ترکیبات معدنی امروزه نقش بسیار مهمی در صنایع مختلف دارند که روز به روز کاربردهای متنوعی برای آن ها ایجاد می شود. ممکن است اکثر مردم تعجب کنند که به عنوان مثال در لوازم آرایشی از این مواد استفاده می‌گردد. یکی از این ترکیبات معدنی شگفت انگیز طبیعت، اکسید آهن است که در این مقاله با آن بیشتر آشنا خواهید شد. جهت اطلاع از قیمت آهن آلات به سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
اکسید آهن ترکیب شیمیایی از آهن و اکسیژن است که در حدود 16 نوع اکسید آهن و اکسی هیدروکسید می توان یافت. این محصول کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد که دو نوع معدنی و سنتزی آن، هرکدام با توجه به ساختار خود در رنگ های مختلفی تولید می شوند. در گذشته از این محصول در تولید رنگ و رنگ کاری استفاده می شد و با گذشت زمان تأثیر این محصول در جوهر چاپ، کاشی سازی و غیره نیز به وفور دیده می شود. با پیشرفت تکنولوژی اکسید آهن در مقیاس نانو توانست طیف وسیعی از صنایع مختلف را بپوشاند که از این موارد می توان به تحول عظیمی که در علم پزشکی ایجاد نموده، اشاره کرد. با توجه به اینکه این ماده کاملاً طبیعی و غیر سمی است از این ماده در تولید اقلام بهداشتی نیز استفاده می شود.
این مطلب را اکثر مردم جامعه می دانند که وقتی آهن با اکسیژن و یا آب تماس پیدا کند، اکسید آهن (زنگ آهن) به وجود می آید که سنگ معدن آهن خودش به حالت اکسید آهن یافت می شود. اما این تنها روش زنگ زدن آهن نیست و آهن در مجاورت با مواد دیگری نیز زنگ می زند که از جمله آن می توان به کلر اشاره کرد. واکنشی که در زنگ زدن آهن به وجود می آید از روند انتقال الکترون از آهن به اکسیژن آغاز می شود. با اینکه اکسیداسیون برای فلزات دیگر نیز انجام می شود، اما آن ها مانند آهن زنگ نمی زنند. واکنش اکسید آهن باعث شده است تا ماده به دست آمده کاربردهای فراوانی داشته باشد که در ادامه با برخی از آن ها آشنا می شوید.
نحوه تولید اکسید آهن از رسوب دهی سولفات آهن
همان طور که گفتیم اکسید آهن از روش های مختلفی به دست می آید. یکی از روش ها این است که سولفات آهن که ph کمتر از ۳ دارد را در آب حل می کنیم و با افزودن سدیم هیدروکسید و انجام هوادهی منتظر افزایش ph تا ۷ می شویم. به مرور زمان هیدروکسید آهن به رنگ زرد تولید می شود. سپس محلول را برای خالص سازی فیلتر کرده و هیدروکسید آهن را برای خشک کردن به گرما خانه منتقل می کنیم. در این محیط محصول خیلی سریع به حالت زرد تبدیل می شود و با افزایش تدریجی دما رنگ محصول به نارنجی، قرمز، قهوه ای و سیاه تبدیل خواهد شد و از همه آن ها می توان در موارد مختلف استفاده کرد. در واقع هر یک از رنگ ها با توجه به خواصی که دارند در جاهای متفاوتی به کار برده می شوند.
سومریان و مصریان حدود 4000 قبل از میلاد با آهن آشنا شده بودند و از آن در تولید شمشیر، نوک نیزه، سپر و یا زیورآلات استفاده می کردند. تا 2000 سال قبل از میلاد به دلیل اینکه فراوانی آهن کم بود، قیمت آن بیشتر از طلا و بسیار ارزشمند بود. در حدود قرن 10 یک جابجایی در جنس ابزار آلات به وجود آمد و به جای استفاده از قلع و برنز، از آهن استفاده شد. با گذشت زمان و پیشرفت علم و دانش کوره هایی برای تولید آهن خالص پدید آمدند که امروزه نیز از این کوره ها به صورت حرفه‌ای تر استفاده می شود.
