كاربرد اكسید آهن

 

 


اکسید آهن در طیف گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد.

رنگ سازي، جوهر چاپ،  پلاستیک و پلیمر،لاستيك، كاغذ، بتون و مواد ساختماني، ساروج، آجر و كاشي، جلاي سراميك، غذاي دام، داروسازي، لوازم آرايشي، تهيه شيشه‌هاي رنگي، رنگين كردن مواد ساختماني، ضدزنگ، كاتاليزور. داروسازي، رنگ چوب کود ها آهنرباهاي سراميكي صلب و انعطاف پذير، بهبود دهنده‌هاي اصطكاك در دماي بالا مانند لنت ترمز، جوهر چاپ مغناطيسي، خمير شيشه و چيني و مواد مغذي ريز براي خاك، الكترونيك  ،، تجهيزات و نوارهاي ضبط مغناطيسي، MICR، رنگدانة تونر فتوكپي و فكس غير رنگي، زغال شويي،كنترل خردگي مانند سازه‌هاي فولادي در پلها، دكلهاي دريايي، مبدلهاي ولتاژ بالا، دكلهاي انتقال برق، طرحهاي صنعتي، مخازن ذخيره.صنايع ساينده‌ مانند ساينده‌هاي بادي، ساينده‌هاي تجهيزات اپتيكي، گل حفاري، خطوط لولة دريايي و سكوهاي نفتي تنها گوشه از کلربرد این ماده ارزشمند می باشد.

 

در صنعت رنگ

 


اكسيد آهن طبيعي به چهار ردة A, B, C, D بر حسب محتواي Fe2O3 تقسيم مي‌شوند كه عبارتند از قرمز < 95، 70، 50 و 10%: زرد < 83، 70، 50 و 10%: قهوه‌اي< 87، 70 و 30%: سياه <95 و 70% و خاكستري<MIO 85%، فاكتورهاي ديگر شامل مواد محلول و فرار، كلريدها و سولفيدهاي محلول در آب آهك، چگالي كل، جذب نفت، كدري، مقاومت نسبي در برابر تغيير رنگ، سطح مخصوص ويژه، اندازة ذرات (به عنوان مثال 10 يا 50 ميكرومتر).
استاندارد ASTM از اين قرار است
اخري:
<Fe2O317%
، رطوبت و مواد فرار كمتر از 1%
سينا(sienna):
Fe2O3 38%>,
مواد فرار و رطوبت > 4% براي كنسانتره خاكه بايد كم شود.
فريت (Ferrite):
پايين‌ترين درصد مجاز Fe2O3 98% و بالاترين درصد مجاز تركيبات ديگر عبارتست از:SiO2 0.3%، Cl 0.25%، Al¬2O3 0.2%، Cr2O3 0.1% و رطوبت 1% به همراه 85% مش 325
(
گل حفاري)API وزن مخصوص بيشتر از 5 و مش 200
آگرگات پرچگال (high-density aggregate):
پايين ترين درصد مجاز Fe2O3 65% و بالاترين درصد مجازSiO2 + Al¬2O3 5%، جذب آب كمتر از 4%، واكنش پذيري كم با سولفيد و مواد قليايي، شكل دانه‌ها زاويه‌دار يا نيمه زاويه‌دار، وزن مخصوص 4.5-5.1
غذاي دام (Pet Food):
بالاترين درصد مجاز آرسنيك ppm 5، سرب ppm 20 و جيوه ppm 3.
مواد دارويي و آرايشي
بالاترين حد مجاز آرسنيك ppm 3، سرب ppm 10 و جيوه ppm 3.

