Železo je pomembno za življenje in tehnološki napredek, vendar lahko njegovo pridobivanje vpliva na okolje
Kakšen bi bil človekov razvoj brez železa? Tako kot aluminij je tudi kovinsko železo ena najpogostejših kovin v našem vsakdanjem življenju. Od jedilnega pribora, ki ga uporabljate za kosilo, do struktur velikih zgradb. Kaj pa je železo in kakšne koristi in škode nam lahko prinese njegova uporaba? Katera so še stanja kovinskega železa v naravi?
Železo
Med najbolj razširjenimi elementi na zemeljskem površju, litosfero, je železo četrti najbolj prisotni element in druga najpogostejša kovina. Čeprav je kovinsko železo v družbi zelo prisotno že od antičnih časov, ga ne najdemo v kovinski obliki (Fe0), temveč v oksidirani obliki [železo (Fe2 +) in železo (Fe3 +)], predvsem v rudah.
Slika: podatki prilagojeni s www.ufrgs.br
Železo ni molekula, temveč kemični element, torej ne nastane s preprostimi, nizkoenergijskimi kemičnimi reakcijami, ki se pojavijo na našem planetu, temveč z atomskimi fuzijami, ki se pojavijo v zvezdah. V videu železa v videoposnetku Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) in Annibal Hetem Jr. (UFABC), ki ga financira Nacionalni svet za znanstveni in tehnološki razvoj (CNPq), razumejte več:
Železo je v evoluciji človeške rase tako presenetljivo, da je ena od prazgodovinskih obdobij zaznamovana s to kovino. Prazgodovinske družbe so razvrščene v štiriletni sistem, polirani kamen , baker , bron in železo . Železna doba je zaznamoval razvoj metalurgije in pojavom orodij iz železa in jekla - ocenjuje se, da je prva družba v obdobju cvetel okoli 1200 pred našim štetjem, v regiji Anatolija (trenutna regija Turčije).
Drug bolj aktualni primer velikega vpliva železa na družbo je železnica. Eno najpomembnejših prevoznih sredstev, nekoč in danes, v svojem imenu je železo, izumljeno pa je bilo zaradi manipulacije in uporabe kovinskega železa, ki pospešuje razvoj sodobne družbe.
Pomen tega elementa presega njegovo uporabo v orodjih. Menijo, da je jedro Zemlje večinoma iz kovinskega železa, ki po zaslugi njega na našem planetu ustvarja magnetno polje, ki je odgovorno za zaščito vsega obstoječega življenja pred kozmičnimi žarki. Če tega magnetnega polja ne bi bilo, sistem življenja, za katerega poznamo, morda ne bi obstajal.
Od središča Zemlje do naših žil
Slika: Ricardo Gomez Angel pri Unsplash
Narava vedno skuša uporabiti najbolj razširjene elemente za ustvarjanje in vzdrževanje življenja. Poleg zaščite pred kozmičnimi žarki, ki jih železo ustvarja za življenje na planetu, je tudi izredno pomemben element za skoraj vse vrste živali, ki jih poznamo. Železo je ključnega pomena tudi za naše dihanje, saj je poleg tega odgovorno za rdečo barvo krvi glavni atom hemoglobina. Odgovorna je tudi za transport kisika do celic celotnega telesa.
Izjemen primer so bakterije, ki so odgovorne za " padanje krvi " ali "krvne slapove". V ledeniku, znanem kot Taylor, obstajajo bakterije, ki zaradi pomanjkanja kisika (O2) v svojem okolju z dihanjem presnavljajo železove ione (Fe3 +) in kot končni produkt sproščajo železove ione (Fe2 +), ki v stiku z površino, oksidirajo in dajo videz krvi.
Slika: Peter Rejcek / Nacionalna znanstvena fundacija
Železo v hrani
Verjetno ste že slišali za osebo, ki mora jesti več fižola, da postane "močnejša", ker ima železo. Uživanje hrane, bogate z železom, je bistvenega pomena za človeško telo, železo pa je prisotno v številnih vrstah organizmov, tako živalskih kot rastlinskih. V primeru hemoglobina v krvi pomanjkanje železa v krvnem obtoku zmanjša transport kisika do celic telesa in tako vpliva na imunost sistema kot celote in povzroča anemijo. Vnos železa je izredno pomemben za ohranjanje ne le hemoglobina, temveč tudi več metaloencimov, ki so odgovorni za naše zdravje.
