Natürliches rotes Eisenoxid - Anwendungen & Anwendungen

Rotes Eisenoxid hat eine Fülle von Verwendungsmöglichkeiten, von der Verwendung als Pigment bis hin zur Gewährleistung optimaler Ölbohrungen, und ist in höchster Reinheit erhältlich, die nach jeder Spezifikation aus afrikanischem Pegmatit gemahlen wird.

Hämetit, am häufigsten als Rost bekannt, ist eine chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff. In der Industrie ist es als rotes Eisenoxid bekannt und ist eines der wichtigsten Mineralien. Diese Verbindung aus Eisen und Sauerstoff ist nur eine von sechzehn bekannten Oxyhydroxid-Varianten. Als granuliertes Pulver ist es ein ausgezeichneter, kostengünstiger Farbstoff. Rotes Eisenoxid ist eines der ältesten Pigmente, die von jeder großen Zivilisation verwendet werden.

Natürlich als Ablagerungen in kristalliner Form vorkommend, können Variationen von Hämettit auf der ganzen Welt gefunden werden. Auch weit weg auf dem Mars ist rotes Eisenoxid natürlich erhältlich. Auf der Erde koexistiert es mit mehreren anderen Mineralien, darunter Kreide, Ton und Quarz. Nur zwei Formen sind in verschiedenen Formen erhältlich und werden speziell als Farbstoff verwendet und können bei der Herstellung von Industrie-, Handels- und Haushaltsprodukten verwendet werden, einschließlich:

Farbstoffe, Pigmente und Farbstoffe

Das Unternehmen African Pegmatite hat eine große globale Präsenz mit über 170 Millionen farbigen Ziegeln , die jedes Jahr produziert werden. Zu den Qualitäten als Farbstoff gehören Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit mit umfangreicher Deckkraft und Tönungsfestigkeit. Darüber hinaus ist Hämetit alkalisgleich, reagiert nicht mit Lösungsmitteln, sondern ist teilweise in Säuren löslich.

Ton und Keramik färben

Klassische Terrakotta-Färbungen werden in den meisten Tonen nach dem Brennen beobachtet, denen 4 bis 10 Gew.-%
rotes Eisenoxid
zugesetzt wurden. Neben anderen Pigmenten kann die Verwendung von rotem Eisenoxid als Primärpigment zu einer Fülle anderer Farben und Farbtöne führen.

Bei Verwendung mit 65 Gew.-% ergibt Eisenoxid zusammen mit Kaolin und Sand ein gut lesbares Pigment in Porzellan; Tiefschwarze Keramik kann hergestellt werden, wenn 10 % des Hämatits durch pulverisiertes Magnesiterz ersetzt werden. Korallenrosa kann beobachtet werden, wenn die gleiche Menge an Hämatit/rotem Eisenoxid durch Zirkoniumsilikat ersetzt wird. Die Modulation des charakteristischen rotbraunen Chromophors, das aus rotem Eisenoxid resultiert, durch die Zugabe anderer Metalle ergibt ein breites Bouquet an Möglichkeiten in Bezug auf die Farbe.

Glas

Die rote Färbung bietet UV-Schutz und sorgt für eine nicht auslaugende Eindämmung, was für Produkte wie Bier, Wein, Pharmazeutika und Öle sowie für Flachglas für Wohn-, Gewerbe-, Automobil- und Architekturanwendungen wichtig ist.

Im Allgemeinen gilt: Je dunkler die Farbe der Flasche, desto besser ist die Beständigkeit gegen ultraviolettes Licht und desto besser ist die Chance, den Inhalt des Behälterglases zu konservieren.

Glasuren

Eine logische Erweiterung von keramischen Pigmenten zu Glasuren ist natürlich mit Hämatit/rotem Eisenoxid. In Kombination mit Kieselsäure sind 10 Gew.-% rotes Eisenoxid mehr als ausreichend, um nach dem Brennen bei über 1000 °C eine glänzende rote Glasur zu erzeugen - wobei das Hämatit-Kieselsäure-Kombinationsglasurpigment eine erhöhte Stabilität gegenüber reinem Hämatit oder Kieselsäure aufweist. Dieser reduzierte Temperaturbedarf eignet sich gut für die moderne Keramikindustrie, die auf schnelle Durchlaufzeiten und maximale Anlagenauslastung angewiesen ist. Auf der anderen Seite können Hämatitglasuren gebrannt werden, um bläuliche Färbungen in reduzierenden Umgebungen zu erzeugen, wobei die Zugabe von Kaliumoxiden für eine Modulation des Blaus in Richtung Grün verantwortlich ist.

