Järn är viktigt för livet och den tekniska utvecklingen, men dess utvinning kan ha miljöpåverkan
Vad skulle mänsklig utveckling vara utan järn? Precis som aluminium är metalliskt järn en av de vanligaste metallerna i våra dagliga liv. Från bestick du använder till lunch till strukturerna i stora byggnader. Men vad är järn och vilka fördelar och skador kan dess användning ge oss? Förutom metalliskt järn, vilka andra tillstånd i vilka järn förekommer i naturen?
Järnet
Bland de mest rikliga elementen på jordens yta, litosfären, är järn det fjärde mest närvarande elementet och det näst vanligaste metallen. Även om metalliskt järn har varit mycket närvarande i samhället sedan urminnes tider, finns det inte i sin metallform (Fe0), utan i dess oxiderade form [järn (Fe2 +) och järn (Fe3 +)], främst i malm.
Bild: data anpassad från www.ufrgs.br
Järn är inte en molekyl, utan ett kemiskt grundämne, det vill säga det bildas inte genom enkla, lågenergiska kemiska reaktioner som sker på vår planet utan via atomfusioner som förekommer i stjärnor. Förstå lite mer om uppkomsten av järn i videon producerad av Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) och Annibal Hetem Jr. (UFABC), finansierad av National Council for Scientific and Technological Development (CNPq):
Järn är så slående i utvecklingen av mänskligheten att en av de förhistoriska åldrarna präglas av denna metall. Förhistoriska samhällen klassificeras i ett fyraålderssystem, polerad sten , koppar , brons och järn . Den järnåldern präglas av utvecklingen av metallurgi och framväxten av verktyg av järn och stål - man beräknar att det första samhället eran blomstrade omkring 1200 f.Kr., i regionen Anatolien (nuvarande regionen i Turkiet).
Ett annat mer aktuellt exempel på järnens stora påverkan på samhället är järnvägen. Ett av de viktigaste transportmedlen, tidigare och idag, tar järn i sitt namn och uppfanns tack vare manipulation och användning av metalliskt järn, vilket påskyndade utvecklingen av det moderna samhället.
Betydelsen av detta element går utöver dess användning i verktyg. Man tror att jordens kärna består mestadels av metalliskt järn, vilket tack vare det genererar ett magnetfält på vår planet, som är ansvarig för att skydda allt existerande liv från kosmiska strålar. Om detta magnetfält inte existerade kanske det livssystem vi känner till kanske inte existerar.
Från jordens centrum till våra ådror
Bild: Ricardo Gomez Angel på Unsplash
Naturen försöker alltid använda de vanligaste elementen för skapande och underhåll av livet. Förutom att skydda mot de kosmiska strålar som järn genererar för livet på planeten, är det också ett extremt viktigt element för nästan alla typer av djur vi känner. Järn är viktigt även för vår andning, eftersom det är hemoglobins huvudatom, förutom att vara ansvarig för blodets röda färg. Det är också ansvarigt för att transportera syre till cellerna i hela vår kropp.
Ett extremt exempel är de bakterier som är ansvariga för " blodfall " eller "blodfall". I en glaciär som kallas Taylor finns det bakterier som, på grund av syrebrist (O2) i sin miljö, metaboliserar järnjoner (Fe3 +) genom att andas, och som slutprodukt frigör de järnjoner (Fe2 +) som, när de kommer i kontakt med yta, oxidera och ge utseende av blod.
Bild: Peter Rejcek / National Science Foundation
Stryk i maten
Du har antagligen hört talas om att personen måste äta mer bönor för att bli "starkare" eftersom de har järn. Att konsumera järnrika livsmedel är viktigt för människokroppen och järn finns i många typer av organismer, både djur och grönsaker. När det gäller blodhemoglobin minskar järnbrist i blodflödet syretransporten till kroppens celler, vilket påverkar immuniteten i systemet som helhet och orsakar anemi. Järnintag är extremt viktigt för att inte bara bibehålla hemoglobin utan också flera metalloenzymer som ansvarar för vår hälsa.
