Fier: importanța și impactul extracției sale
Fierul este important pentru viață și pentru progresul tehnologic, dar extracția lui poate avea impact asupra mediului
Ce ar fi dezvoltarea umană fără fier? La fel ca aluminiul, fierul metalic este unul dintre cele mai comune metale din viața noastră de zi cu zi. De la tacâmurile pe care le folosiți pentru prânz până la structurile clădirilor mari. Dar ce este fierul și care sunt beneficiile și daunele pe care ni le poate aduce utilizarea lui? Pe lângă fierul metalic, care sunt celelalte stări în care fierul se prezintă în natură?
fierul
Dintre cele mai abundente elemente de pe suprafata pamantului, litosfera, fierul este al patrulea element ca prezent si al doilea ca abundent metal. Deși fierul metalic a fost foarte prezent în societate încă din cele mai vechi timpuri, nu se găsește sub forma sa metalică (Fe0), ci sub forma sa oxidată [feroase (Fe2+) și ferice (Fe3+)], în principal în minereuri.
Imagine: date adaptate de pe www.ufrgs.br
Fierul nu este o moleculă, ci un element chimic, adică nu se formează prin reacții chimice simple, cu energie scăzută, care au loc pe planeta noastră, ci prin fuziuni atomice care au loc în stele. Înțelegeți puțin mai multe despre apariția fierului în videoclipul produs de Jane Gregorio-Hetem (IAG/USP) și Annibal Hetem Jr. (UFABC), finanțat de Consiliul Național pentru Dezvoltare Științifică și Tehnologică (CNPq):
Fierul este atât de important în evoluția rasei umane încât una dintre epocile preistorice este marcată de acest metal. Societățile preistorice sunt clasificate într-un sistem de patru vârste, piatra lustruita, Cupru, Bronz și Fier. THE Epoca fierului este marcată de dezvoltarea metalurgiei și apariția uneltelor din fier și oțel – se estimează că prima societate a epocii a înflorit în jurul anului 1200 î.Hr., în regiunea Anatoliei (regiunea de astăzi a Turciei).
Un alt exemplu mai actual al impactului mare al fierului asupra societății este calea ferată. Unul dintre cele mai importante mijloace de transport, odinioară și astăzi, poartă fier în numele său și a fost inventat datorită manipulării și utilizării fierului metalic, accelerând dezvoltarea societății moderne.
Importanța acestui element depășește utilizarea sa în instrumente. Se crede că nucleul Pământului este format în mare parte din fier metalic, care, datorită acestuia, generează un câmp magnetic pe planeta noastră, care este responsabil pentru protejarea întregii vieți existente de razele cosmice. Dacă acest câmp magnetic nu ar exista, sistemul de viață așa cum îl cunoaștem noi ar putea să nu existe.
Din centrul Pământului până la venele noastre
Imagine: Ricardo Gomez Angel pe Unsplash
Natura caută întotdeauna să folosească cele mai abundente elemente pentru crearea și întreținerea vieții. Pe lângă protecția împotriva razelor cosmice pe care fierul le generează pentru viața de pe planetă, este și un element extrem de vital pentru aproape fiecare tip de animal pe care îl cunoaștem. Fierul este esențial chiar și pentru respirația noastră, fiind principalul atom al hemoglobinei, pe lângă faptul că este responsabil de culoarea roșie a sângelui. De asemenea, este responsabil pentru transportul oxigenului către celulele din corpul nostru.
Un exemplu extrem este bacteriile care sunt responsabile pentru "cade sânge„ sau „cascade de sânge”. Într-un ghețar cunoscut sub numele de Taylor, există bacterii care, din cauza lipsei de oxigen (O2) din mediul lor, metabolizează ionii ferici (Fe3+) prin respirație, iar ca produs final eliberează ioni feroși ( Fe2+ ) care, la contactul cu suprafața, se oxidează și dau aspectul de sânge.
