همه چیز درباره ی آهن

آهن یکی از پرکاربردترین و مهم ترین فلزات در صنایع مختلف به شمار می رود که از ساخت وساز و معماری گرفته تا تولید ماشین آلات و ابزارهای صنعتی استفاده می شود. این فلز به دلیل خواص مکانیکی مناسب و قابلیت شکل پذیری، مورد توجه بسیاری از مهندسان و صنعتگران قرار گرفته است. یکی از عوامل مهم در انتخاب و استفاده از آهن، قیمت آن است که تحت تأثیر عواملی مانند نوع آهن، روش تولید، کیفیت، و شرایط بازار قرار دارد. برای مثال، قیمت فولاد به عنوان یکی از محصولات مهم آهنی، به دلیل نوسانات بازار جهانی و هزینه های تولید، همواره در حال تغییر است.

اگر به دنبال اطلاعات بیشتری درباره آهن و انواع محصولات آن هستید، ادامه این مقاله را از دست ندهید.

آهن چیست

آهن یک عنصر شیمیایی با نماد Fe و عدد اتمی 26 است. این عنصر یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است و هزاران سال است که انسان ها از آن برای اهداف مختلف استفاده می کنند. در این مقاله، خواص، تولید، کاربرد ها، اثرات سلامتی و سایر جنبه های آهن را با جزئیات بیشتر بررسی خواهیم کرد. آهن به راحتی با اکسیژن و آب واکنش می دهد و اکسید آهن، که معمولاً به عنوان زنگ شناخته می شود، در واکنش نامتعادل زیر ایجاد می کند:

 Fe + O2 + H2O → Fe2O3H2O

آهن تحت آزمایش شعله به یک رنگ طلایی درخشان می سوزد و نماد آن “Fe”  است که از نام لاتین آهن “ferrum” به معنای “استحکام” گرفته شده است. آهن دومین فلز فراوان روی زمین است، پس از آلومینیوم اعتقاد بر این است که هسته داخلی زمین عمدتاً از آهن و نیکل تشکیل شده است. آهن خالص در واقع مانند اکثر فلزات کاملاً نرم و انعطاف پذیر است – افزودن کربن و گرما باعث سفت شدن آهن می شود.

آهن با مزایای زیست محیطی فوق العاده می باشد چرا که به راحتی قابل بازیافت است. تحقیقات نشان می دهد که گوشته مریخ دو برابر زمین آهن دارد و رنگ مایل به قرمز این سیاره در واقع زنگار سطح مریخ است.

آهن در جدول تناوبی

نماد عنصر آهن Fe است و عدد اتمی آن بیست و شش است. به عنوان یک فلز انتقالی، آهن در بلوک d، به ویژه در گروه 8 و دوره 4 قرار دارد. پیکربندی الکترون آهن 3d6 4s2 است و بنابراین دارای 2 الکترون ظرفیت است. این یک عنصر بسیار پایدار است. الکترونگاتیوی آهن 1.83 در مقیاس پالینگ است. بسته به ترکیباتی که در آهن وجود دارد، قیمت آهن ها متفاوت است زیرا هر ترکیب عنصری با آهن می تواند خواص منحصر به فردی را به آهن بدهد.

آلیاژهای عنصر آهن

آهن و کربن آلیاژ معروف فولاد را تشکیل می دهند. آهن عامل آلیاژی اصلی در فروآلیاژها است، طبقه بندی آلیاژهایی با کمتر از 50 درصد آهن و غلظت بالایی از سیلیکون، منگنز، آلومینیوم، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم یا عناصر دیگر. فروآلیاژها برای استفاده مستقل مناسب نیستند. بلکه به دلیل نقطه ذوب پایین آنها با عملیات حرارتی به فولاد مایع اضافه می شوند تا فولاد آلیاژی ایجاد شود. بسته به عامل آلیاژی اصلی در فولاد آلیاژی، فلز می تواند خواص شیمیایی متفاوتی داشته باشد. به عنوان مثال بیسموت در فولاد ماشین کاری را بهبود می بخشد، سیلیکون خواص مغناطیسی را افزایش می دهد.

خواص آهن

آهن یک فلز انتقالی است که به رنگ خاکستری نقره‌ای است و هنگام پرداخت ظاهری درخشان دارد. نقطه ذوب 1538 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 2862 درجه سانتی گراد است. آهن انعطاف پذیر و چکش خوار است، به این معنی که می توان آن را به راحتی به اشکال مختلف بدون شکستن شکل داد. رسانای خوبی برای الکتریسیته و گرما است و در دمای اتاق مغناطیسی است. آهن دارای چهار ایزوتوپ پایدار است: ^54Fe، ^56Fe، ^57Fe و ^58Fe.

خواص فیزیکی آهن

آهن یک فلز جامد خاکستری نقره ای براق است که به شکل خالص بسیار انعطاف پذیر است.

