เกี่ยวข้อง ทั้งนี้เทคนิค NAA ถูกนำไปใช้ในการวิเคราะห์ตัวอย่างปุ๋ยฟอสเฟตอย่างแพร่หลาย

วัสดุ อุปกรณ์ และ วิธีการ

1. วัสดุ อุปกรณ์

1.1)
เครื่องวัดรังสีแกมมาแบบหลายช่องของ Canberra ต่อกับหัววัด Ge(Li) Canberra
1.2)
ตัวอย่าง ได้แก่ หินฟอสเฟต 5 ชนิด ปุ๋ยเคมี 6 ชนิด และฟอสฟอยิปซัม 7 ชนิด
2. การเตรียมตัวอย่างและการอาบรังสีสารตัวอย่าง
2.1)
ชั่งตัวอย่างที่บดละเอียด และสารมาตรฐาน IAEA SL-1 อย่างละ 0.05 กรัม
2.2)
นำตัวอย่างและสารมาตรฐานไปอาบรังสีนิวตรอน โดยไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตปานกลาง และครึ่งชีวิตยาว จะนำไปอาบรังสีที่ท่อ Lazy Susan นาน 12 ชั่วโมง (ความเข้ม นิวตรอน 3.5x1012 n cm-2 s-1) แล้วปล่อยให้สลายตัว 2 – 3 วัน สำหรับไอโซโทปที่มี ครึ่งชีวิตสั้น จะนำไปอาบรังสี ที่ระบบท่อลม (Pneumatic Rabbit System) 10 วินาที (ความเข้มนิวตรอน 1.0 x 1013 n cm-2 s-1) ปล่อยให้สลาย 2.5 นาที ก่อนนำไปวัดรังสี

ผลการทดลอง

การวิเคราะห์เชิงปริมาณ และเชิงคุณภาพของตัวอย่าง

ผลการทดลองวิเคราะห์ตัวอย่าง หินฟอสเฟต ปุ๋ยฟอสเฟตและ ฟอสฟอยิปซัม แสดงไว้ในตารางที่ 1 และ 2 ธาตุที่พบมีปริมาณมากคือ แคลเซียม โซเดียม และ อะลูมิเนียม ทั้งนี้เนื่องจากตัวอย่างฟอสฟอยิปซัมที่นำมาศึกษาในครั้งนี้ เป็นตัวอย่างที่ผ่านกระบวนการทางเคมีแล้ว

สรุปผลการทดลอง

ธาตุที่พบในการวิเคราะห์หินฟอสเฟตและปุ๋ยฟอสเฟตในการทดลองครั้งนี้มี 16 ธาตุ คือ โซเดียม เหล็ก โพแทสเซียม อะลูมิเนียม ยูเรเนียม แลนทานัม สารหนู สแกนเดียม อิตเทอร์เบียม โครเมียม พลวง ทอเรียม แมงกานีส วาเนเดียม โบรมีน และ แคลเซียม โดย แคลเซียม เป็นธาตุที่มีปริมาณมากที่สุด ความเข้มข้นตั้งแต่ร้อยละ 22.79 – 36.31 โดยน้ำหนักในหินฟอสเฟต และ ร้อยละ 8.75 – 14.51 โดยน้ำหนักในปุ๋ยฟอสเฟต สำหรับฟอสฟอยิปซัม มีธาตุที่พบทั้งหมด 9 ธาตุ คือ โซเดียม อะลูมิเนียม ยูเรเนียม แลนทานัม สารหนู สแกนเดียม แมงกานีส วาเนเดียม และ แคลเซียม โดยพบ แคลเซียม สูงถึงร้อยละ 14.86 – 34.38 โดยน้ำหนัก และ อะลูมิเนียม ร้อยละ 0.048 – 0.261 โดยน้ำหนัก นอกจากนั้น ในฟอสฟอยิปซัมจะพบโลหะหนักน้อยกว่าหินฟอสเฟต และตัวอย่างที่ได้ผ่านกระบวนการทางเคมีเพิ่มเติม ก็พบธาตุต่าง ๆ ในปริมาณที่ต่ำลง แสดงว่า กระบวนการทางเคมี สามารถลดการปนเปื้อนของโลหะหนักและธาตุพิษจากฟอสฟอยิปซัมได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีความปลอดภัยตามมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา ซึ่งระบุว่า ปริมาณของโลหะหนัก ได้แก่ แคดเมียม โคบอลต์ โครเมียม ทองแดง ปรอท นิกเกิล ตะกั่ว วาเนเดียม สังกะสี ยูเรนียม และสารหนู ที่อยู่ในฟอสฟอยิปซัม ปุ๋ยฟอสเฟต และแร่หินฟอสเฟต รวมกันไม่ควรเกิน 25 ppm

