خاک آهن چیست؟ کاربردها؟ مزایا؟ و مشخصات آن!!!
خاک آهن یکی از بهترین مواد سازگار با محیط زیست است و در طیف گسترده‌ای از حوزه‌های صنعتی استفاده می‌شود. در بیان خصوصیات خاک آهن لازم به ذکر است که خاک آهن یک جزء اصلی در بسیاری از مکمل های غذایی بوده! و علاوه بر این، در محصولاتی مانند قابلمه و تابه و در تولید فولاد بسیار پرکاربرد می‌باشد. جهت شناخت بهتر ماهیت خاک آهن و همچنین انواع کاربرد آن پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای مطلب ما را همراهی بفرمایید. به طور حتم، مطالب ارائه شده در این مقاله در بهبود سطح آگاهی شما از این محصول صنعتی مثمر ثمر خواهد بود.
نقش آهن در صنعت
آهن دومین فلز فراوان در پوسته زمین (بعد از آلومینیوم) است. که بیش از 98٪ از آن در فرایند تولید فولاد استفاده می‌شود و مقدار نسبتا کمی از آن نیز در فرایند تولید شمش چدن و آهن فرفورژه استفاده می شود. لازم به ذکر است که آهن با احیای سنگ آهن که اغلب مخلوطی از اکسیدها است و با استفاده از کربن، مونوکسید کربن و هیدروژن تولید می‌شود. یکی از مهمترین فرآورده‌های مربوط به آهن خاک آهن است که علاوه بر استفاده در مکمل‌های غذایی در بسیاری از صنایع دیگر از جمله فولادسازی نیز بسیار پرکاربرد می‌باشد. در ادامه، به مهمترین کاربردهای مربوط به این خاک پرداخته می‌شود.
ماهیت خاک آهن
خاک آهن از ذرات مختلف آهن شکل می‌گیرد. اندازه ذرات پودر آهن بین 20-200 میکرومتر متغیر است. پودر آهن به صورت تجاری در سه نوع پودر آهن احیا شده، پودر اتمیزه و پودر آهن الکترولیت موجود است. هر نوع از این پودرها، بسته به خواص خود در کاربردهای مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال، پودرهای آهن الکترولیتی که دارای خلوص، پایداری و مزیت اقتصادی هستند، همتراز با نمک‌ها و کلات‌های آهن معمولی برای غنی‌سازی آب و غذا استفاده می‌شوند.
انواع کاربرد خاک آهن
لازم به ذکر است که کاربرد خاک آهن محدود به طیف خاصی نبوده و کاربرد آن بسیار گسترده می‌باشد، در ادامه به برخی از رایج‌ترین انواع کاربرد این پودر پرداخته می‌شود:
به طور کلی، خاک آهن کاربردهای صنعتی و شیمیایی مختلفی دارد. در کاربردهای صنعتی از این محصول، برای فیلتراسیون و جداسازی لوازم صنعتی، تصفیه کننده هوا، خوشبو کننده‌ها و در کاربردهایی مانند جوشکاری و آهنرباهای نرم در الکترومغناطیسی) استفاده می‌شود. پودرهای آهن همچنین در بازیافت مواد شیمیایی صنعتی نقش دارند و در کارخانه های فولاد و صنایع داروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، سهم عمده کاربرد خاک آهن، مربوط به حوزه متالورژی ذرات و استفاده در قطعات مختلف خودروسازی می‌باشد. از پودر آهن به عنوان ماده‌ای پرکننده در مواد اصطکاکی مانند OEM خودرو و لنت ترمز و کلاچ استفاده می‌شود. پودرهای آهن همچنین به طور گسترده در ساخت قطعات متخلخل که در کاربردهای انتقال و موتور رایج هستند، استفاده می‌شوند. شایان ذکر است که با توجه به آنکه تولید جهانی خودرو به دلیل کاهش تقاضا کاهش یافته است، انتظار می‌رود تقاضا برای پودر آهن نیز تحت تاثیر منفی قرار گیرد.
از دیگر کاربردهای پودر آهن، می‌توان به تف جوشی و آلیاژسازی با فلزات دیگر اشاره کرد. همچنین، از آنجا که آهن به خودی خود بسیار مغناطیسی است، از آهن پودری اغلب برای ساخت کامپوزیت های مغناطیسی نرم (SMC)، نیز استفاده می‌شود.
کاربرد پودر آهن الکترولیتی
لازم به ذکر است که یکی از رایج‌ترین انواع خاک آهن، خاک آهن الکترولیتی (99.0٪ – 99.8٪ آهن) است که از طریق یک فرآیند پالایش الکتروشیمیایی پیچیده تولید می‌شود. پودر آهن الکترولیتی را می توان در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله تصفیه آب‌های زیرزمینی و خاک‌ها ، هسته های مغناطیسی ، تولید مواد شیمیایی با خلوص بالا، تولید دارو، جاذب اکسیژن، رنگ ها / رنگدانه ها مورد استفاده قرار داد.
