Einleitung
Gelbocker ist eine hydratisierte Form von Eisenoxidhydroxid, FeO(OH). n H2O, gemeinhin als Limonit bezeichnet. Es ist neben Hämatit und Magnetit eine der drei Haupterzen aus Eisen und wird auf der ganzen Welt natürlich erweise wiedergefunden. Seine Hauptverwendung im Laufe der Zeit war als Farbstoff, aufgrund der leuchtend gelben Farbe, die es oft präsentiert wird, mit einigen Berichten, die seine Verwendung als Farbstoff in Afrika gibt, geht fast 300.000 Jahre zurück. Als kommerzielles Produkt erlangte es Berühmtheit, nachdem Jean-Atelier Astier ende des 18. Jahrhunderts ein Verfahren zur Gewinnung von farblichen roten und gelben Klippen der Provence entwickelt hatte und zum Pigment der Wahl für gelbe, rote und orange Farben und Farbstoffe wurde.
Ocker kann in mehreren Farben gefunden werden; Roter Ocker ist das Produkt eines wasserfreien Eisenoxids, während die gelbe Farbe aus hydratisiertem Eisenoxidhydroxid gewonnen wird. Mischungen aus Eisen und Eisen werden einen braunen Ocker produzieren. Insgesamt ist die Färbung auf das Vorhandensein von Eisenoxiden zurückzuführen. Limonit selbst wird aus der Hydratation durch Oxidation der anderen Eisener, Magnetit und Hämatit gebildet. Darüber hinaus kann es aus Verwitterungsprozessen auf anderen Eisenreichen gebildet werden. Wenn in einer Lagerstätte gefunden, Limonit ist ein amorpher Feststoff, erscheint in Schattierungen von gelb oder braun, mit einer moderaten Härte von 4 - 5,5 auf der Mohs-Skala(1). Wenn es abgebaut wird, kann es in Scherben zerbrechen oder zu einem Pulver für den Einsatz gemahlen werden. Gelbocker ist ungiftig.
Im Laufe der Zeit hat gelber Ocker/Limonit Verwendungen in primitiven Klebstoffen(2) in frühen Handwerkzeugen, in religiösen Kunstwerken und Sonnenschutz gefunden - obwohl letzteres durch titaniabasierte Methoden verdrängt wurde.
In der heutigen Zeit ist Ocker ein wichtiges Material. Es wird immer noch als Farbstoff verwendet, hat aber andere Anwendungen wie in der Katalyse, als Zementadditiv und in der Synthese von Eisen-Nanopartikeln gefunden. Dies ist zusätzlich zu seiner Verwendung als Eisenerz; Limonit kann bis zu 59,8 Eisen(3) enthalten. Dieser Wert ist zwar nicht so hoch wie Magnetit oder insbesondere Hämatit(4), aber er bleibt ein lebensfähiges Erz des hochwirtschaftlich wichtigen Metalls.
Die Begriffe gelber Ocker und Limonit werden in diesem Artikel austauschbar verwendet.
Gelber Ocker, geliefert von African Pegmatite
Gelbocker, wie es von Afrikanischem Pegmatit geliefert wird, enthält Eisen(iii) Oxid (27,0%), Aluminiumoxid (14,0%) und Kieselsäure (47,0%) durch Masse, wobei das Gleichgewicht Spurenmineralien sind. Standardfräsen ist auf eine Partikelgröße, bei der 90% kleiner als 75 m sind und die Trocknung maximal 3% Wasser pro Masse beträgt.
Farbstoffe und Pigmente
Die allgegenwärtigste Verwendung von Ocker ist als Pigment. Seine glänzende gelbe Färbung ist sehr wünschenswert. Studien über antike Gemälde und Wandverkleidungen deuten darauf hin, dass gelber Ocker sowohl im antiken Rom(5) als auch in Ägypten(6) verwendet wurde, obwohl in Südafrika abstrakte Entwürfe aus Ocker bis zu 75.000 Jahre alt sind. Als Pigment in modernen Farben ist es für erdige, gelbe Farbtöne verantwortlich(7). Es wurde als langfristig stabiler Farbstoff für Segel, Naturfasern eingesetzt und ist sogar auf synthetischen Polyacrylnitrilfasern wirksam(8).