ตารางที่ 1 ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุต่าง ๆ ที่วิเคราะห์ด้วยไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นในตัวอย่างหินฟอสเฟต ปุ๋ยฟอสเฟตและฟอสฟอยิปซัม

ประเภท
ตัวอย่าง


ตัวอย่าง

ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุที่มี ครึ่งชีวิต สั้น

Mn (ppm)

V (ppm)

Al (%Wt)

Ca (%Wt)

หินฟอสเฟต

Rock Phosphate
Algeria

53.73+0.64

69.23+1.66

0.28+0.002

36.31+0.53

หินฟอสเฟต

Rock Phosphate
Boucraa

ND

ND

0.15+0.001

27.75+0.06

หินฟอสเฟต

Rock Phosphate
(ม้ามงกุฎ)

796.74+1.27

88.06+0.44

7.86+0.06

ND

หินฟอสเฟต

Rock Phosphate
Morocco

ND

235.54+0.60

0.28+0.02

33.94+0.30

หินฟอสเฟต

Rock Phosphate
Jordan

ND

ND

0.08+0.002

22.79+0.36

ปุ๋ยฟอสเฟต

18-46-0
(ปุ๋ยแห่งชาติ)-1

ND

453.79+0.29

0.22+0.001

ND

ปุ๋ยฟอสเฟต

16-20-0
(ปุ๋ยแห่งชาติ)-1

52.10+0.80

143.79+1.65

0.36+0.01

ND

ปุ๋ยฟอสเฟต

0-20-0  TSP
ISRAEL-1

ND

198.99+2.08

0.13+0.001

14.51+0.39

ปุ๋ยฟอสเฟต

0-46-0 TSP
USA-1

494.37+4.52

140.10+1.10

0.51+0.01

11.07+0.21

ปุ๋ยฟอสเฟต

46% P2O5
TSP-1

365.44+0.36

169.90+1.56

1.05+0.04

9.64+0.15

ปุ๋ยฟอสเฟต

0-46-0 TSP
ISRAEL-1

398.13+0.24

166.63+0.55

0.52+0.01

8.75+0.29

ฟอสฟอยิปซัม

PG1

81.08+1.06

91.64+3.27

0.26+0.01

34.08+0.59

ฟอสฟอยิปซัม

PG2

ND

ND

0.13+0.001

26.03+0.17

ฟอสฟอยิปซัม

PG3

ND

ND

0.10+0.01

10.59+0.11

ฟอสฟอยิปซัม

PG4

ND

ND

0.11+0.01

15.89+0.51

ฟอสฟอยิปซัม

PG5

ND

ND

0.05+0.001

14.86+0.41

ฟอสฟอยิปซัม

PG6

ND

ND

0.12+0.01

15.94+0.42

ฟอสฟอยิปซัม

PG7

ND

ND

0.06+0.002

15.47+0.32

 
ตารางที่ 2 ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุต่างๆ ในตัวอย่างฟอสฟอยิปซัม หินฟอสเฟต และปุ๋ยฟอสเฟต ที่วิเคระห์ด้วยไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตยาว

ตัวอย่าง 

ความเข้มข้นเฉลี่ยของแต่ละธาตุที่มี ครึ่งชีวิต ยาว

U
(ppm)

La
(ppm)

As
(ppm)

Na
(%Wt.)

