سولفات آهن (فروس سولفات)

سولفات آهن (II)، که اغلب به عنوان سولفات فروس شناخته می‌شود، یک ترکیب شیمیایی کلیدی است که در طیف وسیعی از فرآیندهای صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شود. فرمول شیمیایی آن FeSO4 است. معمولا به صورت یک جامد بلوری آبی-سبز ظاهر می‌شود که هنگام قرار گرفتن در معرض هوا، اکسید شده و به دلیل تشکیل سولفات آهن (III) به رنگ قهوه ای تبدیل می‌شود.

خواص شیمیایی و تولید

سولفات آهن (II) یک نمک آهن در حالت اکسیداسیون +2 خود است، از این رو در نام آن با (II) مشخص می‌شود. در آب محلول است و به دلیل وجود یون Fe2+ محلولی سبز رنگ ایجاد می‌کند. معمولا به صورت مقیاس بزرگ با تیمار آهن با اسید سولفوریک تولید می‌شود.

اشکال و هیدرات‌ها

• سولفات آهن (II) هپتا هیدرات: این رایج ترین شکل ترکیب است و به عنوان “ویتریول سبز” شناخته می‌شود. هپتا هیدرات (FeSO4·7H2O) یک نمک آبی-سبز است که کریستال‌های مونوکلینیک تشکیل می‌دهد و در آب بسیار محلول است.
• سولفات آهن (II) مونوهیدرات: این شکل ترکیب، FeSO4·H2O، کمتر رایج است اما همچنین در آب محلول است. کریستال‌های سفید، رومبوئید تشکیل می‌دهد.
• سولفات آهن (II) بدون آب: این شکل فاقد آب کریستالیزاسیون است. سولفات فروس بدون آب یک پودر سفید یا سفید خاکستری است.

کاربردها و مصارف سولفات آهن

سولفات آهن (II) نقش اساسی در چندین صنعت و کاربرد دارد. بیایید به برخی از کاربردهای کلیدی آن بپردازیم.

• در بخش کشاورزی: به عنوان یک اصلاح کننده خاک برای اصلاح کمبود آهن در گیاهان استفاده می‌شود. می‌تواند با تأمین مواد مغذی ضروری آهن، رشد و سلامت گیاه را ارتقا بخشد.
• در صنعت تصفیه آب: می‌تواند در کاهش سطح فسفات در پساب‌های شهری و صنعتی کمک کند و در نتیجه رشد جلبک‌ها را کنترل کند.
• در واکنش‌های شیمیایی مختلف به عنوان یک عامل احیا کننده عمل می‌کند. به عنوان مثال، در کاهش کرومات در سیمان به Cr3+ کمتر سمی استفاده می‌شود.
• در ساخت جوهرها، از جمله جوهر گال آهن، که در قرن دوازدهم تا قرن نوزدهم برای نوشتن و نقاشی استفاده می‌شد، استفاده می‌شود.
• در صنعت داروسازی، سولفات آهن (II) به عنوان منبع آهن در مکمل‌های غذایی، اغلب برای بیماران مبتلا به کم خونی فقر آهن تجویز می‌شود.
• همچنین در صنعت چوب و نساجی به عنوان یک موردا در رنگرزی و به عنوان یک ماده نگهدارنده چوب کاربرد دارد.

اکنون به صورت جزئی به شرح کاربردهای این ماده ارزشمند خواهیم پرداخت:

سولفات آهن به طور مستقیم برای استخراج طلا از سنگ معدن آن استفاده نمی‌شود. با این حال، نقش مهمی در فرآیند سیانید، یک روش گسترده برای استخراج طلا، ایفا می‌کند.

در اینجا نحوه دخالت سولفات آهن آمده است:

• شستشوی طلا: سنگ معدن طلا خرد شده و با یک محلول سیانید تیمار می‌شود. سیانید طلا را از سنگ معدن حل کرده و یک کمپلکس سیانید طلا تشکیل می‌دهد.
• خنثی سازی: پس از شستشوی طلا، آهک (هیدروکسید کلسیم) برای خنثی کردن محلول سیانید اضافه می‌شود. این از آسیب رساندن سیانید به محیط زیست جلوگیری می‌کند.
• اضافه کردن سولفات آهن: سولفات فروس (سولفات آهن (II)) به محلول سیانید خنثی شده اضافه می‌شود. سولفات فروس با کمپلکس سیانید طلا واکنش می‌دهد و باعث رسوب طلا از محلول می‌شود.
• بازیابی طلا: طلای رسوب شده سپس جمع آوری و تصفیه می‌شود تا طلای خالص به دست آید.

در اصل، سولفات آهن در فرآیند سیانید به عنوان یک رسوب دهنده عمل می‌کند و به بازیابی طلا از محلول سیانید کمک می‌کند.