Die Korrosion wird durch die Zugabe von rotem Eisenoxid/Hämatit in der Glasur vor dem Brennen in Mengen von mehr als 2 Gew.-% reduziert. Solche Mengen lassen sich möglicherweise nicht verfärben. Beim Rasen bilden sich kleine, haarfeine Risse in einer Glasur aufgrund der thermischen Ausdehnung der Glasur im Laufe der Zeit, auch nach dem Brennen.

Pflastersteine mit rotem Eisenoxid gefärbt

Zement, Beton, Pflastersteine und Blöcke

Die Verwendung von nur einem Teil Hämatit und drei Teilen grauem Zement erzeugt eine tiefrote Zementfarbe, und viele Variationen werden in modernen Gehwegen, Parks sowie privaten und öffentlichen Erholungsgebieten verwendet. Für Betonanwendungen werden 5 bis 10 Gew.-% rotes Eisenoxid verwendet. Rotes Eisenoxid wird auch mit einer Vielzahl von farbigen Pflastersteinen und Blöcken für die kreative Pflasterung von Gehwegen, Einfahrten, Terrassen, Feuerstellen und Maurerarbeiten verwendet.

Herstellung von Asphalt

Moderner Asphalt ist eine Mischung aus Zuschlagstoffen und Zement, wobei Bitumen als Bindemittel verwendet wird. Ein Problem von Asphalt ist seine Tendenz, Wärme zu absorbieren und "städtische Wärmeinseln" in bebauten Gebieten zu bilden, die zu einem lokalen Temperaturanstieg führen. Eine Methode, dies zu lindern, besteht darin, das Reflexionsvermögen zu erhöhen und damit die Wärmeaufnahme zu verringern. Rotes Eisenoxid kann einer Asphaltmischung mit 5 % zugesetzt werden, um eine Temperaturabsenkung von ca. 3 °C im Vergleich zu ungefärbtem Asphalt(1). Zu den weiteren Vorteilen gehören eine höhere mechanische Festigkeit und eine Erhöhung des Reflexionsvermögens um 18,8 % im Vergleich zur Kontrolle.

Bodenbelag

Am besten geeignet für Innenräume für den Haus- und Industrieeinsatz, ist roter Oxidboden sehr kostengünstig, langlebig und attraktiv für seinen luxuriösen Glanz, der gut altert.

Dachziegel

Für die Langlebigkeit sind Dachziegel mit rotem Eisenoxidpigment eine gute Wahl. Sie sind witterungsbeständig und diese Art von Dach kann weit über 15 bis 30 Jahre halten und muss nicht abgedichtet oder neu abgedichtet werden. Je nach Grundmaterial, wie Beton oder Ton, können einige rote Eisenoxiddächer 50 bis 100 Jahre halten.

Kunststoffe und Gummi

Hämatit ist ein bekanntes Additiv in einer Reihe von Kunststoffen, das als Bindemittel fungiert und Haltbarkeitsvorteile für Anwendungen bietet, wie z. B.:

PVC, Polyolefine, PS, ABS, technische Polymere,
Silikonartikel
Gummiartikel in einer großen Auswahl, wie z. B. Dichtungen, Stopper und Spielbälle.

Polieren und Polieren

Obwohl rotes Eisenoxid keine große Verwendung darstellt, wird es als mildes Schleifmittel verwendet, das insbesondere für hochwertige Reinigungs- und Veredelungsanwendungen verwendet wird, wie z. B.:

Pulver – in der Regel mit einem Weichmacher gemischt und zum Polieren von feinsilbern verwendet.
Wachse und Fette – zum Polieren von Metallen, Antiquitäten und Reproduktionen.
Jeweller's Rouge – leichtes Schleifmittel, das mit einem weichen Tuch zum abschließenden Polieren von feinen Metallen in Schmuck und Gläsern verwendet wird.

