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  • 铁锈

    铁锈,氧化铁,别名三氧化二铁、烧褐铁矿、烧赭土、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红(主要成分为氧化铁)等。化学式Fe2O3,溶于盐酸,为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料,工业上称氧化铁红,用于油漆油墨橡胶等工业中,可做催化剂,玻璃、宝石、金属的抛光剂,可用作炼铁原料。当一滴雨水落到一块光亮的铁的表面时,短时间内水滴保持着清洁。然而过了不久以后,铁和水中的氧开始化合,形成氧化铁,即铁锈。水滴将变成微红色,铁锈则悬浮在水中。当水滴蒸发的时候,铁锈留在表面上,形成了微红色的锈层。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 铁锈 外文名: Iron(III) oxide
    别名: 铁锈、三氧化二铁、烧褐铁矿、烧赭土、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红 化学式: Fe₂O₃
    CAS号: 1332-37-2 外观: 红棕色粉末
    密度: 5.24 g/cm³ 熔点: 1565℃
    沸点: 3414 °C 溶解度(水): 不与水反应
    黏度: 相对分子质量: 159.6882
    EINECS: 215-570-8 应 用: 油漆、油墨、橡胶等工业

    目录

    名称/铁锈 编辑

    铁锈铁锈
    中文别名:C.I.颜料红101;透明铁线;透明氧化铁红;氧化铁;高导磁率氧化铁;三氧化二铁(药用);铁氧体用氧化铁;氧化铁水合物;氧化铁,棕红色;α-相氧化铁;铁红粉;铁丹;氧化铁红。
    英文名称:Iron(III) oxide
    英文别名:C.I.77491;C.I.Pigment Red 101;C.I. Pigment Red 101 and 102;C.I. Pigment Red 102;Ferric oxide;Iron (III) Oxide Anhydrous;diiron trioxide;E 172;Iron (III) oxide - calcined;Ironoxide anhydrous;Ironoxideredbrownpowder;Iron oxide-precipitated;Ferric oxide,medicinal;Ferric oxide for ferrite;Iron (III) oxide,red;Hematite;IRON OXIDE RED;C.I.P. R.101; Iron (III) oxide;diferric oxygen(-2)anion;oxo-(oxoferriooxy)iron;Iron Oxide。

    物化性质/铁锈 编辑

    铁锈背景铁锈背景

    三氧化二铁是铁锈的主要成分。铁锈的主要成因是铁金属在杂质碳的存在下,与环境中的水分和氧气反应,铁金属便会生锈。用于油漆、油墨、橡胶等工业中,可做催化剂玻璃宝石、金属的抛光剂,可用作炼铁原料。氧化铁最大的应用是作为颜料来使用。按颜色分为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑,氧化铁棕由氧化铁红、氧化铁黑(和氧化铁黄)混合而成;氧化铁橙是由氧化铁红和氧化铁黄混合而成;氧化铁绿是由蓝色的酞菁兰和氧化铁黄混合而成。[1]
    稳定性:稳定,溶于盐酸、稀硫酸生成+3价铁盐。铁单质在置换反应中生成亚铁离子。
    Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H₂O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
    储运条件:存放于干燥处,勿使受潮,避免高温,并与酸碱物隔离。按上述保管条件,未拆包装的产品有效贮存期为三年。
    溶解性:难溶于水,不与水反应。溶于酸,与酸反应。不与NaOH反应。
    氧化性:高温下被CO、H₂、Al、C、Si等还原。
    Fe2O3+2Al=点燃=2Fe+Al2O3
    Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2
    2Fe2O3+3C=高温=4Fe+3CO2↑
    2Fe2O3+3Si=高温=4Fe+3SiO2

    化学性质

    铁锈纹理背景铁锈纹理背景

    氧化铁与酸反应生成铁盐和水。[1]
    例:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
    ⑵铝热反应
    铝与氧化铁混合后组成铝热剂,加热后生成氧化铝和铁。
    化学式:2Al+Fe2O3=△=Al2O3+2Fe
    ⑶碳、一氧化碳还原性
    氧化铁可以与碳混合后加热,铁和二氧化碳提取出来。
    化学式:3C+2Fe2O3=高温=4Fe+3CO2↑
    高温下会分解成四氧化三铁和氧气
    氧化铁可以和一氧化碳混合后加热,生成铁和二氧化碳。
    化学式:3CO+Fe2O3=△=2Fe+3CO2