Järn, som finns i livsmedel, finns i två kategorier: hemejärn och icke-hemejärn. Hemjärn finns i djurkött och är redan i färdig form för absorption, med 10% till 30% av det totala absorberade efter konsumtion. Absorptionen av icke-hemejärn är 2 till 20% av det totala, vilket kräver konsumtion av livsmedel som är rika på C-vitamin för bästa absorption, vilket inte är något problem. Icke-hemejärn kommer från växtkällor, såsom bönor och spannmål, och C-vitamin från citrusfrukter som kiwi, citron, apelsin, bland annat, hjälper till att förbättra absorptionen.
Hemejärn innehåller vanligtvis Fe2 + järn och omges av molekyler som skyddar det och bidrar till dess absorption i tarmväggen. Icke-hemejärn har i allmänhet Fe3 + och / eller är bunden med molekyler som inte har ett bra bidrag till dess absorption.
National Health Surveillance Agency (Anvisa) rekommenderar att den dagliga konsumtionen som krävs för en vuxen är 14 mg järn, med gravida kvinnor nästan dubbelt: 27 mg. Lär känna vilka livsmedel som är rika på järn, ta en titt på artikeln: "Vilka är livsmedel som är rika på järn?".
Men oroa dig inte, om du väljer att följa en köttfri diet finns det tips för att öka absorptionen av växtbaserat järn. En av dem är: konsumera eller tillaga maten genom att tillsätta citron- eller apelsinjuice - när du bereder din arugulasallad (rik på järn), till exempel, tillsätt citronsaft, eftersom den är rik på askorbinsyra (C-vitamin), som kommer att förvandla Fe3 + till Fe2 +, komplexa och underlätta dess absorption av kroppen.
Metalliskt järn (Fe0)
Upptäckten och hanteringen av järn var ett mycket viktigt steg för mänsklighetens utveckling och det första steget för framväxten av stållegeringar. När vissa atomer och / eller molekyler tillsätts till järn, såsom kol, bildas stål, en av de viktigaste metalllegeringarna i den moderna världen.
Brasilien intar den andra positionen i världsproduktionen av järnmalm (den var först till 2009, men den överkördes av Australien). Trots att den är den näst största tillverkaren av järnmalm rankas Brasilien som nionde bland de största tillverkarna av stål och andra material från järn. Det verkar inte vara mycket meningsfullt, men motiveringen är att Brasilien exporterar nästan all sin utvinnda malm.
Järnmalmsproduktionen 2014 nådde 400 miljoner ton, och cirka 344 miljoner ton malm exporterades samma år, vilket genererade mer än 25 miljarder dollar, vilket var den basprodukt med årets högsta intäkter. - högre än intäkterna från soja och råolja. Trots att den är den näst största producenten av järnmalm, producerar Brasilien bara 2% av allt stål som produceras över hela världen.
Process för att erhålla järn och dess miljöpåverkan
Metalliskt järn finns inte i denna form i jordskorpan, bara i dess oxiderade form och i malm, såsom hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), siderit (FeCO3), limonit (Fe (OH) 3.nH2O) och pyrit (FeS2). Dessa malmer måste extraheras från jorden, behandlas och metalliskt järn erhålls från dem.Processerna för att erhålla järn och stål består i princip av följande steg:
- Extraktion av rå malm;
- Behandling och bearbetning;
- Malmbearbetning;
- Extraktion och behandling av råmalm.
Efter att ha samlats upp måste råmalmen gå igenom en process som kallas beneficiering, vilket gör den mer lämplig för processen att erhålla metalliskt järn. Fördelningsprocessen är det viktigaste steget och förmodligen det som genererar störst mängd avfall. Följande operationer är en del av denna process: krossning, klassificering, slipning, koncentration och tätbebyggelse.
Bland de viktigaste processerna inom förmågan består krossningen av att fragmentera malmen och försöka nå en adekvat dimension för dess efterföljande separation i klassificeringsfasen. I klassificeringen delas kornen in i tre klasser: granulerat, sinterfoder och pelletsmatning . Kornen som klassificerats som granulerade är färdiga att användas i det sista steget, det att erhålla järn. Sintringsmatning och pelletsmatning är partiklar med mycket små dimensioner som ska användas direkt i det sista steget, varför de genomgår en agglomereringsprocess.
