Kırmızı Demiroksit Nedir
Ticari Mineralleri: Demir oksit pigmentleri doğal ve sentetik olmak üzere başlıca iki gruba ayrılır. Bu gruplara ait ticari mineraller Çizelge 1’de verilmiştir.
| Demir Oksit Pigmentleri | Doğal | Sentetik |
| Sarı | Götit (aFeOOH.xH2O)
Lepidokretit (gFeOOH.xH2O) Okr Siyena Limonit |
Götit |
| Kırmızı | Hematit (Fe2O3)
Siderit (kalsine) Pirit (kalsine) |
Hematit |
| Kahverengi | Ombra
Limonit (kalsine) Siderit (kalsine) Götit (sülfür) |
Öğütülmüş Hematit
Götit ve Manyetit Manyetit, Hematit |
| Siyah | Manyetit (Fe3O4)
Karışık Mineral |
Manyetit |
Özellikleri:
Doğal demir oksit pigmentleri, dört ana bölümde incelenir. Bunlar, ocher (okr), umber (ombra), sienna (siyena) ve kırmızı demir oksitlerdir. Gruplandırmalarında ise ana kriterler renk değişimleri ve kimyasal içerikleridir. Genellikle okrlar sarıdan kırmızıya değişen tonlarda, siyenalar sarıdan turuncuya değişen tonlarda, ombralar ise koyu kahverengi tonlarında değişim gösterir. Ayrıca bu pigmentler tipik coğrafyalarına göre; İspanyol kırmızısı, Afrika Okru gibi isimler alırlar.
Demir oksit pigmentleri; boyanın sarıdan siyaha kadar tüm renklerini elde etmek için kullanılan önemli bir pigment grubudur. Ancak son zamanlarda demir oksitlerin doğal kullanımı yerine sentetik olanları önem kazanmaya başlamıştır.
Demir oksit pigmentlerinin çok iyi boyama gücü ve yetenekleri vardır. Genel olarak, doğal çeşitleri ticari anlamda okr (sarı ve kırmızının tonları), siyena (turuncu tonları) ve ombra (koyu kahverengi ) olarak bilinir [3].
Kırmızı Tonları:
Doğal kırmızı demir oksit pigmentlerinin (red okr) kırmızısının derin tonlarının nedeni %60-90 arasındaki hematit içeriğidir. Dünyanın en önemli kaynakları İspanya’dadır. Fe2O3’ün limonit formunun geniş olarak bulunması dolayısıyla sarı ve turuncu tonları da aynı şekilde ortaya çıkmaktadır. Sarı tonları %20 limonit içeriği ile kil içeriğinden kaynaklanmaktadır. Turuncu tonları aynı zamanda düşük miktarda MgO içermektedir.
Kahverengi Tonları:
Ombralar yüksek MgO içerikleriyle diğer demir oksit pigmentlerinden ayrılırlar.
Ocher:
Genellikle sarı renktedir. Fe2O3 içeriği % 20-50 arasında değişmektedir. Fransız okr özellikle seramik endüstrisinde sarı pigment kaynağı olması açısından çok önemlidir. En önemli üretim bölgeleri Güney Afrika, ABD, Çin ve Brezilya’dır. ASTM standartlarına göre okrların minimum ferrik oksit içeriği % 17 ve +325 mesh tane boyutu maksimum % 1 civarında olmalıdır.
Umber:
En önemli yataklar Kıbrıs ve ABD’de bulunmaktadır. Tipik ombra % 10 MnO2 içermektedir.
Sienna:
En önemli yataklar İtalya, ABD ve Kıbrıs’ta bulunmaktadır. Minimum Fe2O3 içeriği % 38, +325 mesh tane boyutu % 2 civarında, maksimum kalsiyum oksit içeriği ise % 5 olmalıdır.