Permineralisierung
Permineralisierung ist der Prozess, bei dem mineralische Ablagerungen als Methode der Versteinerung innere Abgüsse von Organismen sammeln und bilden. Limonit ist eines der führenden Mineralien in versteinerten Organismen(9) und es wurde festgestellt, dass ein Organismus, wenn er mit Limonit versteinert wurde, oft besser erhalten ist als andere Methoden(10).
Materialien für die gebaute Umgebung
Eine der ältesten Verwendungen für Ocker ist
als Pigment
in Zementen/Render, teilweise erklären die bunten Häuser in Teilen Lateinamerikas und rund um das Mittelmeerbecken. In vielen Fällen wurde Ocker nur als Farbstoff verwendet(11), aber es wurden dokumentierte Verwendungen davon, wo es mehr eine strukturelle Rolle in Verbindung mit anderen Verbindungen bietet.
Zemente und Betone
Als Pigment in Zementen ist Ocker für eine starke gelbe Färbung verantwortlich und wurde über lange Laufzeiten als sehr stabil bezeichnet(11). Diese "chromatische Wirksamkeit" hat sich über viele Jahre bewährt. Es wurde festgestellt, dass pigmentierte Betone und Zemente im Allgemeinen geringere mechanische Eigenschaften aufweisen als herkömmliche Betone - aber nicht ausreichend, um zu verhindern, dass sie als Baubeton verwendet werden(12).
Ein interessanter Vorschlag für Ocker war die Verwendung als Komponente in Kühlerzement(13). Das heißt, ein schnell einstellbarer Zement, der eine Dichtung um ein Flüssigkeitsrohr bildet. Neben Gelatine und Gips aus Paris, der Vorschlag vorgeschlagen, verwendet Ocker als einer seiner gleichen größten Zutaten, bietet eine kostengünstige Fixierdichtung, die widerstandsfähig gegen Wasser ist, auch bei hohen Temperaturen. Als Bestandteil des Betons, neben Ilmenit, Limonit als Teil des Aggregats hat sich als hochleistungsfähiger hitzebeständiger Beton erwiesen, mit Anwendungen, auch in Kernreaktoren im kleinen und großen Maßstab, wo sich Ilmenit-Limonitbeton als stark dämpfend gegen Primär- und Sekundärgammastrahlen und langsam bewegende Neutronen erwiesen hat(14,15), dieser Strahlungsschutzeffekt ist in erster Linie auf den Eisengehalt der Betonplatte zurückzuführen, die durch die Limoniten ermöglicht wird.
Im Reaktorstrahlungsscreening scheint eine allgemeine Faustregel zu sein, dass der TVL-Wert umso besser ist(16). Der TVL ist die "zehnte Werteschicht", die sich auf die durchschnittliche Menge an Abschirmmaterial (Limonit dotierten Beton) bezieht, die erforderlich ist, um die ausgestoßene Strahlung auf 10 % ihrer ursprünglichen Intensität zu reduzieren. TVL kann als Maß dafür betrachtet werden, wie gut ein Material bei der Eindämmung nuklearer Strahlung ist. Mit limonithaltigen Reaktorbetonisolierung, je dicker der Einsatz des Betons, desto besser die Eindämmung der Strahlung(17).
Darüber hinaus wurden in der Betonproduktion in Südostasien in Bezug auf konventionelleren Beton mit bis zu 30 % des Gesamtaggregats hochockhaltige Aggregate verwendet, wodurch ein so starker Beton wie normaler Beton erzeugt wird(18).
Lateritische Böden
In bestimmten Teilen der Welt wird der Boden als lateritisch beschrieben. Dies bedeutet, dass sie weitgehend auf Tonbasis und porös sind. Oft enthalten diese auch große Mengen Ocker. Aus diesen lateritischen Böden wurden rudimentäre Ziegel hergestellt, die für viele frühe Strukturen, insbesondere in Indien, verantwortlich waren. Wenn man diese Idee entwickelt und moderne Baumethoden anwendet, benötigt ein Betonziegel, der jetzt aus lokalem lateritischen Boden hergestellt wird, 50 weniger Zement, als es ein ähnlicher in einem gemäßigten Klima tun würde(17). Darüber hinaus können Ocker als Komponenten im Autobahnbau eingesetzt werden, wodurch die Infrastruktur zu einem wirtschaftlich attraktiven Preis bereitgestellt wird(18).
