Jern: vigtigheden og virkningerne af dets ekstraktion

Jern er vigtigt for liv og teknologisk fremskridt, men dets udvinding kan have miljøpåvirkninger

Jern

Hvad ville menneskelig udvikling være uden jern? Ligesom aluminium er metallisk jern et af de mest almindelige metaller i vores dagligdag. Fra bestik du bruger til frokost til strukturer i store bygninger. Men hvad er jern, og hvad er fordelene og skadene, som brugen af ​​det kan give os? Ud over metallisk jern, hvad er de andre tilstande, hvor jern vises i naturen?

Strygejernet

Blandt de mest rigelige elementer på jordens overflade, litosfæren, er jern det fjerde mest tilstedeværende element og det næstmest rigelige metal. Selvom metaljern har været meget til stede i samfundet siden oldtiden, findes det ikke i dets metalliske form (Fe0), men i dets oxiderede form [jernholdigt (Fe2 +) og jern (Fe3 +)], hovedsageligt i malm.

Masser af elementer

Billede: data tilpasset fra www.ufrgs.br

Jern er ikke et molekyle, men et kemisk element, det vil sige, det dannes ikke gennem enkle, lavenergiske kemiske reaktioner, der forekommer på vores planet, men via atomfusioner, der forekommer i stjerner. Forstå lidt mere om fremkomsten af ​​jern i videoen produceret af Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) og Annibal Hetem Jr. (UFABC), finansieret af National Council for Scientific and Technological Development (CNPq):

Jern er så slående i udviklingen af ​​menneskeheden, at en af ​​de forhistoriske tider er præget af dette metal. Forhistoriske samfund er klassificeret i et firealderssystem, poleret sten , kobber , bronze og jern . Den jernalder er præget af udviklingen i metalindustrien og fremkomsten af redskaber lavet af jern og stål - det anslås, at den første samfund i den æra blomstrede omkring 1200 f.Kr., i regionen Anatolien (nuværende region Tyrkiet).

Et andet mere aktuelt eksempel på jernens store indvirkning på samfundet er jernbanen. Et af de vigtigste transportmidler, tidligere og i dag, tager jern i sit navn og blev opfundet takket være manipulation og brug af metaljern, hvilket fremskynder udviklingen af ​​det moderne samfund.

Betydningen af ​​dette element går ud over dets anvendelse i værktøjer. Det menes, at Jordens kerne hovedsageligt består af metallisk jern, der takket være det genererer et magnetfelt på vores planet, som er ansvarlig for at beskytte alt eksisterende liv fra kosmiske stråler. Hvis dette magnetfelt ikke eksisterede, eksisterede det livssystem, som vi kender, muligvis ikke.

Fra midten af ​​jorden til vores årer

jern

Billede: Ricardo Gomez Angel ved Unsplash

Naturen søger altid at bruge de mest rigelige elementer til skabelse og vedligeholdelse af livet. Ud over at beskytte mod de kosmiske stråler, som jern genererer til liv på planeten, er det også et ekstremt vigtigt element for næsten alle typer dyr, vi kender. Jern er vigtigt selv for vores vejrtrækning, idet det er hæmoglobins hovedatom, ud over at være ansvarlig for den røde blodfarve. Det er også ansvarligt for at transportere ilt til cellerne i hele vores krop.

Et ekstremt eksempel er de bakterier, der er ansvarlige for " blodfald " eller "blodvandfald". I en gletsjer kendt som Taylor er der bakterier, der på grund af iltmangel (O2) i deres omgivelser metaboliserer jernioner (Fe3 +) ved vejrtrækning, og som et slutprodukt frigiver de jernholdige ioner (Fe2 +), som når de er i kontakt med overflade, oxideres og giver blod udseende.

Blood Falls

Billede: Peter Rejcek / National Science Foundation

Stryg i mad

Du har sikkert hørt om, at personen skal spise flere bønner for at blive "stærkere", fordi de har jern. Forbrug af jernrige fødevarer er afgørende for den menneskelige krop, og jern er til stede i mange typer organismer, både dyre- og vegetabilske. I tilfælde af blodhæmoglobin nedsætter jernmangel i blodstrømmen transporten af ​​ilt til kroppens celler og påvirker dermed systemets immunitet som helhed og forårsager anæmi. Jernindtag er ekstremt vigtigt for at opretholde ikke kun hæmoglobin, men også flere metalloenzymer, der er ansvarlige for vores helbred.

