Oxyde de fer rouge naturel - Applications et utilisations

L’oxyde de fer rouge a une multitude d’utilisations, du pigment à l’assurance d’un forage pétrolier optimal, et est disponible dans la plus haute pureté, broyé selon toutes les spécifications, à partir de pegmatite africaine.

L'hémétaite, plus communément connue sous le nom de rouille, est un composé chimique de fer et d'oxygène. Dans le domaine industriel, il est connu sous le nom d'oxyde de fer rouge et est l'un des minéraux les plus importants. Ce composé de fer et d'oxygène n'est qu'une des seize variantes connues d'oxyhydroxyde. En tant que poudre granulée, il est un excellent colorant rentable. L'oxyde de fer rouge est l'un des pigments les plus anciens utilisés par toutes les grandes civilisations.

Naturellement présents sous forme de dépôts sous forme cristalline, des variations d'hémétaite peuvent être trouvées dans le monde entier. Même loin sur Mars, l'oxyde de fer rouge est disponible naturellement. Sur Terre, il coexiste avec plusieurs autres minéraux dont la craie, l'argile et le quartz. Facilement disponibles sous plusieurs formes, seulement deux formes sont spécifiquement utilisées comme colorant et peuvent être utilisées dans la production de produits industriels, commerciaux et ménagers, y compris :

Colorants, pigments et colorants

La société African Pegmatite a une grande empreinte mondiale avec plus de 170 millions de briques colorées produites chaque année. Les qualités de colorant comprennent la permanence et la fiabilité avec une opacité étendue et une force de teinture. En outre, l'hémétite est indifférente à l'alcalis, ne réagit pas avec les solvants, mais sont partiellement solubles dans les acides.

Coloration à l’argile et à la céramique

Des colorations classiques en terre cuite seront observées dans la plupart des argiles après cuisson, auxquelles on a ajouté 4 à 10 % en poids
d’oxyde de fer rouge
. En plus d’autres pigments, l’utilisation d’oxyde de fer rouge comme pigment primaire peut conduire à une multitude d’autres couleurs et teintes.

Lorsqu’il est utilisé à 65 % en poids, l’oxyde de fer associé au kaolin et au sable donnera un pigment de lecture vif dans la porcelaine ; Des céramiques d’un noir profond peuvent être produites lorsque 10 % de l’hématite est remplacée par du minerai de magnésite en poudre. Le rose corail peut être observé lorsque la même quantité d’hématite/oxyde de fer rouge est remplacée par du silicate de zirconium. La modulation du chromophore rouge-brun caractéristique résultant de l’oxyde de fer rouge par l’ajout d’autres métaux se traduira par un large bouquet de possibilités en termes de couleur.

Verre

Le colorant rouge offre une protection contre les UV et assure un confinement sans sangsue, ce qui est important pour les produits tels que la bière, le vin, les produits pharmaceutiques et les huiles, ainsi que pour le verre plat à usage résidentiel, commercial, automobile et architectural.

En général, plus la couleur de la bouteille est foncée, meilleure est la résistance aux rayons ultraviolets, et donc meilleures sont les chances de conservation du contenu du verre de l’emballage.

Glaçures

Une extension logique des pigments céramiques aux glaçures est naturelle avec l’hématite/oxyde de fer rouge. Lorsqu’il est combiné avec de la silice, 10% en poids d’oxyde de fer rouge est plus que suffisant pour produire une glaçure rouge brillante après une cuisson supérieure à 1000 °C - le pigment de glaçure combiné hématite-silice possédant des niveaux de stabilité améliorés par rapport à l’hématite ou à la silice pure. Cette exigence de température réduite est bien adaptée à l’industrie céramique moderne, qui repose sur des délais d’exécution rapides et une utilisation maximale des équipements. D’autre part, les glaçures d’hématite peuvent être cuites pour produire des colorations bleutées dans des environnements réducteurs, l’ajout d’oxydes de potassium étant responsable d’une modulation du bleu vers le vert.

