Magnetite: Kegunaan dan Aplikasi dalam Media Rakaman, Pigmen / Pewarna dan Proses Fischer-Tropsch
Pengenalan Ringkas Kepada Magnetit
Magnetit, besi (ii, iii) oksida, adalah bijih utama besi, dan dengan itu mendapati penggunaan utama sebagai sumber besi dan untuk pengeluaran keluli. Ia adalah hitam, legap dan mempunyai Formula kimia Fe3O4, memiliki besi dalam keadaan pengoksidaan 3 + (ferric) dan 2 + (ferus). Ia didapati meluas diagihkan sebagai Deposit berskala besar, dalam igneous dan metamorik batu, di samping dalam Pasir Hitam dan dalam fosil (1).
Selain daripada besi dan keluli, magnetitdigunakan secara meluas dalam penulenan air
, proses Haber-Bosch, dalam perubatan dan untuk penyingkiran yang tidak boleh mencemarkan dari proses industri. Di sini, kita akan melihat tiga aplikasi magnetit: dalam rakaman media, yang Fischer-Tropsch proses untuk menghasilkan hidropewarna sintetik, dan dalam salutan, pigmen dan ruang pewarna.
Media Rakaman
Pita magnet adalah salah satu kaedah yang paling lama menyimpan data (suara/muzik analog dan digital Back komputer, sebagai contoh) dan walaupun usang yang dilihat, banyak perniagaan masih bergantung pada sistem berasaskan pita magnet dalam rejim pengurusan data keseluruhan mereka. Sebanyak 77 Syarikat yang telah dikaji (2) menyatakan bahawa mereka menggunakan pita magnetik sebagai sebahagian daripada operasi pengurusan data mereka. Dikenali untuk panjang umur di bawah keadaan storan optimum, pita magnet masih merupakan bahagian utama daripada banyak perkhidmatan Arkib (3). Seperti 2014, Sony mengumumkan pita magnetik yang baru, kononnya untuk operasi pelayan, dengan kapasiti 185 GB.Magnetit, sebagai sumber utama besi oksida
, adalah bahan awal yang digunakan untuk pengeluaran pita magnet (4).
Bagaimanakah ia berfungsi?
Sebagai magnetit (dan seterika ini (iii) oksida) adalah ferrimagnet, melaluinya melalui gegelung magnet akan menyelaraskan detik-momen magnet besi dalam satu arah. Dalam kes media rakaman, gegelung magnet adalah fermagnet dan elektromagnet, dan dipanggil kepala rakaman. Untuk merakam, semasa isyarat yang akan dirakam ke dalam gegelung fermagnet, yang seterusnya magnetises pita melalui jarak medan magnet yang berpunca daripada isyarat. Untuk main semula (atau penyahkodan), yang sudah magnetised pita telah diluluskan melalui gegelung yang sama, ini mendorong voltan dalam gegelung, yang boleh dihantar dan seterusnya. Idea asas yang sama digunakan merentasi semua media pita magnet, dengan variasi hanya dalam sama ada kaedah rakaman adalah linear atau berasaskan pengimbasan (2).
Mengapa magnetit? Bagaimana ia digunakan?
Magnetit dikenali sebagai sumber yang murah dan tinggi kesucian besi (iii) oksida, dan sifatnya sebagai bahan ferrimagnet bermakna bahawa ia adalah berguna sebagai komponen Medium penyimpanan. Secara ringkas, emulsion besi oksida didepositkan ke dalam filem plastik dengan Binder. Ini unmagnetised besi oksida adalah stabil dan pita akan maju ke kepala rakaman. Magnetit telah bekerja bukan sahaja, tetapi dengan elemen lain seawal 1950-an, seperti kobalt (5) mampu pita dengan output isyarat yang lebih konsisten. Penyediaan filem magnetit melibatkan untuk mendepositkan magnetit amorus (Fe2 O3) ke atas filem, Pemanas sehingga ia mencapai Alpha-crystalline fasa, dan kemudian mengurangkan untuk magnetit (6), keputusan ini dalam satu, filem berterusan magnetit tulen, sangat menguntungkan untuk aplikasi media rakaman berkualiti tinggi, seperti dalam persekitaran pusat data.
Pigmen, Pewarna dan Lapisan
Sebagai bahan semulajadi yang berlaku dan sangat tahan, magnetit telah menemui beberapa kegunaan dalam pigmen/pewarna/lapisan sektor. Untuk kekerasan relatif (Circa. 6 mohs) dan tentangan terhadap haba, tekanan dan cuaca, magnetit digunakan secara meluas terutamanya untuk struktur keluli dan besi salutan, peralatan mekanikal dan banyak lagi.
Mengapa magnetit? Bagaimana ia digunakan?