Emulsionen und Abdeckungen

Rotes Eisenoxid ist vielleicht eine natürliche Erweiterung seines breiten Pigments für Keramik und wird in Farben und Abdeckungen verwendet, um sowohl die Färbung als auch andere Vorteile zu bieten:

Farben – Acryl, Tempura, Fresko, Aquarelle, Ölbasis und rostverhindernde Versionen.
Grundierung für Metall und Holz – bildet eine feste Schicht, um Rost und Durchbluten zu verhindern.
Glasuren – für Keramik, um alle Schattierungen und Farbtöne von rosa bis kastanienbraun zu bieten.
Flecken – für Holz- und Gipsanwendungen.
Fingernagelpolitur

Ein Beispiel für die Verwendung von rotem Eisenoxid als Beschichtung ist die Verwendung von Stahl. Unter normalen Bedingungen verwittert und rostet Stahl. Daher ist eine Beschichtung erforderlich, um sie zu schützen, und Farbe ist möglicherweise nicht die beste Lösung, da sie sich auch bei Witterungsbedingungen zersetzt. Es wurde eine Beschichtung auf Basis von Rizinusöl, Polyethylenglykol und rotem Eisenoxid entwickelt(2). Die in situ erzeugte Polyurethan-Beschichtung, die das Oxid enthält, erwies sich unter Laborbedingungen als hervorragend und wies im Vergleich zu Beschichtungen auf Polyurethanbasis ohne Eisenoxideinschluss eine verbesserte Haftung auf dem darunter liegenden Stahl auf.

Bohranwendungen

Eine der Hauptanwendungen von Hämatit ist der Bohrbereich, insbesondere für Öl und Gas. Hämatit eignet sich für Bohrschlämme, wo seine Eigenschaften dazu führen, dass die Benetzung reduziert wird und verbesserte Fließeigenschaften beobachtet werden können. Das Bohren erfolgt in der Regel über die Zugabe von Schlämmen, wie unten, und Hämatit wirkt in vielen Szenarien als Gewichtungsmaterial - d. h. als Material, das die Dichte des Schlamms erhöht.

Hämatit in Öl-basiertem Schlamm (OBM)

OBMs haben kontinuierliche Phasen auf Ölbasis und sind besonders anfällig für Benetzung, bei der Wasser an den Feststoffen im Schlamm haftet, was dann dazu führen kann, dass überschüssiges Wasser in den Bohrbereich gelangt, was zu einer Verklumpung der Feststoffe führen kann. Überschüssige Feststoffe führen zu Ineffizienzen im Bohrprozess, einer schlechteren Gewinnung der Ressource und einer wahrscheinlichen Verschlechterung des Bohrmeißels und der zugehörigen Werkzeuge. Hämatit ist ein Material mit geringer Benetzung, und daher verringert die Verwendung dieses Materials gegenüber anderen Gewichtungsmaterialien die Wahrscheinlichkeit einer Benetzung(3).

Hämatit im Wasser-basierten Schlamm (WBM)

In WBM-Szenarien kann Hämatit in Mengen von bis zu 20 Gew.-% im Schlamm verwendet werden, der eine wässrige kontinuierliche Phase aufweist, mit einer deutlichen Verringerung der Sedimentation im Vergleich zu üblicherweise verwendetem Borit aufgrund des hohen Eisenoxidgehalts(4), dieses niedrigere Sedimentationsparadigma reduziert den Verschleiß der Werkzeuge und damit einen geringeren Schmierbedarf.

Hämatit und Rheologie

Rheologie ist der Fluss der Materie und, was im Bohrraum von Bedeutung ist, der plastische Fluss von Festkörpern. Der plastische Fluss ist eine Bewegung, die proportional zu einer ausgeübten Kraft ist, und in der Erdölexploration eine Form- oder Phasenänderung, die sich aus einer solchen Kraft ergibt. Feststoffe haben tiefgreifende Auswirkungen auf die rheologische Leistung von Schlämmen, und daher hat die Zugabe von rotem Eisenoxid eine Wirkung. Eine gleichbleibende Partikelgröße ist mit rotem Eisenoxid leicht erreichbar und für die Rheologie von großer Bedeutung. In vielen Studien hat sich gezeigt, dass Hämatit höhere Dichtewerte, eine bessere Gelierfähigkeit und eine höhere plastische Viskosität aufweist als der üblicherweise verwendete Baryt(5), mit einer hervorragenden Leistung bei tiefen Bohrtiefen, was zu stabileren Bohrlöchern und stabileren Bohrungen führt.

Rahmen wird mit roter Eisenoxidfarbe lackiert

Fluxes für Keramik und Glasuren

Im Bereich der keramischen Verglasung ist ein Flussmittel ein Material, das sicherstellt, dass eine niedrigere Temperatur erforderlich ist, um die keramische Glasur oder das keramische Material vor dem Brennen herzustellen, wodurch der Gesamtenergiebedarf reduziert wird. Unter reduzierenden Atmosphären verhält sich rotes Eisenoxid wie ein Flussmittel und bietet auch den Vorteil einer flüssigeren Schmelze. Unter nicht reduzierenden (d.h. oxidierenden) Bedingungen verhält sich rotes Eisenoxid als Gegenfluss in einer Glasurschmelze und sorgt daher für eine steifere Schmelze.