مزایای پودر آهن
مهمترین مزایای خاک آهن مربوط به قیمت مناسب آن می‌باشد. همچنین، پودر آهن، علاوه بر ارزان‌تر بودن نسبت به میله‌های آهن، به متالورژیست‌های پودر در طراحی ریخته‌گری های آهن، آزادی عمل بیشتری می‌دهد. زیرا می‌توان میزان منافذ را کنترل کرد. بیشتر آهن پودری در فرایند پخت استفاده می‌شود. و از مابقی آن برای ساخت محصولات مغناطیسی، لحیم کاری و مواد اصطکاکی برای ترمزها استفاده می شود. به بیانی دیگر، مهندسان و متالوژیست‌ها به این دلیل از پودر آهن استفاده می‌کنند که هم ارزان تر بوده و هم هنگام استفاده از پودر، کنترل بیشتری بر طراحی آهن دارند. به عنوان مثال، در طول فرآیند تف جوشی، زمانی که پودر از طریق فشرده سازی و گرما به جامد تبدیل می شود، متالورژیست های پودر ، قادر به کنترل میزان متخلخل بودن آهن هستند.
نحوه تولید خاک آهن
آهن یکی از قابل دسترس ترین فلزات است و قبل از اینکه به پودر آهن تبدیل شود، به صورت میله فلزی فرآوری می‌شود. رایج ترین فرآیند برای پودر کردن آهن، تجزیه گریز از مرکز است که در آن، میله های آهنی نازک در یک دوک( با یک قوس در یک انتهای آن) قرار می‌گیرند. در حالی که قوس، آهن را گرم می‌کند، دوک می‌چرخد و نیرویی ایجاد می‌کند که موجب متلاشی شدن میله‌ها می‌شود. اتمیزه کردن روشی است که در آن یک نازل نازک، آهن مذاب را به بیرون می‌پاشد و یک جت گاز، جریان آهن را فشار داده و هنگامی که آهن سرد می شود، پودر ایجاد می‌کند.
لازم به ذکر است که در فرایند تولید خاک آهن، گاهی اوقات مواد دیگری مانند کربن، سیلیکون، اکسیدهای آهن یا منگنز نیز به خاک اضافه می‌شود. اضافه کردن این مواد به آلیاژسازی کمک شایانی می‌کنند ( به عنوان مثال اضافه کردن کربن به خاک آهن، برای ساخت فولاد کربنی یا اکسید آهن در ساخت چدن). لازم به ذکر است که افزودن فلزات دیگر بستگی به این دارد که چرا متالورژیست از پودر آهن استفاده می‌کنند.
خاک آهن کربونیل
خاک آهن کربونیل یک آهن بسیار خالص است که از تجزیه شیمیایی پنتا کربونیل آهن خالص تهیه می‌شود. این خاک، معمولا ظاهری پودر خاکستری دارد که از ریز ذرات کروی تشکیل شده است. بیشتر ناخالصی‌های این پودر آهن، کربن، اکسیژن و نیتروژن هستند. در الکترونیک، از خاک آهن کربونیل برای ساخت هسته‌های مغناطیسی سیم پیچ های فرکانس بالا و در تولید برخی از فریت‌ها استفاده می‌شود. ذرات کروی ساخته شده از آهن کربونیل به عنوان جزئی از مواد جاذب رادار مورد استفاده در بخش نظامی، به عنوان مثال در وسایل نقلیه رادارگریز استفاده می‌شود. در داروسازی نیز از پودر آهن کربونیل برای درمان کمبود آهن و به عنوان مکمل غذایی آهن استفاده می شود.
بررسی اجمالی بازار پودرهای آهن
انتظار می رود که بازار خاک آهن در آینده رشد چشمگیری داشته باشد. یکی از عوامل کلیدی بازار، افزایش تقاضا برای غنی سازی مواد غذایی است. با این حال، انتظار می رود کاهش سرعت در صنعت خودرو نیز به عنوان یک مهار کننده برای بازار پودر آهن عمل کند! به بیانی دیگر، بازار جهانی پودر آهن با نرخ ثابتی در آسیا و اقیانوسیه در حال رشد است و بیشترین مصرف آن مربوط به کشورهای چین، هند و ژاپن می‌باشد. با وجود اینکه تجاری سازی پودرهای آهن در ایالات متحده و اروپا آغاز شده است، اما امروزه مرکز جهانی تولید آن به چین منتقل شده است. ژاپن و چین با اختلاف زیادی، بزرگترین تولید کننده پودر آهن در جهان به شمار می‌روند. البته هند نیز بخش قابل قابل توجهی از تولید خاک آهن را به خود اختصاص می‌دهد. به طور کلی، انتظار می رود آسیا و اقیانوسیه در آینده‌ای نزدیک بر بازار پودر آهن تسلط داشته باشند.