Jern, der findes i mad, findes i to kategorier: hemejern og ikke-hemejern. Hemejern findes i animalsk kød og er allerede i klar form til absorption, hvor 10% til 30% af det samlede absorberes efter forbrug. Absorptionen af ​​ikke-hæm jern er 2% til 20% af det samlede, hvilket kræver forbrug af fødevarer rig på C-vitamin for den bedste absorption, hvilket ikke er noget problem. Ikke-hæm jern kommer fra plantekilder, såsom bønner og korn, og C-vitamin fra citrusfrugter som kiwi, citron, appelsin, blandt andre, hjælper med at forbedre absorptionen.

Hemejern indeholder normalt Fe2 + jern og er omgivet af molekyler, der beskytter det og bidrager til dets absorption i tarmvæggen. Ikke-hæm jern har generelt Fe3 + og / eller er bundet med molekyler, der ikke har et godt bidrag til dets absorption.

Det nationale sundhedsovervågningsagentur (Anvisa) anbefaler, at det daglige forbrug, der er nødvendigt for en voksen, skal være 14 mg jern, med gravide kvinder næsten dobbelt: 27 mg. Lær, hvilke fødevarer der er rige på jern, se på artiklen: "Hvad er mad rig på jern?".

Men rolig, hvis du vælger at følge en kødfri diæt, er der tip til at øge absorptionen af ​​plantebaseret jern. En af dem er: forbruge eller tilberede maden ved at tilføje citron- eller appelsinjuice - når du forbereder din arugula-salat (rig på jern), skal du fx tilføje citronsaft, da den er rig på ascorbinsyre (C-vitamin), som vil transformere Fe3 + til Fe2 +, kompleks og lette dets absorption af kroppen.

Metallisk jern (Fe0)

Opdagelsen og håndteringen af ​​jern var et meget vigtigt skridt for menneskehedens udvikling og det første skridt for fremkomsten af ​​stållegeringer. Når nogle atomer og / eller molekyler sættes til jern, såsom kulstof, dannes der stål, en af ​​de vigtigste metallegeringer i den moderne verden.

Brasilien indtager den anden position i verdensproduktionen af ​​jernmalm (den var først indtil 2009, men den blev overhalet af Australien). På trods af at den er den næststørste producent af jernmalm, er Brasilien nummer ni blandt de største producenter af stål og andre materialer fra jern. Det ser ikke ud til at give meget mening, men berettigelsen er, at Brasilien eksporterer næsten al sin udvundet malm.

Jernmalmsproduktionen nåede i 2014 op på 400 millioner tons, og omkring 344 millioner tons malm blev eksporteret i samme år og genererede en omsætning på mere end 25 milliarder dollars, hvilket var det grundlæggende produkt med årets højeste omsætning. - højere end indtægterne fra soja og råolie. På trods af at den er den næststørste producent af jernmalm, producerer Brasilien kun 2% af alt stål produceret over hele verden.

Fremgangsmåde til opnåelse af jern og dets miljøpåvirkninger

Metallisk jern findes ikke i denne form i jordskorpen, kun i dets oxiderede form og i malme, såsom hæmatit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), siderit (FeCO3), limonit (Fe (OH) 3.nH2O) og pyrit (FeS2). Disse malme skal ekstraheres fra jorden, behandles, og der opnås metallisk jern.

Processerne til opnåelse af jern og stål består grundlæggende af følgende trin:

  • Ekstraktion af rå malm;
  • Behandling og behandling;
  • Malm forarbejdning;
  • Ekstraktion og behandling af rå malm.
Den første fase af opnåelse af jern finder sted i udvindingen af ​​malmen. Dette trin er grundlæggende opsummeret i brug af gravemaskiner til at samle et bestemt område, hvor malmen er rigelig, og transportere det til at gennemgå behandlings- og forarbejdningsprocessen. I første fase er miljøpåvirkningerne ødelæggende. Områderne, der er besat til installation, transport og udvinding af malmen, er gigantiske, for ikke at nævne de sociale og økonomiske virkninger i regionen. Vi kan få en fornemmelse af det ødelagte område bare for udvinding af malmen i videoen:

Efter opsamling skal den rå malm gennemgå en proces kaldet beneficiering, hvilket gør den mere egnet til processen med at opnå metallisk jern. Beneficieringsprocessen er det vigtigste trin og sandsynligvis det, der genererer den største mængde affald. Følgende operationer er en del af denne proces: knusning, klassificering, formaling, koncentration og agglomerering.

