Željezo je važno za život i tehnološki napredak, ali njegovo vađenje može imati utjecaje na okoliš
Kakav bi bio ljudski razvoj bez željeza? Poput aluminija, metalno željezo jedan je od najčešćih metala u našem svakodnevnom životu. Od pribora za jelo koji koristite za ručak do građevina velikih zgrada. Ali što je željezo i koje su nam koristi i štete koje nam njegova uporaba može donijeti? Pored metalnog željeza, koja su još stanja u kojima se željezo pojavljuje u prirodi?
Željezo
Među najrasprostranjenijim elementima na Zemljinoj površini, litosferi, željezo je četvrti najprisutniji element i drugi metal po zastupljenosti. Iako je metalno željezo vrlo prisutno u društvu od davnina, ne nalazi se u metalnom obliku (Fe0), već u oksidiranom obliku [željezo (Fe2 +) i željezo (Fe3 +)], uglavnom u rudama.
Slika: podaci adaptirani sa www.ufrgs.br
Željezo nije molekula, već kemijski element, odnosno ne nastaje jednostavnim, niskoenergijskim kemijskim reakcijama koje se događaju na našem planetu, već atomskim fuzijama koje se javljaju u zvijezdama. Shvatite malo više o pojavi željeza u videu koji su producirali Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) i Annibal Hetem Jr. (UFABC), a financira Nacionalno vijeće za znanstveni i tehnološki razvoj (CNPq):
Željezo je toliko izvanredno u evoluciji ljudske rase da je jedno od pretpovijesnih doba obilježeno ovim metalom. Prapovijesna su društva svrstana u četverogodišnji sustav, polirani kamen , bakar , broncu i željezo . Željeznog doba obilježeno je razvoj metalurgije i pojavom alata izrađenih od željeza i čelika - procjenjuje se da je prvi društvo doba cvjetala oko 1200 godina prije Krista, u regiji Anatoliji (struja regija Turske).
Još jedan aktualniji primjer velikog utjecaja željeza na društvo je željeznica. Jedno od najvažnijih prijevoznih sredstava, nekada i danas, u svoje ime uzima željezo, a izumljeno je zahvaljujući manipulaciji i upotrebi metalnog željeza, ubrzavajući razvoj modernog društva.
Važnost ovog elementa nadilazi njegovu upotrebu u alatima. Vjeruje se da se Zemljina jezgra sastoji uglavnom od metalnog željeza, koje zahvaljujući njoj generira magnetsko polje na našem planetu, koje je odgovorno za zaštitu cjelokupnog postojećeg života od kozmičkih zraka. Da ovo magnetsko polje ne postoji, sustav života za koji znamo možda ne bi postojao.
Od središta Zemlje do naših žila
Slika: Ricardo Gomez Angel iz Unsplasha
Priroda uvijek nastoji iskoristiti najobilnije elemente za stvaranje i održavanje života. Osim što štiti od kozmičkih zraka koje željezo stvara za život na planetu, izuzetno je važan element za gotovo sve vrste životinja koje poznajemo. Željezo je neophodno čak i za naše disanje, jer je glavni atom hemoglobina, uz to što je odgovorno za crvenu boju krvi. Također je odgovoran za transport kisika do stanica cijelog našeg tijela.
Izuzetan primjer su bakterije odgovorne za " padanje krvi " ili "slapove krvi". U ledenjaku poznatom kao Taylor postoje bakterije koje zbog nedostatka kisika (O2) u svojoj okolini disanjem metaboliziraju željezne ione (Fe3 +), a kao konačni proizvod oslobađaju ione željeza (Fe2 +) koji u dodiru s površinu, oksidiraju i daju izgled krvi.
Slika: Peter Rejcek / Nacionalna zaklada za znanost
Željezo u hrani
Vjerojatno ste čuli za osobu koja mora jesti više graha kako bi postala "jača" jer ima željezo. Konzumiranje hrane bogate željezom neophodno je za ljudsko tijelo, a željezo je prisutno u mnogim vrstama organizama, kako životinjskim tako i biljnim. U slučaju hemoglobina u krvi, nedostatak željeza u krvotoku smanjuje transport kisika do tjelesnih stanica, utječući tako na imunitet sustava u cjelini i uzrokujući anemiju. Unos željeza izuzetno je važan za održavanje ne samo hemoglobina, već i nekoliko metaloenzima odgovornih za naše zdravlje.
