[科普中国]-氧化铁

氧化铁（ferric oxide），化学式Fe2O3。红色或深红色无定形粉末。相对密度5~5.25,熔点1565℃(同时分解)。不溶于水,溶于盐酸和硫酸,微溶于硝酸。遮盖力和着色力都很强,无油渗性和水渗性。在大气和日光中稳定,耐污浊气体,耐高温、耐碱。本品的干法制品结晶颗粒粗大、坚硬,适用于磁性材料、抛光研磨材料。湿法制品结晶颗粒细小、柔软,适用于涂料和油墨工业。1

物化性质物理性质红至红棕色粉末。无臭。不溶于水、有机酸和有机溶剂。溶于无机酸。有α-型(正磁性)及γ-型(反磁性)两种类型。干法生产的产品一般细度在1μm以下。对光、热、空气稳定。对酸、碱较稳定。着色力强。相对密度5.12～5.24。含量低则相对密度小。折射率3.042。熔点1550℃，约于1560℃分解。2

化学性质具有碱性氧化物的性质，与酸反应生成盐：3

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

具有氧化性：高温下被CO、H2、Al、C、Si等还原。3

Fe2O3+2Al=点燃=2Fe+Al2O3（铝热反应）

Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2

2Fe2O3+3C=高温=4Fe+3CO2↑

2Fe2O3+3Si=高温=4Fe+3SiO2

制备方法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。1

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氧化铁（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。4

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。44Fe(NO3)3→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。4

主要用途氧化铁颜料是非常重要的无机彩色颜料,这是基于它优良的颜料品质、简单的生产工艺和原料简单易得又可充分利用其他工业的废副资源。另外,产品毒性极小,而且用途很广泛在这一系列的氧化铁颜料中,最重要的是氧化铁红,它是铁的氧化物中最稳定的化合物,化学名称为三氧化二铁(Fe2O3)。由于制造方法的不同可以得到若干个铁红品种,其物理性能可有很大差别,由于各自优点和使用对象的不同均可独立存在。5

氧化铁系颜料是一个古老的颜料,据考证约在两万年以前人类就开始使用铁系颜料于绘画中。人类开始使用的都是天然氧化铁矿物质颜料。出于工业发展的需要,为了制备更为纯净、性能更为优越的产品,大约在60年前又发展起人工合成氧化铁颜料,现在已经逐渐取代了天然产品。合成产品近年来已占总产量的80%以上。近年来由于各国对公害的重视,利用各种含铁废物来制造铁系颜料使它更具有生命力由于制造的途径不同,产生粒子大小及形状也不同,使铁红的颜色在红黄相到红紫相间变动,并可根据不同要求选择不同色相。铁红粒子大小与颜色、着色力、遮盖力、比表面积及吸油量等都有一定的关系。5

氧化铁颜料主要用作底漆,色调一般并不重要,而要求铁红具有较小的水溶盐,目的是不致由于盐的溶解而使涂料膜的封闭性变差。氧化铁颜料用于面漆时,首先要考虑它的色调和光泽,在涂料里要易于分散,润湿性要好由于氧化铁对紫外光部分强烈地吸收,因此它们用在塑料、橡胶、涂料和纤维中是增强剂,并具有耐晒性,抗紫外线作用。氧化铁用途非常广泛,这是由于它的耐碱性、耐气候性、价格,氧化铁可与碱性材料水泥、石灰等制造彩色建筑材料,并可和胶质材料、水等混合涂刷墙壁。由于氧化铁红有磨蚀性,机械上往往用它作研磨剂。5

一般的α-氧化铁是非磁性物质,经特殊的处理得到铁氧体,可用做磁性材料。γ-氧化铁是磁性物质,可用于磁带录音、录像、磁力探伤、高空照相等。5

用于橡胶时,除使其着色并有补强防老化作用外,还有防护有机物被紫外光降解的特点。5

此外,铁红颜料可用于塑料着色、化学纤维、造革工业,还可用于医药工业及其他诸如化妆品、绘画等。5

氧化铁系颜料是相当古老的颜料,最初这些彩色的矿物质颜料就曾使用在古代的岩洞壁画中和陶器的彩绘上,它的色调虽不够饱和,但它柔和丰富的色彩给人以暖色调的自然色感受,它的制品与自然环境十分和谐。天然氧化铁颜料以其价格便宜、无毒而长久延用至今,又经历了上百年人工合成铁系颜料的努力,现代铁系颜料色谱更为丰富,鲜艳度人为提高,产品更为纯净,颜料性能更优,而且产品制造从晶相、晶型到粒度分布、色调,全可以通过各种工艺条件人为加以控制。随着工业发展需要,根据用途不同,又发展了众多品种,超越了着色颜料的范畴,很多侧重于功能的专用颜料,现在铁系颜料已发展成产量最大的彩色颜料。5

目前合成产品已占主导地位,大约占70%。天然产品仍然有存在价值,大约占30%。全世界对铁系颜料总需求已达100万吨。从消费领域比例来看,目前全球建筑材料方面用量已超过50%,涂料方面用量占1/3,仅此两项就占了总用量的80%以上。而我国的消费结构,涂料方面的用量占主导地位,达50%以上;建筑方面的用量占1/3,这两项也同样占总用量的80%以上。随着经济的发展,人们对生活质量的要求越来越高,在建筑材料着色领域的用量会更多。铁系功能专用颜料也会更多,如复印机磁性油墨用的专用磁性氧化铁黑数量与日俱增。5

氧化铁用途非常广泛,由于它的耐碱性、耐候性、价格低可与碱性材料水泥、石灰等制造彩色建筑材料,并可和胶质材料水等混合涂刷墙壁。由于氧化铁红有磨蚀性,机城上往往用它做研磨剂。6

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学