La craquelure est réduite par l’ajout d’oxyde de fer/hématite rouge dans la glaçure avant la cuisson en quantités supérieures à 2 % en poids. De telles quantités peuvent ne pas permettre la coloration. La craquelure est l’endroit où de petites fissures capillaires se forment dans une glaçure en raison de la dilatation thermique de la glaçure au fil du temps, même après la cuisson.

Briques de pavage colorées avec l'oxyde de fer rouge

Ciment, béton, pavés et blocs

L’utilisation d’une seule partie d’hématite et de trois parties de ciment gris créera une couleur de ciment rouge foncé, et de nombreuses variantes sont utilisées dans les allées modernes, les parcs et les zones de loisirs privées et publiques. Pour les applications en béton, on utilise 5 à 10 % en poids d’oxyde de fer rouge. L’oxyde de fer rouge est également utilisé avec une variété de pavés et de blocs colorés pour le pavage créatif des allées, des allées, des patios, des foyers et des travaux de maçonnerie.

Fabrication d’asphalte

L’asphalte contemporain est un mélange de granulats et de ciment, utilisant le bitume comme liant. L’un des problèmes de l’asphalte est sa tendance à absorber la chaleur et à créer des « îlots de chaleur urbains » dans les zones bâties, ce qui entraîne des augmentations de température localisées globales. Une méthode pour atténuer ce problème consiste à augmenter la réflectivité et donc à diminuer l’absorption de chaleur. De l’oxyde de fer rouge peut être ajouté à un mélange d’asphalte à 5% afin d’obtenir une réduction de température d’environ 5 %. 3 °C par rapport à l’asphalte non teinté(1). Parmi les autres avantages, citons une résistance mécanique plus élevée et une augmentation de la réflectivité de 18,8 % par rapport au contrôle.

Plancher

Le meilleur adapté à l'intérieur pour des maisons et l'usage industriel, le plancher d'oxyde rouge est très rentable, durable, et attrayant pour son ' éclat luxueux qui vieillit bien.

Tuiles de toiture

Pour la durabilité, les tuiles de toiture pigmentées d’oxyde de fer rouge sont un excellent choix. Ils sont résistants aux intempéries et ce type de toit peut durer bien plus de 15 à 30 ans et n’a pas besoin d’être scellé ou rescellé. Selon les matériaux de base, comme le béton ou l'argile, certains toits d'oxyde de fer rouge peuvent durer de 50 à 100 ans.

Plastiques et caoutchouc

L’hématite est un additif connu dans une gamme de plastiques, agissant comme un liant et offrant des avantages en termes de durabilité pour des applications telles que :

PVC, Polyolefins, PS, ABS, polymères d'ingénierie,
Articles en silicone
Articles en caoutchouc dans une vaste gamme, tels que des joints, des bouchons et des balles de terrain de jeu.

chaussure polie avec le matériel de polissage

Polissage et polissage

Bien qu’il ne s’agisse pas d’une utilisation majeure, l’oxyde de fer rouge est utilisé comme abrasif doux, utilisé en particulier pour les applications de nettoyage et de finition de grande valeur, telles que :

Poudre - habituellement mélangé avec un émollient et utilisé pour polir l'argent fin.
Cires et graisses - utilisé pour le polissage des métaux, des antiquités et des reproductions.
Rouge de bijoutier – abrasif léger utilisé avec un chiffon doux pour le polissage final des métaux fins dans les bijoux et les lentilles.

