کلرید آهن

کلرید آهن یا فریک کلرید با فرمول شیمیایی  ₃ FeCl  یک ترکیب شیمیایی پرکاربرد و شناخته شده است که نقش مهمی در فرآیندهای صنعتی و شیمیایی دارد. این ترکیب به عنوان ماده ای در تصفیه آب و فاضلاب، حکاکی مدارهای چاپی، و تنظیم pH استفاده می شود. کلروفریک در تماس با هوا بخاراتی آزاد می کند که می تواند تحریک کننده باشد، بنابراین استفاده از آن نیازمند رعایت اصول ایمنی است.

کلرید آهن چیست؟

کلرید آهن یکی از ترکیبات شیمیایی پرکاربرد است که نقش مهمی در تصفیه آب، صنایع الکترونیک، و تولید مواد شیمیایی دارد. از کلرید آهن می توان در دستگاه تصفیه آب صنعتی نیز استفاده نمود. این ماده در آب حل شده و با یون‌های هیدروکسید واکنش می‌دهد و منجر به تشکیل هیدروکسید آهن می‌شود. هیدروکسید آهن به‌عنوان یک منعقدکننده عمل کرده و به حذف ذرات معلق و کلوئیدی از آب کمک می‌کند. با این حال، به دلیل خواص خورنده و خطرناک آن، استفاده از این ماده نیازمند رعایت اصول ایمنی و حفاظت از محیط زیست است. پیشرفت های صنعتی در بهینه سازی استفاده از کلرید آهن همچنان ادامه دارد و اهمیت آن در بهبود کیفیت زندگی روز به روز افزایش می یابد.

خصوصیات شیمیایی و فیزیکی کلروفریک

کلرید آهن یک ترکیب یونی است که از یون های آهن سه بار مثبت (⁺³Fe)و یون های کلرید (^–Cl) تشکیل شده است. ویژگی های اصلی آن عبارت اند از:

• فرمول شیمیایی آن ₃ FeCl و دارای ​جرم مولی 162.2 گرم بر مول است.
• رنگ آن زرد تیره تا قهوه ای و بصورت به صورت جامد کریستالی یا مایع (محلول آبی) وجود دارد.
• به شدت در آب محلول است و هنگام حل شدن در آب، یک محلول اسیدی تشکیل می دهد.
• نقطه ذوب آن حدود 304 و نقطه جوش آن 316 درجه سانتی گراد است.

کلرید آهن به شدت جاذب رطوبت است و هنگام حل شدن در آب، هیدرولیز شده و اسید کلریدریک و هیدروکسید آهن تشکیل می دهد. همچنین خاصیت اکسیدکنندگی کلروفریک باعث می شود در بسیاری از واکنش های شیمیایی نقش مهمی ایفا کند.

روش های تولید کلرید آهن

کلروفریک معمولاً از واکنش آهن با کلر یا هیدروژن کلرید تولید می شود. روش های رایج تولید عبارت اند از:

1. واکنش مستقیم آهن با کلر گازی که به دمای بالا نیاز دارد و در صنعت بیشتر استفاده می شود.
2. واکنش اکسید آهن با اسید کلریدریک که این فرآیند، به ویژه برای کاربردهای آزمایشگاهی مناسب است.

کلرید آهن باید در ظروف مقاوم به خوردگی و در محیط خشک و خنک نگهداری شود. ظروف این ماده باید از نفوذ رطوبت محافظت شوند، زیرا کلرید آهن رطوبت گیر است و با جذب رطوبت هوا تجزیه می شود. برای این منظور می توان از مخزن پلی اتیلن و یا مخزن استیل جهت ذخیره سازی و نگهداری از فریک کلرید استفاده نمود.

انواع کلرید آهن

• کلرید آهن (II) یا فریک کلرید دوظرفیتی (FeCl₂) که به نام کلرید آهن دوظرفیتی نیز شناخته می شود. این ماده اغلب به صورت بلورهای سبز یا آبی کم رنگ یافت می شود. مهمترین ویژگیهای این مدل این است که در آب محلول است و محلولی بی رنگ یا کمی سبز ایجاد می کند و به سرعت اکسید شده و به کلرید آهن (III) تبدیل می شود. حالت فیزیکی آن در دمای اتاق به صورت جامد بلوری است. کاربردهای این نوع از کلروفریک این است که در سنتز شیمیایی به عنوان کاهنده استفاده می شود، در تصفیه آب و فاضلاب برای حذف مواد آلی و به عنوان کاتالیزور در برخی واکنش های شیمیایی استفاده میشود.
• کلرید آهن (III) یا فریک کلرید سه ظرفیتی (FeCl₃) که با نام فریک کلرید شناخته می شود و معمولاً به صورت بلورهای قهوه ای یا زرد دیده می شود. ویژگی های اصلی این مدل اسید کلروفریک این است که دارای ترکیب اکسید کننده قوی است و به راحتی در آب حل می شود و محلولی زرد یا قهوه ای رنگ تشکیل می دهد که در دماهای مختلف می تواند به شکل جامد یا محلول باشد.