• نماد: Fe
• نقطه ذوب: 1536 C
• نقطه جوش: 2861 C
• چگالی: 7.8 گرم در سانتی متر-3
• وزن اتمی: 55.845
• عدد اتمی: 26
• الکترونگاتیوی: 1.83
• طبقه بندی: فلز انتقالی، فلز گروه 8
• فراوانی طبیعی 4 درصد در پوسته زمین

خواص شیمیایی آهن

عنصر آهن یک فلز بسیار واکنش پذیر شیمیایی است و آشکارا با اکسیژن هوای مرطوب واکنش می دهد. در واقع آهن آزاد به راحتی در طبیعت یافت نمی شود. آهن در آب حل می شود و با بخار واکنش می دهد و گاز هیدروژن تشکیل می دهد. آهن همچنین با اسیدهای هیدروهالیک واکنش می دهد و هالیدهای آهنی را تشکیل می دهد. علاوه بر این، آهن به دلیل ساختار الکترونیکی خود ترکیبات هماهنگی را تشکیل می دهد.

تولید آهن

آهن معمولاً از سنگ آهن که سنگی حاوی اکسیدهای آهن است، تولید می شود. متداول ترین روش برای استخراج آهن از سنگ آهن از طریق فرآیندی به نام ذوب است که شامل حرارت دادن سنگ معدن با یک عامل احیا کننده مانند کک (شکل زغال سنگ) و سنگ آهک در کوره بلند است. سپس آهن مذاب حاصل به اشکال مختلف مانند میلگرد، ورق،  پروفیل  و… ریخته می شود. آهن همچنین می تواند از طریق احیای مستقیم تولید شود که شامل کاهش سنگ آهن با گازهای احیا کننده مانند گاز طبیعی یا هیدروژن است.

موارد مصرف آهن

• تولید فولاد

آهن جزء کلیدی در تولید انواع فولاد از جمله پرکاربرد ترین آن ها، فولاد mo40 و فولاد ck45 است که در کاربرد های مختلفی از جمله ساخت و ساز، حمل و نقل و ساخت استفاده می شود. فولاد آلیاژی از آهن و کربن است و می توان آن را به گونه ای سفارشی کرد که دارای خواص مختلفی مانند استحکام، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی باشد. از فولاد برای ساختن همه چیز از ساختمان ها و پل ها گرفته تا ماشین ها و هواپیماها استفاده می شود.

• ساختمان سازی

آهن به اشکال مختلف در صنعت ساختمان سازی از جمله میلگردهای تقویت کننده (میلگرد) سازه های بتنی و تیر ها و ستون های سازه ای استفاده می شود. آهن همچنین در تولید لوله‌ها، اتصالات و سایر اجزای لوله ‌کشی و سیستم ‌های گرمایشی استفاده می‌شود.

• حمل و نقل

از آهن در قالب فولاد در تولید وسایل نقلیه مانند اتومبیل، کامیون و قطار استفاده می شود. از آن برای ساخت بلوک های موتور، شاسی و سایر اجزای ساختاری استفاده می شود. از آهن نیز در تولید ریل استفاده می شود که برای خطوط راه آهن استفاده می شود.

• ماشین آلات و تجهیزات

از آهن در قالب فولاد در تولید ماشین آلات و تجهیزات صنایع مختلف مانند معدن، کشاورزی و ساخت و ساز استفاده می شود. از آن برای ساخت چرخ دنده ها، بلبرینگ ها و سایر اجزای ماشین استفاده می شود. از آهن در تولید ابزارهایی مانند چکش و آچار نیز استفاده می شود.

• اقلام خانگی

آهن در تولید انواع وسایل منزل مانند ظروف آشپزی، کارد و چنگال و لوازم خانگی استفاده می شود. چدن که نیز آلیاژی از کربن و آهن  به دلیل دوام و خاصیت حفظ حرارت، یک ماده محبوب برای ظروف پخت و پز است.

• هنر و مجسمه سازی

آهن توسط هنرمندان و مجسمه سازان برای خلق آثار مختلف از مجسمه های کوچک گرفته تا تاسیسات در مقیاس بزرگ استفاده می شود. آهن را می توان به اشکال مختلف شکل داد و قالب زد و آن را به ماده ای همه کاره برای بیان هنری تبدیل کرد.

آلیاژهای عنصر آهن

آهن و کربن آلیاژ معروف فولاد را تشکیل می دهند. آهن عامل آلیاژی اصلی در فروآلیاژها است، طبقه بندی آلیاژهایی با کمتر از 50 درصد آهن و غلظت بالایی از سیلیکون، منگنز، آلومینیوم، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم یا عناصر دیگر. فروآلیاژها برای استفاده مستقل مناسب نیستند. بلکه به دلیل نقطه ذوب پایین آنها به فولاد مایع اضافه می شوند تا فولاد آلیاژی ایجاد شود. بسته به عامل آلیاژی اصلی در فولاد آلیاژی، فلز می تواند خواص شیمیایی متفاوتی داشته باشد. به عنوان مثال بیسموت در فولاد ماشین کاری را بهبود می بخشد، سیلیکون خواص مغناطیسی را افزایش می دهد.