    物理性质

    性状:红棕色粉末
    分子图分子图

    密度:5.24 g/cm³
    熔点:1565℃(分解)
    来源于维基百科
    来源于维基百科
    存在形式:矿物:赤铁矿、赭石
    α型晶胞结构:
    磁性:在自然状态下,氧化铁属于α型晶胞结构,并不具有磁性。但如果用四氧化三铁经过特殊处理后会形成γ型晶胞结构,具有磁性,但并不稳定,易变为α型。

    制备方法/铁锈 编辑

    制备方法有湿法和干法。湿法制品结晶细小、颗粒柔软、较易研磨,易于作颜料。干法制品结晶大、颗粒坚硬,适宜作磁性材料、抛光研磨材料。

    湿法

    FeSO₄+2NaOH→Fe(OH)₂+Na₂SO₄
    4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃
    4FeSO₄+4H₂O+O₂→2Fe₂O₃↓+4H₂SO₄
    Fe+H₂SO₄→FeSO₄+H₂↑
    将一定量的5%硫酸亚铁溶液迅速与过量氢氧化钠溶液反应(要求碱过量 0.04~0.08g/ml),在常温下通入空气,使之全部变为红棕色的氢氧化铁胶体溶液,作为沉积氧化铁的晶核。以上述晶核为载体,以硫酸亚铁为介质,通入空气,在75~85℃,在金属铁存在下,硫酸亚铁与空气中氧气作用生成三氧化二铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用重新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,这样循环至整个过程结束,生成红色氧化铁。
    在空气中灼烧亚铁化合物或氢氧化铁等可得三氧化二铁。
    生锈的铁板生锈的铁板

    4Fe3O4+O2高===温6Fe2O3
    在潮湿的空气中,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的H+和OH-,还溶解了氧气,结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳(因钢铁不纯)恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极。铁失去电子而被氧化:
    负极:2Fe_4e-=2Fe2+
    正极:2H2O+O2+4e-=4OH-
    电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
    在此之后继续反应:
    Fe2+2OH-=Fe(OH)₂
    4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
    2Fe(OH)3+nH2O=Fe2O3·nH2O+3H2O
    在初中的化学里,可用盐酸(HCl)来除铁锈。
    方程式为:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