Dari segi lapisan, keupayaan magnetit untuk menyerap cahaya adalah lebih tinggi daripada banyak pigmen lain yang biasa (7), ia adalah prestasi yang tinggi terutamanya ketara kerana kos yang rendah dan ketersediaan yang tinggi. Dalam keadaan yang berserpihkan dan ketangkasan, magnetit telah ditunjukkan mempunyai kekuatan mewarna tinggi dan penyerapan minyak yang baik (8). Kualiti kedua ini adalah amat penting memandangkan komponen utama cat adalah berdasarkan minyak dan/atau bahan kimia berasaskan hidrokarbon. Penyebaran zarah oksida besi adalah pada skala Micron. Magnetit adalah pigmen yang mampu warna hitam. Ia telah digunakan sebagai pigmen sekurang-kurangnya seawal di Greece kuno, di mana angka ciri pada tembikar terracotta sekurang-kurangnya sebahagiannya dihasilkan dengan magnetit pigmen (9).
Hakikat bahawa hiasan seperti itu hidup pada hari ini dalam keadaan yang baik adalah bukti kepada kestabilan magnetit. In percetakan dakwat, magnetit telah digunakan dengan menambah ia kepada minyak siccatif (10). Bangunan pada kestabilan yang dilihat dan kepentingan relatif magnetit, Cat anti-menghakis yang mengandungi magnetit telah digunakan untuk melindungi struktur keluli dan jentera (11), dengan lapisan keluli di antara 50 dan 80 mikrons. Hal ini dilaporkan bahawa magnetit berasaskan anti-menghakis rawatan outadite mereka berasaskan mereka yang sedia komersial rakan. Menggunakan magnetit dengan resin-jenis damar telah ditunjukkan sebagai salutan cat hibrid yang berguna untuk aplikasi Marin (12). Secara keseluruhan, pigmen dan salutan yang mengandungi magnetit amat dipuji kerana tentangan mereka kepada penembusan oleh air dan asid ringan dan asas.
Proses Fischer-Tropsch
Proses Fischer-Tropsch (F-T) merupakan komponen penting dalam industri petrokimia global moden. Ia adalah satu proses perindustrian yang menukarkan karbon nilai rendah monoksida dan hidrogen (bersama-sama dirujuk sebagai ‘ syngas sintesis ‘) ke dalam produk hidrokarbon nilai yang lebih tinggi, yang boleh diproses dengan lebih lanjut melalui keretakan, isomerisation dan membentuk semula ke dalam produk penting seperti bahan api diesel dan penerbangan. Proses F-T memastikan bahawa minyak sintetik dan bahan api sentiasa tersedia untuk pasaran, menyediakan ekonomi global polisi insurans terhadap masalah dengan pengeluaran minyak mentah. F-T bergantung pada suhu yang tinggi dan tekanan-dan disally pemangkin logam-untuk menukarkan syngas ke dalam bahan api yang boleh digunakan. Satu perspektif yang sering disebut bahawa beberapa yang berlaku secara semulajadi Deposit hidrokarbon yang berasal disebabkan oleh magnetit-satu proses F-T-seperti muat pada batas plat tectonik di Timur Tengah (13). Proses F-T juga boleh menggunakan karbon dioksida dalam pengeluaran bahan api (14).
Bagaimanakah ia berfungsi?
Proses F-T adalah satu siri tindak balas kimia, terlalu convolut untuk membincangkan di sini, tetapi pada dasarnya adalah tindak balas yang pemangkin kepada peralihan antara hidrogen dan karbon monoksida yang menghasilkan, biasanya, hidrokarbon rantaian pendek dan air sebagai produk by. Identiti pemangkin biasanya nikel, kobalt, ruthenium atau berasaskan besi. Magnetit sering digunakan sebagai pemangkin kerana ia adalah kesucian yang tinggi dan murah, kerana kekayaan relatif, sumber besi. Pemangkin besi adalah jauh lebih murah dan aktiviti yang setanding untuk ruthenium ones (15). Dalam reaktor, magnetit serbuk sebahagiannya dikurangkan oleh hidrogen dalam syngas, menghasilkan besi-besi oksida yang digabungkan di situ. Pemangkin yang dihasilkan adalah dicirikan oleh porositi yang rendah dan saiz liang kecil-dengan diameter di rantau 100 microns. Magnetit ditambah kepada reaktor bersama-sama silika yang bertindak sebagai penganjur reaksi. Pemangkin berasaskan magnetit dikenali untuk kestabilan mereka dari semasa ke semasa, dan dengan itu membantu dalam memastikan proses keseluruhan yang stabil.
Mengapa magnetit? Bagaimana ia digunakan?