Imagine: Peter Rejcek / National Science Foundation
fier în alimente
Probabil ați auzit că oamenii trebuie să mănânce mai multă fasole pentru a deveni „mai puternici” pentru că au fier. Consumul de alimente bogate în fier este esențial pentru organismul uman, iar fierul este prezent în multe tipuri de organisme, atât animale, cât și vegetale. În cazul hemoglobinei din sânge, o deficiență de fier în fluxul sanguin încetinește transportul oxigenului către celulele organismului, afectând astfel imunitatea sistemului în ansamblu și provocând anemie. Aportul de fier este extrem de important pentru menținerea nu numai a hemoglobinei, ci și a mai multor metaloenzime responsabile de sănătatea noastră.
Fierul, prezent în alimente, este disponibil în două categorii: fier hem și fier non-hem. Fierul hem se găsește în carnea animală și este deja în formă gata de absorbție, având 10% până la 30% din totalul absorbit după consum. Absorbția fierului non-hem este de 2% până la 20% din total, necesitând consumul de alimente bogate în vitamina C pentru o mai bună absorbție, ceea ce nu reprezintă o problemă. Fierul non-hem provine din surse vegetale, precum fasolea și cerealele, iar vitamina C din citrice precum kiwi, lămâia, portocala, printre altele, ajută la o mai bună absorbție a acestuia.
Fierul hem contine in mod normal fier Fe2+ si este inconjurat de molecule care il protejeaza si contribuie la absorbtia lui in peretele intestinal. Pe de altă parte, fierul non-hem, în general, are Fe3+ și/sau este legat de molecule care nu contribuie bine la absorbția sa.
Agenția Națională de Supraveghere a Sănătății (Anvisa) recomandă ca cantitatea de consum zilnic necesară unui adult să fie de 14 mg de fier, iar pentru gravide să fie aproape dublă: 27 mg. Treci să știi care sunt alimentele bogate în fier, aruncă o privire la articolul: „Care sunt alimentele bogate în fier?”.
Dar nu-ți face griji, dacă ai ales să urmezi o dietă fără carne, există sfaturi pentru a crește absorbția fierului derivat din plante. Una dintre ele este: consumați sau pregătiți mâncarea adăugând suc de lămâie sau portocale - atunci când vă pregătiți salata de rucola (bogată în fier), de exemplu, adăugați suc de lămâie, deoarece este bogat în acid ascorbic (Vitamina C), care va transforma Fe3+ în Fe2+, complexează și facilitează absorbția acestuia de către organism.
Fier metalic (Fe0)
Descoperirea și manipularea fierului a fost un pas foarte important în evoluția umanității și primul pas în apariția aliajelor de oțel. Atunci când unii atomi și/sau molecule sunt adăugați la fier, cum ar fi carbonul, se formează apoi oțelul, unul dintre cele mai importante aliaje metalice din lumea modernă.
Brazilia ocupă a doua poziție în producția mondială de minereu de fier (a fost pe primul loc până în 2009, dar a fost depășită de Australia). În ciuda faptului că este al doilea mare producător de minereu de fier, Brazilia ocupă locul nouă printre cei mai mari producători de oțel și alte materiale derivate din fier. Nu pare să aibă prea mult sens, dar justificarea este că Brazilia exportă aproape tot minereul extras.
Producția de minereu de fier în 2014 a ajuns la 400 de milioane de tone, iar în același an au fost exportate în jur de 344 de milioane de tone de minereu, generând venituri de peste 25 de miliarde de dolari, fiind produsul de bază cu cel mai mare venit al anului - chiar mai mare decât veniturile. generate de soia și țiței. În ciuda faptului că este al doilea mare producător de minereu de fier, Brazilia produce doar 2% din totalul oțelului produs la nivel mondial.