Železo, ki je prisotno v hrani, je na voljo v dveh kategorijah: hem železo in neheme železo. Heme železo najdemo v živalskem mesu in je že v pripravljeni obliki za absorpcijo, saj se po zaužitju absorbira od 10% do 30%. Absorpcija nehemskega železa znaša 2% do 20% celotne količine, kar zahteva uživanje hrane, bogate z vitaminom C, za najboljšo absorpcijo, kar ni problem. Nehemsko železo prihaja iz rastlinskih virov, kot so fižol in žita, vitamin C pa med drugim iz citrusov, kot so kivi, limona, pomaranča, pomaga k njegovi boljši absorpciji.
Heme železo običajno vsebuje železo Fe2 + in je obdano z molekulami, ki ga ščitijo in prispevajo k njegovi absorpciji v črevesni steni. Nehemsko železo ima na splošno Fe3 + in / ali je vezano na molekule, ki ne prispevajo dobro k njegovi absorpciji.
Nacionalna agencija za nadzor zdravja (Anvisa) priporoča, da mora biti dnevna poraba za odraslo osebo 14 mg železa, nosečnice pa skoraj dvojne: 27 mg. Spoznajte, katera hrana je bogata z železom, si oglejte članek: "Kaj so živila, bogata z železom?".
A brez skrbi, če se odločite za dieto brez mesa, obstajajo nasveti za povečanje absorpcije rastlinskega železa. Eden izmed njih je: hrano zaužijte ali pripravite z dodajanjem limoninega ali pomarančnega soka - na primer pri pripravi solate iz rukole (bogate z železom) dodajte limonin sok, saj je bogat z askorbinsko kislino (vitamin C), ki bo Fe3 + preoblikoval v Fe2 +, zakompliciral in olajšal njegovo absorpcijo v telesu.
Kovinsko železo (Fe0)
Odkritje železa in ravnanje z njim je bil zelo pomemben korak za razvoj človeštva in prvi korak za nastanek jeklenih zlitin. Ko se železu dodajo nekateri atomi in / ali molekule, na primer ogljik, nastane jeklo, ena najpomembnejših kovinskih zlitin v sodobnem svetu.
Brazilija zaseda drugo mesto v svetovni proizvodnji železove rude (prva je bila do leta 2009, a jo je prehitela Avstralija). Čeprav je Brazilija druga največja proizvajalka železove rude, je Brazilija na devetem mestu med največjimi proizvajalci jekla in drugih materialov iz železa. Zdi se, da nima veliko smisla, a utemeljitev je, da Brazilija izvaža skoraj vso izkopano rudo.
Proizvodnja železove rude je leta 2014 dosegla 400 milijonov ton, istega leta pa je bilo izvoženih približno 344 milijonov ton rude, ki je ustvarila več kot 25 milijard dolarjev prihodkov, kar je osnovni izdelek z največjimi prihodki v letu. - višji od prihodka, ki ga ustvari soja in surova nafta. Čeprav je Brazilija drugi največji proizvajalec železove rude, Brazilija proizvede le 2% vsega jekla, proizvedenega po vsem svetu.
Postopek pridobivanja železa in njegovi vplivi na okolje
Kovinskega železa v tej obliki ne najdemo v zemeljski skorji, le v oksidirani obliki in v rudah, kot so hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), siderit (FeCO3), limonit (Fe (OH) 3.nH2O) in pirit (FeS2). Te rude je treba izvleči iz tal, obdelati in iz njih pridobiti kovinsko železo.Postopki pridobivanja železa in jekla so v osnovi sestavljeni iz naslednjih korakov:
- Pridobivanje surove rude;
- Obdelava in predelava;
- Predelava rude;
- Pridobivanje in obdelava surove rude.
Po zbiranju mora surova ruda opraviti postopek, imenovan obogatitev, zaradi česar je primernejša za postopek pridobivanja kovinskega železa. Proces obogatitve je najpomembnejši korak in verjetno tisti, ki ustvarja največjo količino odpadkov. Naslednji postopki so del tega postopka: drobljenje, razvrščanje, mletje, koncentriranje in strjevanje.
Drobljenje rude med najpomembnejšimi procesi pridobivanja vsebuje drobljenje rude, ki skuša doseči ustrezno dimenzijo za njeno nadaljnje ločevanje v fazi razvrščanja. Pri razvrščanju so zrna razdeljena v tri razrede: granulirana, sintrana krma in peletna krma . Zrna, razvrščena kot granulirana, so pripravljena za uporabo v zadnji fazi pridobivanja železa. Krma za sintranje in peleta sta delci z zelo majhnimi dimenzijami, ki se uporabljajo neposredno v zadnji fazi, zato gredo skozi postopek strnjevanja.