Seperti yang disebut, ubiquity dan harga magnetit adalah sebab utama mengapa ia bekerja sebagai pemangkin. Dalam reaktor berskala besar yang biasa, berpuluh-puluh atau ratusan kilogram pemangkin boleh digunakan, dan ia adalah penting untuk menghalang kos meningkat. Berasaskan zat besi telah terbukti berguna dalam pelbagai keadaan F-T, termasuk reaktor suhu yang lebih rendah untuk menghasilkan hidrokarbon cecair dan juga waxes. Suhu tinggi F-T biasanya menghasilkan hidrokarbon rantaian yang sangat pendek seperti propane. ethane dan metana-yang direalisasikan sebagai gas. Reaksi anjakan gas air adalah bahagian penting dari keseluruhan proses F-T dan magnetit dikenali untuk aktif dalam hal ini (16), dan yang pemangkin jenis besi seperti magnetit dikenali untuk menjadi lebih tahan untuk sulfida keracunan daripada rakan kobalt mereka (17)-hidrogen sulfida adalah yang menyimpang biasa dalam syngas. Penggunaan F-T untuk menghasilkan bahan api diesel adalah amat berfaedah kerana ia sering menghasilkan bahan api kandungan sulfur yang lebih rendah daripada pengeluaran konvensional. Kajian telah menunjukkan bahawa pemangkin berasaskan besi yang lebih memilih untuk pengeluaran olefin daripada lain-lain logam peralihan (18).
Banyak kajian telah melihat ke dalam menambahkan magnetit dalam reaktor untuk menala halus keputusan tindak balas-untuk menyediakan bias mana untuk jenis tertentu bahan api sebagai contoh. Oksida besi serbuk tradisional telah dirawat melalui impregnation dengan sehingga 6 wt daripada kalium, kobalt atau molybdenum (19), dengan kalium dan eksperimen kobalt-doup menunjukkan berat sebelah mana yang besar untuk hidrokarbon minyak tanah-Range (seperti yang digunakan dalam bahan api penerbangan) sehingga 30. Apabila natrium digunakan sebagai Penganjur, mana untuk metana menurun, namun kesannya terhadap keberkesanan keseluruhan reaksi F-T hanya penting apabila pemangkin besi disokong pada alumina (20). Selain itu, tembaga telah digunakan sebagai Penganjur, meningkatkan kadar F-T (21). Dalam proses Bio-ke-cecair menghasilkan bahan api yang mampan daripada produk buangan menggunakan proses F-T, pemangkin oksida besi boleh digunakan (22), tetapi ia adalah diperhatikan bahawa Kristal besar magnetit harus dielakkan memihak kepada contoh yang lebih kecil disebabkan oleh risiko untuk pembentukan karide (23).
Ringkasan
- Magnetit adalah sumber yang banyak didapati dan murah oksida besi yang boleh digunakan dalam pelbagai operasi
- Magnetit telah digunakan dalam rakaman media untuk pengeluaran pita magnet, dan masih mendapati penggunaan hari ini dalam pita berkualiti tinggi untuk aplikasi pusat data
Dalam salutan, pigmen dan pewarna,
magnetit digunakan sebagai colourant hitam yang berkesan dan sebagai bahagian salutan untuk melindungi keluli, besi dan jentera industri- Proses Fischer-Tropsch untuk penghasilan sintetik hidrokarons secara meluas menggunakan magnetit dan pemangkin yang berasaskan magnetit, menyediakan pengeluaran yang stabil dan berdaya tahan
References:
1 B. J. Woodford et Al., pnas, 1992, 89, 7683
2 R. H. Dee, Proc. Ieee, 2008, 96, 1775
3 R. Bradshaw dan C. Schroeder, IBM J. res. Dev., 2003, 47, 373
4 S. Onodera et al., Puan Bull., 1996, 21, 35
5 US paten US3031341A, 1958, tamat tempoh
6 US paten US3620841A, 1970, tamat tempoh
7 K. Ghani et al., J. lapisan teknologi. Res., 2015, 12, 1065
8 M. A. Legodi dan D. de Waal, Dyes dan pigmen, 2007, 74, 161
9 P. Maravelaki-Kalaitzaki dan N. Kallithrakas-Kontos, Dubur. Chim. Acta, 2003, 497, 209
10 US paten US3826667A, 1972, tamat tempoh
11 J. Calderón et Al., Rev. logam. Madrid Jld. Extr., 2003, 2003, 97
12. M. Atta et Al., RSC adv., 2015, 5, 923
13 P. Szatmari, AAPG Bull., 1989, 73, 989
14 S. Upadhyayula et Al., J. bersih prod., 2019, 228, 1013
15 H. G. Stenger JR. dan C. N. Satterfield, Ind. Eng. Chem. Proses dev., 1985, 24, 415
16 K. R. M. Rao et Al., interaksi hyperfine, 1994, 93, 1745
17 C. N. Satterfield et al., Ind. Eng. Chem. Proses dev., 1986, 25, 401
18 M. E. Kering, Catal. Lett., 1991, 7, 241
19 D. Martínez del Monte et Al., Proses bahan api. Teknik OL., 2019, 194, 106
20 A. Y. Khodakov et Al., APPL. Kucing. A: gen., 2015, 502, 204
21 S. Li et Al., J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 85
22 s. S. Ali dan S. Dasappa, Memperbaharui. Mengekalkan. Tenaga Rev., 2016, 58, 267
23 E. Van Steen dan M. Claeys, Chem. Eng. Teknikal., 2008, 31, 655
