氧化鐵（英文名稱：Ferric 氧化物，別名鐵紅，鐵銹，三氧化二鐵，氧化鐵紅），鐵氧化物的一種，屬于無機化合物，化學式為Fe?O?，分子量為159.69 g/mol。氧化鐵常溫下為紅棕色固體粉末，無臭，通常以α-Fe?O?晶型的剛玉型三方晶系結構存在，少部分以亞穩定晶型γ-Fe?O?的立方晶系結構存在。氧化鐵不溶于水、有機酸和有機溶劑，溶于鹽酸、硫酸，微溶于硝酸。三氯化鐵也可被一氧化碳、氫氣等還原性氣體還原，且完全還原產物為鐵。利用這一性質，氧化鐵也被廣泛用于工業煉鐵。氧化鐵常存在于天然赤鐵礦物中，同時也是鐵銹的主要成分。除煉鐵的應用以外，氧化鐵還常用于催化，磁帶記錄，顏料染色，醫藥、珠寶、油漆、橡膠、塑料、建筑、陶瓷等的著色，食用紅色素及分析試劑、拋光劑等行業中。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單包含氧化鐵。
自然存在
1.赤鐵礦是廣泛分布在各種巖石中的副礦物，以分散顆粒狀存在于火成巖中，在特殊的情況下，在區域變質巖中形成巨大的塊體，含鐵量高達70%并且可以大量產出，以菱面體、板狀、致密塊狀等形狀出現，亮閃閃鋼灰色晶體為鏡鐵礦，鱗片狀的為云母赤鐵礦，松軟土狀的為赭石，球狀聚集體為腎鐵礦，纖維狀的為筆鐵礦。世界赤鐵礦的主要產地有巴西、澳大利亞、美國、俄羅斯、中國、法國和瑞典等地，其中較著名的有美國蘇必利爾湖和克林頓、巴西的邁拉斯格瑞斯、俄羅斯克里沃伊洛格，中國著名產地包括遼寧鞍山、甘肅鏡鐵山、湖北大冶、湖南寧鄉和河北宣化等地。
2.磁赤鐵礦常以針狀、板狀以及云母片狀生長于磁鐵礦中。因此磁赤鐵礦的分布與磁鐵礦密切相關。
物質結構
氧化鐵常以α-Fe?O?和γ-Fe?O?兩種形式存在，其中α-Fe?O?為氧化鐵的穩定存在形式，且α-Fe?O?在一定條件下可轉換為γ-Fe?O?形式。而γ-Fe?O?則為較低溫度下氧化得到的亞穩態形式，在一定溫度下加熱便會完全轉換為α-Fe?O?形式。其中，對于二者的金屬-氧鍵能，α-Fe?O?＞γ-Fe?O?。
α-Fe?O?，也稱赤鐵礦，屬于剛玉型三方晶系結構，Fe3?處于O2?形成的接近六方密堆積的空隙中，被六個相等距離的O2?包圍，晶格參數a=5.0356nm，c=13.7489nm，每個晶胞有6個Fe?O?單元。在α-Fe?O?中，O2?沿六角形封閉晶格的（001）平面排列，而三分之二的八面體間隙被（001）基面上的陽離子Fe3?占據。
此外，α-Fe?O?在約260 K（莫林相變溫度）以下是反鐵磁性的，并且在260 K和950 K的奈耳溫度之間表現出弱鐵磁性。其制備可通過熱分解法或液相沉淀法實現，磁性受壓力、粒度及磁場強度影響。α-Fe?O?和α-Al?O?（剛玉）的晶體結構十分類似。
γ-Fe?O?，也稱為磁赤鐵礦，是氧化鐵的低溫亞穩態形式，屬于立方晶系結構。γ-Fe?O?的晶體結構和Fe?O?晶體十分類似，晶體中的Fe3?分布在立方晶系結構中的氧原子的四面體中心A位置上和氧的八面體中心B的位置上。
理化性質
物理性質
純氧化鐵常溫下為無味的紅至紅棕色無定形固體粉末（天然品俗稱西紅），其顏色受顆粒大小、結晶形態、溫度、制備方法及處理工藝等因素影響，可呈現檸檬黃色、橙色、棗紅色、紫紅色、紅褐色等不同色彩。其相對密度（水=1）為5.12～5.25（或5.24g/cm3），不溶于水、有機酸和有機溶劑，可溶于鹽酸、硫酸等無機酸，微溶于硝酸。該物質顆粒細小（粒徑0.01～0.05μm），比表面積較大（約為普通氧化鐵紅的10倍）；具備較強的紫外線吸收能力，耐光性與耐大氣腐蝕性良好；部分形態（如透明氧化鐵紅）在漆膜或塑料中可呈現透明狀態。在標準的大氣壓力下，氧化鐵的熔點為1565℃，氧化鐵具有兩種晶型，分別為穩定剛玉型三方晶系結構的α型晶體和亞穩定立方晶系結構的γ型晶體，氧化鐵的折射率為3.19。