Doğal Kırmızı ve Siyah Oksitler:
Hematit veya doğal kırmızı oksitler demir oksit pigmentlerinin ana kaynağıdır. Doğal kırmızı oksitle kırmızı okr arasında çok bariz farklılıklar olmasa da doğal oksitler minimum % 80 Fe2O3 içermelidir. Ayrıca +325 mesh tane boyutu maksimum %0.5 olmalıdır. İspanya, ABD, Güney Afrika ve Avustralya en büyük rezervi olan ülkelerdir.
Doğal demir oksit pigmentleri ise magnetitten üretilmektedir. En büyük üretici ülkeler İspanya ve ABD’dir. Özellikle öğütme sırasında sorun oluşturacağından kuvars içeriği önemlidir.
Mikalı Demir Oksitler:
Mikalı demir oksitler spekülar hematit olarak da bilinmektedir. En önemli kaynakları Avusturya, İspanya, Güney Afrika ve Avustralya’dır. Spekülaritin en önemli özelliği termal duyarlılığıdır. Spekülarit minimum % 85 Fe2O3 içeriğine sahip olmalı ve içinde çözünebilen tuzlar minimum olmalıdır.
Spekülarit (Demir Mikası):
Levhamsı, pulsu hematite spekülarit denir. Siyah renkte, metal parlaklığında, çizgi rengi kırmızı ve kahverengi olan gevrek yapılı bir metal oksittir. Sertliği 6.5 (Mohs) ve yoğunluğu 5.2-5.2’tür. Hidroklorik asitte yavaş yavaş erir, üfleç ateşinde erimez. Romboedrik kristalleri olduğu gibi, pullu cinsi demir mikası ismini alır. Türkiye’de spekülarit rezervlerinin Adana ve Erzurum bölgelerinde olduğu bilinmektedir.
Bazı doğal demir oksit yataklarına ait bazı fiziksel ve kimyasal özellikler Çizelge 2.’de verilmektedir.
3. Kullanım Alanları:
Demir oksit pigmentlerinin başlıca kullanım alanları boya, plastik, seramik, kağıt sanayidir. Özellikle boya endüstrisinde suda çözünebilen farklı renklerin üretilebilmesinde önem kazanmaktadır. [2,3]
Doğal demir oksit ucuz pigment olarak çeşitli boyalar, mürekkep, plastikler, lastik, kağıt ve yapı malzemeleri, harç, tuğla, fayans, hayvan yemi, ilaç ve kozmetik ürünleri yapımında kullanılır.
Çizelge 2. Bazı Demir Oksit Yataklarına Ait Fiziksel ve Kimyasal Özellikler [6]
|
ABD |
Venezuella |
ABD |
İtalya |
Kıbrıs |
ABD |
|
|
Hematit |
Hematit |
Okr |
Siyena |
Ombra |
Manyetit |
|
| Fe2O3 (%) |
63.0 |
96.5 |
50.0 |
62.0 |
45.0 |
98.5 |
| SiO2 (%) |
12.6 |
1.5 |
14.0 |
Al Silikatları |
Al Silikatları |
Al Silikatları |
| Al2O3 (%) |
4.8 |
1.5 |
6.0 |
|||
| MgO (%) |
3.2 |
0.02 |
0.2 |
|||
| CaO (%) |
7.5 |
0.03 |
0.2 |
|||
| MnO2 (%) |
– |
0.02 |
0.62 |
11.0 |
||
| Ort. Tane Boy (mm) |
0.8 |
3.0 |
1.0 |
0.6 |
3.0 |
– |
| Yağ Absorbsiyonu |
15 |
14 |
24 |
36 |
44 |
15 |
| K.K. (%) (1.000oC) |
8.2 |
0.5 |
9.0 |
15-20 |
10-15 |
– |
| Renk |
Kahverengi, Kırmızı |
Kırmızımsı, Kahverengi |
Kahverengi, Sarı |
Mat Kırmızı |
Yeşilimsi, Kırmızı |
Siyah |
| Yüzey Alanı (m2/g) |
8.0 |
6.1 |
15.4 |
33.4 |
101.7 |
4.3 |
| Yoğunluk |
3.78 |
4.9 |
3.47 |
3.58 |
3.24 |
5.03 |
Hematit; yüksek yoğunluğu, iri tane boyutu ve düşük yağ absorblama özelliklerinden dolayı birincil boyama işlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca korozyona karşı koruma etkisi göstermektedir.