Željezo, prisutno u hrani, dostupno je u dvije kategorije: hem željezo i ne-hem željezo. Heme željezo nalazi se u životinjskom mesu i već je spremno za apsorpciju, s 10% do 30% ukupnog apsorbira nakon konzumacije. Apsorpcija ne-hem željeza iznosi 2% do 20% od ukupnog broja, što zahtijeva konzumaciju hrane bogate vitaminom C za najbolju apsorpciju, što nije problem. Ne-hem željezo dolazi iz biljnih izvora, poput graha i žitarica, a vitamin C iz citrusa poput kivija, limuna, naranče, između ostalog, pomaže njegovoj boljoj apsorpciji.
Heme željezo obično sadrži željezo Fe2 + i okruženo je molekulama koje ga štite i doprinose njegovoj apsorpciji u crijevnom zidu. Nehemsko željezo općenito ima Fe3 + i / ili je vezano s molekulama koje nemaju dobar doprinos njegovoj apsorpciji.
Nacionalna agencija za nadzor zdravlja (Anvisa) preporučuje da količina dnevne konzumacije potrebna za odraslu osobu iznosi 14 mg željeza, a trudnice gotovo dvostruko: 27 mg. Upoznajte koja je hrana bogata željezom, pogledajte članak: "Što je hrana bogata željezom?".
Ali ne brinite, ako odlučite slijediti prehranu bez mesa, postoje savjeti za povećanje apsorpcije željeza na biljnoj bazi. Jedan od njih je: konzumirajte ili pripremite hranu dodavanjem soka od limuna ili naranče - kada pripremate salatu od rikule (bogate željezom), dodajte limunov sok jer je bogata askorbinskom kiselinom (vitamin C), koji će transformirati Fe3 + u Fe2 +, složiti i olakšati njegovu apsorpciju u tijelu.
Metalno željezo (Fe0)
Otkriće i rukovanje željezom bio je vrlo važan korak za evoluciju čovječanstva i prvi korak za pojavu čeličnih legura. Kada se željezu dodaju neki atomi i / ili molekule, poput ugljika, nastaje čelik, jedna od najvažnijih metalnih legura u modernom svijetu.
Brazil zauzima drugo mjesto u svjetskoj proizvodnji željezne rude (prvo je bilo do 2009., no prestigla ga je Australija). Iako je drugi najveći proizvođač željezne rude, Brazil zauzima deveto mjesto među najvećim proizvođačima čelika i ostalih materijala od željeza. Čini se da to nema previše smisla, ali opravdanje je to što Brazil izvozi gotovo svu svoju izvađenu rudu.
Proizvodnja željezne rude u 2014. dosegla je 400 milijuna tona, a iste je godine izvezeno oko 344 milijuna tona rude, ostvarivši prihod veći od 25 milijardi dolara, što je osnovni proizvod s najvećim prihodom u godini. - veći od prihoda od soje i sirove nafte. Iako je drugi najveći proizvođač željezne rude, Brazil proizvodi samo 2% svih čelika proizvedenih u svijetu.
Postupak dobivanja željeza i njegovi utjecaji na okoliš
Metalno željezo se u ovom obliku ne nalazi u zemljinoj kori, samo u oksidiranom obliku i u rudama, poput hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe (OH) 3.nH2O) i pirit (FeS2). Ove rude treba izvaditi iz tla, obraditi i iz njih se dobiva metalno željezo.Postupci za dobivanje željeza i čelika u osnovi se sastoje od sljedećih koraka:
- Vađenje sirove rude;
- Liječenje i obrada;
- Prerada rude;
- Vađenje i obrada sirove rude.
Nakon sakupljanja, sirova ruda mora proći postupak koji se naziva obogaćivanje, što će je učiniti prikladnijom za postupak dobivanja metalnog željeza. Proces bogaćenja najvažniji je korak, a vjerojatno i onaj koji stvara najveću količinu otpada. Sljedeći postupci dio su ovog postupka: drobljenje, klasifikacija, mljevenje, koncentriranje i nakupljanje.
Među najvažnijim procesima bogaćenja, usitnjavanje se sastoji od usitnjavanja rude, nastojeći postići odgovarajuću dimenziju za njezino naknadno razdvajanje u fazi razvrstavanja. U klasifikaciji su žitarice podijeljene u tri klase: granulirana, sinterovana i peletna . Žitarice klasificirane kao granulirane spremne su za upotrebu u posljednjem stupnju dobivanja željeza. Sinter-feed i hrana za pelete su čestice vrlo malih dimenzija koje se izravno koriste u posljednjoj fazi, zbog čega prolaze kroz proces aglomeracije.
