Magnetite: الاستخدامات والتطبيقات في وسائط التسجيل والأصباغ / الأصباغ وعملية Fischer-Tropsch

مقدمة موجزة عن أكسيد الحديد الأسود

المغنطيسية، أكسيد الحديد (ii،iii) ، هو خام رئيسي من الحديد ، وبالتالي يجد استخدامه الأساسي كمصدر للحديد ولإنتاج الصلب. فمن الأسود، مبهمة ولها الصيغة الكيميائية Fe₃O_4،وحيازة الحديد في الدول الأكسدة 3 + (فيرك) و 2 + (الحديدية). تم العثور على نطاق واسع موزعة على شكل رواسب واسعة النطاق، في الصخور النارية والمتحولة، بالإضافة إلى الرمال السوداء والحفريات(1).

وبصرف النظر عن الحديد والصلب، ويستخدم على نطاق واسع المغنطيسية
في تنقية المياه،
وعملية هابر بوش، في الطب ولإزالة الملوثات من العمليات الصناعية. هنا ، سننظر في ثلاثة تطبيقات من المغنطيسية: في تسجيل وسائل الإعلام ، وعملية فيشر تروبش لإنتاج الهيدروكربونات الاصطناعية ، وفي الطلاء ، والأصباغ ومساحة الأصباغ.

وسائط التسجيل

الشريط المغناطيسي هو واحد من أقدم أساليب تخزين البيانات (الصوت التماثلي / الموسيقى والنسخ الاحتياطي الكمبيوتر الرقمية ، على سبيل المثال) وعلى الرغم من تقادمها المتصور ، لا تزال العديد من الشركات تعتمد على نظام يستند إلى الشريط المغناطيسي داخل نظام إدارة البيانات الشاملة الخاصة بها. وذكر ما يصل إلى 77 من الشركات التي شملتها الدراسة الاستقصائية (2) أنها تستخدم الشريط المغناطيسي كجزء من عملية إدارة البيانات الخاصة بها. المعروف عن طول العمر في ظل ظروف التخزين المثلى، الشريط المغناطيسي لا يزال جزءا رئيسيا من العديد من خدمات الأرشفة (3). في عام 2014، أعلنت سوني شريط مغناطيسي جديد، ظاهريا لعمليات الخادم، مع قدرة 185 غيغابايت.
المغنتية، كمصدر رئيسي لأكسيد الحديد،
كانت مادة مبكرة تستخدم لإنتاج الشريط المغناطيسي(4).

كيف يعمل؟

كما المغنطيت (وهذا الحديد (3) أكسيد) هو المغناطيسي، وتمريرها من خلال لفائف مغناطيسية سوف محاذاة اللحظات المغناطيسية لأكسيد الحديد في اتجاه واحد. في حالة تسجيل الوسائط ، فإن الملف المغناطيسي هو مغناطيس فيرومغناطيسي ومغناطيس كهربائي ، ويسمى رئيس التسجيل. للتسجيل، يتم نبض تيار الإشارة التي سيتم تسجيلها إلى لفائف المغناطيس الحديدي، والتي بدورها تغنط الشريط عبر حقل مغناطيسي مستحث يتناسب مع الإشارة. للتشغيل (أو فك التشفير) ، يتم تمرير شريط ممغنط بالفعل من خلال نفس الملف ، وهذا يحفز الجهد في الملف ، والذي يمكن إرساله فصاعدا. يتم استخدام نفس الفكرة الأساسية عبر جميع وسائط الشريط المغناطيسي ، مع اختلافات فقط في ما إذا كانت طريقة التسجيل خطية أو تستند إلى المسح الضوئي (2).

