همه چیز درباره ی آهن

آهن یکی از پرکاربردترین و مهم ترین فلزات در صنایع مختلف به شمار می‌رود که از ساخت وساز و معماری گرفته تا تولید ماشین آلات و ابزارهای صنعتی استفاده می‌شود. این فلز به دلیل خواص مکانیکی مناسب و قابلیت شکل‌پذیری، 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.

بسته به ترکیباتی که در آهن وجود دارد، قیمت آهن‌ها متفاوت است. ترکیب هر عنصر با آهن می‌تواند خواص منحصر به فردی را به آهن بدهد.

اگر به دنبال اطلاعات بیشتری دربارۀ آهن و انواع محصولات آن هستید، ادامۀ 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 کهانسان‌ها از آن برای اهداف مختلف استفاده می‌کنند. در این مقاله، خواص، تولید، کاربردها، اثرات سلامتی، و سایر جنبه‌های آهن را با جزئیات بیشتر بررسی خواهیم کرد. آهن به‌راحتی با اکسیژن و آب واکنش می‌دهد و اکسید آهن ایجاد می‌شود، که معمولاً به عنوان زنگ شناخته می‌شود. موازنه نشده:

 Fe + O2 + H2O → Fe2O3H2O

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

آهن دارای مزایای زیست‌محیطی فوق العاده می‌باشد چرا که به‌راحتی قابل بازیافت است.

تحقیقات نشان می‌دهد که گوشتۀ 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 می‌دهند. آهن عامل آلیاژی اصلی در فروآلیاژها است، طبقه‌بندی آلیاژهایی با کمتر از 50 درصد آهن و غلظت بالایی از سیلیکون، منگنز، آلومینیوم، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، یا عناصر دیگر. فروآلیاژها برای استفادۀ مستقل مناسب نیستند. بلکه به دلیل نقطۀ 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 می‌تواند خواص شیمیایی متفاوتی داشته باشد. به عنوان مثال بیسموت در فولاد ماشین‌کاری را بهبود می بخشد، و سیلیکون خواص مغناطیسی را افزایش می‌دهد.

خواص آهن

آهن فلز انتقالی به رنگ خاکستری نقره‌ای است و هنگام پرداخت ظاهری درخشان دارد. نقطۀ ذوب 1538 درجه سانتی گراد و نقطۀ جوش 2862 درجه سانتی گراد است. آهن انعطاف‌پذیر و چکش‌خوار است، به این معنی که می توان آن را به‌راحتی 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 تولید می‌شود که سنگی حاوی اکسیدهای آهن است. متداول‌ترین روش برای استخراج آهن از سنگ آهن از طریق فرآیندی به نام ذوب است که شامل حرارت دادن سنگ معدن با عامل احیاکننده مانند کک (شکل زغال سنگ) و سنگ آهک در کورۀ بلند است. سپس آهن مذاب حاصل به اشکال مختلف مانند میلگرد، ورق،  پروفیل  و… ریخته می‌شود. آهن همچنین می‌تواند از طریق احیای مستقیم تولید شود که شامل کاهش سنگ آهن با گازهای احیاکننده مانند گاز طبیعی یا هیدروژن است.

موارد مصرف آهن

• تولید فولاد

آهن جزء کلیدی در تولید انواع فولاد از جمله پرکاربردترین آنها، فولاد mo40 و فولاد ck45 است که در کاربردهای مختلفی از جمله ساخت و ساز و حمل و نقل و ساخت استفاده می‌شود. فولاد آلیاژی از آهن و کربن است و می‌توان آن را به گونه‌ای سفارشی تولید کرد که دارای خواص مختلفی مانند استحکام، شکل‌پذیری، و مقاومت در برابر خوردگی باشد. از فولاد برای ساختن همه چیز از ساختمان‌ها و پل‌ها گرفته تا ماشین‌ها و هواپیماها استفاده می‌شود.

• ساختمان سازی

آهن به اشکال مختلف در صنعت ساختمان‌سازی از جمله میلگردهای تقویت‌کننده (میلگرد) سازه‌های بتنی و تیرها و ستون‌های سازه‌ای استفاده می شود. آهن همچنین در تولید لوله‌ها، اتصالات، و سایر اجزای لوله ‌کشی و سیستم‌های گرمایشی استفاده می‌شود.