Andere Verwendungen

Als lebensmittelechter Zusatzstoff

"Red 101" ist ein von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassener Zusatzstoff für Lebensmittel und andere Produkte, der bei Verwendung in geringen Mengen keinen Schaden anrichtet und in so unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt wird wie:

Dental-Verbundwerkstoffe,
Kosmetik und Schönheits- und Körperpflegeprodukte, bei denen seit den 1990er Jahren rotes Eisenoxid verwendet wird. Sehr begehrt für Kosmetika, da sie ungiftig und feuchtigkeitsbeständig sind und keine allergischen Reaktionen hervorrufen (auch nicht bei empfindlicher Haut). Durch das Hinzufügen von Titanoxiden entstehen viele Schattierungen von hellerem Rot bis Rosa. Wird in vielen Produkten verwendet, einschließlich Lipgloss, Lippenstift, Erröten, Lidschatten, Seifen, Lotionen, Cremes, Pulver, Seifen, Gesichts- und Körpermasken und Waschsalze. Als Zusatzstoff in Kosmetika hat sich rotes Eisenoxid - neben Zink- und Titanoxiden - als wirksam erwiesen, um die Übertragung von hochenergetischem sichtbarem Licht zu blockieren(6). Solches Licht kann nach längerer Exposition die Haut schädigen. Rotes Eisenoxid wird mit weniger als 10 Gew.-% zugegeben.
Tätowierfarben. Obwohl es sich nicht um ein primäres Pigment handelt, wird die Verwendung von Eisenoxid als akzeptabel angesehen, aber es bietet möglicherweise nicht die am längsten haltbare Farbe.
Rotes Eisenoxid wurde als "Perlglanz"-Farbstoff für Lebensmittel verwendet(7), wobei seine einzigartigen Nanostrukturen für dieses Lichtstreuverhalten verantwortlich sind. Eisenoxide tragen das europäische Lebensmittellabel E172.

Füllstoffe

Wird in einem Pasten-Stil Materialien zum Glätten von Unvollkommenheiten und tiefen Kratzern an Autos, Holz oder Metall-basierte Gegenstände verwendet. Einmal getrocknet und geschliffen, kann grundiert und bis zur Perfektion lackiert werden.

Biomedizinisch

Die Nanopartikelform kann aufgrund ihrer paramagnetischen Eigenschaften in einzigartigen Anwendungen für medizinische Zwecke eingesetzt werden, wie z. B. bei der Bildgebung von Nachhall, der Markierung von krebserregendem Gewebe, der attraktiv kontrollierten Abgabe von Arzneimitteln und der Thermotherapie.

Elektronik

Wird in Form von Nanopartikeln für die Verarbeitung und Datenspeicherung in Bandform verwendet. Im Bereich der elektrochemischen Zellen werden seit langem verschiedene Formen von Eisen in Elektroden verwendet. Eine moderne Anwendung ist die Verwendung von rotem Eisenoxid, das sich in einer Kohlefaserelektrode befindet. Die rote Eisenoxid/Kohlefaser-Elektrode lieferte vielversprechende Ergebnisse, wenn sie als Anode (8) in einer Lithium-Ionen-Batteriezelle eingesetzt wurde, und wies eine spezifische Kapazität von 1138 mAh g⁻¹ mit hervorragenden Zykleneigenschaften auf.

Strahlungsbarrieren

Obwohl Hämatit aufgrund der Alkali-Kieselsäure-Reaktion nicht als primäre Eindämmungsmethode verwendet wird, da Hämatit gegen diese Reaktion nicht immun ist, wird es als Teil von Beton- und Keramik-Strahlungsbarrieren verwendet, die in der Nähe von Kernkraftwerken und anderen Strahlungsumgebungen verwendet werden. Hämatit ist beständig gegen Neutronen- und Gammastrahlung über lange Zeiträume, bei erhöhten Temperaturen, insbesondere als Teil einer Betonplatte. Hämatit wird typischerweise in Konzentrationen von 10 bis 50 Volumenprozent verwendet. Aufgrund der hohen Dichte von Hämatit muss weniger davon verwendet werden, was bedeutet, dass insgesamt ein dünnerer Beton/Keramik erforderlich ist.

Hochhitzebeständige Beschichtungen

Wird für Kessel, Schornsteine und Öfen für Temperaturen bis 90 Grad Celsius verwendet. Kann auf der Innen- oder Außenfläche verwendet werden.