کاربردهای عنصر شیمایی آهن

کاربردهای آهن در ساخت و ساز

عنصر آهن در طراحی معماری و سازه بسیار مهم است. به عنوان یک عامل آلیاژی کلیدی، آهن به عنوان پایه در ساخت فولاد، ورق آهن، چدن و آهن فرفورژه استفاده می شود. آهن و آلیاژهای آن در طیف گسترده‌ای از صنایع تولیدی استفاده می‌شوند و اجزای ساختاری کلیدی را در وسایل نقلیه، ساختمان‌ها، کشتی‌ها و سایر لوازم تشکیل می‌دهند. عنصر آهن می تواند سازه های بزرگتر و قوی تری را نسبت به سایر مصالح ساختمانی مانند سنگ، چوب و آجر با مصالح کمتر و هزینه کم پشتیبانی کند. فولاد برای ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها، ماشین‌ها، مهر زنی فلزات، ساخت و موارد دیگر استفاده می‌شود – مانند پشم فولادی که عمدتاً آهن خالص با کمی کربن اضافه شده است.

کاربرد آهن به عنوان یک کاتالیزور

آهن فعال یا ترویجی نیز به عنوان کاتالیزور در انواع صنایع شیمیایی استفاده می شود. به طور خاص، مگنتیت، یک اکسید آهن، به عنوان یک کاتالیزور در فرآیند هابر-بوش استفاده می شود. آهن واکنش بین هیدروژن و نیتروژن را برای تولید آمونیاک، یک فرآیند صنعتی در مقیاس بزرگ، سرعت می بخشد. علاوه بر این، مگنتیت در فرآیندهای گاز به مایع (GTL) استفاده می شود که گاز طبیعی را به سوخت مصنوعی تبدیل می کند.

چرا آهن زنگ می زند

عنصر آهن در مجاورت هوا به سرعت اکسید می شود و به اکسیژن و آب به عنوان محیطی نیاز دارد تا اغلب اکسید آهن (III) (Fe2O3) و اکسید آهن (II,III) (Fe3O4) را تشکیل دهد. اکسیدهای آهن، در مجموع به عنوان زنگ شناخته می شوند. زنگ زدن آهن اجتناب ناپذیر است، اما می توان اقداماتی را برای کاهش سرعت انجام داد. یک لایه روغن از رسیدن رطوبت به فلز جلوگیری می کند. گالوانیزه کردن آهن، پوشاندن آن در یک لایه نازک روی، همچنین از رسیدن اکسیژن و آب به فلز جلوگیری می کند. این روند زنگ زدگی را کند می کند.

اکسیداسیون عنصر آهن

عنصر آهن دارای طیف متنوعی از حالت‌های اکسیداسیون از جمله 0، +2، +3، +4 و +6 است، اما رایج‌ترین آنها Fe+2 (آهنی-فرو) و Fe+3 (فریک) هستند. آهن خالص را فقط در محیط های کم اکسیژن به دلیل اکسیداسیون آسان می توان یافت. آهن می تواند به راحتی بین حالت های اکسیداسیون +2 و +3 جابجا شود.

مقاطع سازه ای ساخته شده با عنصر آهن

• میلگرد
• انواع ورق
• انواع پروفیل
• تیرآهن
• انواع نبشی و ناودانی
• انواع لوله

سایر ویژگی های عنصر آهن

• مقاومت در برابر خوردگی آهن

عنصر آهن مستعد خوردگی است، اما می توان آن را از طریق روش های مختلف مانند پوشش با یک لایه رنگ یا مواد محافظ دیگر محافظت کرد. گالوانیزه کردن، که شامل پوشش آهن با لایه ای از روی است، یک روش رایج برای محافظت از آهن در برابر خوردگی است، همچنین میتوان با افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل از خوردگی آهن جلوگیری کرد.

• بازیافت آهن

آهن یک ماده بسیار قابل بازیافت است و معمولاً از ضایعات فلزی بازیافت می شود. بازیافت آهن نیاز به تولید آهن جدید را کاهش می دهد و می تواند به حفظ منابع طبیعی کمک کند.

• قیمت آهن

قیمت آهن بسته به عوامل مختلفی مانند عرضه و تقاضا، هزینه های تولید و شرایط بازار می تواند در نوسان باشد. قیمت آهن اغلب تحت تأثیر تقاضا برای فولاد است .

از چه جایی می توان آهن تهیه نمود؟

آهن را می توان از فروشگاه های معتبر عرضه کننده آهن آلات و فولاد تهیه کرد. یکی از بهترین گزینه ها برای خرید انواع آهن، فولاد حامیران است. این مجموعه به عنوان یکی از تأمین کنندگان بزرگ محصولات فولادی، طیف گسترده ای از انواع آهن، فولاد ساختمانی، میلگرد، تیرآهن، و ورق های فولادی را با کیفیت بالا و قیمت رقابتی ارائه می دهد. همچنین، وب سایت فولاد حامیران به صورت روزانه قیمت محصولات را به روزرسانی می کند و امکان خرید آسان و مطمئن را برای مشتریان فراهم می سازد.