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本文转自化学一点通,谨此致谢!
有老师咨询青砖中到底是因为含有Fe3O4还是FeO使得其显示青色。有的试题说是因为Fe3O4,有的试题则说是因为FeO。请看几例:
青砖是红砖开窑时倒入水形成的,水与C形成水煤气还原氧化铁后产生的,无论是四氧化三铁还是氧化亚铁,肯定具有二价铁。那么到底青砖主要含有Fe3O4还是FeO呢?我们通过一些专业文章进行考证。
《张掖仿古青砖质量技术指标研究》作者:杨玮玮
《山西广武明代长城青砖的分析检测》(古建筑文物集萃)作者:曹红红 曹然
《基于仪器分析的古青砖表面品质影响因素》(建筑材料学报)作者:王炎松 伍小敏 吴光龙 刘雪
《关于青砖生产工艺的研究》作者:占鸿鸣 李克生
《青砖生产工艺探讨与开发》 作者:许拥胜
根据很多专业研究青砖的论文看,一般都是认为青砖中含有FeO导致青砖显示青色。也有资料说是氧化亚铁又与二氧化硅生成青色的硅酸亚铁玻璃相。注意有些文章中出现了青砖中元素含量情况,是用Fe2O3表示的这里应该是一种习惯的表示方法,就是铁元素一律用氧化铁形式表示。我们再通过热力学做一下计算:
据此计算出:3Fe2O3(s)+H2(g)=2Fe3O4(s)+H2O(g) △G=-32.8kJ/mol
Fe2O3(s)+H2(g)=2FeO(s)+H2O(g) △G=+25kJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △G=-61.5kJ/mol
Fe2O3(s)+CO(g)=2FeO(s)+CO2(g) △G=-3.7kJ/mol
从热力学计算来看,生成Fe3O4的倾向性更大。标态、常温下氢气还原氧化铁为FeO甚至都不自发。CO还原氧化铁到FeO的△G接近0,自发性也非常弱。所以热力学计算支持青砖中更可能是含有Fe3O4概率更大。再来看一看专业的教材的分析。
《钢铁冶金原燃料及辅助材料》 储满编著
《低碳绿色炼铁技术丛书 氢冶金初探》 张建良,李克江,刘征建,杨天钧编
《关于青砖生产工艺的研究》作者:占鸿鸣 李克生
根据上述专业书籍中Fe-O-H2/C曲线,结合青砖烧制温度(根据上述资料青砖窑还原烧成温度1000℃,余热维持500℃至出窑温度180℃)。推测青砖应该含Fe3O4更合理。但根据冶铁机理分析,砖块表面接触还原气体更充分,还原成FeO更合理,砖芯内部由于不易获得充足的还原气体生成Fe3O4貌似更靠谱。
总结:根据上述分析,我们知道一些专业砖瓦烧制文章,一般认为青砖颜色是因为形成了FeO所致,但并未给出有说服力的波谱分析结果。从热力学角度及专业相图分析看,青砖显青色主要应该是被还原为Fe3O4更合理一些。FeO或Fe3O4中的+2价铁也可能跟SiO2作用形成硅酸亚铁。考虑到青砖烧制过程非常复杂,不同类型的窑炉,不同的还原工艺,砖表面和砖芯的反应氛围也大不相同。推测真实的青砖成分应该非常复杂,需要各位专业人士继续研究。
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