Juckreizstillende Eigenschaften

Wird für Kessel, Schornsteine und Öfen für Temperaturen bis 90 Grad Celsius verwendet. Kann auf der Innen- oder Außenfläche verwendet werden.

Als Katalysator

Eisen ist eines der am weitesten verbreiteten Metalle, die heute in Katalysatoren verwendet werden, zum Beispiel der Eisenkatalysator, der für den Haber-Bosch-Prozess zur Herstellung von Ammoniak unerlässlich ist. Eine aktuellere Herausforderung ist die Spaltung von Wasser, um Sauerstoff und Wasserstoff zu gewinnen - ein energieintensiver Prozess. Nach dem Glühen bei 600 °C hat rotes Eisenoxid ein gewisses Potenzial als Katalysator für die elektrokatalytische Spaltung von Wasser(9). In der Raketentechnik wird rotes Eisenoxid als Treibstoffmodifikator verwendet, wo es die Verbrennungsgeschwindigkeit von Treibstoffen moduliert(10). Die Forscher stellen fest, dass Eisenoxid selten über Konzentrationen von 5 Gew.-% verwendet wird und dass nur unzureichende Fakten über seine genaue Wirkungsweise bekannt sind. Insgesamt wird in Bezug auf katalytische Anwendungen, von denen dies nur zwei sind, die komplexe Oberflächenchemie oft als Grund dafür genannt, dass Eisenoxid ein guter und leistungsfähiger Katalysator ist. Natürlich wurden viele komplexere Katalysatoren auf Basis von Eisenoxid entwickelt, die heute zu den spannendsten Spezies überhaupt gehören.

Sicherheitshinweise

Wie bereits erwähnt, ist Hämatit ungiftig. Die einzige potenzielle Gefahr ist eine Lungenreizung, die durch das Einatmen übermäßiger Mengen an Feinstaub entsteht. Die Minderung erfolgt durch sorgfältiges Mischen des Eisenoxidpulvers bei der Verwendung und durch die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung.

Beratung von Manganoxid

Hämatit ist ein natürlich vorkommendes Eisenerz und wird oft als rotes Eisenoxid verkauft
Rotes Eisenoxid wird in erster Linie als Eisenquelle verwendet, hat aber viele andere Verwendungsmöglichkeiten
Rotes Eisenoxid wird als Pigment/Farbstoff/Farbstoff für viele Materialien verwendet, darunter Keramik, Gläser, Glasuren und sogar Lebensmittel
Seine Beständigkeit gegen Hitze und antipruritische Eigenschaften bedeuten, dass es oft für Gehäuse und Beläge verwendet wird. Darüber hinaus wird rotes Eisenoxid als Flussmittel in der Keramik- und Glasurherstellung verwendet

African Pegmatite ist ein führender Bergbau-, Mühlen- und Verarbeiter von rotem Eisenoxid höchster Qualität für eine Vielzahl von Anwendungen. Afrikanischer Pegmatit ist in jeder Menge erhältlich und wird nach den genauen Spezifikationen eines Kunden verarbeitet und ist der bevorzugte Industriepartner für die Lieferung von rotem Eisenoxid und einer Vielzahl anderer Mineralien für die anspruchsvollsten Projekte.

Verweise

1 P. R. B. Torres et al., Fallstudien im Bauwesen, 2023 18, 1709

2 S. M. M. Mursi et al., Prozess-Org. Überzüge, 2019, 136, 105236
3 J. T. Cline et al., Benetzbarkeitspräferenzen von Mineralien, die in Bohrflüssigkeiten auf Ölbasis verwendet werden, in: SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, 1989

4 P. Ranjan und A. Dutta, Int. J. Dev. Res., 2017, 7, 16806

5 P. O. Ogbeide und S. A. Igbinere, FUTOJNLS, 2016, 2, 68

6 A2 P. Boland et al., J. Cosmet. Dermatol., 2020, 20, 532

7 B. Hetzer et al., Lebensmittelzusatzstoffe und Kontaminanten, Teil A, 2022, 39, 1933

8 H.-S. Kim et al., J. Ind. Eng. Chem., 2021, 104, 22

9 J. Mayandi et al., Katalytische und magnetische Eigenschaften von gelbem und rotem Eisenoxid für die Wasserspaltung, in: The International Conference on Advanced Materials for Clean Energy and Health Applications, Jaffna, Sri Lanka, 2019

10 F. Maggi et al., Acta Astronautica, 2019, 158, 416