V rudarskih podjetjih postopek strnjevanja poteka s peletiziranjem, pri katerem drobnejši delci rude ( krmne pelete ) gredo skozi postopek, ki jih spremeni v pelete, kar omogoča uporabo finih delcev in izboljšanje učinkovitosti v postopku jeklarstva.
V jeklarnah se postopek strnjevanja izvaja s sintranjem, ki je toplotna obdelava drobnih delcev rude, imenovane sintra-feed , ki povzročajo sintrane delce , ki jih lahko prenesemo v plavž.
Voda ima zelo pomembno vlogo v skoraj vseh fazah postopka obdelave rude in se izjemno uporablja v postopkih aglomeracije in koncentracije. Uporaba flotacije, hidrociklonov in tehnik pranja so faze, v katerih se voda izjemno uporablja, zaradi česar nastane ostanek, ki ga je težko zdraviti: blato.
Odpadke je težko obdelati
Tako kot postopek pridobivanja aluminija ima tudi železo zelo problematično jalovino in nekaj možnosti za obdelavo: blato. Primer količine blata je projekt Vargem Grande Itabirite (ITMI VGR) v Minas Geraisu, ki na uro ustvari 565 ton blata.
Najpogostejši cilj tega blata v Braziliji je odlaganje v rezervoarje na prostem. Blato se prevaža, običajno s pomočjo gravitacije ali črpanja, do rezervoarjev, kot so bazeni, kjer jih vsebujejo jezovi. V teh rezervoarjih se blato odloži in posuši, vendar se ne strdi v celoti.
To blato vsebuje železove in silicijeve okside, lahko pa vsebuje tudi druge kovine, ki glede na pridobljeno zemljo ne predstavljajo toksičnosti. Blato ima zelo pomemben vpliv na okolje, saj spremeni celotno sestavo tal in postane nasičeno s temi spojinami. Čeprav ne predstavlja neposredne strupenosti, bo blato, če bo prišlo do rek, poleg vpliva na pH in sestavo hranil, raztopljenih v vodi, zameglilo okolje, s čimer bo preprečilo prodiranje svetlobe v vodo in morda ubilo življenje, ki je odvisno od fotosinteze. , ki posredno vplivajo na celotno okolje.
Poleg tega, da zajemajo ogromno območje z blatom, ki je izredno nasičeno z železovimi oksidi in silicijem, lahko ti jez predstavlja veliko nevarnost za družbo in naravo okolice, še posebej, če je slabo pregledan. Če niso dobro strukturirani in pregledani, tvegajo, da se bodo na velikanskem območju zlomili in povzročili opustošenje, ki lahko povzroči nepopravljivo škodo. Blato, ko pride v zemljo, ne ponuja strupenosti, vendar naredi tla neplodna, uniči podrast in srednje veliko vegetacijo, ob začetni poplavi pa lahko tudi ubije živali.
Na žalost je imela Brazilija novembra 2015 primer opustošenja z razpoko jezu Samarco v mestu Mariana (MG). Razumeti, kako je bilo, in povzročeno okoljsko škodo. Še en žalosten primer je bila ruptura jalovinskega jezu družbe Vale leta 2019, prav tako v Minas Geraisu, v Brumadinhu, in po višjih človeških stroških kot Mariana. Razumevanje podrobnosti primera in povzročenih vplivov.
Obseg opustošenja
Rudnik železove rude zavzema zelo veliko območje, ki opustoši tla, gozd, živali in naravni relief na tem območju in lahko celo vpliva na podnebne spremembe v regiji. Obstaja še en učinek, ki lahko traja več kilometrov, kar zadeva prevoz te rude: železnica.
Morda se ne zdi zelo velik problem, toda prevoz železove rude do glavnih izvoznih pristanišč opravljajo izključno železnice, od katerih so mnoge izključno za prevoz te rude. Ker Brazilija izvozi skoraj vso rudo, ki jo pridobiva, je zelo potrebna gradnja železnic, ki povezujejo rudnike s pristanišči. Poleg opustošenja, ki ga lahko prinese gradnja železnice, lahko onesnaževanje s hrupom, ki ga zagotavlja, v veliki meri vpliva tudi na živalstvo regije, kjer poteka. Oglejte si več o vplivih na okolje, ki jih povzročajo vrste prevoza.