Procesul de producție a fierului și impactul acestuia asupra mediului
Fierul metalic nu se găsește sub această formă în scoarța terestră, doar în forma sa oxidată și în minereuri precum hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonitul (Fe(OH)3.nH2O) și pirita. (FeS2). Aceste minereuri trebuie extrase din pământ, tratate și, din ele, se obține fier metalic.Procesele de obținere a fierului și oțelului constau în principal din următoarele etape:
- Extracția minereului brut;
- Tratare și prelucrare;
- Prelucrarea minereului;
- Extracția și tratarea minereului brut.
După ce a fost colectat, minereul brut trebuie să treacă printr-un proces numit valorificare, care îl va face mai potrivit pentru procesul de obținere a fierului metalic. Procesul de valorificare este cel mai important pas și probabil cel care generează cea mai mare cantitate de deșeuri. În acest proces fac parte următoarele operații: zdrobire, clasificare, măcinare, concentrare și aglomerare.
Printre cele mai importante procese în valorificare, zdrobirea constă în fragmentarea minereului, urmărindu-se atingerea unei dimensiuni adecvate pentru separarea ulterioară a acestuia în etapa de clasificare. În clasificare, boabele sunt împărțite în trei clase: granulate, sinter-feed și furaj cu pelete. Boabele clasificate ca granule sunt gata de a fi folosite in ultima etapa, aceea de obtinere a fierului. Sinter-feed este furaj cu pelete sunt particule cu dimensiuni prea mici pentru a fi folosite direct în ultima etapă, deci trec printr-un proces de aglomerare.
În companiile miniere, procesul de aglomerare se realizează prin peletizare, în care cele mai fine particule de minereu (furaj cu pelete) suferă un proces care le transformă în pelete, permițând utilizarea particulelor fine și îmbunătățind performanța în procesul de fabricare a oțelului.
În oțelăriile, procesul de aglomerare se realizează prin sinterizare, care este tratamentul termic al particulelor fine de minereu, numit sinter-feed, dând naștere particulelor sinterizare, care poate fi dus la furnal.
Apa joaca un rol foarte important in aproape toate etapele procesului de tratare a minereului, fiind extrem de folosita in procesele de aglomerare si concentrare. Folosirea tehnicilor de flotație, hidrociclonilor și spălarea sunt etape în care apa este extrem de folosită, rezultând un reziduu greu de tratat: nămolul.
Greu de tratat deșeurile
Pe lângă procesul de obținere a aluminiului, fierul are și un deșeu foarte problematic cu puține alternative de tratare a acestuia: nămolul. Un exemplu de cantitate de nămol produsă este cel al Proiectului Vargem Grande Itabiritos (ITMI VGR), din Minas Gerais, care generează 565 de tone de nămol pe oră.
Cea mai comună destinație pentru acest noroi în Brazilia este depozitarea lui în rezervoare în aer liber. Nămolul este transportat, de obicei prin gravitație sau prin pompare, către rezervoare, cum ar fi piscine, unde este reținut de baraje. În aceste rezervoare, nămolul se depune și se usucă, dar nu se solidifică complet.
Această suspensie conține oxizi de fier și siliciu și poate avea prezența altor metale, care, în funcție de solul extras, nu prezintă un nivel de toxicitate. Nămolul are un impact foarte semnificativ asupra mediului, modificând întreaga compoziție a solului, lăsându-l saturat cu acești compuși. Deși nu prezintă toxicitate directă, dacă ajunge la râuri, pe lângă faptul că poate influența pH-ul și compoziția nutrienților dizolvați în apă, nămolul va tulbura mediul, împiedicând astfel pătrunderea luminii în apă și poate ucide viața care depinde de fotosinteză, impactând indirect întregul mediu.
Pe lângă faptul că ocupă o suprafață imensă, cu noroi extrem de saturat cu oxizi de fier și siliciu, aceste baraje pot reprezenta un pericol foarte mare pentru societate și natura împrejurimilor, mai ales atunci când sunt prost inspectate. Dacă nu sunt bine structurați și supravegheați, ele riscă să se despartă și să provoace devastații într-o zonă gigantică, potențial provocând daune ireversibile. Namolul, cand ajunge la pamant, nu ofera toxicitate, insa face solul infertil, distruge tupusul si vegetatia de dimensiuni medii si poate ucide si animale cu scurgerea initiala.