化學性質
與酸反應
氧化鐵可與酸反應生成鹽和水。
氧化還原
制備方法
工業生產
干法
直接氧化煅燒工藝制備氧化鐵的流程如下圖所示：
干法高溫煅燒制備氧化鐵的基本工藝流程為下圖所示：
濕法
以精制后的氧化亞鐵和氨水為原料混合，控制pH值在8.5-9之間，通入氧氣使混合物進行氧化還原反應可獲得γ-FeOOH晶體。該過程主要的化學方程式為：
將晶種懸浮液加熱至一定溫度，同時加入精制硫酸亞鐵溶液和中和劑氨水，并通入壓縮空氣，控制該過程pH值為5-6，可獲得α-Fe?O?·H?O，晶種γ-FeOOH也轉變為α-Fe?O?·H?O。該過程主要的化學方程式為：
經過一系列的除雜操作后，在800℃左右的高溫下煅燒α-Fe?O?·H?O即可獲得純凈的氧化亞鐵。
該工藝的基本流程如下圖所示：
以氫氧化鐵為晶種:
濕法制備氧化鐵的基本工藝流程如下圖所示：
納米氧化鐵
尿素發生分解：
鐵離子發生沉淀：
對沉淀進行熱處理：
采用均勻沉淀法所制得產品具有粒徑分布區間小和顆粒分散較好的優點，并且可以通過控制煅燒溫度，獲得利用價值較高的中間產物FeOOH。
應用領域
催化
α-Fe?O?粉體粒子具有巨大的比表面積，表面效應顯著，是一種很好的催化劑。采用納米氧化鐵制成的催化劑的活性、選擇性都高于普通的催化劑，并且壽命長、易操作，廣泛應用于有機高分子化合物氧化、還原和合成催化領域中。
磁帶
矯頑力約為300漢斯·奧斯特的γ-Fe?O?的微細粉末與樹脂混合可作為磁記錄的鐵氧化物。將混合物涂抹在塑料膠片和AI板上，利用磁場中的涂敷技術，可以提高膠片的性能。γ-Fe?O?的形狀具有各向異性可以穩定產生較高的矯頑力，與樹脂混合時，磁性粉末更容易獲得較高的填充密度。γ-Fe?O?的這一特性使之可以廣泛的應用于錄音磁帶、計算機磁帶、電影錄音磁片和復制母帶等磁性記錄設備中。
四氧化三鐵具有特殊的超順磁性，在巨磁電阻、磁性液體和磁記錄、軟磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探測器等方面具有廣闊的應用前景。
顏料
納米氧化鐵分散在透明介質中制成連續的薄膜時具有透明的著色效果，并且耐溫、耐候、耐酸堿，廣泛用作高檔汽車面漆、建筑涂料、防腐涂料等。
醫藥
利用磁性α-Fe?O?納米粒子在人體內的傳輸的特點制成藥物載體，通過靜脈注射到動物體內，在外加磁場作用下通過納米微粒的磁性導航，使其移動到病變部位可達到定向治療的目的。
檢測
氧化鐵可用于生產性能靈敏的傳感器，用于檢測H?、乙醇、CO及其他有毒氣體。在納米α-Fe?O?中適當摻雜重金屬(如Pb2?，Ni2?，Sn??等)可提高其導性和靈敏度。
珠寶
赤鐵礦加工制成的寶石折射率是所有寶石中最強的。大部分赤鐵礦呈黑色、銀灰色或深褐紅色，對其進行拋光加工后，會使其表面會散發強的金屬光澤，常被珠寶市場稱作“黑鉆”。片狀集合體形式存在的赤鐵礦會像綻開的玫瑰花瓣排列，因此赤鐵礦也有有“鐵玫瑰”的稱號。
赤鐵礦是在維多利亞時期歐洲十分受歡迎的寶石。美洲西部人民也會利用赤鐵礦加工佩戴或擺件裝飾品。
冶金
氧化鐵的主要用途是作為鋼鐵冶煉的原料，例如鐵、鋼和許多合金生產；以氧化鐵為原料，利用氣體還原劑還原氧化鐵可直接煉鐵。20世紀60年代中期，工業上便開始采用該方法煉鐵。
安全事宜
健康危害
吸入和攝入鐵化合物會對人體肺部和胃腸道造成刺激。長期處在氧化鐵粉塵的環境中，肺部會纖維化，肺功能受損嚴重。嚴重者會加大肺結核和肺癌的發病概率。
防護措施
在從事相關工業工作時，需要佩戴隱形眼鏡或特定的眼部保護設備，防止化學煙塵污染眼部，同時佩戴口罩，避免吸入。
急救措施
參考資料 >