آهن در یک محیط مرطوب با اکسیژن ترکیب شده و زنگ می‌زند. اکسیدهای آهن استفاده زیادی در صنعت دارند و همچنین اکثر کانی‌های ارزشمند آهن به شکل اکسیدی در طبیعت یافت می‌شوند. اکسید آهن به اشکال مختلف از جمله هماتیت، مگنتیت و گوتیت یافت می‌شود. این ترکیب‌ها مواد صنعتی مهمی هستند و کاربردهای مختلفی دارند. به همین دلیل شناخت ترکیب اکسیدی آهن بسیار به ما کمک خواهد کرد تا بیشتر با صنعت تولید فولاد و فراوری آهن آشنا شویم. با فولادینو در ادامه این مطلب همراه باشید تا پس از آشنایی با ترکیبات اکسیدی آهن، موارد استفاده از این مواد پرکاربرد را مورد بررسی قرار دهیم.
فهرست این مطلب
اکسید آهن چیست؟
اکسید آهن یک ترکیب شیمیایی بوده که از خانواده اکسیدهای فلزات واسطه است. این ترکیب از یون‌های آهن اکسیده و اکسیژن با وزن مولکولی 71.85 گرم در مول تشکیل شده است. اکسید آهن به اشکال مختلف وجود دارد که هر کدام دارای خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فردی هستند. این ترکیبات به طور معمول در طبیعت به عنوان کانی‌های ارزشمند آهن یافت می‌شوند و همچنین می‌توان آنها را به طور مصنوعی از طریق فرآیندهای مختلف تولید کرد. به عنوان مثال از طریق اکسیداسیون فلز آهن یا از واکنش نمک‌های آهن با مواد قلیایی یا هیدروکسید می‌توان آهن را اکسید کرد. خواص منحصر به فردی مانند پایداری حرارتی بالا، هدایت الکتریکی بالا و خواص مغناطیسی در این ترکیبات آنها را به یک پارامتر ضروری در بسیاری از زمینه‌های صنعتی و علمی تبدیل کرده است.
فرمول اکسید آهن
اکسیدهای اصلی آهن عبارتند از آهن دو ظرفیتی (FeO)، آهن سه ظرفیتی (Fe2O3) و آهن دو و سه ظرفیتی (Fe3O4). اکسید آهن سه ظرفیتی اگر در طبیعت به طور غیر مصنوع یافت شود با نام هماتیت نیز خوانده می‌شود. هر کدام از این اکسیدها خواص و ویژگی‌های متفاوت دارند، به عنوان مثال هماتیت خواص مغناطیسی ضعیف اما مگنتیت خواص مغناطیسی شدیدی دارد. در محیط شهری و در طول روز ما بارها این ترکیبات را می‌بینیم و به آن آهن زنگ‌زده می‌گوییم.
اکثر آهن‌های زنگ زده از جنس آهن سه ظرفیتی هستند که اسیدها به راحتی به آن حمله می‌کنند و باعث ناپایداری این ترکیبات می‌شوند. ترکیب هماتیت خالص بر حسب وزن، 70 درصد آهن و 30 درصد اکسیژن است.
نحوه تشکیل و تولید اکسید آهن
هنگامی که آهن با اکسیژن و آب واکنش می‌دهد، اکسید آهن تشکیل می‌شود. این واکنش می‌تواند به طور طبیعی رخ دهد، مانند مورد زنگ‌زدگی، یا می‌تواند از طریق یک واکنش شیمیایی به طور مصنوعی ایجاد شود. تشکیل اکسید آهن یک فرآیند کند است که ممکن است سال‌ها طول بکشد تا کامل شود.
در محیط طبیعی، زمانی که سنگ‌های غنی از آهن در معرض هوا و آب قرار می‌گیرند، اکسید آهن تشکیل می‌شود. با گذشت زمان، آهن موجود در سنگ‌ها با اکسیژن هوا و آب واکنش داده و اکسید آهن را شکل می‌دهد. این فرآیند به‌عنوان اکسیداسیون شناخته شده است.