Sc
(ppm)

Br
(ppm)

 

Rock Phosphate Algeria

45.69+1.61

153.44+4.8

3.51+0.34

0.81+0.02

2.21+0.08

ND

Rock Phosphate Boucraa  

33.52+0.32

46.98+1.18

ND

0.12+0.002

ND

ND

Rock Phosphate (ม้ามงกุฎ)

8.60+0.20

55.06+0.83

22.06+0.65

0.27+.004

10.48+0.03

ND

Rock Phosphate Morocco

191+1

102.5+0.5

13.74+0.56

0.44+0.003

6.70+0.13

ND

Rock Phosphate Jordan 

ND

19.76+0.09

ND

0.05+0.001

ND

ND

18-46-0 (ปุ๋ยแห่งชาติ)

194.6+0.8

3.37+0.00

19.79+2.03

0.070.002

9.59+0.01

3.44+0.38

16-20-0(ปุ๋ยแห่งชาติ)

65.24+0.36

3.87+0.23

6.86+0.45

0.051+0.01

3.40+0.32

22.54+0.51

0-20-0 TSP ISRAEL

142.4+1.6

18.09+0.28

4.37+0.37

0.379+0.01

ND

35.49+2.17

0-46-0 TSP USA

73.65+.54

2.84+0.17

6.52+0.39

0.11+0.002

9.48+0.45

ND

46% P2O5 TSP

241.7+4.41

48.66+0.36

10.02+0.15

0.21+0.002

6.68+0.39

ND

0-46-0 TSP ISRAEL

226.04+0.8

52.37+2.85

9.29+0.35

0.21+0.002

6.93+0.00

14.32+0.78

PG1

109.48+0.35

60.90+1.49

9.49+0.55

0.11+0.001

3.59+0.41

ND

PG2

11.61+0.16

44.23+0.74

ND

0.13+0.02

ND

ND

PG3

ND

19.90+0.40

ND

0.06+0.004

ND

ND

PG4

3.20+0.13

41.98+0.42

ND

0.09+0.003

ND

ND

PG5

ND

61.94+0.00

ND

0.03+0.002

ND

ND

PG6

7.32+0.44

57.18+0.51

ND

0.22+0.01

ND

ND

PG7

ND

ND

ND

0.02+0.001

ND

ND


ตารางที่ 2
ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุต่างๆ ในตัวอย่างฟอสฟอยิปซัม หินฟอสเฟต และปุ๋ยฟอสเฟต ที่วิเคระห์ด้วยไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตยาว (ต่อ)

ตัวอย่าง

ความเข้มข้นเฉลี่ยของแต่ละธาตุที่มี ครึ่งชีวิต ยาว

 

Yb
(ppm)

Cr
(ppm)

Sb
(ppm)

Fe
(%Wt.)

K
(%Wt.)

Th
(ppm)

Rock Phosphate
Algeria

7.05+0.37

ND

ND

ND

N.D.

6.12+0.05

Rock Phosphate
Boucraa  

4.79+0.14

ND

 ND

ND

 ND

ND

Rock Phosphate
(ม้ามงกุฎ)

ND

ND

3.05+0.16

2.70+0.02

2.82+0.24

28.33+1.03

Rock Phosphate
Morocco

14.46+0.71

195+1

1.16+0.02

ND

 ND

ND

Rock Phosphate
Jordan 

1.17+0.11

ND

ND

ND

ND

17.93+0.10

18-46-0
(ปุ๋ยแห่งชาติ)

8.84+0.00

388+0.1

2.53+0.19

ND

ND

ND

16-20-0
(ปุ๋ยแห่งชาติ)

ND

113+1.5

0.84+0.02

ND

0.66+0.03

ND

0-20-0 TSP
ISRAEL

ND

68.32+1.3

1.29+0.17

ND

ND

ND

0-46-0 TSP
USA

2.96+0.18

ND

2.00+0.23

1.29+0.29

ND

ND

46% P2O5
TSP

8.60+0.20

ND

2.40+0.20

ND

ND

ND

0-46-0 TSP
ISRAEL

ND

ND

2.32+0.18

ND

ND

ND

PG1

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG2

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG3

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG4

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG5

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG6

ND

ND

ND

ND

ND

ND

PG7

ND

ND

ND

ND

ND

ND