زمانی که آهن و اکسیژن با هم واکنش دهند، اکسید آهن حاصل می شود. اکسید های آهن طبیعی حاصل از هماتیت( اکسید آهن معدنی قرمز)، لیمونیت ها (از زرد تا قهوه ای) و مگنیت(اکسید آهن سیاه) است.
رنگدانه های اکسید آهن مصنوعی همینطور از مواد اولیه شیمیایی، تولید می شوند. تولید مصنوعی این ماده کمک می کند که اندازه، توزیع شکل ذرات را با دقت زیادی انجام داد. به این شکل یکنواختی، کیفیت رنگ و خلوص شیمیایی ذرات اکسید آهن افزایش می یابد.
نقش مهم اکسید های آهن در فرآیند های محیطی و صنعت زیاد است. زنگ آهن معمولی(آهن III) نوعی از اکسید های آهن هستند که با قیمت آهن رابطه مستقیم دارد.
انواع اکسید آهن
اکسید آهن به سه شکل وجود دارد که هر کدام از نظر شیمیایی و نسبت به ترکیب آهن و اکسیژن موجود در آن ها با هم متفاوت هستند.
اکسید آهن (II) هماتیت
این اکسید، سیاه رنگ است و می توان آن را به شکل مصنوعی با تجزیه حرارتی اگزالات آهن II نیز ساخت. این نوع اکسید آهن به علت خاصیت غیر سمی اش، غالبا به عنوان رنگ دانه دوم در لوازم آرایشی و بهداشتی به کاربرده می شود.
اکسید آهن (III)
این نوع اکسید آهن به شکل طبیعی به عنوان هماتیت معدنی وجود دارد و در صنایع مختلف به کاربرده می شود. صنایع رنگ دانه های معدنی، بتن و ساختمان و آرایشی و بهداشتی هم، از این نوع اکسید آهن بهره می برند.
به طور کلی این اکسید اهن را می توان به طور طبیعی به عنوان مگنتیت معدنی یافت کرد. با وجود این که این ماده به طور طبیعی در دسترس است اما گاها به شکل مصنوعی تولید می شود. این کار به این علت است که بتوانند ذرات و شکل آن را تغییر دهند. شکل این اکسید آهن سیاه رنگ است و موارد زیر را نیز می توان جزء اصلی ترین کاربرد های اکسید به حساب آورد:
- به عنوان نانو ذرات در اسکن MRI
- کاربری در صنایع دارویی
- برش فولاد در صنایع فولاد
- کاتالیزرور در صنایع شیمیایی علل الخصوص در واکنش جابجایی آب-گاز
کاربرد های اکسید آهن
اکسید آهن این ماده به نسبت ارزان قیمت است و مقاومت زیادی در مقابل تغییر رنگ نور خورشید دارد. آن ها همینطور در شرایط محیطی معمولی، پایداری بسیاری دارد. البته رنگ دانه های طبیعی، به نسبت رنگ دانه های مصنوعی قوام کمتری دارند. به همین علت از آن به عنوان رنگ های حمایتی و زیر سازی به کاربرده می شود.
نوعی اکسید آهن هماتیت به اسم میکاسی وجود داشته که خاصیت منحصر به فرد به رنگ ها را پوشش می دهد. در این اکسید، ذرات به گونه ای روی سطح قرار می گیرند که از آن در مقابل رطوبت و گاز ها حفاظت می کند. این پوشش می تواند از خوردگی، زنگ زدگی فلزات، ترک و پوسته شدن، بروز تاول جلوگیری کند.
یکی دیگر از خاصیت رنگ دانه های اکسید آهن این است که به دلیل اندازه کوچک آن که حدودا ده برابر از ذرات سیمان کوچک ترند، به بهترین نحو ممکن در شبکه سیمان جای می گیرند. یکنواختی سطح های بتنی و سیمانی که با این رنگ پوشش داده شده اند، به علت اندازه کوچک آن است.
رنگدانه های شیمیایی در مقابل مواد قلیایی دارای مقاومت بالا و خاصیت درخشندگی است. در رابطه با اعمال آن روی سطح بتن و سیمان باید توجه کرد که از دوز های استاندارد مشخص شده، خارج نشود. در شرایطی که آن به ساختار بتن نفوذ کند، خاصیت آن را تغییر می دهد.
یکی از مزایای رنگ دانه های اکسید آهن این است که می توان به بهترین حالت ممکن آن را ترکیب کرد و رنگ های جدید را خلق کرد. انواع اکسید آهن غیر رسمی هستند و این مسئله سبب محبوبیت آن در صنایع، به خصوص صنایع غذایی شده است.