نانوذرات اکسید آهن به دلیل کاربردی که در صنایع، کاتالیست و زمینه‌های زیست دارویی از قبیل دارورسانی، سنجش پادتن و گرمادرمانی توسط مگنتیت دارند در سال‌های اخیر توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند. از این‌رو نانوذرات اکسید آهن شامل نانوذرات مگنتیت (Fe3O4)، نانوذرات هماتیت (?-Fe2O3) و میکرومیله‌های گوئتیت (?-FeOOH) از طریق روش‌های هم‌رسوبی و سولووترمال سنتز شدند. در روش هم‌رسوبی متغیرهای مختلفی همچون pH اولیه محلول، دمای واکنش و نسبت مولی Fe2+/Fe3+ بر روی اندازه ذرات اثرگذار هستن

 

کاربرد در رنگ بتن

اکسیدآهن را می توان به عنوان رنگ بتن جهت کلیه کارهای بتنی استفاده نمود .

رنگ بتن همان رنگدانه مورد مصرف در صنعت بتن است که در حین ساخت بتــن استفاده می شود. این رنگدانه ها که بیشتر اکسیدهای آهن و یا اکسیدهای فلزی مورد تایید استاندارد بتـن امریکا جهت استفاده در بتن می باشند یا از فرآیندهای کانـه آرایی و  پودرسازی سنگهای معدنی مربوطه و بسته بندی آنها  تهیه شده و یا بصورت فرآیندهای شیمیایی در کارخانه تهیه می شوند که در صورت پودرسازی آنها را طبیعی و در صورت فرآیندهای شیمیایی آنها را سنتتیک می نامند . خلوص رنگدانه های سنتتیک بالا ولیکن از نظر قیمتی گران هستند و بیشتر برای کوتینـگ و پوششهای نازک استفاده می شوند.خلوص رنگدانه های معدنی طبیعی قابل قبول بوده و به دلیل قیمت ارزان و دسترسی آسان اسـتفاده گسترده در بتن دارند

 

رنگ آمیزی نمای ساختمان موزائیک سازی جدول و نیوجرسی بتنی محوطه سازی بتن ریزی کف مجسمه سازی تولید سنگهای مصنوعی (نما و کف پوش )- موزاییک و موزاییک های گرانیتی انواع کف پوشهای بتنی و رزینی قطعات بتنی,سفال,آجر,جدول,...

 

کاربرد رنگهای بتن در گچ

از رنگدانه های مورد مصرف در بتن نیز می توان در گچکاری و قطعات پیش ساخته گچی بهره برد اما باید توجه داشت که میزان مصرف رنگدانه های بتن در گچ از میزان مصرف در بتن بالاتر است .

 

 

مزایای استفاده از رنگدانه های بتن

 ـ رنگ آمیزی بتن و ساخت بتن همزمان صورت می گیرد و در زمان و هزینه صرفه جویی می گردد.

 ـ تمامی قطعه بتنی رنگی خواهد شد و در صورت شکستگی و سایش بتن همچنان رنگی می ماند.

 ـ رنگ در بتن رنگی در آب حل نمی شود و در برابر بارش باران و شستشو مقاوم است.

 - رنگدر بتن رنگی در برابر نور خورشید از بین نرفته کم رنگ و پوسته پوسته نخواهد شد .

 ـ آموزش کاربرد آن آسان است حتی یک کارگر ساده نیز می تواند کارکردن با آن را فراگیرد.

 ـ بتن از حالت کسل کننده خاکستری و سفید خارج شده و تنوع و زیبایی خاص به محیط می بخشد.

 - از نظر هزینه و میزان مصرف بسیار اقتصادی است .

 

 

 

 

 

استاندارد بتن امریکا ASTM  استفاده از اکسیدهای فلزی مجاز را تا 10 درصد وزنی سیمان مصرفی مجاز می داند . توجه داشته باشید که رنگ موردی سلیقه ای است که هر کارفرما بر اساس سلیقه و شرایط نسبت به میزان استفاده از رنگ تصمیم گیری می کند لیکن محدوده مجاز آن بشرح زیر است :

  در سیمان پرتلند طوسی 3 الی 10 درصد وزنی سیمان مصرفی

( هر 100 کیلو سیمان طوسی 3 الی 10 کیلو رنگ )

 

در سیمان سفید  5/0 الی 10 درصد وزنی سیمان مصرفی

( هر 100 کیلو سیمان سفید 5/0 الی 10 کیلو رنگ )