Boden- und Wassersanierung
Viele eisenhaltige Materialien können in einer Sanierungskapazität verwendet werden - in der Regel entfernen unerwünschte Verunreinigungen oder Schadstoffe aus Abwasserströmen oder Boden. Chrom(vi) ist ein giftiger Schadstoff und der höchste Oxidationszustand von Chrommetall - selbst eine geringe Exposition reicht aus, um gesundheitliche Probleme zu verursachen. Die Entfernung von sechswertigem Chrom aus Böden und Wasserversorgung ist entscheidend, wenn es jemals in die Zufuhr eindringt - und mit Limonit erreicht werden kann. Limonit kombiniert Reduktion (zu Chrom(iii) aus Chrom(vi), Chrom(iii) ist kein so großes Problem) und Sorption, um es zu entfernen. In einer leicht sauren wässrigen Lösung konnte Limonit 55% ±1% von Cr(VI) mit Limonit entfernen, das auf 0,15 bis 0,075 mm (100 bis 200 Maschen) verarbeitet wurde(21). Das einzige Hindernis kam nach sehr langen Zeiträumen, in denen eine ständige Exposition morphologische Veränderungen des Limonits verursachte - daher eine Verringerung der Sorptions- und Reduktionseffizienz.
Katalyse
Die Eisenkatalyse ist selbst ein großes und abwechslungsreiches Feld. Einige der Hauptsorgen bei konventionellen Katalysatoren sind, dass sie teuer zu produzieren sind oder keine langfristige Stabilität aufweisen.
Ochre/Limonit hat das Potenzial,
diese Probleme zu überwinden. In einigen Fällen kann Limonit sogar opferlich sein und leicht in andere Verbindungen wie Nanopartikel umgewandelt werden.
Zur Synthese von Eisen-Nanopartikeln
Eisen-Nanopartikel wurden in den letzten zwei Jahrzehnten für unzählige Aufgaben eingesetzt, mit Anwendungen im gesamten katalytischen Spektrum werden sie für ihr Flächen-Volumen-Verhältnis geschätzt. Eisen-Nanopartikel wurden direkt aus Limonit(22) synthetisiert und haben sich als wirksam für die Entfernung von toxischem sechswertigem Chrom aus Abfallströmen erwiesen. Limonit kann eine kostengünstige Quelle für hochreines Eisenoxid sein, aus dem Eisen-Nanopartikel hergestellt werden können - vergleichbar mit Magnetit oder Hämatit in vielen Situationen.
Limonit kann durch ein relativ einfaches Verfahren reduziert und zu nullwertigen Eisen-Nanopartikeln (ZVNP) geformt werden, und solche ZVNPs haben Anwendungen in der Wasseraufbereitung und in industriellen Abfallbehandlungswegen wie der Entfernung von Para-Nitrophenol(23) gefunden. Bereits 1972 wurden ZVNPs in Pestiziden und chlorierten Verbindungen in wässrigen Medien eingesetzt(24).
Zersetzungs- und Reformprozesse
Limonit/Gelbocker ist, wie bereits erwähnt, eine nützliche Eisenquelle und kann als Katalysator für mehrere Zersetzungs-/Reformprozesse verwendet werden. Diese nehmen in der Regel giftige oder anderweitig Abfallstoffe und wandeln sie in etwas Nützliches oder einfacher zu handhaben. Zum Beispiel wurde berichtet, dass, wenn flüchtige organische Verbindungen aus Biomasseprozessen über ein Limonitbett bei relativ niedrigen Temperaturen geleitet werden, in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt werden (ähnlich wie Synthesegas); Dieser Ansatz funktioniert auch mit den vergasten Planenrückständen, die in Biomasseprozessen zurückbleiben, und gilt als ebenso wirksam wie ein kommerzieller Nickel-Aluminium-Oxid-Katalysator. Der Vorteil liegt hier auf der Hand, dass die Verwendung eines ungiftigen und billigen Katalysators gegenüber einem toxischen und teuren Katalysator vorteilhaft ist(25).