Émulsions et revêtements

Peut-être comme une extension naturelle d’être un pigment à large gamme pour la céramique, l’oxyde de fer rouge est utilisé dans les peintures et les revêtements pour fournir à la fois une coloration et d’autres avantages :

Peintures : acryliques, tempuras, fresques, aquarelles, versions à base d'huile et de rouille.
Apprêt pour le métal et le bois – crée une couche solide pour empêcher la rouille et le débordement.
Glaces - pour la céramique pour fournir toutes les nuances et les teintes de rose à marron.
Stains - utilisé pour les applications de bois et de plâtre.
Vernis d'ongle

Un exemple d’utilisation de l’oxyde de fer rouge comme revêtement est celui de l’acier. Dans des conditions normales, l’acier s’altère et rouille. Un revêtement est donc nécessaire pour le protéger, et la peinture n’est peut-être pas la meilleure solution car elle se dégrade également dans les conditions météorologiques. Un revêtement à base d’huile de ricin, de polyéthylène glycol et d’oxyde de fer rouge a été mis au point(2). Le revêtement de polyuréthane généré in situ contenant l’oxyde s’est avéré avoir d’excellentes performances dans des conditions de laboratoire, avec une meilleure adhérence à l’acier en dessous par rapport aux revêtements à base de polyuréthane sans l’inclusion d’oxyde de fer.

Applications de forage

L’une des principales applications de l’hématite est dans le domaine du forage, en particulier pour le pétrole et le gaz. L’hématite se prête à être incluse dans les boues de forage où ses propriétés signifient que le mouillage est réduit et que des propriétés d’écoulement améliorées peuvent être observées. Le forage a tendance à se faire par l’ajout de boues, comme ci-dessous, et l’hématite agit dans de nombreux scénarios comme un matériau de pondération - c’est-à-dire un matériau qui augmente la densité de la boue.

Hématite dans la boue à base d’huile (OBM)

Les OBM ont des phases continues à base d’huile et sont particulièrement sensibles au mouillage, c’est-à-dire que l’eau adhère aux solides de la boue, ce qui peut alors provoquer un excès d’eau dans la zone de forage, ce qui peut entraîner l’agglutination des solides. L’excès de solides entraînera des inefficacités dans le processus de forage, une moins bonne extraction de la ressource et une dégradation probable du trépan et de l’outillage associé. L’hématite est un matériau peu mouillant et, par conséquent, son utilisation par rapport à d’autres matériaux de pondération réduira la probabilité de mouillage(3).

Hématite dans la boue à base d’eau (WBM)

Dans les scénarios WBM, l’hématite peut être utilisée en quantités allant jusqu’à 20% en poids dans la boue qui a une phase aqueuse continue, avec une diminution notable de la sédimentation par rapport à la borite couramment utilisée en raison de la teneur élevée en oxyde de fer(4), ce paradigme de sédimentation plus faible réduit l’usure de l’outillage et donc un besoin moindre de lubrification.

Hématite et rhéologie

La rhéologie est l’écoulement de la matière et, d’importance dans l’espace de forage, l’écoulement plastique des solides. L’écoulement plastique est un mouvement proportionnel à une force appliquée, et dans l’exploration pétrolière, un changement de forme ou de phase résultant d’une telle force. Les solides ont des impacts profonds sur les performances rhéologiques des boues, et donc l’ajout d’oxyde de fer rouge aura un effet. Une taille de particule constante est facilement réalisable avec de l’oxyde de fer rouge et très importante en termes de rhéologie. Dans de nombreuses études, il a été démontré que l’hématite a des valeurs de densité plus élevées, une meilleure capacité de gélification et une viscosité plastique plus élevée que la barytine couramment utilisée(5), avec d’excellentes performances à des profondeurs de forage profondes, ce qui permet d’obtenir des trous de forage plus stables et un forage plus stable.

cadre étant peint avec de la peinture d'oxyde de fer rouge

Flux pour céramique et glaçures

Dans l’espace du vitrage céramique, un flux est un matériau qui garantit qu’une température plus basse est nécessaire pour fabriquer l’émail céramique ou le matériau céramique en vrac, avant la cuisson, réduisant ainsi le besoin énergétique global. Sous atmosphère réductrice, l’oxyde de fer rouge se comporte comme un fondant, offrant également l’avantage d’une fusion plus fluide. Dans des conditions non réductrices (c’est-à-dire oxydantes), l’oxyde de fer rouge se comporte comme un antiflux dans une glaçure fondue et fournit donc une fusion plus rigide.