لماذا المغنتيت؟ كيف يتم استخدامه؟

ومن المعروف المغنطيسية كمصدر غير مكلفة والنقاء عالية من الحديد (3) أكسيد، وطبيعته كمادة مغناطيسية يعني أنه مفيد كعنصر من وسائل التخزين. لفترة وجيزة، يتم إيداع مستحلب أكسيد الحديد على فيلم من البلاستيك مع الموثق. هذا أكسيد الحديد غير المغنطيسية مستقرة والشريط سوف تقدم على رأس تسجيل. وقد استخدمت المغنتية ليس وحدها، ولكن المنشطات مع عناصر أخرى في وقت مبكر من عام 1950، مثل الكوبالت (5) تحمل الأشرطة مع إخراج إشارة أكثر اتساقا بكثير. إعداد الفيلم المغناطيسي ينطوي على إيداع المغناطيسية غير متبلور (Fe₂ يا₎على فيلم ، والتدفئة حتى تصل إلى ألفا-مرحلة بلورية، ومن ثم الحد إلى المغناطيسية (6)، وهذا يؤدي إلى فيلم واحد مستمر من المغنطيسية النقية، مواتية للغاية لتطبيقات وسائل الإعلام تسجيل عالية الجودة، كما هو الحال في بيئة مركز البيانات.

أصباغ وصبغات وطلاءات

كمادة طبيعية ومقاومة للغاية، وقد وجدت المغنطيسية عدة استخدامات في قطاع أصباغ / أصباغ / الطلاء. قصب السبق لصلابة النسبية (حوالي 6 موس) ومقاومة للحرارة والضغط والتجوية، ويستخدم على نطاق واسع المغناطيسية وخاصة لطلاء الصلب والحديد الهياكل، والمعدات الميكانيكية وأكثر من ذلك.

لماذا المغنتيت؟ كيف يتم استخدامه؟

من حيث الطلاء ، فإن قدرة المغنطيسية على امتصاص الضوء أعلى من العديد من الأصباغ غير العضوية الشائعة الأخرى (7) ، فهي عالية الأداء ملحوظة بشكل خاص بسبب انخفاض تكلفتها وتوافرها العالي. في حالات الصباغة والصباغة، وقد ثبت أن المغنطيسية لديها قوة التلوين عالية وامتصاص النفط جيدة (8). وتتسم هذه النوعية الثانية بأهمية خاصة بالنظر إلى أن العنصر الرئيسي للطلاء يستند إلى الزيوت و/أو المواد الكيميائية القائمة على الهيدروكربونات. كان تشتت جزيئات أكسيد الحديد على مقياس ميكرون. المغنيت هو الصباغ الذي يوفر اللون الأسود. وقد تم استخدامه كصبغة على الأقل في وقت مبكر كما هو الحال في اليونان القديمة، حيث تم إنتاج الأرقام المميزة على الفخار التيراكوتا على الأقل جزئيا مع الصباغ المغنطيسي (9).

حقيقة أن مثل هذه الحلي البقاء على قيد الحياة اليوم في مثل هذه الحالة الجيدة هو شهادة على استقرار المغنطيسية. في أحبار الطباعة، تم استخدام المغنطيسية بإضافته إلى زيت سق (10). بناء على الاستقرار المتصور ة وخامل نسبي من المغنطيسية، وقد استخدمت الدهانات المضادة للتآكل التي تحتوي على المغنطيسية لحماية الهياكل الفولاذية والآلات (11)، مع طلاء من الصلب من بين 50 و 80 ميكرون. وتفيد التقارير أن العلاجات المضادة للتآكل القائمة على المغنطيسية تتفوق على نظيراتها المتاحة تجارياً القائمة على الهيماتيت. وقد ثبت باستخدام المغنطيسية مع راتنجات من نوع الايبوكسي أن يكون طلاء الطلاء الهجين مفيدة للتطبيقات البحرية (12). عموما، وأشاد الأصباغ والطلاء التي تحتوي على المغنطيسية للغاية لمقاومتها لاختراق عن طريق الماء والأحماض المعتدلة والقواعد.