سنگ معدن هایی که آهن از آن ها به دست می آید، اغلب به صورت اکسیدهای آهن هستند که هماتیت و مگنتیت دو نمونه معروف از این مواد می باشند که تأثیر مهمی در زندگی امروز دارند. اکسیدهای آهن پس از استخراج از معادن به کوره های داغ روانه می شوند که در آن کوره ها برای جداسازی اکسیژن از آهن و خالص شدن آن، اغلب کربن اضافه کرده و آهن خالص به دست می آید.
اکسید آهن، رنگ دانه محبوب
در اثر هوازدگی در طبیعت ذخایر خاک های رنگی ایجاد می شوند که در جزایر مختلفی از انواع آن ها در رنگ های سرخ و زرد پیدا می شود. در قدیم از خاک سرخ در نقاشی و رنگ آمیزی استفاده می شد و می توان گفت که این مواد اولین کانی هایی بودند که توسط بشر شناخته شدند. نقاشی های به جا مانده در غارها از آثار خاک های رنگی (که دلیلش اکسید آهن است) می باشد. با گذشت زمان از این ماده در تزیین و لعاب کاری سرامیک و کوزه های گلی نیز استفاده شد.
در ساختار سنگ آهن، اکسید آهن به شکل نمک یافت می شود که حالت های عدد اکسایش مختلفی برای آن دیده شده است. به همین دلیل از این ماده در تولید رنگ های مختلفی استفاده می شود. نحوه قرارگیری اتم ها در این ماده معدنی سبب ایجاد رنگ های متنوع می گردد. در آزمایشگاه های علمی و تحقیقاتی، از این ماده ارزشمند استفاده های فراوانی می شود که یکی از کاربردهای آن مربوط به رنگ بوده و این ماده به عنوان رنگ دانه محبوب در صنعت شناخته شده است. همچنین از این محصول در صنایع مختلفی مثل تولید سیمان و بتن، محصولات آرایشی و بهداشتی و موارد دیگری از این دست استفاده می شود.
اکسید آهن در رنگ های مختلفی مثل سبز، آبی، اخرا، زرد و مشکی تولید می شود که در این مطلب به توضیح سه نمونه از این محصولات می پردازیم.
اکسید آهن سبز
در این نمونه از محصول شکل اکسایش برای اتم آهن عدد دو است. همچنین این ماده اسیدیتۀ محلول را در حدود ۶ تنظیم می کند. این اکسید سبز رنگ باید در جای خشک و خنک نگهداری شود، زیرا رطوبت محیط را جذب می کند. کاربرد این پودر سبز رنگ در کامپوزیت ها، صنایع لاستیک و پلاستیک، محصولات آرایشی و تولید رنگ های صنعتی است.
اکسید آهن اخرا
این ماده به شکل پودر جامد قهوه ای تیره و قرمز یافت می شود. کاربردهای فراوانی برای ترکیب اکسید فلزی آهن وجود دارد که یکی از آن ها در خالص سازی فلزات از سنگ معدن است. محلولی که این نمک معدنی در آن وجود داشته باشد اسیدیته را در حدود ۴ تا ۸ تنظیم می کند.
اکسید آهن زرد
این ماده جامد در رنگ زرد مایل به سبز بسیار روشن وجود دارد که اتم آهن در آن با عدد اکسایش ۳ است. این ماده به صورت دانه بندی فروخته می شود و ph آن در حدود ۳ تا ۷ متغیر می باشد. مهم ترین مصرف این ماده در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی است.
امروزه استفاده از نانو ساختارها در علوم مختلف بسیار گسترش یافته و تجاری سازی می شوند. به عنوان مثال از نانو ذرات نقره که خواص ضد میکروبی دارند در محصولات تجاری متنوعی استفاده شده است. خوشبختانه پیشرفت علم و تکنولوژی باعث شده که خواص دارویی بسیاری از مواد کشف شود و در درمان بیماری ها بسیار مؤثر باشند. در سال های اخیر از نانو ذرات اکسید آهن برای تثبیت سلول های میکروبی استفاده شده که خوشبختانه موفقیت‌آمیز نیز بوده است.