Autres utilisations

En tant qu’additif sans danger pour les aliments

'Red 101' est un additif approuvé par la Food and Drug Administration des États-Unis pour les aliments et autres produits qui ne causera pas de dommages lorsqu’il est utilisé en petites quantités, et est utilisé dans des applications aussi diverses que :

Composites dentaires,
Les cosmétiques et les produits de beauté et de soins personnels, où l’oxyde de fer rouge est utilisé depuis les années 1990. Très recherché pour les cosmétiques car ils ne sont pas toxiques, résistants à l’humidité et ne sont pas connus pour provoquer des réactions allergiques (même chez les peaux sensibles). En ajoutant des oxydes de titane, de nombreuses nuances de rouge clair au rose sont créées. Utilisé dans de nombreux produits, y compris brillant à lèvres, rouge à lèvres, fard à joues, ombre à paupières, savons, lotions, crèmes, poudres, savons, masques pour le visage et le corps, et sels de nettoyage. En tant qu’additif dans les cosmétiques, l’oxyde de fer rouge s’est avéré efficace - aux côtés des oxydes de zinc et de titane - pour bloquer la transmission de la lumière visible à haute énergie(6). Une telle lumière peut être nocive pour la peau après une exposition prolongée. L’oxyde de fer rouge est ajouté à moins de 10 % en poids.
Encres de tatouage. Bien qu’il ne s’agisse pas d’un pigment primaire, l’utilisation de l’oxyde de fer est considérée comme acceptable, mais elle peut ne pas offrir la couleur la plus durable.
L’oxyde de fer rouge a été utilisé comme colorant « nacré » pour les denrées alimentaires(7), leurs nanostructures uniques étant attribuables à ce comportement de diffusion de la lumière. Les oxydes de fer portent l’étiquette alimentaire européenne E172.

Charges

Utilisé dans un style pâte pour lisser les imperfections et les rayures profondes sur les voitures, le bois ou les articles à base de métal. Une fois séché et poncé, peut être apprêté et peint à la perfection.

Biomédical

La forme nanoparticulaire peut être utilisée dans des applications uniques à des fins médicales en utilisant ses propriétés paramagnétiques telles que l’imagerie par réverbération, le marquage des tissus cancérigènes, l’administration contrôlée attrayante de produits pharmaceutiques et la thermothérapie.

Électronique

Utilisé sous forme de nanoparticules, pour le traitement et le stockage de données sous forme de bande. Dans le domaine des cellules électrochimiques, diverses formes de fer sont utilisées depuis longtemps dans les électrodes. Une application moderne est celle qui utilise de l’oxyde de fer rouge co situé dans une électrode en fibre de carbone. Lorsqu’elle est utilisée en tant que telle, produite par un simple processus de calcination, l’électrode en oxyde de fer rouge/fibre de carbone a donné des résultats prometteurs lorsqu’elle a été déployée dans une cellule de batterie lithium-ion en tant qu’anode(8), affichant une capacité spécifique de 1138 mAh g⁻¹, avec d’excellentes capacités de cyclage.

Barrières anti-rayonnement

Bien qu’elle ne soit pas utilisée comme méthode de confinement primaire en raison de la réaction alcali-silice, comme l’hématite n’est pas immunisée contre cette réaction, l’hématite est utilisée dans le cadre des barrières anti-rayonnement en béton et en céramique utilisées autour des centrales nucléaires et d’autres environnements radiatifs. L’hématite résiste aux neutrons et aux rayons gamma sur de longues périodes, à des températures élevées, en particulier lorsqu’elle fait partie d’une dalle de béton. L’hématite est généralement utilisée à des concentrations de 10 à 50 % en volume. En raison de la densité élevée de l’hématite, il faut en utiliser moins, ce qui signifie qu’un béton/céramique plus mince est nécessaire dans l’ensemble.