 

 در گچ 10 الی 25 درصد گچ مصرفی

 

 

 

كاربرد اكسید آهن در مخلوطهای قالبگیری و ماهیچه گیری ریخته گری قطعات آهنی

 

اكسید آهن قرمز در جلوگیری نمودن عیب رگه ای موثر بنظر می رسد اما ممكن است اثر معكوس در سطح قطعه تمام شده ریخته گری داشته باشد.%30 افزایش اكسید آهن سیاه در جلوگیری از رگه ای شدن موثر بوده و اثر كمتری روی كیفیت داشته است.


دلیل عمده ای كه برای استفاده از اكسید آهن ارایه شده این است كه از عیوب انبساط حرارتی وعیوب رگه ای جلوگیری میكند.دلایل دیگر اضافه نمودن اكسید آهن چنین بوده است:كاهش كربن گیری،جلوگیری ازمكانهای ریز،جلوگیری از عیوب پوست سوسماری،مقاومت در مقابل نفوذ ذوب با تغییر رنگ دادن بعضی از مخلوطهای ماسه.


 كارخانجات ریخته گری اكسید را با چسب های الی استفاده می کنند.چسب های استفاده شده عبارت است از:الكید اورتان،روغن ماهیچه،شل،فوران،فنلیك اورتان.میزان افزایش 0.018% تا 0.3% تغییر میكرد.نوع ماسه مصرفی جهت تهیه مخلئط ماسه از نوع سیلیسی است.


عیب رگه ای عیبی از ریخته گری است كه پلیسه های فلزی مشخص می شود.رگه هنگامی رخ میدهد كه در قالب یا ماهیچه تركی بوجود امده وبا ذوب پر شود.اضافه كردن اكسید اهن به ماسه میزان و شدت این عیوب را كاهش میدهد.اكسید اهن تا حدی باعث نرم شدن مخلوط ماسه شده واجازه میدهد تغییر شكل دادن ماسه بدون ترك وشكست انجام شود.


اضافه كردن اكسید اهن در جلوگیری از مك سوزنی موثر است.


گاهی اضافه كردن اندكی اكسید اهن قرمز به میزان 0.025% از به وجود امدن مك ریز در سیستم فنلیك اورتان جلوگیری می كند.به طور مشابه گزارش شده است اضافه كردن 2% اكسید اهن قرمز به ماسه مرطوب مك های ریز را حذف كرده است.برای كاهش تخلخل مك ریز به وسیله اكسید اهن دو مكانیزم پیشنهاد شدهاست:در مكانیزم اول گفته میشود كه خصلت زود ذوب شدن اكسید اهن باعث میشود لعاب شفافی به وجود اید كه سطح را در برابر گازهای ایجاد شده در حین تجزیه چسب حفاظت كند.دومین مكانیزم پیشنهادی ان است كه اغشته بودن اكسید اهن به اكسید تیتانیوم(Tio2)عاملی است كه گاز نیتروژن به وجود امده در تجزیه چسب را كم میكند.این مكانیزم معقول به نظر نمی رسد زیرا اكسید تیتانیوم از نیترید پایداری بیشتری دارد.


استفاده دیگر اكسید اهن جلو گیری از كربونیزه شدن سطحی یا به وجود امدن كربن براق است.كربن براق بر اثر تجزیه چسب های آلی سازنده ورقه های گرافیتی یا دوده ای به وجود می اید.این گازها میتوانند بر سطح قطعه ریخته گری اثر گذارند.


اخرین كاربرد اكسید اهن بهبود سطح تمام شده است.


اهن سه نوع اكسید دارد:وستیت(Feo) مگنتیت(Fe3o4)و هماتیت(Fe2o3).در طی اكسید شدن اهن در فصل مشترك،وستیت شكل می گیرد وكمترین میزان اكسیژن را دارد.مگنتیت در پوسته میانی تشكیل میشود میزان اكسیژن ان متوسط است.هماتیت كه بیشترین میزان اكسیژن را دارد در فصل مشترك پوسته فلز وهوا تشكیل میشود.