Mikalı demir oksit veya spekülar hematit plakalı bir pigment olup lamelli film yapısının korozyon kontrolünde kullanılır. Doğal ombra boyası ve siyena, sentetik malzemeler tarafından elde edilemeyen bir renge sahiptirler. İşlem görmüş doğal demir oksit [baryum ferrit (BaFe12O19), manganez çinko ferrit (MnxZny.Fe2O4)] elektronik ve manyetik mürekkep sanayinde kullanılır. Doğal demir oksitlerle karşılaştırıldığında, sentetik ürünlerin yüksek üniformluk, renk saflığı, renk verme gücü ve renk sabitliğinin kontrolü açısından avantajları bulunmaktadır. Beslenen malzemenin kimyasal saflığı, ağır metal (Sb, As, Cd, Hg, Se) içeriğinin düşürülmesiyle kontrol edilmektedir. İşlem görmüş doğal malzemelerin yanı sıra sentetik ürünler, sürekli magnetlerde kullanılan ferritlerin yapımında kullanılmaktadır. İnce öğütülmüş hematit aşındırıcı özelliği nedeniyle optik cilalama ve mücevherat parlatmasında, yüksek özgül ağırlığı nedeniyle de sondaj çamurunda ve yoğun agregalarda kullanılmaktadır.
Nitelikleri, Sınırlamalar:
Demir oksitlerde kullanım alanlarına göre aranılan bazı nitelikler ve sınırlamalar aşağıda verilmektedir. [6]
Boya Pigmenti: boya endüstrisinde pigment olarak kullanılan demir oksitler Fe2O3 içeriklerine göre A,B,C ve D olarak sınıflandırılmıştır. Bu sınıflandırma Çizelge 3.’te verilmektedir. Bu sınıflandırılmanın dışındaki diğer kısıtlamalar; çözünebilir ve uçucu madde miktarı, parça boyutu –10 veya -50mm ve özgül yüzey alanıdır. ASTM sınıflamasına göre: okrlar min. %17 Fe2O3, maks. %1 nem ve uçucu madde; siyena min %38 Fe2O3 ve maks. %4 nem ve uçucu madde
Ferritler: (sert) min. %98 Fe2O3 , maks. %0.3 SiO2, %0.25 Cl, %0.5 MnO2, %0.2 Al2O3, %0.1 Cr2O3, %1 nem ve –325 mesh %85
API: yoğunluk > 5 ve –200 mesh
Yüksek Yoğunluklu Agrega: min. %65 Fe, Maks. %5 Al2O3 + SiO2, su absorbsiyonu maks. %4, düşük alkali içeriği ve yoğunluk 4.5-5.1
Hayvan Yemi: maks. 5 ppm As, 20 ppm Pb ve 3 ppm Hg
Eczacılık ve Kozmetik: maks. 3 ppm As, 10 ppm Pb ve 3ppm Hg
Ülkemizde ve Dünyada Rezerv, Üretim, Tüketim ve Ticareti:
En önemli demir oksit pigment yatakları Arjantin, Breziya, Kıbrıs, Almanya ve ABD’de bulunmaktadır. Bu ülkelere ait rezerv değerleri Şekil 1.’de verilmiştir
|
Demir Oksit Türü |
A (%Fe2O3) |
B (%Fe2O3) |
C (%Fe2O3) |
D (%Fe2O3) |
| Kırmızı |
95 |
70 |
50 |
10 |
| Sarı |
83 |
70 |
50 |
10 |
| Kahverengi |
87 |
70 |
30 |
– |
| Siyah |
95 |
70 |
– |
– |
| Mikalı |
85 |
– |
– |
– |
ABD Maden Bürosu (US Bureau of Mines) verilerine göre 18 ülkede doğal demir oksit pigmenti üretimi yapılmaktadır. Özellikle; Kıbrıs, İspanya, Avusturya, Çin, Güney Afrika, Brezilya ve ABD en önemli üretici ülkelerdir. Sentetik demir oksit pigmentleri üretiminde ise Almanya, ABD, İngiltere, Japonya ve Meksika başı çeken ülkeler arasındadır. Bu ülkelerin 1993 yılına ait üretimleri Çizelge 4.’te verilmiştir.
