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Eisenoxidpigmente
 
Bild vergrößern! Bild vergrößern Alle Eisenoxidpigmente sind lichtecht, wetterfest, wasserunlöslich und besitzen sehr hohe Farbstärke und Deckkraft. Die roten und schwarzen Pigmente sind gegen Säuren und Alkalien beständig. Auch die farbigen Erden enthalten Eisenoxide, sie stellen Verwitterungsprodukte dar. Zur Gewinnung der Pigmente kommen die meisten Eisenerze in Frage. Dazu zählen Hämatit, Limonit, Goethit oder Magnetit. Die künstlich hergestellten Eisenoxidpigmente (Foto) sind reiner und sie sind besser mit einem Bindemittel zu fixieren. Sie werden zur Herstellung von Farben bevorzugt.
  
 
Geschichte Gewinnung Toxikologie Portraits
   
Geschichte und Verwendung
Eisenoxidrot synthetisch oder Marsrot ist ein rostrotes Pigment, das künstlich hergestellt wird. Es besteht aus Eisen(III)-oxid Fe2O3. Im Handel ist auch ein natürliches Eisenoxidrot erhältlich, das aus dem Eisenerz Hämatit gewonnen wird. Roter Ocker enthält Roteisenerz als färbende Komponente.

Eisenoxidgelb oder Marsgelb ist ein künstlich hergestelltes, gelbes Pigment, das aus Eisen(III)-oxidhydrat Fe2O3 • H2O (oder FeOOH) aufgebaut ist. In der Natur kommt diese Verbindung im Mineral Goethit und im goethithaltigen Gestein Limonit vor. Sie ist mit einem Anteil von bis zu 60% Bestandteil des Gelben Ockers. Das warme Gelb ist eher ein gedämpftes Gelb. Eisenoxidgelb ist säure- und alkalibeständig.

Eisenoxidschwarz oder Marsschwarz ist ein künstlich hergestelltes, tiefschwarzes Eisenoxidpigment. Es enthält überwiegend Eisen(II,III)-oxid Fe3O4, das auch im natürlichen Magnetit vorkommt. Je nach Herstellungsverfahren können auch andere Eisenverbindungen enthalten sein. Das ferromagnetische Pigment wird von einem Magneten angezogen.

  
   
  

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In der Natur kommt das Element Eisen, abgesehen von den seltenen Eisenmeteoriten, nur extrem selten vor. In der Frühgeschichte der Erde wurden die Urmeere durch zahlreiche Meteoriteneinschläge mit Eisensalzen angereichert. Die Eisenmeteoriten oxidierten zu Eisenoxiden, die sich im Boden ablagerten. So entstanden die Eisenerz-Lagerstätten.  
   
Die natürlichen Eisenoxide und -hydroxide sind aus vorgeschichtlicher Zeit bekannt und wurden in den Höhlenmalereien schon vor über 35000 Jahren als Pigmente verwendet. In der Eisenzeit ab 1500 vor Christus erlangten die Eisenerze große Bedeutung, da aus ihnen das Metall Eisen durch eine Reduktion mit Holzkohle gewonnen werden konnte. In der Antike wurden die roten Erden vor allem für die Herstellung von Keramik verwendet. Noch heute zeugen die typischen Rot- und Gelbtöne bei Häuseranstrichen in Dörfern und Städten des Mittelmeerraumes von der Verwendung als Wandfarbe. Die Frauen Afrikas bemalten mit diesen Pigmenten ihre Häuser, viele Kulturen verwendeten sie zur Körperbemalung. In der Kirchen- und Kunstmalerei, vom Mittelalter bis in die heutige Zeit, waren sie aufgrund ihrer Beständigkeit die wichtigsten Rot- und Gelbpigmente.  
   
 
Hochofen in Dillingen/Saarland

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 Im Hochofen gewinnt man aus Eisenerzen das Roheisen.
  
