خاک آهن چیست و چه کاربردی دارد؟
خاک آهن چیست و چه کاربردی دارد؟ | حدود 5 درصد از پوسته کره زمین از سنگ آهن تشکیل شده است. پس از استخراج این سنگ، آن را با عناصر دیگری مانند کربن، کروم و نیکل و غیره ترکیب کرده و به صورت آلیاژ در صنایع مختلف استفاده می کنند. آلیاژ ساخته شده از سنگ آهن به مراتب ویژگی های بهتری نسبت به آهن خالص دارد. یکی از این آلیاژها که در صنایع گوناگون کاربرد بسیار گسترده ای دارد، فولاد است. در مراحل صنعتی که روی فولاد انجام می شود، پس از برش کاری ها، خاک آهن بر جای می ماند. در این مقاله به بررسی معرفی خاک آهن، کاربرد خاک آهن، مزایای استفاده مجدد از آن و عوامل مؤثر بر قیمت آن در بازار می پردازیم.
خاک آهن چیست؟
خاک آهن (براده آهن یا خاک برش آهن) همان پودر و یا خاکه ای است که در مرحله برش کاری آهن و فولاد یا پس از انجام عملیاتی مانند مته کردن و سوهان زدن قطعات فولادی از قطعه فولادی جدا شده و اصطلاحاً جزئی از ضایعات فولاد محسوب می شود. گاهی دیده می شود که به خاک آهن، سوده آهن نیز گفته می شود. خاک آهن در واقع در صنعت فولاد جزء ضایعات محسوب می شود ولی ذکر این نکته حائز اهمیت است که امروزه از همین مواد پرت و ضایعات دوباره استفاده می کنند و این مواد کاربردهای گسترده ای در صنعت دارد. استفاده مجدد از خاک آهن بسیار خوشحال کننده است زیرا پرتی قطعات فولادی را در صنایع مختلف به حداقل و یا صفر می رساند.
گاهی پیش می آید که در مرحله برش کاری و سایر مراحلی که روی قطعات فولادی انجام می شود، به جای خاک آهن، اشک برش فولاد حاصل می شود و این به دلیل حرارتی است که در محل وجود دارد و باعث ذوب شدن براده ها می شود.
خاک آهن یا پودر آهن به دو صورت احیا نشده و احیا شده در صنعت استفاده می شود. نوع احیا نشده آن به رنگ زغالی و سیاه است و به صورت اکسید است و پس از طی مراحل احیا به رنگ خاکستری در می آید.
کاربرد خاک آهن
به طور کلی کاربرد خاک آهن را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
استفاده مجدد از خاک آهن در زنجیره تولید فولاد و صنایع فولادسازی
استفاده مجدد از خاک آهن برای تولید لنت ترمز خودرو
استفاده مجدد از خاک آهن به عنوان کود برای گیاهان و درختان
کاربرد خاک آهن در آزمایشگاه ها و کاربردهای متفرقه
استفاده مجدد از خاک آهن در تولید رنگ
استفاده مجدد از خاک آهن در صنعت الکترود سازی
استفاده مجدد از خاک آهن در صنایع فرو مغناطیس
این ها برخی از کاربردهای خاک آهن هستند که در زیر به توضیح برخی از آن ها می پردازیم:
خواص فیزیکی و شیمیایی خاک آهن
وقتی آهن خالص باشد و با هیچ عنصری واکنش نداده باشد، فلزی سفید و براق است که به دلیل خواص نرمی که دارد کار با آن آسان است. از طرفی بسیار واکنش پذیر است و اگر در محیط مرطوب قرار گیرد، پوششی از اکسید هیدراته روی تراشه ها تشکیل می شود.
خاک آهن یک ماده مغناطیسی سخت است که درخشندگی خاصی دارد. این ماده دارای نقطه ذوب 1535 درجه و نقطه جوش 3000 درجه است بنابراین با توجه به خاصیت ذکر شده در اثر مجاورت با دمای بالا مشتعل می شود.
خاک آهن نیز به اکسیداسیون حساس است و نباید در معرض هوا قرار گیرد. این ماده در حلال های آلی که اسیدیته ندارند محلول است. ذرات خاک آهن مانند آهنربا عمل می کنند و به میدان مغناطیسی آهنربا حساس هستند و ذرات به راحتی به یکدیگر جذب می شوند. این خاصیت منجر به ایجاد الگوهای مختلف ذرات آهن می شود.
به لطف خواص منحصر به فرد خود، آهن اساس تولید بسیاری از پروفیل های فولادی است. به همین ترتیب خاک آهنی که از این فلز به دست می آید نیز کاربردهای فراوانی دارد. خواص منحصر به فرد آلیاژ آهن به همراه کربن، نیکل، کروم و سایر عناصر باعث تولید موادی با خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوت خواهد شد.
