自然界中的氧化铁(一)

自然界中的氧化铁（一）

到目前为止，人类已在地球上发现证实自然界里118种元素中的92种元素。并发现在地球的8大元素成分中，铁的含量最高为(30.12%)，其他元素依次为氧

(30.05%)、镁(15.45%)，硅(14.72%)、硫（4.17%），镍（1.65%），钙（1.64%），铝（1.32%）等。这8种主要元素占地球总量的98%以上，其中铁和氧合计却超过了60%以上。如果按地壳中所含8大元素计算，铁的含量为(6.24%)，其他元素依次为氧(46.5%)，其他依次为硅(25.7.%)、铝(7.65%)，钙（5.79%）、镁(3.23%)，钠

（1.81%），钾（1.34%）等。这8种主要元素占地球总量的99%以上，其中铁和氧合计也超过50%以上，并以化合物形式存在在地球上，少量为单质。

因此氧化铁是作为铁的氧化物，广泛存在于自然界，几乎存在于全球系统的所有不同区域：包括大气层、土壤层、生物圈、水圈和岩石圈，并参与这些区域之间的多种相互关系，（具体如图1-1所示）。

图1-1 全球系统中的氧化铁人类

钢铁催化颜料岩石

地球

大洋河流

湖泊

水

矿石

采矿

酸性矿床灰

工业土壤

植物

动物

艺术

铁锈

图1-2 ：分布在中国的天然黄氧化铁地貌

图 1-3 ：分布在法国天然红氧化铁地貌

这些化合物可以是氧化物、氢氧化物或氧化物-氢氧化物，统称为氧化铁。氧化铁由铁和O和/或OH组成。在大多数化合物中，铁是三价的；三种化合物——FeO、

Fe(OH)2和Fe304含有Fe2+。氧化铁由紧密排列的阴离子组成（通常为六角形（HCP）或立方紧密排列（CCP）），其中部分间隙由二价或三价铁填充，主要以八面体（VI）–Fe(O，OH)6-，但在某些情况下–以四面体（IV）–FeO4–配位。各种氧化物的基本结构单元（Fe(O,OH)6或Fe(O)4）在空间中的排列方式不同。在某些情况下，少量的阴离子(Cl–,SO42–,CO32–)也可能参与结构。FeOOH有五种晶型，Fe203有四种晶型。铁的氧化物共有16种

表1.0-1：铁的16种氧氧化物

铁的氧化物广泛分布的客观结果，促使地质学、矿物学、工业化学、医药学、生物、药学、环境、交替化学等八大科学学科对铁氧化物产生了兴趣。自然又导致了许多富有成果的跨学科交流和互动，产生越来越多应用领域和丰富多彩的氧化铁产品以及越来越多产品应用氧化铁。(见图1.4)

图1-4：研究氧化铁的学科和应用领域

在这已有诸如颜料、磁性材料、吸附剂以及催化剂等二十几个应用领域里，使用

最早，最久，最多是氧化铁的颜料。

尽管铁的氧化物多达16种，能呈现颜色并具有颜料特性主要是：三氧化二铁（赤铁矿）氧化铁红、水合三氧化二鉄（针铁矿）氧化铁黄,四氧化三铁（磁铁矿）氧化铁黑和磁赤铁矿。这些铁的氧化物单独或按不同的比例混合形成了红、黄、橙、棕和黑色系列色彩颜料，统称为氧化铁颜料

氧化铁颜料因其无毒性，化学稳定性，色彩系列以及良好的性能/价格比得到广泛的应用，规模是仅次于钛白粉的无机颜料，是最大无机彩色基础颜料。也是一个非常古老的颜料，如果从西班牙北部桑坦德市的阿尔塔米拉洞穴欧洲旧石器时代壁画算起，具有20000多年历史（见图1-5）。

图1-5 阿尔塔米拉洞穴欧洲旧石器时代壁画

氧化铁颜料有天然的和化学合成的两种。人类开始使用的都是天然氧化铁矿物质颜料。由于工业发展的需要，为了制备更为纯净，性能更为优越的产品，大约在100年前，又发展起化学合成氧化铁颜料。现在除了部分特别的需求，大部分应用领域已逐渐取代了天然产品。合成产品已占总产量的70%以上。目前全球氧化铁颜料年产量在120万吨左右，主要生产国家是中国、德国、意大利、巴西和印度，其中中国占50%以上。

2020.1

图1.2 氧化铁研究的多学科性质示意图