氧化铁皮的形成过程也是氧和铁两种元素的扩散过程，氧由表面向铁的内部扩散，而铁则向外部扩散。外层氧的浓度大，铁的浓度小，生成铁的高价氧化物；内层铁的浓度大，而氧的浓度小，生成氧的低价氧化物。所以氧化铁皮的结构是分层的。
氧化铁皮物质组成
钢材锻造和热轧热加工时，由于钢铁和空气中氧的反应，常会大量形成氧化铁皮，造成堆积，浪费资源。如果对这些资源合理利用，可以降低生产成本，同时可以起到环保节能作用。氧化铁皮的主要成分是Fe2O3、Fe3O4、FeO。其中，氧化铁皮最外层为Fe2O3，约占氧化铁皮厚度10%，阻止氧化作用；中间为Fe3O4，约50%，最里面与铁相接触为FeO，约40%。
一般氧化铁皮的层次有三层：最外一层为Fe2O3 ，约占整个氧化铁皮厚度的10%，其性质是:细腻有光泽、松脆、易脱落；并且有阻止内部继续剧烈氧化的作用；第二层是Fe2O3和FeO的混合体，通常写成Fe3O4，约占全部厚度的50%；与金属本体相连的第三层是FeO，约占氧化铁皮厚度的40% ，FeO的性质发粘，粘到钢料上不易除掉。
氧化铁皮的应用
1、化工行业氧化铁皮提供给化工厂可用来生产氧化铁红、氧化铁黄、三氯化铁、硫酸亚铁等。其中，采用氧化铁皮为主要原料的液相沉淀法，可以生产从黄相红到紫相红各个色相的铁红。
2、制造硅铁合金冶炼硅铁合金的主要原料是钢屑，全国每年冶炼硅铁合金消耗的钢屑在200万t左右，用氧化铁皮替代钢屑冶炼硅铁合金的工艺已经成熟并得以应用。以硅石、冶金焦炭粒、氧化铁皮为原料，在还原气氛下生成硅铁。全国每年的氧化铁皮约1000万t左右。可以提供充足的原料。
3、烧结原料氧化铁皮是烧结较好的辅料，一方面，氧化铁皮相对粒度较为粗大，可改善烧结料层的透气性，另一方面，氧化铁皮中FeO在燃烧氧化成Fe2O3的过程中会大量放热，可以降低固体燃料消耗，同时提高烧结生产率，经验表明，8%的氧化铁皮可增产约2%左右。
此外，氧化铁皮还可以用来制造海绵铁。生产的海绵铁的w(Fe)高，含杂质量低且成分稳定，较矿石生产的海绵铁，不含脉石杂质，可作优质的废钢原料。同时还可以粗还原法或者精还原法制造还原铁粉。目前在国内，氧化铁皮做为烧结原料，已形成大规模工业生产。用氧化铁皮生产硅铁合金，工艺简单也有规模化生产的趋势
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