Vergasungsprozesse verwenden oft eine ganze Reihe von Katalysatoren für die Entfernung verschiedener Verbindungen aus dem Rohgas. Ammoniak ist ein Schadstoff, der als Teil des Mischgases gefunden werden kann, das durch Biomassevergasung entsteht, und die Forschung hat gezeigt, dass es über die Verwendung von Limonit entfernbar ist(26). Limonit widersteht vergiftung durch Schwefel, die der Untergang vieler anderer Katalysatoren für die Ammoniakentfernung ist, jedoch erfordert Limonit erhöhte Temperaturen, um dies zu erreichen. Es wurde eine nahezu vollständige Umwandlung durch den Limonit von NH3 in N2 gemeldet. Die Vergasung, wie sie durch Limonit hochholziger Biomasse katalysiert wird, ist sehr erfolgreich, da wasserstoffreiches Biogas mit einer um 25 % höheren Rate erzeugt wird, als dies mit einem Olivinkatalysator(27) bei Verwendung in einem Wirbelschichtreaktor-Setup erreicht würde. High-H2-haltige Gase ähneln viel mehr dem Synthesegas und eröffnen daher mehr Spielraum für das erzeugte Gas, das für die chemische Synthese verwendet werden kann, anstatt nur als Brennstoff verbrannt zu werden.
In einem Prozess, der der Vergasung ähnelt, kann Kohle über ein Verfahren, das als direkte Kohleverflüssigung bekannt ist, in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Besonders nützlich für weniger hochwertige Kohlen, liefert die Technik lebensfähige Brennstoffe und Rohstoffe für andere chemische und industrielle Prozesse. Ein solcher Katalysator für die direkte Kohleverflüssigung ist Limonit. Untersuchungen zeigen, dass Limonitgehalt mit niedrigem Hämatit ein überlegener Katalysator für die Umwandlung ist, wobei optimale Umwandlungseffizienzen beobachtet wurden, wenn Limonit mit einem Wasser-Eisen-Verhältnis von 0,60 verwendet wurde(28).
Aufbauend auf den klassischen reaktionen der petrochemischen Industrie mit trüben Kohlenwasserstoffen wurde Limonit verwendet, um das Knacken von Abgasen aus der Pyrolyse von minderwertiger Kohle bei niedrigen Temperaturen zu katalysieren. Bei dieser Reaktion begünstigt das Knacken kleine, aromatische Kohlenwasserstoffe, die synthetisch als Ausgangsstoffe nützlich sind(29). Für die Warmglasreinigung wurde ein in Australien abgebauter Hoher -FeOOH-Gehalt ockert. Der A-FeOOH wird in einer reduzierenden Atmosphäre bei 500 °C platziert und hat gezeigt, dass es Pyridin aus einem Gasstrom entfernt und in gutartiges Stickstoffgas über eine Umwandlungsrate von 80 % umwandelt(30). Besonders beeindruckend ist, dass der Umbau auch bei gleicher Temperatur gut funktionierte, aber ohne die reduzierende Atmosphäre.
Bei verwendung als Unterstützer für andere Katalysatoren hat sich Limonit bei der Zersetzung von Kohlenstoffdisulfid als nützlich erwiesen, ein Gas, das durch Reaktionen in der Atmosphäre eine der Hauptursachen für sauren Regen ist. Die Kombination von Limonit und einem BiVO4-Katalysator entfernte das Disulfid bei moderaten Temperaturen effektiv(31). Die Behandlung von Ocker wandelt es von Limonit zu Hämatit um, das für die thermische katalytische Rissbildung von Toluen in kleine Kohlenwasserstoffe mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 % verwendet werden kann(32). Es wurde festgestellt, dass eine solche Tätigkeit nicht von Hämatit allein als abgebaut realisiert werden konnte. Wie bereits erwähnt, gilt Limonit/Ocker nicht als die "beste" Eisenquelle, und durch Alkalirösten, gefolgt von hydrothermaler Behandlung, kann es in ein höheresFe2O3-haltigesMaterial umgewandelt werden, das eine breitere Anwendung hat(33).
Auf dem Weg zu biologischen Anwendungen hat sich gezeigt, dass Limonit katalytisch für die Hydrolyse von Mikrocystin-Peptiden aktiv ist und seine anderen mineralischen Peers(34) aufgrund eines stark lewis-sauren Charakters an seiner Oberfläche übertrifft. Mit diesem Wissen können Erkenntnisse in den natürlichen Zerfall und die Zersetzung von Mikrozystinen gezogen werden.
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