I gruvföretag utförs agglomereringsprocessen genom pelletering, där malmens finare partiklar ( pelletsmatning ) genomgår en process som omvandlar dem till pellets, vilket gör att de fina partiklarna kan användas och förbättrar prestandan i ståltillverkningsprocessen.
I stålverk utförs agglomereringsprocessen genom sintring, vilket är den termiska behandlingen av fina malmpartiklar, som kallas sintringsmatning , vilket ger upphov till sinterpartiklar som kan föras till masugnen.
Vatten spelar en mycket viktig roll i nästan alla steg i malmbehandlingsprocessen, eftersom den används extremt i agglomererings- och koncentrationsprocesser. Användningen av flytning, hydrocykloner och tvätttekniker är steg där vatten används extremt, vilket resulterar i en rest som är svår att behandla: lera.
Avfall svårt att behandla
Precis som processen för att erhålla aluminium har järn också mycket problematiska slutningar och få alternativ för behandlingen: lera. Ett exempel på mudderproduktionen är den för Vargem Grande Itabirite-projektet (ITMI VGR) i Minas Gerais, som genererar 565 ton lera per timme.
Den vanligaste destinationen för denna lera i Brasilien är dess bortskaffande i utomhusbehållare. Gyttjan transporteras, vanligtvis genom gravitation eller pumpning, till reservoarer, till exempel simbassänger, där de är inneslutna av dammar. I dessa reservoarer deponeras och torkas leran, men den stelnar inte helt.
Denna lera innehåller oxider av järn och kisel och kan ha närvaro av andra metaller som, beroende på den extraherade jorden, inte uppvisar en toxicitetsnivå. Lera har en mycket betydande miljöpåverkan och förändrar hela jordens sammansättning och lämnar den mättad med dessa föreningar. Även om den inte uppvisar direkt toxicitet, kommer leran att göra leran i omgivningen, förutom att den påverkar pH och sammansättning av näringsämnen som är upplösta i vattnet, vilket förhindrar att ljus tränger in i vattnet och eventuellt dödar livet som beror på fotosyntes. , indirekt påverkar hela miljön.
Förutom att uppta ett stort område, med lera extremt mättad med järnoxider och kisel, kan dessa dammar utgöra en stor fara för samhället och omgivningen, särskilt när de är dåligt inspekterade. Om de inte är välstrukturerade och inspekterade riskerar de att bryta och orsaka förödelse i ett gigantiskt område, vilket kan orsaka irreversibel skada. När leran når jorden erbjuder den inte toxicitet, men den gör jorden infertil, förstör underväxt och medelstor vegetation och kan också döda djur med den första översvämningen.
Tyvärr, i november 2015, hade Brasilien ett exempel på förödelse med brottet av en Samarco-damm i Mariana (MG). Förstå hur det var och miljöskadorna. Ett annat olyckligt exempel var brottet på Vale-företagets slutdamm 2019, även i Minas Gerais, i Brumadinho, och till en högre mänsklig kostnad än Marianas fall. Förstå detaljerna i ärendet och de konsekvenser som orsakats.
Förödelsens omfattning
En järnmalmgruva upptar ett mycket stort område och ger förödelse för mark, skog, djur och den naturliga lättnad som finns i området, och kan till och med påverka klimatförändringarna i regionen. Det finns en annan effekt som kan sträcka sig mil, vilket gäller transporten av denna malm: järnvägen.
Det verkar inte som ett särskilt stort problem, men transporten av järnmalm till huvudhamnarna för export sker uteslutande med järnvägar, varav många är exklusiva för transport av denna malm. Eftersom Brasilien exporterar nästan all malm som det extraherar finns det ett stort behov av att bygga järnvägar som förbinder gruvorna med hamnarna. Förutom den förödelse som byggandet av en järnväg kan medföra, kan buller som förorsakas påverka och mycket på faunaen i regionen där den passerar. Se mer om miljöpåverkan som genereras av transportslag.