U rudarskim tvrtkama postupak aglomeracije vrši se peletiziranjem, pri čemu sitnije čestice rude ( hrana za pelete ) prolaze kroz postupak koji ih pretvara u pelete, omogućujući upotrebu sitnih čestica i poboljšavajući performanse u procesu izrade čelika.
U čeličanama se postupak aglomeracije provodi sinterovanjem, a to je toplinska obrada sitnih čestica rude, koja se naziva sinter-feed , čime se dobivaju čestice sintera koje se mogu odvesti u visoku peć.
Voda igra vrlo važnu ulogu u gotovo svim fazama procesa obrade rude, iznimno se koristi u procesima aglomeracije i koncentracije. Korištenje flotacije, hidrociklona i tehnika pranja faze su u kojima se voda izuzetno koristi, što rezultira teškim ostatkom za obradu: blatom.
Otpad je teško liječiti
Kao i postupak dobivanja aluminija, i željezo ima vrlo problematičnu jalovinu i nekoliko alternativa za obradu: blato. Primjer količine proizvodnje blata je projekt Vargem Grande Itabirite (ITMI VGR) u Minas Geraisu koji generira 565 tona blata na sat.
Najčešće odredište ovog blata u Brazilu je odlaganje u rezervoare na otvorenom. Blato se transportira, obično gravitacijom ili pumpanjem, do rezervoara, poput bazena, gdje ih sadrže brane. U tim se ležištima blato taloži i suši, ali se ne stvrdnjava u potpunosti.
Ovo blato sadrži okside željeza i silicija, a može imati i druge metale koji, ovisno o izvađenom tlu, ne predstavljaju razinu toksičnosti. Blato ima vrlo značajan utjecaj na okoliš, mijenjajući cjelokupni sastav tla, ostavljajući ga zasićenim tim spojevima. Iako ne predstavlja izravnu toksičnost, ako dospije u rijeke, osim što utječe na pH i sastav hranjivih tvari otopljenih u vodi, blato će zamutiti okoliš, sprečavajući tako prodor svjetlosti u vodu i možda ubijajući život koji ovisi o fotosintezi. , neizravno utječući na cjelokupni okoliš.
Osim što zauzimaju ogromno područje, s izuzetno zasićenim blatom željeznih oksida i silicija, ove brane mogu predstavljati veliku opasnost za društvo i prirodu okoline, pogotovo kada su loše pregledane. Ako nisu dobro strukturirani i pregledani, riskiraju da se slome i izazovu devastaciju na divovskom području, što može nanijeti nepovratnu štetu. Blato, kada dođe do tla, ne nudi toksičnost, ali tlo čini neplodnim, uništava šipražje i srednje veliko raslinje, a također može ubiti životinje početnim otjecanjem.
Nažalost, u studenom 2015. godine Brazil je imao primjer devastacije, puknućem brane Samarco u Mariani (MG). Shvatite kako je to bilo i uzrokovana šteta u okolišu. Još jedan nesretni primjer bio je puknuće brane jalovine tvrtke Vale u 2019. godini, također u Minas Geraisu, u Brumadinhu, i po višoj ljudskoj cijeni od Marijanina slučaja. Razumijevanje pojedinosti slučaja i uzrokovanih utjecaja.
Opseg razaranja
Rudnik željezne rude zauzima vrlo veliko područje, pružajući devastaciju tla, šume, životinja i prirodnog reljefa prisutnog na tom području, a može čak utjecati na klimatske promjene u regiji. Postoji još jedan učinak koji se može protezati kilometrima, a odnosi se na prijevoz ove rude: željeznica.
Možda se ne čini baš velikim problemom, ali prijevoz željezne rude do glavnih luka za izvoz obavlja se isključivo željeznicom, od kojih su mnoge isključive za prijevoz ove rude. Kako Brazil izvozi gotovo svu rudu koju vadi, velika je potreba za izgradnjom željezničkih pruga koje povezuju rudnike s lukama. Osim devastacije koju izgradnja željeznice može donijeti, onečišćenje bukom koje ona pruža može utjecati i na puno faune regije kroz koju prolazi. Pogledajte više o utjecajima vrsta na prijevoz na okoliš.
Prerada rude
Nakon prolaska kroz obogaćivanje i postizanja željenih dimenzija, uzima se željezna ruda za dobivanje metalnog željeza u čeličanama. Kako čisto željezo nema visoki ekonomski interes, gotovo sva izvađena željezna ruda namijenjena je proizvodnji čelika, odnosno željeza s malim postotkom ugljika koji je prisutan u njegovoj strukturi.
