Jern er viktig for liv og teknologisk utvikling, men utvinning av det kan ha miljøpåvirkninger
Hva ville menneskelig utvikling være uten jern? I likhet med aluminium er metallisk jern et av de vanligste metaller i vår hverdag. Fra bestikket du bruker til lunsj til strukturene til store bygninger. Men hva er jern, og hva er fordelene og skadene bruken av det kan gi oss? I tillegg til metallisk jern, hva er de andre tilstandene der jern vises i naturen?
Jernet
Blant de mest utbredte elementene på jordoverflaten, litosfæren, er jern det fjerde mest tilstedeværende elementet og det nest mest utbredte metallet. Selv om metallisk jern har vært veldig til stede i samfunnet siden antikken, finnes det ikke i metallisk form (Fe0), men i oksidert form [jern (Fe2 +) og jern (Fe3 +)], hovedsakelig i malm.
Bilde: data tilpasset fra www.ufrgs.br
Jern er ikke et molekyl, men et kjemisk element, det vil si at det ikke dannes gjennom enkle, lavenergiske kjemiske reaksjoner som skjer på planeten vår, men via atomfusjoner som forekommer i stjerner. Forstå litt mer om fremveksten av jern i videoen produsert av Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) og Annibal Hetem Jr. (UFABC), finansiert av National Council for Scientific and Technological Development (CNPq):
Jern er så slående i utviklingen av menneskeheten at en av de forhistoriske tidene er preget av dette metallet. Forhistoriske samfunn er klassifisert i et fire-alderssystem, polert stein , kobber , bronse og jern . The Iron Age er preget av utviklingen av metallurgi og fremveksten av verktøy laget av jern og stål - det er anslått at det første samfunnet av æra blomstret rundt 1200 f.Kr., i regionen i Anatolia (dagens regionen i Tyrkia).
Et annet mer aktuelt eksempel på jernens store innvirkning på samfunnet er jernbanen. Et av de viktigste transportmidlene, tidligere og i dag, tar jern i navnet og ble oppfunnet takket være manipulering og bruk av metallisk jern, noe som akselererer utviklingen av det moderne samfunnet.
Betydningen av dette elementet går utover bruken i verktøy. Det antas at jordens kjerne hovedsakelig består av metallisk jern, som takket være det genererer et magnetfelt på planeten vår, som er ansvarlig for å beskytte alt eksisterende liv fra kosmiske stråler. Hvis dette magnetfeltet ikke eksisterte, eksisterte kanskje ikke det livssystemet vi kjenner til.
Fra midten av jorden til våre årer
Bilde: Ricardo Gomez Angel på Unsplash
Naturen søker alltid å bruke de mest utbredte elementene til å skape og vedlikeholde livet. I tillegg til å beskytte mot de kosmiske strålene som jern genererer for livet på planeten, er det også et ekstremt viktig element for nesten alle typer dyr vi kjenner. Jern er viktig selv for pusten vår, som er hovedatom av hemoglobin, i tillegg til å være ansvarlig for den røde blodfargen. Det er også ansvarlig for å transportere oksygen til cellene i hele kroppen vår.
Et ekstremt eksempel er bakteriene som er ansvarlige for " blodfall " eller "blodfosser". I en isbre som er kjent som Taylor, er det bakterier som på grunn av oksygenmangel (O2) i omgivelsene deres metaboliserer ferioner (Fe3 +) ved å puste, og som sluttprodukt frigjør de jernholdige ioner (Fe2 +) som når de er i kontakt med overflate, oksiderer og gir utseende av blod.
Bilde: Peter Rejcek / National Science Foundation
Stryk i maten
Du har sikkert hørt om at personen må spise flere bønner for å bli "sterkere" fordi de har jern. Å konsumere jernrike matvarer er viktig for menneskekroppen, og jern er tilstede i mange typer organismer, både dyr og grønnsaker. Når det gjelder blodhemoglobin, reduserer jernmangel i blodstrømmen transporten av oksygen til kroppens celler, og påvirker dermed immuniteten til systemet som helhet og forårsaker anemi. Jerninntak er ekstremt viktig for å opprettholde ikke bare hemoglobin, men også flere metalloenzymer som er ansvarlige for helsen vår.