کاربرد خاک آهن
با توجه به خاصیت منحصر به فرد عنصر آهن، براده های باقی مانده از برش آلیاژهای آهن نیز ویژگی ها و کاربردهای منحصر به فردی دارند. خاک آهن را می توان به طور مستقیم یا غیر مستقیم در صنایع مختلف استفاده کرد. از جمله کاربردهای خاک آهن، استفاده از آن برای حذف آرسنات و آرسنیت در آب آشامیدنی و استفاده در ساخت الکترود است. در زیر چند نمونه دیگر از کاربردهای خاک آهن را به تفصیل شرح می دهیم.
سیستم تصفیه آب
از خاک آهن می توان برای تولید آهن و نمک های آهن استفاده کرد که برای تصفیه آب استفاده می شود. کلرید آهن، کلرید آهن و اکسیدهای آهن همگی در تهیه این نمک ها که همگی از محصولات خاک آهن هستند استفاده می شود.
بسته بندی مواد غذایی
در بسته بندی مواد غذایی از بسته بندی با خاک آهن برای جذب بهتر اکسیژن استفاده می شود. برای این منظور باید از خاک آهنی بسیار ریز با درصد خلوص بالا استفاده کرد. خاک آهن همچنین برای غنی سازی مواد غذایی و در صنعت داروسازی برای تولید مکمل ها استفاده می شود.
جوشکاری و لحیم کاری
یکی دیگر از کاربردهای زمین آهنی استفاده از آن در لحیم کاری قطعات مختلف است. در واقع از این پودر برای محکم نگه داشتن درزهای بین قطعات استفاده می شود. به دلیل مقاومت بالای خاک رس آهنی در برابر حرارت، هنگام لحیم کاری به صورت مایع ذوب می شود. در این حالت فضای خالی بین دو قسمتی که باید به هم جوش داده شوند را پر می کند.
در جوشکاری، خاک آهن در هسته ها یا به عنوان بخشی از مواد پوششی که به الکترودها جوش داده می شود، استفاده می شود.
استفاده از خاک آهن در صنایع چاپ
انگشت آهنی را می توان در دستگاه های چاپ مانند پرینترهای رنگی، دستگاه های کپی و چاپگرهای سیاه و سفید نیز استفاده کرد. از آنجایی که در این دستگاه ها از کارتریج های تونر استفاده می شود، هسته های حامل باید دارای تراشه یا گرد و غبار آهن باشند. در واقع از این هسته ها برای انتقال تونر و شارژ آن قبل از انتقال تونر به گیرنده نوری استفاده می شود.
از بین بردن ناخالصی گوگرد در سوخت های گازی
خاک آهن برای تصفیه سوخت های گازی به ویژه برای حذف گوگرد از آنها استفاده می شود. به این ترتیب گوگرد به راحتی با براده های آهن اکسید شده و از بین می رود.
جهت افزایش رسانایی مواد
از آنجایی که آهن رسانای خوبی برای گرما است، یکی دیگر از کاربردهای خاک آهن استفاده در محصولات پلیمری صنعتی است که از اهمیت بالایی برخوردار است. برای تقویت پلیمر با استفاده از مقدار مشخصی خاک آهن می توان رسانایی حرارتی را با توجه به کاربرد مورد نظر افزایش داد.
کاربرد خاک آهن در تولید لنت ترمز
یکی از کاربردهای خاک آهن استفاده از آن در تولید لنت ترمز است. در این روش از یک پوشش اکسید آهن به همراه خاک آهن استفاده می شود تا خاک آهن را به چرخه تولید برگرداند. با انجام چندین فرآیند فرآوری روی این مواد، لنت ترمز تولید می شود.
البته برای تولید لنت ترمز علاوه بر خاک آهن، از آهن اسفنجی نیز استفاده می شود. اما کیفیت این نوع لنت ترمز به اندازه لنت ترمز تولید شده از خاک آهن نیست.
در صنایع فولادسازی
یکی از مزایای خاک آهن این است که می توان از آن در زنجیره تولید فولاد استفاده مجدد کرد. خاک آهن همراه با پوشش اکسید آهن برای تولید گلوله، بریکت و آگلومره استفاده می شود. موارد ذکر شده از جمله محصولات میانی فولادی است که از زمین آهن تولید می شود، بنابراین می توان گفت که به این ترتیب براده های آهن مجددا وارد چرخه تولید می شوند.
افزایش وزن مواد
خاک آهن همچنین می تواند به عنوان پرکننده یکنواخت برای افزایش وزن لوازم جانبی مانند قالب های پلاستیکی یا پلیمری مورد استفاده در کارهای مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد خاک آهن در کشاورزی
خاک آهن را می توان با پخش آن روی درختان میوه به عنوان کود استفاده کرد. در واقع با استفاده از این روش آهن به میزان قابل توجهی در اختیار درختان میوه قرار می گیرد. زمانی که گیاه دچار کمبود آهن باشد شروع به زرد شدن می کند و روند تولید کلروفیل مختل می شود. در نتیجه فرآیند فتوسنتز با مشکل مواجه می شود و رشد و بهره وری گیاه کاهش می یابد.