• حمل و نقل

از آهن در قالب فولاد در تولید وسایل نقلیه مانند اتومبیل و کامیون و قطار استفاده می‌شود. از آن برای ساخت بلوک‌های موتور و شاسی و سایر اجزای ساختاری استفاده می‌شود. از آهن همچنین در تولید ریل برای خطوط راه آهن استفاده می‌شود.

• ماشین آلات و تجهیزات

از آهن در قالب فولاد در تولید ماشین آلات و تجهیزات صنایع مختلف مانند معدن و کشاورزی و ساخت و ساز استفاده می‌شود. از آن برای ساخت چرخ دنده‌ها و بلبرینگ‌ها و سایر اجزای ماشین استفاده می‌شود. از آهن در تولید ابزارهایی مانند چکش و آچار نیز استفاده می‌شود.

• اقلام خانگی

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

• هنر و مجسمه سازی

آهن توسط هنرمندان و مجسمه‌سازان برای خلق آثار مختلف از مجسمه‌های کوچک گرفته تا تأسیسات در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود. آهن را می‌توان به اشکال مختلف شکل داد و قالب زد و آن را به ماده‌ای 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 عامل آلیاژی کلیدی، آهن به عنوان پایه در ساخت فولاد، ورق آهن، چدن، و آهن فرفورژه استفاده می‌شود. 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 می‌تواند سازه‌های بزرگتر و قوی‌تری را نسبت به سایر مصالح ساختمانی مانند سنگ، چوب، و آجر با مصالح کمتر و هزینۀ 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 اضافه‌شده است.

کاربرد آهن به عنوان یک کاتالیزور

آهن فعال یا ترویجی نیز به عنوان کاتالیزور در انواع صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. به طور خاص، مگنتیت (Fe²⁺Fe3+2O₄)، یک نوع اکسید آهن، به عنوان کاتالیزور در فرآیند هابر-بوش (Haber-Bosch process) استفاده می‌شود. واکنش بین هیدروژن و نیتروژن برای تولید آمونیاک، فرآیند صنعتی در مقیاس بزرگ است، و آهن آن را سرعت می‌بخشد. علاوه بر این، مگنتیت در فرآیندهای گاز به مایع (gas to liquids: GTL) استفاده می‌شود که گاز طبیعی را به سوخت مصنوعی تبدیل می‌کند.

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 می‌توان آن را از طریق روش‌های مختلف مانند پوشش با یک لایه رنگ یا مواد محافظ دیگر محافظت کرد. گالوانیزه کردن، که شامل پوشش آهن با لایه‌ای 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 ماده‌ای بسیار قابل بازیافت است و معمولاً از ضایعات فلزی بازیافت می‌شود. بازیافت آهن نیاز به تولید آهن جدید را کاهش می‌دهد و می‌تواند به حفظ منابع طبیعی کمک کند.

• قیمت آهن

قیمت آهن بسته به عوامل مختلفی مانند عرضه و تقاضا و هزینه‌های تولید و شرایط بازار می‌تواند در نوسان باشد. قیمت آهن اغلب تحت تأثیر تقاضا برای فولاد است .

از چه جایی می توان آهن تهیه نمود؟

آهن را می‌توان از فروشگاه‌های معتبر عرضه‌کنندۀ آهن آلات و فولاد تهیه کرد. یکی از بهترین گزینه‌ها برای خرید انواع آهن، فولاد حامیران است. این مجموعه به عنوان یکی از تأمین‌کنندگان بزرگ محصولات فولادی، طیف گسترده‌ای از انواع آهن، فولاد ساختمانی، میلگرد، تیرآهن، و ورق‌های فولادی را با کیفیت بالا و قیمت رقابتی ارائه می‌دهد.

وبسایت فولاد حامیران به صورت روزانه قیمت محصولات را به‌روزرسانی می‌کند و امکان خرید آسان و مطمئن را برای مشتریان فراهم می‌سازد.