عملية فيشر تروبش

إن عملية فيشر تروبش (F-T) هي مكون أساسي لصناعة البتروكيماويات العالمية الحديثة. وهي عملية صناعية تحول أول أكسيد الكربون منخفض القيمة والهيدروجين (يشار إليهما معاً باسم الغاز التوليفي “syngas”) إلى منتجات هيدروكربونية ذات قيمة أعلى، والتي يمكن معالجتها بشكل أكبر عن طريق التكسير والايزوميرات والإصلاح إلى منتجات أساسية مثل وقود الديزل ووقود الطيران. تضمن عملية F-T أن تكون الزيوت الاصطناعية والوقود متاحًا دائمًا للسوق ، مما يوفر للاقتصاد العالمي سياسة تأمين ضد مشاكل إنتاج النفط الخام. تعتمد F-T على درجات الحرارة العالية والضغوط – وبشكل حاسم محفز معدني – لتحويل الغاز المركب إلى وقود قابل للاستخدام. يشير منظور يُستشهد به في كثير من الأحيان إلى أن بعض الرواسب الهيدروكربونية التي تحدث بشكل طبيعي نشأت بسبب عملية تشبه F-T مغنطيسية في حدود الصفائح التكتونية في الشرق الأوسط(13). كما يمكن لعملية F-T استخدام ثاني أكسيد الكربون في إنتاج الوقود(14).

كيف يعمل؟

عملية F-T هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية ، ملتوية للغاية لمناقشتها هنا ، ولكنها في الأساس رد الفعل المعدني المحفز بين الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ينتج ، عادة ، الهيدروكربونات القصيرة والمياه كمنتج ثانوي. هوية المحفز عادة ما تكون النيكل أو الكوبالت أو الروثينيوم أو الحديد القائم. وغالبا ما تستخدم المغنطيسية كمحفز كما هو عالية النقاء وغير مكلفة، وذلك بسبب وفرة النسبية، مصدر الحديد. محفزات الحديد أرخص بكثير ونشاط مماثل لتلك الروثينيوم (15). في المفاعل ، يتم تقليل الماغنتي المجفف جزئيًا بواسطة الهيدروجين في الجينجاس ، مما ينتج محفزأكسيد الحديد المشترك في الموقع. يتميز المحفز المنتج بالمسامية المنخفضة وحجم المسام الصغير – مع أقطار في المنطقة من 100 ميكرون. يضاف المغنطيسية إلى المفاعل جنبا إلى جنب مع السيليكا التي تعمل كمروج لرد الفعل. ومن المعروف أن المواد الحفازة القائمة على المغنطيسية لاستقرارها مع مرور الوقت، وبالتالي تساعد في ضمان عملية مستقرة شاملة.

لماذا المغنتيت؟ كيف يتم استخدامه؟

كما ذكر، في كل مكان وسعر المغنطيسية هو سبب رئيسي لماذا يتم استخدامه كعامل حفاز. في مفاعل نموذجي على نطاق واسع، يمكن استخدام عشرات أو مئات الكيلوغرامات من المحفز، ومن المهم منع تصاعد التكاليف. وقد ثبت أن المواد الحفازة القائمة على الحديد مفيدة في مجموعة متنوعة من ظروف F-T، بما في ذلك مفاعلات درجة الحرارة المنخفضة لإنتاج الهيدروكربونات السائلة وحتى الشمع. ارتفاع درجة الحرارة F-T تنتج عادة الهيدروكربونات سلسلة قصيرة جدا مثل البروبان. الإيثان والميثان — التي تتحقق كغازات. تفاعل تحول الماء والغاز هو جزء حاسم من عملية F-T الشاملة ومن المعروف أن المغنطيسية نشطة في هذا (16) ، ومن المعروف أن المواد الحفازة من نوع الحديد مثل المغنطيسية أكثر مقاومة للتسمم بالكبريتيد من نظيراتها الكوبالت (17) – كبريتيد الهيدروجين هو ملوث شائع في السينجاس. واستخدام F-T لإنتاج وقود الديزل مفيد بشكل خاص لأنه غالباً ما ينتج وقود محتوى أقل من الكبريت مما سيكون متاحاً من الإنتاج التقليدي. وقد أظهرت الدراسات أن المواد الحفازة القائمة على الحديد أكثر انتقائية لإنتاج الأوليفين من المعادن الانتقالية الأخرى(18).