Revêtements à haute résistance à la chaleur

Utilisé pour les chaudières, les conduits et les fours pour des températures allant jusqu'à 90 Degrés Celsius. Peut être utilisé sur les surfaces intérieures ou extérieures.

Propriétés antiprurigineuses

Utilisé pour les chaudières, les conduits et les fours pour des températures allant jusqu'à 90 Degrés Celsius. Peut être utilisé sur les surfaces intérieures ou extérieures.

En tant que catalyseur

Le fer est l’un des métaux les plus utilisés dans les catalyseurs aujourd’hui, par exemple le catalyseur de fer qui est essentiel au processus de fabrication d’ammoniac de Haber Bosch. Un défi plus contemporain est la division de l’eau pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène - un processus énergivore. Une fois recuit à 600 °C, il a été démontré que l’oxyde de fer rouge a un certain potentiel en tant que catalyseur pour la séparation électrocatalytique de l’eau(9). Dans les fusées, l’oxyde de fer rouge est utilisé comme modificateur de propergol, où il module la vitesse de combustion des carburants(10). Les chercheurs notent que l’oxyde de fer est rarement utilisé au-dessus de 5 % en poids et que l’on ne connaît pas suffisamment de faits sur son mode d’action exact. Dans l’ensemble, en ce qui concerne les applications catalytiques, dont ce ne sont que deux, la chimie de surface complexe est souvent citée comme la raison pour laquelle l’oxyde de fer est un catalyseur bon et largement performant. Naturellement, de nombreux catalyseurs plus complexes à base d’oxyde de fer ont été développés et font maintenant partie des espèces les plus intéressantes qui soient.

Considérations relatives à la sécurité

Comme mentionné ci-dessus, l’hématite n’est pas toxique. Le seul danger potentiel est l’irritation des poumons qui provient de l’inhalation de quantités excessives de poussières fines. L’atténuation consiste à mélanger soigneusement la poudre d’oxyde de fer lors de l’utilisation et à utiliser un équipement de protection individuelle approprié.

Résumé

L’hématite est un minerai de fer naturel et est souvent vendu sous forme d’oxyde de fer rouge
Principalement utilisé comme source de fer, l’oxyde de fer rouge a de nombreuses autres utilisations
L’oxyde de fer rouge est utilisé comme pigment/colorant/colorant pour de nombreux matériaux, notamment la céramique, les verres, les glaçures et même les aliments
Sa résistance à la chaleur et aux propriétés antipruritiques signifie qu’il est souvent utilisé pour les enveloppes et les revêtements. De plus, l’oxyde de fer rouge est utilisé comme fondant dans la production de céramique et d’émail

African Pegmatite est un mineur, un meunier et un transformateur de premier plan d’oxyde de fer rouge de la plus haute qualité pour une multitude d’applications. Disponible dans n’importe quelle quantité et traitée selon les spécifications rigoureuses d’un client, African Pegmatite est le partenaire industriel de référence pour la fourniture d’oxyde de fer rouge et d’une grande variété d’autres minéraux pour les projets les plus exigeants.

Références

1 P. R. B Torres et al., Études de cas en construction Mater., 2023 18, 1709

2 S. M. M. Morsi et al., Processus Org. Revêtements, 2019, 136, 105236
3 J. T. Cline et al., Préférences en matière de mouillabilité des minéraux utilisés dans les fluides de forage à base de pétrole, dans : SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, 1989

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

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

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

7 B. Hetzer et al., Additifs alimentaires et contaminants, Partie A, 2022, 39, 1933

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

9 J. Mayandi et al., Propriétés catalytiques et magnétiques de l’oxyde de fer jaune et rouge pour la séparation de l’eau, dans : La Conférence internationale sur les matériaux avancés pour les applications d’énergie propre et de santé, Jaffna, Sri Lanka, 2019

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