| Ülke | Üretim (ton) |
| Hindistan (okr) |
175.000 |
| ABD |
38.000 |
| İspanya (okr) |
20.000 |
| Fransa |
12.000 |
| Avusturya |
10.000 |
Son yıllarda kimyasal yöntemler kullanılarak sentetik demir oksit pigmentlerinin üretimi çok yaygındır.
Kırmızı: En önemli gruplardan birisi olan sentetik kırmızı demir oksit üretimi dört yöntemle yapılmaktadır. Bunlardan üçü kalsinasyon prensibine dayanırken, diğeri kimyasal çözündürmedir. Bu prosesler sonucu açık renkten koyu renge kadar farklı tonlarda kırmızı pigment üretilmektedir.
Sarı: Sarı pigment üç prosesle üretilmektedir. İki proses demir oksit tuzlarında çözünürlüktür. Renk değişimi, tane boyutuna ve reaksiyon zamanına bağlı olarak değişir. Uzun reaksiyon zamanı ve büyük tane boyutu turuncu renkleri verirken, kısa reaksiyon zamanı ve küçük tane boyutu sarı tonlarda renk vermektedir.
Kahverengi: Üç yöntemle üretilmektedirler.
· Sentetik kırmızı, sarı ve siyah pigmentlerin karıştırılması
· Doğrudan çöktürme
· Sentetik siyah oksidin kontrollü reaksiyonu.
Siyah: En erken üretilen pigmentler olan siyah pigmentlerin üretimi sentetik sarı oksitlerin üretimi ile aynıdır.
Pazarlama Koşulları, Başlıca Alıcı ve Satıcı Firmalar:
Başlıca alıcı ve satıcı firmalar; Alabama Pigments. Co., Arizona Oxides L.L.C., Bayer Corp. Blue Ridge Talc Co., Harcros Pigments Inc., Mapico Inc, Weirton Stell Corp., International Stell Services Inc., Virginia Earth Pigments Co.’ dur.
Satış Fiyatları:
Doğal ve sentetik demir oksit pigmentlerine ait satış fiyatları aşağıda verilmiştir. [6]
Doğal demir oksitlerin FOB Fiyatları: 0.60 $/kg (siyah), 2.00 $/kg (mikalı), 1.10 $/kg (kırmızı), 0.75-1.25 $/kg (ABD, sarı)
Sentetik demir oksitlerin FOB, ABD fiyatları: 2.00-2.10 $/kg (siyah, çöktürülmüş), 2.40-2.50 $/kg (hayvan yemi ve kozmetik kalite), 1.95-2.10 (kırmızı, çöktürülmüş), 1.75-4.00$/kg (sarı, kalsine), 5.50-11.00 $/kg (manyetit)
Ferrit Kalitesi: 2.25-2.50 $/kg (kırmızı demir oksit)
Yerine Geçebilecek Mineraller, Geri Kazanma Olanakları:
Doğal demir oksitlerden üretilen sentetik demir oksitler birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak geri kazanımı ile ilgili uygulama yoktur.
Özel Özet Bilgiler ve Yorumlar:
Sentetik demir oksitlerin doğal demir oksitlere göre daha çok tercih edildiklerinden önceki bölümlerde bahsedilmişti. Bunun en önemli sebeplerinden biri çoğu demir oksit pigmentinin reaktif özellik göstermemesi ve bünyesinde çok az miktarda ağır metal ve toksik madde bulundurmasıdır. Gıda ve ilaç sektöründe de renklendirici olarak kullanılan bu pigmentler bu sayede halk sağlığını tehdit etmemektedirler.