 
Mit dem Beginn des Industriezeitalters wurden die natürlichen Erze und Erden durch künstlich hergestellte Eisenoxidpigmente verdrängt. Dabei spielten vor allem die hohen Transport- und Aufbereitungskosten bei der Verwendung von natürlichen Rohstoffen eine entscheidende Rolle. Eisenerzlagerstätten finden sich in Minnesota/USA, in Brasilien, in Russland, in Norwegen, auf der Insel Elba und in Deutschland im Harz und im Erzgebirge. In erster Linie werden die Eisenerze im Hochofen zur Herstellung von Roheisen verwendet. Alle Eisenoxide, -hydroxide und sämtliche farbige Erden finden als fein gemahlene Pigmente Anwendung zur Herstellung von Anstrichen, Malfarben und Keramiken. Eisenoxidrot entspricht der chemischen Zusammensetzung von Rost und ist daher für Rostschutzanstriche in Stahlkonstruktionen und im Schiffsbau von Bedeutung. Die künstlichen Eisenoxide sind auch als Lebensmittelfarbe zugelassen. Wursthüllen sind oft mit rotem Eisenoxid eingefärbt. Das synthetische Eisenoxidschwarz besitzt eine sehr hohe Deckkraft, daher schätzen es die Maler für tiefschwarze Linien, Strukturen oder Flächen. Aber auch zum Abdunkeln eignet sich das Schwarz bestens. 
 
 
Thomas Seilnacht: Berner Alpen von Beatenberg
Caseinfarbe auf Holz, 50 x 100 cm (2010 Nr. 133)

T. Seilnacht: Berner Alpen
 
 Das Eisenoxidschwarz bildet satte Kontraste (hier mit Preußischblau und Titanweiß).
 
   
Gewinnung
Früher erfolgte die Gewinnung durch das Mahlen der Erze (oder Erden) und einem anschließenden Reinigungsprozess. Diese Pigmente zeigten jedoch erhebliche Nachteile, da sie nur in verunreinigter Form oder mit stark variierender Teilchengröße zur Verfügung standen. Die heutigen, künstlich hergestellten Eisenoxidpigmente werden durch chemische Fällungsverfahren hergestellt. Die Patente dazu wurden erst nach dem Zweiten Weltkrieg eingereicht. Zur Herstellung eines gelben Eisenoxidpigments wird Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat mit einer alkalischen Lösung wie Natriumhydroxidlösung umgesetzt (a). Das dabei entstehende Eisenoxid-Monohydrat (FeO • H2O) setzt sich mit dem Luftsauerstoff schon bei Raumtemperatur zu einem gelben Eisenoxidpigment um (b). [Lit US-Patent Nr. 2631085 vom 10. März 1953]

(a)  FeSO4 • 7 H2O  +  2 NaOH reagiert zu   FeO  • H2O  +  Na2SO4  +  7 H2O
(b) 4 FeO  • H2O  +  O2 reagiert zu  2 Fe2O3 • H2O  +  2 H2O


Durch Glühen des Produktes bei (b) erhält man ein rotes Eisenoxidpigment. Komplizierter ist die Herstellung des Eisenoxidschwarzes. [Lit Deutsche Patente EP0350625 B1 und DE-A 900257 sowie US-Patent US-A 2631085]  Ein  bestimmtes Mischungsverhältnis mit Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat und Eisen(III)-hydroxid α-FeOOH wird mit Natronlauge oder mit einer Natriumcarbonatlösung versetzt und bei einem bestimmten pH-Wert auf 80 bis 90° Celsius erhitzt und längere Zeit gerührt. Dabei entsteht ein ferromagnetisches Reaktionsprodukt, das dem natürlichen Mineral Magnetit ähnelt. Je nach Reaktionsbedingungen liegen Kristalle vor, die nach dem Hexaeder (Würfel) oder nach dem Rhombendodekaeder ausgebildet sind. Bei pH 5,8 bis 6,2 erhält man Rhombendodekaeder, bei pH=7,0 entstehen Würfel. Das US-Patent beschreibt auch ein Verfahren, bei dem man oktaedrische Magnetit-Kristalle erhält. Die Teilchengrößen sind sehr homogen, sie liegen je nach der eingesetzten Alkalie zwischen 0,1 und 2,0 Mikrometer. Die magnetischen Eigenschaften des Eisenoxidschwarzes benötigt man bei den Tonern für Fotokopiergeräte.
   
Toxikologie
Pigmentstäube dürfen grundsätzlich nicht eingeatmet werden. Die Eisenoxidpigmente selbst sind nicht toxisch, wenn sie nicht mit anderen Schwermetallsalzen verunreinigt sind. Dies trifft aber auf einige natürliche Sorten zu. Daher dürfen für kosmetische Zwecke nur synthetische Eisenoxidpigmente eingesetzt werden. Auch für Schulversuche sollten ausschließlich diese verwendet werden.
 
Infos/Rezepte
Der Hochofenprozess 
Farbenprojekt Höhlenmalerei mit Kreide 
Arbeitsblätter zur Herstellung von Farben 
 
Copyright: T. Seilnacht
www.seilnacht.com