Blandt de vigtigste processer til fordeling består knusning i at fragmentere malmen og søge at nå en passende dimension til dens efterfølgende adskillelse i klassificeringstrinnet. I klassificeringen er kornene opdelt i tre klasser: granuleret, sinter-feed og pellet-feed . Kornene, der er klassificeret som granulerede, er klar til brug i sidste trin, nemlig at opnå jern. Sinter-feed og pellet-feed er partikler med meget små dimensioner, der skal bruges direkte i sidste trin, hvorfor de gennemgår en bymæssig proces.

I mineselskaber udføres agglomerationsprocessen ved hjælp af pelletering, hvor de finere partikler af malmen ( pellet-feed ) gennemgår en proces, der gør dem til pellets, så de fine partikler kan bruges og forbedrer ydeevnen i stålfremstillingsprocessen.

I stålværker udføres agglomereringsprocessen ved sintring, som er varmebehandlingen af ​​fine malmpartikler, kaldet sinter-feed , hvilket giver anledning til sinterpartikler , som kan føres til masovnen.

Vand spiller en meget vigtig rolle i næsten alle faser af malmbehandlingsprocessen, idet de anvendes ekstremt i byområder og koncentrationsprocesser. Brug af flotation, hydrocykloner og vasketeknikker er stadier, hvor vand anvendes ekstremt, hvilket resulterer i en rest, der er vanskelig at behandle: mudder.

Affald, der er svært at behandle

Ligesom processen med at opnå aluminium har jern også en meget problematisk afskærmning og få alternativer til behandling: mudder. Et eksempel på mængden af ​​mudderproduktion er Vargem Grande Itabirite-projektet (ITMI VGR) i Minas Gerais, der genererer 565 tons mudder i timen.

Den mest almindelige destination for dette mudder i Brasilien er bortskaffelse i udendørs reservoirer. Mudderet transporteres, normalt ved tyngdekraft eller pumpning, til reservoirer, såsom svømmebassiner, hvor de er indeholdt af dæmninger. I disse reservoirer deponeres og tørres mudderet, men det størkner ikke helt.

Dette slam indeholder oxider af jern og silicium og kan have tilstedeværelse af andre metaller, som afhængigt af den ekstraherede jord ikke udviser et niveau af toksicitet. Mudderet har en meget betydelig miljøpåvirkning og ændrer hele jordens sammensætning og efterlader den mættet med disse forbindelser. Selvom det ikke udviser direkte toksicitet, vil mudderet ude for at påvirke pH og sammensætning af næringsstoffer, der er opløst i vandet, hvis det når ud til floder, hvilket forhindrer lysets indtrængning i vandet og muligvis dræber det liv, der afhænger af fotosyntese. , der indirekte påvirker hele miljøet.

Ud over at besætte et stort område med mudder ekstremt mættet med jernoxider og silicium, kan disse dæmninger udgøre en stor fare for samfundet og omgivelserne, især når de er dårligt inspiceret. Hvis de ikke er velstrukturerede og overvåges, risikerer de at bryde og forårsage ødelæggelse i et gigantisk område, som kan forårsage irreversibel skade. Når mudderet når jorden, giver det ikke toksicitet, men det gør jorden ufrugtbar, ødelægger underskoven og den mellemstore vegetation og kan også dræbe dyr med den indledende oversvømmelse.

Desværre havde Brasilien i november 2015 et eksempel på ødelæggelser med bruddet på en Samarco-dæmning i Mariana (MG). Forstå, hvordan det var tilfældet, og de miljøskader, der var forårsaget. Et andet uheldig eksempel var bruddet på Vale's bagdæmning i 2019, også i Minas Gerais, i Brumadinho og til en højere menneskelig pris end Marianas tilfælde. Forstå detaljerne i sagen og de forårsagede konsekvenser.

Omfanget af ødelæggelser

En jernmalmmine optager et meget stort område, der giver ødelæggelse af jorden, skoven, dyrene og den naturlige lettelse, der findes i dette område, og kan endda påvirke klimaændringerne i regionen. Der er en anden effekt, der kan strække sig i miles, som vedrører transporten af ​​denne malm: jernbanen.

Det virker måske ikke som et meget stort problem, men transporten af ​​jernmalm til de vigtigste havne til eksport sker udelukkende med jernbaner, hvoraf mange er eksklusive til transport af denne malm. Da Brasilien eksporterer næsten al malm, som det udvinder, er der et stort behov for at bygge jernbaner, der forbinder miner med havnene. Ud over den ødelæggelse, som en jernbanebygning kan medføre, kan den støjforurening, den giver, påvirke, og meget, faunaen i regionen, hvor den passerer. Se mere om miljøpåvirkningerne fra transporttyperne.