وقد بحثت العديد من الدراسات في مكملة المغناطيسية في المفاعل لضبط نتيجة رد الفعل – لتوفير التحيز الانتقائية لنوع معين من الوقود على سبيل المثال. وقد عولج أكسيد الحديد المجفف التقليدي عن طريق التلقيح مع ما يصل إلى 6 wt من البوتاسيوم أو الكوبالت أو الموليبدينوم (19)، مع تجارب البوتاسيوم والكوبالت المنشطات مما يدل على تحيز كبير للانتقائية للهيدروكربونات الكيروسين (كما تستخدم في وقود الطيران) تصل إلى 30. عندما تم استخدام الصوديوم كمروج ، انخفضت الانتقائية للميثان ، ولكن تأثيره على الكفاءة العامة لرد فعل F-T ملحوظ فقط عندما يتم دعم محفز الحديد على الألومينا (20). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام النحاس كمروج، مما أدى إلى زيادة معدلات F-T(21). في عملية الكتلة الحيوية إلى السائل لإنتاج أنواع الوقود المستدامة من منتجات النفايات باستخدام عملية F-T ، يمكن استخدام محفزات أكسيد الحديد (22) ، ولكن يلاحظ أنه ينبغي تجنب بلورات كبيرة من المغنطيسية لصالح أمثلة أصغر بسبب خطر تكوين كربيد (23).

ملخص

• Magnetite هو مصدر متاح على نطاق واسع وغير مكلفة من أكاسيد الحديد التي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من العمليات
• وقد استخدمت المغنتية في تسجيل وسائل الإعلام لإنتاج الأشرطة المغناطيسية، ولا يزال يجد استخدامها اليوم في أشرطة عالية الجودة لتطبيقات مراكز البيانات
• 
  في الطلاء والأصباغ والأصباغ،
  ويستخدم المغنطيسية كملون أسود فعال وأجزاء من الطلاء لحماية الصلب والحديد والآلات الصناعية
• تستخدم عملية فيشر-تروبش للإنتاج الصناعي للهيدروكربونات على نطاق واسع المواد الحفازة القائمة على المغنطيسية والمغناطيسية، مما يوفر إنتاجًا مستقرًا ومرنًا

المراجع:

(1) ب. ج. وودفورد وآخرون، PNAS، 1992،89، 7683

2 ر. ه. دي, بروك. Ieee، 2008، 96 ، 1775

3 ر. برادشو وس. شرودر، آي بي إم J. ريس. ديف., 2003,47, 373

4 س. أونوديرا وآخرون، السيدة بول، 1996،21، 35

5 الولايات المتحدة براءات الاختراع US3031341A، 1958، انتهت

6 الولايات المتحدة براءة اختراع US3620841A، 1970، انتهت

7 ك. غني وآخرون. J. الطلاء التكنولوجيا. القرار.، 2015، 12، 1065

8 م. أ. ليجودي ود. دي وال، الأصباغ والأصباغ، 2007،74، 161

9 ب. مارافيلاكي – كاليتزاكي ون. كاليثراكاس – كونتوس، الشرج. Chim. Acta، 2003، 497 ، 209

10 الولايات المتحدة براءات الاختراع US3826667A، 1972، انتهت

(11) ج. كالديرون وآخرون القس ميتال. مدريد فول. (إكستر)، 2003، 2003 ، 97

12 أ. م. عطا وآخرون، RSC Adv.، 2015،5، 923

13 P. Szatmari, AAPG Bull., 1989, 73, 989

14 S. Upadhyayula وآخرون، J. الأنظف برود., 2019,228, 1013

(15) هـ. ج. ستينغر جونيور و سي. ن. ساترفيلد، الصناعيه. المهندس. الكيمياء. عملية ديف., 1985,24, 415

16 ك. ر. م. راو وآخرون، تفاعلات Hyperfine، 1994، 93 ، 1745

17 جيم ن. ساترفيلد وآخرون. الصناعيه. المهندس. الكيمياء. عملية ديف., 1986,25, 401

18 م. إ. جاف، (كاتال) ليت.، 1991، 7، 241

(19) د. مارتينيز ديل مونتي وآخرون، عملية الوقود. تكنول., 2019,194, 106

20 ألف ي. خوداكوف وآخرون، (آبل) القط. ج: الجنرال.، 2015، 502، 204

21 س. لي وآخرون، ج. فيس. الكيمياء. ب، 2002، 106، 85

22 س. س. علي وس. داسابا، تجديد. الحفاظ. الطاقة القس., 2016,58, 267

23 إ. فان ستين وم. كلايس، الكيمياء. المهندس. (تكنول)، 2008، 31، 655