اکسید آهن رنگی از چند دهه گذشته که انسان ها غار نشین بودند مورد استفاده قرار گرفت. این افراد از اکسید آهن در غار ها برای نقاشی کردن استفاده می کردند. در قرن گذشته از این ماده در مصارف گوناگونی مانند لعاب سرامیکی و کاشی، شیشه، تولید کاغذ، پلاستیک و منسوجات به کاربرده می شود که هنوز مورد استفاده است. امروزه اکسید آهن در صنایع مختلف به کاربرده می شود که به شرح زیر است:
- تولید رنگ دانه های معدنی
- تولید هموگلوبین
- صنعت بتن و ساختمانی
- صنایع پلاستیک و رنگ
- صنایع فولاد و آهن
- لوازم تحریر
- مخازن صنعتی
- کارخانه های شیمیایی
- دکل های حفاری
- کوره های ریخته گری
پیشرفت های بسیاری در زمینه رنگ دانه های اکسیدآهن در سال های قبل، سبب تولید دانه های ریز این ماده بعد از ابعاد نانو شده است. این نوع از اکسید آهن در صنایع الکترونیک، تصویر برداری مغناطیسی و پزشکی هسته ای به کاربرده می شود. شاید جالب باشد بدانید که اکسید آهن زرد، مشکی، قهوه ای و قرمز و نارنجی جزء پر مصرف ترین اکسید آهن ها هستند.
مواد اولیه آهن و فولاد
فولاد جزء آلیاژی است که از کربن، آهن و دیگر عناصر تشکیل شده است. آهن، بر پایه فولاد است و ساختار اتمی آن از آهن ایجاد شده است. برای تامین آهن به عنوان یک ماده اولیه در ساخت فولاد از اکسید آهن بهره می برد. با گسترش صنعت ساخت و ساز، تقاضا برای اکسید آهن در تولید سازه های فولادی، افزایش بسیاری داشته است.
تولید رنگدانه
اکسید آهن III به شکل طبیعی، دارای رنگ قرمز است. در اصطلاح صنعتی به این اکسید، رنگ دانه قرمز 101 یا رنگ دانه 6 یا 7 می گویند. از بین صنایع گوناگونی که به رنگدانه احتیاج دارند، صنایع رنگ و ساختمان بیش از یک سوم مصرف جهانی اکسید آهن را به خود اختصاص می دهد. دومین صنعت بزرگ مصرف کننده اکسید آهن در صنایع پوشش فلزات و دیگر مواد می باشند. در این صنایع بیشتر اکسیدآهن مصنوعی با دانه های قابل پخش و میکرونیزه قابل استفاده است. در رده سوم صنایع آرایشی و بهداشتی قرار داشته و همینطور بعضی از رنگدانه های اکسید آهن شفاف بوده و در رنگ آمیزی چوب قابل استفاده هستند.
کاربرد اکسید آهن در پزشکی
از زمانی که افراد متوجه شدند اجسام و مواد در مقیاس نانو می توانند خدمت های زیادی در اختیار او قرار دهند تلاش کردند تا از این روش بهره برند و در مکان های گوناگون از آن استفاده کنند. به عنوان نمونه نانو ذرات اکسید آهن در علم پزشکی این ماده برای تثبیت میکروب به کار گرفته می شوند و توانسته کاربرد های بسیاری از خود در این زمینه نشان دهد.
یکی دیگر از کاربرد های اکسید آهن در رابطه با افزایش سرعت در رساندن دارو به قسمت هایی از بدن است که دچار عفونت شده است. اگر از این ماده در غلظت های پایین به کار گرفته شود می توان برای تامین یون آهن مورد نیاز برای میکرووارگانیسم ها از آن استفاده کرد. کاهش بیماری زایی یکی دیگر از کاربرد های حیرت انگیز اکسید آهن است. این مواد از طریق نیروهای الکترواستاتیکی که دارند به دیواره سلول های میکروبی چسبیده و بدین صورت از گسترش بیماری در بدن جلوگیری می کند.
کاربرد اکسیدآهن در ریخته گری
در گذشته برای جلوگیری از رگه ای شدن قطعه های آهن، از اکسید آهن استفاده می کردند اما با گذشت زمان مشخص شد که این ماده می تواند بر کیفیت محصول نیز موثر باشد. بعد از گذشت مدتی افراد متوجه شدند که سیاه زمانی که به 30 درصد در تولید محصولات رسد هم رگه ای شدن اتفاق نمی افتد و کیفیت محصول تولید شده نیز به میزان زیادی افزایش می یابد.
به طور کلی در کارخانه های ریخته گری از این ماده به میزان زیادی استفاده می کنند و علت آن هم جلوگیری از رگه ای شدن، کاهش کربن گیری، جلوگیری از بروز مشکلات پوست سوسماری و افزایش مقاومت در مقابل نفوذ ذوب است.
کاربرد اکسید آهن در کارت های بانکی
برای تولید ساخت نوار های مغناطیسی این کارت از اکسیدآهن 3 استفاده می کنند. لازم به ذکر است بدانید تا زمانی که آلیاژ های کبالت شناخته نشده بودند این ماده بیشترین تاثیر را در ساخت کارت های بانکی داشت ولی زمانی که آلیاژ های کبالت جانشین اکسید آهن در ساخت نوار مغناطیسی کارت ها شدند این ماده کارایی گذشته در این زمینه را ندارد.