Malmforarbejdning

Efter at have gennemgået fordeling og nået de ønskede dimensioner tages jernmalmen for at opnå metallisk jern i stålværker. Da rent jern ikke har en høj økonomisk interesse, er næsten al den ekstraherede jernmalm bestemt til produktion af stål, som er jern med lave procentdele af kulstof til stede i dets struktur.

Stålfabrikker er opdelt i to typer: integrerede anlæg og halvintegrerede anlæg

Integrerede planter

I dem vil stål blive produceret af jernmalm. Grundlæggende finder processen til opnåelse af jern sted i reaktionen mellem jernmalm (til stede som jernoxid) og kulilte (CO) i en ovn kaldet højovn. Efter sintring har jernmalmen passende dimensioner til at blive behandlet i masovnen og har også kalksten i sin sammensætning. Til denne proces er det nødvendigt at bruge kul, hvor det behandles for at fjerne uønskede urenheder og have en større effektivitet i processen.

Efter at have været behandlet kaldes kulet koks. Når det hældes i højovnen, reagerer koks med ilt, der injiceres i ovnen, hvorved der dannes kulilte (CO), som igen reagerer med jernoxid (til stede i malmen), hvilket resulterer i metallisk jern. (Fe0) og kuldioxid (CO2). Den kalksten, der var til stede i malmen, tjener til at sænke smeltepunktet for de andre tilstedeværende grundstoffer, danner den såkaldte slagge og tillader adskillelse ved densitet. I slutningen af ​​processen dannes svinejern, som er en skør legering dannet af jern og kulstof, men procentdelen af ​​kulstof er omkring 5%. I smelteforretningen, en enhed af stålværket, hvor de maskiner, der er nødvendige for at udføre de beskrevne processer, er placeret, anvendes råjern som råmateriale til produktion af forskellige typer stål og legeringer,ved at tilføje eller fjerne elementer i legeringsstrukturen og derved erhverve forskellige egenskaber.

Halvintegrerede anlæg

Det er her, stål vil blive produceret af metalskrot. Ved hjælp af en elektrisk strøm opvarmes skrotmetallet, indtil det smelter og passerer derefter gennem et iltånd for at fjerne dets urenheder. Afhængigt af oprindelsen af ​​skrotet er det nødvendigt at gennemgå forskellige behandlinger for at fjerne urenheder og derved opnå det ønskede stål.

Kuldioxid (CO2) er et af reaktionsprodukterne, der genereres under produktionen af ​​svinejern og har således en betydelig miljøpåvirkning. Teoretisk, uden at tage hensyn til kuldioxid dannet af kalkstensreaktionen, udledes kun kulstofmonoxid (CO) med jernoxid for hver 1 kg produceret jern omkring 1,1 kg CO2. Ifølge 2014-rapporten fra Instituto Aço Brasil blev der i 2013 udledt 50 millioner tons CO2 fra stålproduktionen i Brasilien med et forhold, at der for hvert produceret 1 ton stål er 1,7 tons CO2 udstedt.

For at forstå mere om produktionen af ​​råjern og stål, se videoen produceret af PUC Rio i partnerskab med undervisningsministeriet, ministeriet for videnskab og teknologi og den nationale uddannelsesudviklingsfond:

Genbrug

Ud over genbrug af forskellige materialer forbruger genanvendelse af stålskrot mindre energi end produktion i den integrerede industri, ud over at genvinde det, der ville være affald i miljøet, og undgå massiv CO2-udledning i atmosfæren. Stål er 100% genanvendeligt uden at ændre dets egenskaber eller gå tabt under genbrugsprocessen.

Da stål er et magnetisk metal, kan en elektromagnet bruges til at adskille det fra andre metaller blandet med det. Selv med muligheden for at adskille stål fra andre metaller eller urenheder, anbefales det dog, at stålet er rent, når det sendes til genbrug, så organisk affald og jord ikke forhindrer processen.

Stålet er fuldstændigt genanvendeligt, dvs. når du kasserer det i den selektive samling, kan det vende tilbage til dit hjem uendelige tider i form af saks, dørhåndtag, ledning, bil, køleskab eller endda dåser. Der er kun få typer ting, såsom opløsningsmidler, maling og andet indhold, der indeholder skadelige forbindelser, der skal returneres til producenterne, så de kan rense affaldet, inden de sendes til genbrug.

Se, hvor skrot, stålaffald og andre typer affald skal bortskaffes.


Original text