Jern, som finnes i mat, er tilgjengelig i to kategorier: hemejern og ikke-hemejern. Hemejern finnes i dyrekjøtt og er allerede i klar form for absorpsjon, med 10% til 30% av det totale absorberte etter inntak. Absorpsjonen av ikke-hemejern er 2% til 20% av totalen, noe som krever inntak av matvarer som er rike på vitamin C for best mulig opptak, noe som ikke er noe problem. Ikke-hemejern kommer fra plantekilder, for eksempel bønner og frokostblandinger, og vitamin C fra sitrusfrukter som kiwi, sitron, appelsin, blant andre, hjelper til bedre absorpsjon.
Hemejern inneholder normalt Fe2 + jern og er omgitt av molekyler som beskytter det og bidrar til dets absorpsjon i tarmveggen. Ikke-hemejern har generelt Fe3 + og / eller er bundet med molekyler som ikke har et godt bidrag til absorpsjonen.
National Health Surveillance Agency (Anvisa) anbefaler at mengden daglig forbruk som er nødvendig for en voksen er 14 mg jern, med gravide kvinner nesten dobbelt: 27 mg. Bli kjent med hvilken mat som er rik på jern, se på artikkelen: "Hva er mat rik på jern?".
Men ikke bekymre deg, hvis du valgte å følge et kjøttfritt kosthold, er det tips for å øke absorpsjonen av plantebasert jern. En av dem er: konsumere eller tilbered maten ved å tilsette sitron- eller appelsinjuice - når du forbereder arugula-salaten din (rik på jern), kan du for eksempel legge til sitronsaft, da den er rik på askorbinsyre (vitamin C), som vil transformere Fe3 + til Fe2 +, kompleks og lette dets absorpsjon av kroppen.
Metallisk jern (Fe0)
Oppdagelsen og håndteringen av jern var et veldig viktig skritt for menneskehetens utvikling og det første trinnet for fremveksten av stållegeringer. Når noen atomer og / eller molekyler tilsettes jern, slik som karbon, dannes stål, en av de viktigste metalllegeringene i den moderne verden.
Brasil inntar den andre posisjonen i verdensproduksjonen av jernmalm (den var først til 2009, men den ble forbigått av Australia). Til tross for at den er den nest største produsenten av jernmalm, er Brasil niende blant de største produsentene av stål og andre materialer fra jern. Det ser ikke ut til å være veldig fornuftig, men begrunnelsen er at Brasil eksporterer nesten all sin utvunnet malm.
Jernmalmsproduksjon i 2014 nådde 400 millioner tonn, og rundt 344 millioner tonn malm ble eksportert samme år, og genererte en omsetning på mer enn 25 milliarder dollar, og var grunnproduktet med årets høyeste inntekt. - høyere enn inntektene generert av soya og råolje. Til tross for at den er den nest største produsenten av jernmalm, produserer Brasil bare 2% av alt stål produsert over hele verden.
Prosess for å skaffe jern og dets miljøpåvirkninger
Metallisk jern finnes ikke i denne formen i jordskorpen, bare i oksidert form og i malm, slik som hematitt (Fe2O3), magnetitt (Fe3O4), sideritt (FeCO3), limonitt (Fe (OH) 3.nH2O) og pyritt (FeS2). Disse malmene må ekstraheres fra jorda, behandles og metallisk jern oppnås fra dem.Prosessene for å skaffe jern og stål består i utgangspunktet av følgende trinn:
- Utvinning av rå malm;
- Behandling og prosessering;
- Malm prosessering;
- Ekstraksjon og behandling av rå malm.
Etter å ha blitt samlet opp, må råmalmen gjennomgå en prosess som kalles benefisiering, som vil gjøre den mer egnet for prosessen med å skaffe metallisk jern. Utbedringsprosessen er det viktigste trinnet, og sannsynligvis det som genererer størst mengde avfall. Følgende operasjoner er en del av denne prosessen: knusing, klassifisering, sliping, konsentrasjon og tettbebyggelse.
Blant de viktigste prosessene innen fordeling, består knusing av fragmentering av malmen, og søker å oppnå en tilstrekkelig dimensjon for den påfølgende separasjonen i klassifiseringsfasen. I klassifiseringen er kornene delt inn i tre klasser: granulert, sinter-feed og pellet-feed . Kornene som er klassifisert som granulerte, er klare til å brukes i siste trinn, nemlig å skaffe jern. Sinter-feed og pellet-feed er partikler med svært små dimensjoner som skal brukes direkte i det siste trinnet, så de går gjennom agglomerasjonsprosessen.