Malmbearbetning
Efter att ha gått igenom förmågan och uppnått önskade dimensioner tas järnmalmen för att erhålla metalliskt järn i stålverk. Eftersom rent järn inte har ett stort ekonomiskt intresse är nästan hela den extraherade järnmalmen avsedd för produktion av stål, vilket är järn med låga procenthalter kol närvarande i sin struktur.
Stålverk är uppdelade i två typer: integrerade anläggningar och halvintegrerade anläggningar
Integrerade växter
I dem kommer stål att produceras av järnmalm. I grund och botten sker processen för att erhålla järn i reaktionen mellan järnmalm (närvarande som järnoxid) och kolmonoxid (CO) i en ugn som kallas masugn. Efter sintring har järnmalmen tillräckliga dimensioner för att bearbetas i masugnen och har också kalksten i sin sammansättning. För denna process är det nödvändigt att använda kol, där det kommer att behandlas för att avlägsna oönskade föroreningar och ha en större effektivitet i processen.
Efter att ha behandlats kallas kolet koks. När det hälls i masugnen reagerar koks med syre som injiceras i ugnen och bildar kolmonoxid (CO), som i sin tur reagerar med järnoxid (finns i malmen), vilket resulterar i metalliskt järn. (Fe0) och koldioxid (CO2). Kalkstenen som var närvarande i malmen tjänar till att sänka smältpunkten för de andra närvarande elementen, bilda den så kallade slaggen och möjliggöra separering genom densitet. I slutet av processen bildas svinjärn, som är en spröd legering bildad av järn och kol, men andelen kol är cirka 5%. I smältbutiken, en enhet i stålverket där maskinerna som behövs för att utföra de beskrivna processerna är belägna, används råjärn som råvara för produktion av olika typer av stål och legeringar,genom att lägga till eller ta bort element i legeringsstrukturen och därmed erhålla olika egenskaper.
Halvintegrerade anläggningar
Det är där stål kommer att tillverkas av metallskrot. Med hjälp av en elektrisk ström upphettas skrotmetallen tills den smälter och passerar sedan genom en explosion av syre för att avlägsna dess orenheter. Beroende på skrotets ursprung är det nödvändigt att genomgå olika behandlingar för att avlägsna föroreningar och därmed erhålla önskat stål.
Koldioxid (CO2) är en av de reaktionsprodukter som genereras under produktionen av svinjärn, vilket har en betydande miljöpåverkan. Utan att ta hänsyn till koldioxiden som bildas från kalkstensreaktionen teoretiskt släpps endast kolmonoxid (CO) med järnoxid, för varje 1 kg producerat järn, cirka 1,1 kg CO2. Enligt 2014 års rapport från Instituto Aço Brasil släpptes 50 miljoner ton koldioxid ut 2013 från stålproduktionen i Brasilien, med ett förhållande som 1,7 ton koldioxid för varje producerat 1 ton stål produceras. utfärdad.
För att förstå mer om produktionen av råjärn och stål, se videon som producerats av PUC Rio i samarbete med utbildningsministeriet, ministeriet för vetenskap och teknik och National Education Development Fund:
Återvinning
Förutom återvinning av olika material förbrukar återvinning av stålskrot mindre energi än produktion i den integrerade industrin, förutom att återvinna det som skulle vara ett slöseri i miljön och undvika massiva koldioxidutsläpp i atmosfären. Stål är 100% återvinningsbart, utan att ändra dess egenskaper eller gå förlorat under återvinningsprocessen.
Eftersom stål är en magnetisk metall kan en elektromagnet användas för att separera den från andra metaller blandade med den. Även med möjligheten att separera stål från andra metaller eller föroreningar rekommenderas dock att stålet är rent när det skickas för återvinning så att organiskt avfall och jord inte hindrar processen.
Stålet är helt återvinningsbart, det vill säga när du kastar det i den selektiva samlingen kan det återvända till ditt hem oändliga tider, i form av sax, dörrhandtag, tråd, bil, kylskåp eller till och med burkar. Det finns bara ett fåtal typer av föremål, såsom lösningsmedel, färger och annat innehåll, som innehåller skadliga föreningar som måste returneras till tillverkarna så att de kan städa upp avfallet innan de skickas för återanvändning.
Se var du ska bortskaffa skrot, stålavfall och andra typer av avfall.