    干法

    硝酸与铁屑反应生成硝酸亚铁,经冷却结晶、脱水干燥,经研磨后在600~700℃煅烧8~10h,在经水洗、干燥、粉碎制得氧化铁红产品。也可以氧化铁黄为原料,经600~700℃煅烧制得氧化铁红。4Fe(NO₃)→2Fe₂O₃+12NO2↑+3O2↑ Fe2O3·nH2O→Fe2O3+nH2O;先制得透明氧化铁黄(制法参见透明氧化铁黄),经煅烧脱水,制得透明氧化铁红。其2α-FeOOH==△==2α-FeSO3+H2O。
    采用中和沉淀法。先制得氧化铁黑,再高温灼烧制得透明氧化铁线。将0.5mol/L浓度的FeCl3·6H2O溶液加热沸腾水解至红棕色胶粒出现为止(溶液1)。取与溶液1等体积的0.25mol/L的FeCl₂溶液(由金属铁与盐酸作用制得),用稀氨水调至白色沉淀不再消失为止(溶液2)。将溶液1和溶液2合并,搅拌,并加入适量的羟基羧酸络合剂和缓冲剂,维持恒温80℃。随反应的进行,不断有黑色Fe3O4生成。反应结束,将Fe3O4结晶转移至pH8、含有为Fe3O4质量比为10%~20%的油酸钠溶液中进行表面处理,搅拌悬浊液,恒温80℃,0.5h后将悬浊液用稀盐酸(1:3)调pH=6~6.5,将Fe3O4油酸吸附包覆物(黑色絮凝体)抽滤,热水搅洗数次,50~60℃真空烘干,制得疏松的粉体Fe3O4。将上述油酸包覆的Fe3O4慢速升温至550~600℃焙烧0.5h,得到均匀分散的透明铁红α-Fe2O3微粒子。
    由天然黄铁矿制得。由硫酸亚铁或草酸铁经风化得硫酸铁,再经煅烧而得。由氢氧化铁脱水而得。制造硫酸苯胺氧化铝等过程中的副产物。由碳酸铁、硝酸铁等经强热而得。硫酸亚铁加热至650℃以上而得。
    云母赤铁矿法:云母赤铁矿石精选后,经湿球磨机磨成精矿粉,脱水,烘干,冷却,粉碎至325目,过筛,制成云母氧化铁。
    硫酸亚铁氧化法:将硫酸与铁屑反应制得硫酸亚铁,除砷及重金属,经氧化而得。流程参见氧化铁黄。
    制备方法有湿法和干法。湿法制品结晶细小、颗粒柔软、较易研磨,适宜作颜料。干法制品结晶大、颗粒坚硬,适宜作磁性材料、抛光研磨材料。湿法将一定量的5%硫酸亚铁溶液迅速与过量烧碱溶液反应(要求碱过量0.04~0.08 g/ml),在常温下通入空气使之全部变成红棕色的氢氧化铁胶体溶液,在金属铁存在的条件下,硫酸亚铁与空气中氧作用,生成三氧化二铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用,重新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,如此循环到整个过程结束,生成氧化铁红。其干法硝酸与铁片反应生成硝酸亚铁,经冷却结晶,脱水干燥,经研磨后在600~700℃煅烧8~10h,再经水洗、干燥、粉碎制得氧化铁红产品。也可以氧化铁黄为原料,经600~700℃煅烧制得氧化铁红。其4Fe(NO3)3==△==2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑Fe2O3+n H2O==△==Fe2O3+nH2O[2]

    主要用途/铁锈 编辑

    用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色,是无机颜料,在涂料工业中用作防锈颜料。用作橡胶、人造大理石、地面水磨石的着色剂,塑料、石棉、人造革、皮革揩光浆等的着色剂和填充剂,精密仪器、光学玻璃的抛光剂及制造磁性材料铁氧体元件的原料等。[3]
    用于电子工业、通讯整机、电视机、计算机等磁性原料及行输出变压器、开关电源及其高U及高UQ等的铁氧体磁芯
    用作分析试剂、催化剂和抛光剂,也用于颜料的配料;
    用于各类药片、药丸的外衣糖衣着色用
    用作磁性材料、颜料及制取还原剂、抛光剂、催化剂等;用于药片糖衣和胶囊等的着色
    用作防锈漆的颜料。因该品制成的云母氧化铁防锈漆抗水渗性好,防锈性能优异,可以取代红丹
    食用红色素。日本用于赤豆饭、魔芋粉食品。对曾用防腐剂处理果柄切口的香蕉加以识别时用。美国多用于猫食、狗食和包装材料
    无机红色颜料主要用于硬币的透明着色,也用于油漆、油墨和塑料的着色
    广泛用于油漆、橡胶、塑料化妆品、建筑精磨材料、精密五金仪器、光学玻璃、搪瓷、文教用品、皮革、磁性合金和高级合金钢的着色;主要用作磁性材料、颜料、擦光剂、催化剂等,还用于电讯、仪表工业;主要用作磁性材料、颜料、擦光剂、催化剂等,还用于电讯、仪表工业无机红色颜料。
    用于和CO反应炼制生铁(H2,C,Al)
    Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高温)
    Fe2O3+3H2==2Fe+3H2O(高温)
    2Fe2O3+3C==4Fe+3CO2↑(高温)
    Fe2O3+ 2Al==2Fe+Al2O3(高温)

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2015-10-15
    [2]^引用日期:2015-10-15
    [3]^引用日期:2015-10-15

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