کاربردهای اصلی این مدل از کلرید در صنایع تصفیه آب به عنوان منعقدکننده برای حذف ذرات معلق و فسفات ها از آب، در صنعت چاپ برای اچ کردن مدارهای چاپی (PCB) و حکاکی فلزات، در پزشکی به عنوان ماده ای در برخی محلول های دارویی و ضدعفونی کننده و نهایتا در صنایع شیمیایی به عنوان کاتالیزور در واکنش های آلی میباشد. انواع حالتهایاسید کلروفریک عبارتند از:

• هیدراته که هر دو نوع فریک کلرید می توانند به صورت هیدراته (با مولکول های آب در ساختار) وجود داشته باشند که خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها را تغییر می دهد.
• کلرید آهن بسته به نیاز صنعتی می تواند به صورت جامد بلوری یا محلول عرضه شود.

مراحل اچ کردن با کلرید آهن:

• آماده سازی مدار چاپی: یک برد خام (معمولاً فیبر دو لایه یا تک لایه با پوشش مسی) تهیه کنید. طرح مدار را روی برد پیاده کنید. این کار معمولاً با چاپ طرح روی کاغذ انتقال حرارتی و سپس انتقال آن به برد با اتو انجام می شود. نواحی که نباید مس آنها برداشته شود، با لایه مقاوم (مانند جوهر لیزری یا مارکر مقاوم) پوشانده می شوند.
• آماده سازی محلول کلرید آهن: پودر یا محلول آماده کلرید آهن را تهیه کنید. اگر از پودر استفاده می کنید، آن را با آب گرم مخلوط کنید (به دستورالعمل محصول توجه کنید). محلول را در ظرف پلاستیکی یا شیشه ای مقاوم به خوردگی بریزید.
• اچ کردن برد: برد را به آرامی داخل محلول کلروفریک قرار دهید. برای یکنواخت شدن فرآیند، محلول را به آرامی حرکت دهید یا برد را کمی جابه جا کنید. زمانی که مس های ناخواسته کاملاً حل شدند (معمولاً 10 تا 30 دقیقه بسته به غلظت محلول و ضخامت مس)، برد را خارج کنید.
• شستشو: برد را با آب سرد بشویید تا بقایای فریک کلرید از روی آن پاک شود. سپس آن را خشک کنید.
• حذف لایه مقاوم: لایه مقاوم را با موادی مانند استون پاک کنید تا مسیرهای مسی نهایی نمایان شوند.
• پوشش محافظ: برای جلوگیری از اکسید شدن مس، می توانید از یک لایه محافظ مانند اسپری قلع یا لاک محافظ استفاده کنید.

تفاوت های بین کلرید آهن (II) و (III)

• کلرید آهن (II) دارای یون های Fe²⁺ و کلرید آهن (III) دارای یون های Fe³⁺ است.
• کلرید آهن (II) سبز رنگ است، در حالی که کلرید آهن (III) به رنگ زرد یا قهوه ای دیده می شود.
• کلرید آهن (III) پایداری بیشتری در برابر اکسیداسیون دارد.
• کلرید آهن (III) بیشتر در تصفیه آب و صنایع سنگین استفاده می شود، در حالی که کلرید آهن (II) بیشتر در کاربردهای کاهشی به کار می رود.

کاربردهای کلروفریک

• کلروفریک به عنوان منعقدکننده در تصفیه آب و فاضلاب به کار می رود. این ماده با رسوب دهی ذرات معلق، مواد آلی و فلزات سنگین، باعث کاهش آلودگی و شفافیت آب می شود. کلرید آهن در پکیج‌ تصفیه فاضلاب به عنوان یک ماده منعقدکننده و کمک لخته ‌ساز استفاده می‌ شود و باعث حذف ذرات معلق، کاهش فسفر، کاهش بو و تثببیت لجن می شود.
• کلروفریک به عنوان کاتالیزور در تولید ترکیبات آلی و شیمیایی استفاده می شود. برای مثال، در فرآیند کلراسیون و تولید مواد پلیمری نقش دارد.
• این ماده به عنوان یک عامل خورنده در فرآیند اچینگ (Etching) برای ساخت بردهای مدار چاپی (PCB) به کار می رود. محلول کلروفریک با حل کردن لایه های مس اضافی، طرح های دلخواه را روی مدار ایجاد می کند.
• این ماده شیمیایی به عنوان تثبیت کننده رنگ در فرآیندهای رنگرزی و چاپ روی پارچه به کار می رود.
• این ماده در ترکیب داروهای خاص و همچنین در آزمایشگاه های پزشکی به عنوان معرف شیمیایی استفاده می شود.
• کلروفریک در تولید رنگ دانه های معدنی نظیر اکسید آهن استفاده می شود.