از آنجایی که آهن یکی از عناصر کمیاب ضروری برای رشد گیاهان است، حیواناتی که از گیاهان دارای کمبود آهن استفاده می کنند از کمبود آهن رنج می برند. در نهایت به دلیل کاهش میزان آهن در بدن حیوان، کیفیت تغذیه انسان نیز کاهش می یابد.
تولید رنگ های صنعتی و شیمیایی
خاک آهن در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد. یکی از کاربردهای آن در صنایع شیمیایی استفاده از خاک آهن برای تولید رنگ های مغناطیسی است. برای استفاده از این پودر برای رنگ های شیمیایی ابتدا باید خاک آهن را آنالیز کرد، در صورت عدم وجود ایراد و تایید می توان از آن استفاده کرد.
از خاک آهن نیز برای ساخت رنگ آهن استفاده می شود. از این رنگ ها می توان برای رنگ آمیزی چوب استفاده کرد. یکی از ویژگی‌های بارز رنگ‌های تولید شده از خاک آهن این است که هنگام استفاده روی چوب، با نفوذ به داخل چوب، مقاومت آن را در برابر آب یا هوا افزایش می‌دهد.
کاربرد خاک آهن در آزمایشگاه
در آزمایشگاه های مختلف بسته به نوع کاربرد می توان از خاک آهن استفاده کرد. به عنوان مثال از این پودر آهن در آزمایشگاه هایی که به میدان مغناطیسی متصل هستند استفاده می شود. از خاک آهن در لوازمی مانند لجن نیز استفاده می شود.
تولید محصولات اصطکاکی
از خاک آهن نیز برای تولید محصولات اصطکاکی استفاده می شود. این محصولات در سیستم ترمز خودروها و وسایل نقلیه تجاری، قطارها، هواپیماها، موتورسیکلت ها و سایر کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. به عبارت دیگر، این محصولات همانطور که در بالا ذکر شد به عنوان بخشی از لنت ترمز خودرو نیز استفاده می شوند.
مزایای استفاده از خاک آهن
استفاده از خاک آهن به عنوان ماده بازیافتی در صرفه جویی در مصرف انرژی و مواد اولیه تا حد زیادی موثر است. در واقع با بازگرداندن خاک آهن به چرخه تولید تا حد زیادی از هدر رفتن سرمایه جلوگیری می شود.
مزیت استفاده خاک آهن در تولید مجدد فولاد
فولاد تولید شده از خاک آهن همچنان قابل بازیافت است و می تواند با همان کیفیت مواد اولیه اصلی تولید و دوباره استفاده شود.
به طور نسبی، هر تن فولاد بازیافتی 1400 کیلوگرم سنگ آهن، 740 کیلوگرم زغال سنگ کک و 120 کیلوگرم سنگ آهک صرفه جویی می کند.
مزیت استفاده از خاک آهن به عنوان کود طبیعی
خاک آهن نیز به عنوان کود طبیعی برای درختان بسیار مفید است. در واقع با استفاده از کود آهن طبیعی برای درختان، مصرف کودهای شیمیایی تا حدودی کاهش می یابد. معمولاً ترکیبات شیمیایی دارای تاریخ انقضا هستند و این باعث می شود مدت زمان محدودی برای استفاده از کود وجود داشته باشد. اگر در کود آهن باشد، عامل کیلیت طبیعی است و تاریخ انقضا ندارد، بنابراین می توانید هر زمان که بخواهید از آن استفاده کنید.
در مجموع استفاده مجدد از خاک آهن در صنایع مختلف به طور قابل توجهی باعث ایجاد اشتغال می شود. از سوی دیگر از طریق تولید محصولات فولادی می توان از حجم واردات پروفیل فولادی به کشور کاسته و از فروش سنگ آهن به کشورهای دیگر جلوگیری کرد.
تولید کنندگان خاک آهن
به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خاک آهن و کاربردهای بی‌شمار آن، بسیاری از تولیدکنندگان اقدام به تولید خاک آهن با کیفیت بالا کرده‌اند. در واقع هدف آنها از تولید ضایعات یا پودر آهن این است که از رقبای سرسخت خود پیشی بگیرند و از رونق بازار استفاده کنند. تولید خاک آهن نیز مراحل خاص خود را دارد.
مراحل تولید خاک آهن
برای تولید خاک آهن ابتدا باید خرده آهن را آسیاب کنید. برای انجام این عمل اگر قطعه آهن به صورت لوله ای باشد از فرز و اگر به صورت ورق فولادی باشد از آسیاب، براده برداری یا پودر آهن تولید می شود.
مرحله بعدی مرحله غربالگری است