بیشتر بخوانید: روش‌های از بین بردن زنگ‌زدگی آهن
کاربردهای اکسید آهن
اکسید آهن کاربردهای مختلفی دارد، یکی از رایج‌ترین آنها استفاده از این ترکیبات به‌عنوان رنگ‌دانه در رنگ‌ها، پوشش‌ها و سرامیک‌ها است. همچنین به‌عنوان یک کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شود و یک عنصر کلیدی در تولید آهن و فولاد است. از اکسید آهن در صنایع پزشکی نیز استفاده می‌شود. این ماده به‌عنوان ماده حاجب (contrast agent) در اسکن‌های ام‌آرآی (MRI) استفاده شده است و در درمان کم‌خونی ناشی از فقر آهن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از اکسید آهن در صنعت ساختمان نیز استفاده می‌شود. از این ترکیبات به‌عنوان پرکننده در بتن و آسفالت و یا به‌عنوان تثبیت‌کننده خاک استفاده می‌شود. بعضی از این ترکیب‌ها همچنین به‌عنوان عامل رنگ‌آمیزی در آجر، کاشی و سایر مصالح ساختمانی نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
اکسید آهن در صنعت فولاد
اکسید آهن نقش مهمی در تولید فولاد دارد. فولاد آلیاژی از آهن و کربن است و از اکسید آهن در فرآیند تبدیل آهن به فولاد استفاده می‌شود. این فرآیند با استخراج سنگ‌آهن از زمین آغاز می‌شود. سپس سنگ آهن برای حذف ناخالصی‌ها و ایجاد یک محصول خالص از کانی‌ها فراوری می‌شود. در ادامه این کانی‌ها به همراه کربن، سنگ آهک و سایر مواد به کوره اضافه می‌شوند. کوره تا دمای شدید گرم می‌شود که باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی شده که در طی آن اکسید آهن با کربن واکنش می‌دهد و در نتیجه دی‌اکسیدکربن آزاد شده و آهن مذاب می‌شود. سپس از آهن مذاب فولاد تولید می‌شود.
اکسید آهن در این فرآیند ضروری است؛ زیرا به‌عنوان یک کاتالیزور عمل می‌کند که باعث می‌شود واکنش شیمیایی بین آهن و کربن را تسریع کرده و تولید فولاد با سرعت بسیار سریع‌تری انجام شود. همچنین کانی‌های آهن در کنترل دمای کوره نقش دارند، وجود آنها به تنظیم گرما کمک می‌کند و باعث می‌شود که کوره در دمای بهینه برای انجام واکنش باقی بماند.
کانی‌های اصلی اکسید آهن
هماتیت و مگنتیت دو شکل رایج اکسید آهن هستند. هماتیت یک کانی قرمز یا قهوه‌ای مایل به قرمز است که معمولاً در سنگ‌های رسوبی یافت می‌شود. رایج‌ترین سنگ معدن آهن هماتیت است و در تولید آهن و فولاد استفاده می‌شود. هماتیت همچنین به‌عنوان رنگ‌دانه در رنگ‌ها، پوشش‌ها و سرامیک‌ها مصرف شده است.
مگنتیت یک کانی سیاه یا خاکستری تیره است که مانند هماتیت در سنگ‌های رسوبی یافت می‌شود. این ماده معدنی بسیار مغناطیسی است و در تولید مواد مغناطیسی مصرف شده است. از مگنتیت در تولید آهن و فولاد نیز استفاده می‌شود، زیرا حاوی درصد آهن بیشتری نسبت به هماتیت است. هماتیت و مگنتیت هر دو کانی‌های مهم با کاربردهای گسترده هستند و خواص و ویژگی‌های آنها باعث می‌شود که منابع ارزشمندی برای صنایع مختلف باشند.
خطرات اکسید آهن برای سلامتی
درحالی‌که اکسید آهن به‌طورکلی بی‌خطر در نظر گرفته می‌شود، اگر استنشاق یا بلعیده شود می‌تواند خطراتی برای سلامتی ایجاد کند. استنشاق گردوغبار آنها می‌تواند منجر به مشکلات تنفسی شود و مصرف مقادیر زیاد این ترکیبات باعث مشکلات گوارشی می‌شود.
شما می‌توانید جهت مشاهده مقالات مرتبط، اطلاع از قیمت روز انواع محصولات فولادی و همچنین دریافت مشاوره در هنگام خرید به مجموعه فولاد سازان راه ابریشم مراجعه کرده و با توجه به مسیرهای ارتباطی مشخص شده با ما در ارتباط باشید.