مزایا و معایب کلروفریک

مزایای این ماده شیمیایی عبارتند از:

• خاصیت منعقدکنندگی قوی
• در دسترس بودن و قیمت مناسب
• پایداری در شرایط مختلف

و مهمترین معایب استفاده از آن عبارت است از:

• خاصیت خورندگی بالا
• تولید گازهای سمی (مانند کلرید هیدروژن) در شرایط خاص
• اثرات زیست محیطی در صورت مدیریت نادرست

اثرات زیست محیطی و ایمنی کلرید آهن

ورود کلروفریک به منابع آبی بدون تصفیه مناسب، می تواند باعث تغییر pH آب و آسیب به اکوسیستم های آبی شود. همچنین، یون های کلر و آهن ممکن است به گیاهان و جانوران آسیب برسانند.

به لحاظ ایمنی نیز می بایست بهنگام کار با این ماده شیمیایی این موارد را رعایت نمود:

• کلرید آهن خورنده است و می تواند باعث سوختگی شیمیایی شود.
• استنشاق بخارات آن ممکن است باعث تحریک دستگاه تنفسی شود.
• بلعیدن آن ممکن است منجر به آسیب های جدی گوارشی شود.

اقدامات ایمنی که بهنگام کار با این ماده شیمیایی باید مد نظر قرار گیرد عبارتند از:

• استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند دستکش، عینک ایمنی و ماسک
• ذخیره سازی فریک کلرید باید در ظروف مقاوم در برابر خوردگی و دور از منابع رطوبت انجام گیرد.
• مدیریت و دفع صحیح پسماندهای حاوی کلرید آهن

کاربردهای کلرید آهن

کلرید آهن به دلیل خواص شیمیایی و فیزیکی خود، کاربردهای گسترده ای در صنایع و علوم مختلف دارد.

یکی از اصلی ترین کاربردهای کلرید آهن در صنایع تصفیه آب است. این ماده به عنوان یک لخته ساز استفاده می شود. فریک کلرید با مواد معلق در آب واکنش داده و ذرات جامد را به هم می چسباند تا ته نشین شوند. این فرایند باعث شفاف شدن آب و حذف ناخالصی ها می شود.

همچنین این ماده شیمیایی به عنوان ماده اولیه در تولید برخی ترکیبات شیمیایی مانند کلرید آهن (II) و سایر نمک های آهن مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه این ماده بتواند تاثیر لازم را داشته باشد باید مقدار مشخصی از آن در آب تزریق شود. برای این منظور از پکیج تزریق مواد شیمیایی استفاده می شود تا نتیجه لازم حاصل شود.

در صنعت الکترونیک، فریک کلرید به عنوان یک ماده خورنده برای حذف لایه های ناخواسته مس از روی مدارهای چاپی استفاده می شود. این روش باعث ایجاد طرح های دقیق و پیچیده بر روی مدارها می شود. در تصفیه خانه های فاضلاب به عنوان ماده ای برای کاهش تولید بوهای نامطبوع استفاده می شود. این ماده با سولفید هیدروژن (H2S) واکنش داده و آن را به سولفید آهن (FeS) تبدیل می کند که بی بو است.

از فریک کلرید به عنوان ماده ای در تولید رنگ ها و رنگدانه ها استفاده می شود و در گذشته به عنوان یک عامل بندآورنده خون در برخی کاربردهای پزشکی استفاده می شد. این ماده شیمیایی به دلیل ماهیت اسیدی و خورنده خود، نیازمند رعایت اصول ایمنی خاصی است.

قیمت کلرید آهن

عوامل موثر بر قیمت این ماده شیمیایی عبارتند از:

• کلرید آهن هرچه خلوص بالاتری داشته باشد، قیمت آن نیز افزایش می یابد. به عنوان مثال، کلروفریک با خلوص 20% ارزان تر از نوع 40% است.
• کلروفریک به دو صورت پودری و مایع عرضه می شود. نوع پودری به دلیل فرآیند تولید پیچیده تر و نیاز به بسته بندی خاص برای جلوگیری از جذب رطوبت دارد، معمولاً قیمت بالاتری نسبت به نوع مایع دارد.
• فریک کلرید بسته بندی های مختلفی دارد، مانند بشکه های 50 کیلوگرمی برای نوع پودری و 280 کیلوگرمی برای نوع مایع، که بر قیمت نهایی تأثیرگذار است.
• قیمت این نوع ماده شیمیایی تحت تأثیر نوسانات بازار جهانی، هزینه های حمل ونقل و تقاضای فصلی قرار می گیرد.

بهنگام خرید کلرید آهن باید این موارد دقت شود

• توجه به نیاز صنعتی خود، خلوص مناسب را انتخاب کنید تا از کارایی مطلوب و هزینه بهینه بهره مند شوید.
• در نظر گرفتن کاربرد مورد نظر، بین نوع پودری و مایع را انتخاب کنید.
• این ماده شیمیایی پودری است که رطوبت را جذب میکند و باید در شرایط مناسب نگهداری شود تا از کلوخه شدن جلوگیری شود.
• با بررسی قیمت ها از تأمین کنندگان مختلف و در نظر گرفتن کیفیت و خدمات پس از فروش، بهترین گزینه را انتخاب کنید.

در انتها پیشنهاد می شود سری هم به صفحه مخزن اسید و مخزن پلی پروپیلن بزنید.