Čeličane se dijele na dvije vrste: integrirane i poluintegrirane
Integrirana postrojenja
U njima će se čelik proizvoditi od željezne rude. U osnovi se postupak dobivanja željeza odvija u reakciji željezne rude (prisutne kao željezov oksid) i ugljičnog monoksida (CO) u pećnici koja se naziva visoka peć. Nakon sinterovanja, željezna ruda ima odgovarajuće dimenzije za obradu u visokoj peći, a u svom sastavu ima i vapnenac. Za ovaj postupak potrebno je koristiti ugljen, gdje će se tretirati kako bi se uklonile neželjene nečistoće i postigla veća učinkovitost u procesu.
Nakon obrade ugljen se naziva koksom. Kada se ulije u visoku peć, koksa reagira s kisikom koji se ubrizgava u peć, tvoreći ugljični monoksid (CO), koji zauzvrat reagira s željeznim oksidom (prisutan u rudi), što rezultira metalnim željezom. (Fe0) i ugljični dioksid (CO2). Vapnenac koji je bio prisutan u rudi služi za snižavanje točke topljenja ostalih prisutnih elemenata, tvoreći takozvanu trosku i omogućujući razdvajanje po gustoći. Na kraju postupka nastaje sirovo željezo, što je krhka legura nastala od željeza i ugljika, ali postotak ugljika je oko 5%. U radionici za topljenje, jedinici čeličane u kojoj se nalaze strojevi potrebni za provođenje opisanih procesa, sirovo željezo se koristi kao sirovina za proizvodnju različitih vrsta čelika i legura,dodavanjem ili uklanjanjem elemenata u strukturi legure, čime se stječu različita svojstva.
Poluintegrirana postrojenja
Tu će se proizvoditi čelik od otpadnog metala. Pomoću električne struje, staro željezo se zagrijava dok se ne otopi, a zatim prolazi kroz dašak kisika kako bi uklonio svoje nečistoće. Ovisno o podrijetlu otpada, potrebno je podvrgnuti se različitim obradama kako bi se uklonile nečistoće i tako dobili željeni čelik.
Ugljični dioksid (CO2) jedan je od produkata reakcije koji nastaje tijekom proizvodnje sirovog željeza, što ima značajan utjecaj na okoliš. Teoretski, bez razmatranja ugljičnog dioksida nastalog reakcijom vapnenca, emitira se samo onaj ugljičnog monoksida (CO) sa željeznim oksidom, na svaki 1 kg proizvedenog željeza, oko 1,1 kg CO2. Prema izvješću Instituto Aço Brasil iz 2014. godine, 2013. godine iz proizvodnje čelika u Brazilu emitirano je 50 milijuna tona CO2, s omjerom koji na svaku 1 tonu proizvedenog čelika iznosi 1,7 tona CO2 izdao.
Da biste razumjeli više o proizvodnji sirovog željeza i čelika, pogledajte videozapis koji je izradio JKP Rio u partnerstvu s Ministarstvom obrazovanja, Ministarstvom znanosti i tehnologije i Nacionalnim fondom za razvoj obrazovanja:
Recikliranje
Uz recikliranje različitih materijala, recikliranje ostataka čelika troši manje energije od proizvodnje u integriranoj industriji, uz oporabu otpada u okolišu i izbjegavanje velikih emisija CO2 u atmosferu. Čelik se može stoposto reciklirati, bez mijenjanja svojstava ili gubitka tijekom postupka recikliranja.
Kako je čelik magnetski metal, elektromagnet se može koristiti za odvajanje od ostalih metala pomiješanih s njim. Čak i uz mogućnost odvajanja čelika od ostalih metala ili nečistoća, preporučuje se, međutim, da čelik bude čist kad se pošalje na recikliranje, tako da organski otpad i tlo ne ometaju postupak.
Čelik se u potpunosti može reciklirati, odnosno kada ga odbacite u selektivnu kolekciju, beskrajno se može vratiti u vaš dom, u obliku škara, kvake, žice, automobila, hladnjaka ili čak limenki. Postoji samo nekoliko vrsta predmeta, poput otapala, boja i drugog sadržaja, koji sadrže štetne spojeve koji se moraju vratiti proizvođačima kako bi mogli očistiti otpad prije slanja na ponovnu upotrebu.
Pogledajte gdje odložiti otpad, čelični otpad i druge vrste otpada.