افزایش دما سبب احیای اكسیدهای بالاتر به اكسیدهای پایین تر میشود.این امر یكی از مهم ترین اثرهای اضافه كردن های اكسید اهن در ماسه های قالب گیری است.


در ریخته گری محصولات مختلفی از اكسید اهن استفاده میشود كه عبارتند از:كانی هماتیت(قرمز) كانی مگنتیت(سیاه) كانی لیمونیت(اخرایی)،محصولات جانبی تولی فولاد وتركیبات دیگر.


وقتی مگنتیت در هوا گرم شود اكسیده میشود وتشكیل هماتیت میدهد این فرآیند در124 درجه سانتیگراد آغاز واكسیداسیون حدود 550 درجه سانتیگراد كامل میشود.


محصولات جانبی تولید فولاد شامل:Flue dust،پوسته نورد ونمكهای آهن تشویه شده كه از فرایند فولاد سازی بدست می آید.بخش اعظم این مواد قابل استفاده است وبعنوان ماده افزودنی ماسه در ریخته گری به بازار آمده است.


اكسید آهن دیر گدازی مخلوط ماسه را كاهش میدهد.مگنتیت از همه دیر گدازتر است یعنی بالاترین نقطه ذوب را دارد.هماتیت نقطه ذوب پایین تری داشته ووستیت دارای پایین ترین نقطه ذوب است.نرم كنندگی ذرات اكسید به اندازه وتركیبات آن بستگی دارد كه ذرات كوچكتر اكسید زودتر نرم یاذوب میشوند ودر نتیجه انعطاف بیشتری در جلوگیری از عیوب ناشی از انبساط ماسه دارند هماتیت یا وستیت در دمای كمتری نسبت به مگنتیت نرم میشوند.


وجود میزان زیاد اكسیدهای فلز،استفاده از چسب های غیر آلی ویا افزایش بیش از حد اكسید آهن مقادیر زیادی فایالیت را ایجاد می كند كه سبب میشود چسبندگی ونفوذ پذیری ماسه زیاد گردد.محیط قالب هم اثر مهمی بر كیفیت سطح قطعه ریخته شده دارد.محیط های اكسید كننده یعنی محیط هایی كه حاوی مقادیر نسبتا" زیاداكسیژن،دیاكسید كربن وآب هستنددر مقابل كربوریزه شدن مقاومت می كننداما صافی سطح آنها كمتر است.


چسبهای آلی مانند شل،فوران،فنلیك اورتان سبب احیا كننده تر شدن محیط قالب می شوند.


اكسید آهن برای جلوگیری از عیوب گازی وناخالصیهای سطح بكار میرود كه در سیستمهای دارای چسب سرد آلی رخ میدهد.


كربوره ریزه شدن سطح قطعه ریختگی  به محیط قالب بستگی دارد وجود متان بشدت باعث كاهش كربوریزه شدن می شود.ولی منو كسید كربن اثر كربوریزه كردن ضعیفی دارد بطور مشابه دی اكسید كربن یا آب در محیط قالب اثر كربن گیری قوی دارد ولی اثر كربن گیری هیدروژن ضعیف است.


هر چه محیط قالب داغ تر واحیا كننده تر باشد اكسیژن گیری اكسید آهن سریع تر و كامل تر می شود.معمولا" اكسید آهن با آزاد كردن اكسیژن مانع از آن می شود كه محیط قالب احیاكنندگی شدید داشته باشد.


اكسید آهن افزودنی معمولا" ذرات كوچكی كمتر از 200مش هستند كه ذرات كوچك سبب می شود كه فاصله خلل فرج مخلوط ماسه كمتر شود.


كوچك بودن اندازه ذرات اكسید آهن واكنش پذیری شیمیایی آن را افزایش میدهد كه افزایش نقطه ذوب ذرات را پایین آورده و در كنترل عیب رگه ای موثرتر می شود.