I gruveselskaper utføres agglomereringsprosessen ved hjelp av pelletering, der de finere partiklene i malmen ( pellet-feed ) går gjennom en prosess som gjør dem til pellets, slik at de fine partiklene kan brukes og forbedrer ytelsen i stålfremstillingsprosessen.
I stålfabrikker utføres agglomerasjonsprosessen gjennom sintring, som er varmebehandlingen av fine malmpartikler, kalt sinter-feed , og gir opphav til sinterpartikler , som kan føres til masovnen.
Vann spiller en veldig viktig rolle i nesten alle stadier av malmbehandlingsprosessen, og blir ekstremt brukt i agglomerasjons- og konsentrasjonsprosesser. Bruken av flotasjon, hydrosykloner og vasketeknikker er trinn der vann brukes ekstremt, noe som resulterer i en rest som er vanskelig å behandle: gjørme.
Avfall vanskelig å behandle
I likhet med prosessen med å skaffe aluminium, har jern også svært problematiske haler og med få alternativer for behandlingen: gjørme. Et eksempel på mengden slamproduksjon er det fra Vargem Grande Itabirite Project (ITMI VGR), i Minas Gerais, som genererer 565 tonn slam i timen.
Det vanligste målet for dette gjørmen i Brasil er deponering i friluftsmagasiner. Slammet transporteres, vanligvis ved tyngdekraft eller pumping, til magasiner, for eksempel svømmebassenger, hvor de er inneholdt av demninger. I disse reservoarene blir slammet avsatt og tørket, men det størkner ikke helt.
Dette gjørmen inneholder oksider av jern og silisium, og kan ha tilstedeværelse av andre metaller, som avhengig av den ekstraherte jorda ikke har et toksisitetsnivå. Slammet har en veldig betydelig miljøpåvirkning, og endrer hele jordasammensetningen og etterlater den mettet med disse forbindelsene. Selv om det ikke har direkte toksisitet, vil gjørmen gjørme miljøet, i tillegg til å påvirke pH og sammensetning av næringsstoffer oppløst i vannet, og gjør det mulig å trenge lys inn i vannet og muligens drepe livet som avhenger av fotosyntese. , som indirekte påvirker hele miljøet.
I tillegg til å okkupere et stort område, med ekstremt mettet gjørme av jernoksider og silisium, kan disse damningene utgjøre en stor fare for samfunnet og naturen i omgivelsene, spesielt når de blir dårlig inspisert. Hvis de ikke er godt strukturert og inspisert, risikerer de å bryte og forårsake ødeleggelser i et gigantisk område, noe som kan forårsake irreversibel skade. Slammet, når det når jorden, gir ikke toksisitet, men det gjør jorden ufruktbar, ødelegger lav og middels vegetasjon, og kan også drepe dyr med den første avrenningen.
Dessverre hadde Brasil i november 2015 et eksempel på ødeleggelser med brudd på en Samarco-demning i Mariana (MG). Forstå hvordan det var tilfellet og miljøskaden forårsaket. Et annet uheldig eksempel var bruddet på Vale-selskapets halldamme i 2019, også i Minas Gerais, i Brumadinho, og til en høyere menneskelig kostnad enn Marianas tilfelle. Forstå detaljene i saken og konsekvensene som er forårsaket.
Omfanget av ødeleggelser
En jernmalmgruve okkuperer et veldig stort område som gir ødeleggelse for jord, skog, dyr og den naturlige lettelsen som er tilstede i dette området, og kan til og med påvirke klimaendringene i regionen. Det er en annen effekt som kan strekke seg i miles, som gjelder transport av denne malmen: jernbanen.
Det ser kanskje ikke ut som et veldig stort problem, men transport av jernmalm til hovedhavnene for eksport skjer utelukkende med jernbane, hvorav mange er eksklusive for transport av denne malmen. Siden Brasil eksporterer nesten all malmen det utvinner, er det et stort behov for å bygge jernbaner som forbinder gruvene med havnene. I tillegg til ødeleggelsene som konstruksjonen av en jernbane kan medføre, kan støyforurensningen den gir, påvirke og mye faunaen i regionen der den passerer. Se mer om miljøpåvirkningen som genereres av transporttypene.