از این ماده برای تسریع دارو رسانی به محل عفونت استفاده می شود که اهمیت بالایی دارد. به علاوه از نانو ذرات در غلظت های اندک برای تأمین یون آهن موردنیاز میکروارگانیسم ها استفاده می شود. به گفته پزشکان و متخصصان غلظت های بالای این ماده می تواند موجب کاهش رشد سلولی گردد. از طرفی این مواد از طریق نیروهای الکترواستاتیک به دیواره های سلول های میکروبی متصل می شوند و خود را به عوامل چسبنده می رسانند که این مورد در کاهش بیماری زایی تأثیر مثبتی دارد. این ماده کاربردهای دیگری نیز در علم پزشکی دارد که همه این اتفاقات به خاطر علم نانو است.
در ابتدا افزودن اکسید آهن قرمز برای جلوگیری از رگه ای شدن قطعه های آهن استفاده می شد، اما به مرور تأثیر عکس آن در کیفیت محصول دیده شد. رفته رفته با تجربه بیشتر مشخص شد که با افزودن ۳۰ درصد اکسید آهن سیاه هم از رگه ای شدن محصول جلوگیری شده و کیفیت آن نیز در حد قابل قبولی باقی می ماند.
کارخانه های ریخته گری به دلایل زیادی از این اکسید استفاده می کنند که از جمله آن ها می توان به کاهش کربن گیری، جلوگیری از رگه، جلوگیری از عیوب پوست سوسماری و مقاومت در مقابل نفوذ ذوب اشاره کرد. در ریخته گری از این اکسید به همراه چسب های الکید اورتان، روغن ماهیچه، شل، فوران و فنلیک اورتان استفاده می کنند. افزودن این اکسید از مک سوزی نیز جلوگیری می کند. یکی دیگر از کاربردهای اکسید آهن در این حرفه بهبود سطح تمام شده است.
در این صنعت از نوع اکسید وستیت، مگنتیت و هماتیت استفاده می شود که وستیت کمترین میزان اکسیژن را دارد. مگنتی که در پوسته میانی تشکیل می شود میزان اکسیژن متوسطی دارد و بیشترین میزان اکسیژن شامل هماتیت خواهد بود. افزایش دما باعث می شود که اکسیدهای بالاتر به اکسیدهای پایین تر تبدیل شوند و در نتیجه سطح تمام شده در حد بسیار عالی بهبود می یابد.
ساخت نوار مغناطیسی
امروزه استفاده از کارت های اعتباری بسیار رایج است و کمتر کسی پول نقد همراه خود دارد. آیا تا به حال به نحوه کار و تکنولوژی کارت های مغناطیسی دقت داشته اید؟ در این کارت ها نوار مغناطیسی با یک انرژی به خصوص بر روی یک آهنربای الکتریکی تأثیر می گذارد تا بر روی محیط ضبط اثر داشته باشد. از این نوارها در ضبط ویدیو، ضبط داده ها و همچنین ضبط خودکار استفاده می کنند. متداول ترین ماده که در ساخت این نوارهای مغناطیسی استفاده می شود اکسید آهن ۳ است. البته زمانی بیشترین ذخیره سازی با این ماده انجام می شد، اما شناخت آلیاژهای کبالت سبب شد تا آن ها جایگزین این اکسید شوند.
جمع بندی
در طبیعت انرژی های پنهانی وجود دارد که رفته رفته با گذر زمان و پیشرفت علم عیان می شوند. مواد معدنی گوناگونی هستند که با شناخت آن ها صنایع نیز به حد زیادی پیشرفت کرده اند. ترکیبات مواد معدنی نیز تأثیر ویژه ای در صنعت داشتند که اکسید آهن یکی از این موارد است که در صنایع مختلفی مثل لاستیک سازی، تولید لوازم بهداشتی، نوار مغناطیسی، رنگ سازی، داروسازی، تولید بتن و سیمان و ریخته‌گری بسیار مؤثر است. قطعاً روز به روز نیز بر تعداد کاربردهای آن افزوده می شود.