Predelava rude
Po predelavi in doseganju želenih dimenzij se železova ruda vzame za pridobivanje kovinskega železa v jeklarnah. Ker čisto železo nima velikega gospodarskega interesa, je skoraj vsa pridobljena železova ruda namenjena proizvodnji jekla, ki je železo z nizkimi odstotki ogljika v svoji strukturi.
Jeklarne delimo na dve vrsti: integrirane in polintegrirane
Integrirane rastline
V njih bodo jeklo pridobivali iz železove rude. V bistvu postopek pridobivanja železa poteka v reakciji železove rude (prisotne kot železov oksid) in ogljikovega monoksida (CO) v pečici, imenovani plavž. Po sintranju ima železova ruda ustrezne dimenzije za predelavo v plavžu in ima v svoji sestavi tudi apnenec. Za ta postopek je treba uporabiti premog, kjer ga bodo obdelali za odstranjevanje neželenih nečistoč in imeli večjo učinkovitost v postopku.
Po obdelavi se premog imenuje koks. Koks vlije v plavž in reagira s kisikom, ki se vbrizga v peč, pri čemer nastane ogljikov monoksid (CO), ta pa reagira z železovim oksidom (prisoten v rudi), kar povzroči kovinsko železo. (Fe0) in ogljikov dioksid (CO2). Apnenec, ki je bil prisoten v rudi, služi za znižanje tališča drugih prisotnih elementov, tvori tako imenovano žlindro in omogoča ločevanje po gostoti. Na koncu postopka nastane surovo železo, ki je krhka zlitina iz železa in ogljika, vendar je odstotek ogljika približno 5%. V taljevnici, enoti jeklarne, v kateri so stroji, potrebni za izvedbo opisanih postopkov, se surovo železo uporablja kot surovina za proizvodnjo različnih vrst jekla in zlitin,z dodajanjem ali odstranjevanjem elementov v zlitinski strukturi in s tem pridobivanjem različnih lastnosti.
Polintegrirane rastline
Tam se bo proizvajalo jeklo iz odpadnih kovin. Odpadne kovine se s pomočjo električnega toka segrevajo, dokler se ne stopijo, nato pa skozi vdih kisika odstranijo svoje nečistoče. Glede na izvor ostankov je treba opraviti različne obdelave, da odstranimo nečistoče in tako dobimo želeno jeklo.
Ogljikov dioksid (CO2) je eden od produktov reakcije, ki nastane med proizvodnjo surovega železa in ima tako pomemben vpliv na okolje. Teoretično se brez upoštevanja ogljikovega dioksida, ki nastane v apnenčasti reakciji, sprosti le ogljikov monoksid (CO) z železovim oksidom na vsak 1 kg proizvedenega železa približno 1,1 kg CO2. Po poročilu Instituto Aço Brasil iz leta 2014 je bilo leta 2013 iz proizvodnje jekla v Braziliji izpuščenih 50 milijonov ton CO2 s razmerjem, da je na 1 tono proizvedenega jekla 1,7 tone CO2 izdala.
Če želite izvedeti več o proizvodnji surovega železa in jekla, si oglejte videoposnetek, ki ga je PUC Rio ustvaril v partnerstvu z Ministrstvom za izobraževanje, Ministrstvom za znanost in tehnologijo in Nacionalnim skladom za razvoj šolstva:
Recikliranje
Recikliranje ostankov jekla poleg recikliranja različnih materialov porabi manj energije kot proizvodnja v integrirani industriji, poleg tega pa predelava odpadkov v okolju in izogibanje velikim emisijam CO2 v ozračje. Jeklo je mogoče stoodstotno reciklirati, niti ne spremeni lastnosti niti se med postopkom recikliranja izgubi.
Ker je jeklo magnetna kovina, ga lahko z elektromagnetom ločimo od drugih kovin, ki so z njim mešane. Tudi z možnostjo ločevanja jekla od drugih kovin ali nečistoč je priporočljivo, da je jeklo čisto, ko ga pošljemo v reciklažo, tako da organski odpadki in tla ne bodo ovirali postopka.
Jeklo je mogoče popolnoma reciklirati, se pravi, ko ga zavržete v selektivni zbirki, se lahko neskončno vrne v vaš dom v obliki škarj, kljuke na vratih, žice, avtomobila, hladilnika ali celo pločevink. Obstaja le nekaj vrst predmetov, kot so topila, barve in druga vsebina, ki vsebujejo škodljive spojine, ki jih je treba proizvajalcem vrniti, da lahko odpadke očistijo, preden jih pošljejo v ponovno uporabo.
Oglejte si, kam odvreči ostanke, jeklene odpadke in druge vrste odpadkov.