سولفات آهن، مانند سولفات آلومینیوم، به عنوان یک اصلاح‌کننده خاک برای کاهش pH خاک قلیایی بالا استفاده می‌شود تا گیاهان بتوانند به راحتی به مواد مغذی خاک دسترسی داشته باشند.

در باغبانی برای درمان کلروز آهن، زرد شدن برگ‌های گیاهان به دلیل کمبود آهن استفاده می‌شود. اگرچه به اندازه EDTA فریک سریع اثر نیست، اما اثرات آن ماندگارتر است. باغبانان و کشاورزان آن را با کمپوست مخلوط کرده و در خاک می کَنند تا انباری ایجاد کنند که می تواند سال ها دوام داشته باشد. آنها همچنین ممکن است از آن به عنوان یک نرم کننده چمن و قاتل خزه استفاده کنند.

رنگ‌دانه

سولفات فروس در ساخت جوهرها، به ویژه جوهر گال آهن، که از قرون وسطی تا پایان قرن هجدهم استفاده می‌شد، استفاده می‌شد. آزمایش‌های شیمیایی انجام شده روی نامه‌های لاچیش (c.588–586 قبل از میلاد) نشان دهنده احتمال وجود آهن بود. علاوه بر این، تصور می‌شود که گال‌های بلوط و کوپراس ممکن است در ساخت جوهر روی آن نامه‌ها استفاده شده باشد. سولفات فروس همچنین در رنگرزی پشم به عنوان یک موردا استفاده می‌شود. علاوه بر این، هاروود، یک ماده مورد استفاده در مارکتری و پارکتری از قرن هفدهم، نیز با استفاده از سولفات فروس ساخته می‌شود.

در قرن هجدهم دو روش مختلف برای کاربرد مستقیم رنگ‌دانه ایندیگو در انگلستان ابداع شد و تا اواسط قرن نوزدهم مورد استفاده قرار گرفت. به عنوان مثال، یکی از این روش‌ها، معروف به آبی چینی، شامل سولفات آهن (II) بود. پس از چاپ یک شکل نامحلول از ایندیگو روی پارچه، ایندیگو در یک سری حمام سولفات آهن (II) (با اکسیداسیون مجدد به ایندیگو در هوا بین غوطه‌وری‌ها) به لوکو-ایندیگو کاهش یافت. فرآیند آبی چینی می‌توانست طرح‌های واضحی ایجاد کند، اما نمی‌توانست رنگ‌های تیره روش‌های دیگر را تولید کند.

سولفات فروس امروزه نیز استفاده می‌شود، به عنوان مثال، به عنوان یک رنگ‌دانه در غذاها و رنگ‌های پارچه. با موارد زیر مخلوط می‌شود:

• انار برای ساخت یک سبز زیتونی تیره
• روناس (گیاه اوراسیایی) برای ساخت یک بنفش خاکستری عمیق
• تانن برای ساخت یک بنفش خاکستری
• شاه بلوط برای ساخت خاکستری متوسط
• کاتچ (یک رنگ‌دانه و ماده برنزه) برای ساخت قهوه‌ای شکلاتی غنی

حذف فسفر و کاهش رنگ در پساب

سولفات فروس، به دلیل کارایی بالا، اثربخشی در شفاف‌سازی و کاربرد به عنوان یک عامل آبگیری لجن، منعقدکننده انتخابی برای بسیاری از کاربردهای تصفیه پساب صنعتی و بهداشتی است (4). تصفیه انعقاد فرآیند حذف جامدات معلق و رنگ از آب است. چند موردی که هنگام تصفیه آب باید در نظر گرفت، TSS، FOG، BOD و COD هستند.

• TSS: مواد جامد معلق (Total Suspended Solids)
• FOG: چربی‌ها، روغن‌ها و گریس‌ها (Fats, Oils, and Greases)
• BOD: تقاضای اکسیژن بیولوژیکی (Biochemical Oxygen Demand)
• COD: تقاضای اکسیژن شیمیایی (Chemical Oxygen Demand)

جنبه‌های سلامتی و ایمنی

در حالی که سولفات آهن (II) نقش حیاتی در صنایع مختلف دارد، مهم است که با دقت با آن برخورد شود. تماس مستقیم می‌تواند منجر به تحریک چشم‌ها و پوست شود و در صورت بلع یا استنشاق می‌تواند باعث مشکلات سلامتی مانند حالت تهوع، استفراغ و اسهال شود. به مقدار زیاد، حتی می‌تواند منجر به مشکلات جدی تر سلامتی مانند آسیب کبد و شوک شود.

در محیط زیست، مقادیر بیش از حد سولفات آهن (II) می‌تواند منجر به یوتریفیکاسیون آب‌های بدن شود. بنابراین، باید اقدامات مناسب برای جلوگیری از انتشار کنترل نشده آن در محیط زیست انجام شود.