Malmbehandling
Etter å ha gått gjennom fordelingen og nådd de ønskede dimensjonene, blir jernmalmen tatt for å oppnå metallisk jern i stålverk. Ettersom rent jern ikke har høy økonomisk interesse, er nesten all utvunnet jernmalm bestemt for produksjon av stål, som er jernet med lave prosentandeler karbon i strukturen.
Stålanlegg er delt inn i to typer: integrerte anlegg og semi-integrerte anlegg
Integrerte planter
I dem vil stål bli produsert av jernmalm. I utgangspunktet foregår prosessen for å skaffe jern i reaksjonen av jernmalm (til stede som jernoksid) og karbonmonoksid (CO) i en ovn som kalles masovn. Etter sintring har jernmalmen tilstrekkelige dimensjoner som skal behandles i masovnen, og har også kalkstein i sammensetningen. For denne prosessen er det nødvendig å bruke kull, der det vil bli behandlet for fjerning av uønskede urenheter og ha større effektivitet i prosessen.
Etter å ha blitt behandlet, kalles kull. Når det helles i masovnen, reagerer koks med oksygen som injiseres i ovnen, og danner karbonmonoksid (CO), som igjen reagerer med jernoksid (tilstede i malmen), og resulterer i metallisk jern. (Fe0) og karbondioksid (CO2). Kalksteinen som var tilstede i malmen tjener til å senke smeltepunktet for de andre tilstedeværende elementene, danne den såkalte slaggen og tillate separering ved tetthet. På slutten av prosessen dannes grisejern, som er en sprø legering dannet av jern og karbon, men andelen karbon er rundt 5%. I smeltebutikken, en enhet av stålverket hvor maskinene som trengs for å utføre de beskrevne prosessene, er lokalisert, brukes råjern som råmateriale for produksjon av forskjellige typer stål og legeringer,ved å legge til eller fjerne elementer i legeringsstrukturen, og dermed oppnå forskjellige egenskaper.
Halvintegrerte anlegg
Det er der stål vil bli produsert av metallskrot. Ved hjelp av en elektrisk strøm oppvarmes skrapmetallet til det smelter, og passerer deretter gjennom et pust av oksygen for å fjerne urenhetene. Avhengig av opprinnelsen til skrapet, er det nødvendig å gjennomgå forskjellige behandlinger for å fjerne urenheter og dermed oppnå ønsket stål.
Karbondioksid (CO2) er et av reaksjonsproduktene som genereres under produksjonen av råjern, og har dermed en betydelig miljøpåvirkning. Teoretisk sett, uten å ta hensyn til karbondioksidet dannet fra kalksteinreaksjonen, slippes det bare karbonmonoksid (CO) med jernoksid ut, for hver 1 kg produsert jern, rundt 1,1 kg CO2. I følge 2014-rapporten fra Instituto Aço Brasil ble det i 2013 sluppet ut 50 millioner tonn CO2 fra stålproduksjonen i Brasil, med et forhold som for hvert 1 tonn produsert stål er 1,7 tonn CO2 utstedt.
For å forstå mer om produksjon av råjern og stål, se videoen produsert av PUC Rio i samarbeid med Kunnskapsdepartementet, Departementet for vitenskap og teknologi og National Education Development Fund:
Gjenvinning
I tillegg til gjenvinning av forskjellige materialer, bruker resirkulering av stålskrap mindre energi enn produksjon i den integrerte industrien, i tillegg til å gjenvinne det som ville være avfall i miljøet og unngå massive CO2-utslipp i atmosfæren. Stål er 100% resirkulerbart, uten å endre egenskapene eller gå tapt under resirkuleringsprosessen.
Ettersom stål er et magnetisk metall, kan en elektromagnet brukes til å skille det fra andre metaller blandet med det. Selv med muligheten for å skille stål fra andre metaller eller urenheter, anbefales det imidlertid at stålet er rent når det sendes til gjenvinning, slik at organisk avfall og jord ikke hindrer prosessen.
Stålet er helt resirkulerbart, det vil si når du kaster det i den selektive samlingen, kan det komme hjem til uendelige tider, i form av saks, dørhåndtak, ledning, bil, kjøleskap eller til og med bokser. Det er bare noen få typer gjenstander, som løsningsmidler, maling og annet innhold, som inneholder skadelige forbindelser som må returneres til produsentene slik at de kan rydde opp i avfallet før de sendes til gjenbruk.
Se hvor du skal kaste avfall, stålavfall og andre typer avfall.