Din păcate, în noiembrie 2015, Brazilia a avut un exemplu de devastare, odată cu prăbușirea unui baraj Samarco din Mariana (MG). Înțelegeți cum a fost cazul și ce daune aduse mediului au fost cauzate. Un alt exemplu nefericit a fost prăbușirea barajului de steril al companiei Vale, în 2019, tot în Minas Gerais, în Brumadinho, și la un cost uman mai mare decât în cazul Marianei. Înțelegeți detaliile cazului și impacturile cauzate.
Amploarea devastării
O mină de minereu de fier ocupă o suprafață foarte mare, provoacă devastări pentru sol, pădure, animale și pentru relieful natural prezent în acea zonă și poate chiar influența schimbările climatice din regiune. Mai există un efect care se poate extinde pe kilometri de distanță, care privește transportul acestui minereu: calea ferată.
Poate că nu pare o problemă mare, dar transportul minereului de fier către principalele porturi pentru export se face exclusiv pe calea ferată, multe dintre acestea fiind exclusiv pentru transportul acestui minereu. Deoarece Brazilia exportă aproape tot minereul pe care îl extrage, există o mare nevoie de a construi căi ferate care să conecteze minele cu porturile. Pe lângă devastările pe care le poate aduce construcția unei căi ferate, poluarea fonică pe care o produce poate avea un impact puternic asupra faunei regiunii pe unde trece. Vezi mai multe despre impactul asupra mediului generat de tipurile de transport.
prelucrarea minereului
După ce este supus prelucrării și atinge dimensiunile dorite, minereul de fier este preluat pentru a obține fier metalic în oțelării. Fierul pur nu are un interes economic ridicat, aproape tot minereul de fier extras este destinat producerii de otel, care este fier cu procente reduse de carbon prezent in structura sa.
Combinațiile siderurgice sunt împărțite în două tipuri: mori integrate și mori semi-integrate
Plante integrate
În ele, oțelul va fi produs din minereu de fier. Practic, procesul de obținere a fierului are loc în reacția minereului de fier (prezent sub formă de oxid de fier) și monoxid de carbon (CO) într-un cuptor numit furnal. După ce a fost sinterizat, minereul de fier are dimensiuni adecvate pentru a fi prelucrat în furnal și are și calcar în compoziție. Pentru acest proces este necesar să se folosească cărbune, care va fi tratat pentru a elimina impuritățile nedorite și a avea o eficiență mai mare în proces.
După ce este tratat, cărbunele se numește cocs. Când este turnat în furnal, cocsul reacţionează cu oxigenul care este injectat în cuptor, formând monoxid de carbon (CO), care la rândul său reacţionează cu oxidul de fier (prezent în minereu), rezultând astfel fier metalic (Fe0). și dioxid de carbon (CO2). Calcarul care a fost prezent în minereu servește la scăderea punctului de topire al celorlalte elemente prezente, formând așa-numita zgură și permițând separarea prin densitate. La sfârșitul procesului, se formează fonta, care este un aliaj casant format din fier și carbon, dar procentul de carbon este în jur de 5%. La oțelărie, unitate a siderurgiei în care se află mașinile necesare realizării proceselor descrise, fonta este utilizată ca materie primă pentru producerea diferitelor tipuri de oțel și aliaje, prin adăugarea sau îndepărtarea de elemente. în structura aliajului, dobândind astfel proprietăţi diferite.
Plante semi-integrate
Aici se va produce oțel din fier vechi. Cu ajutorul unui curent electric, resturile metalice sunt incalzite pana la topirea acestuia, trecand ulterior printr-o lovitura de oxigen pentru a-i indeparta impuritatile. In functie de provenienta deseului, este necesar sa treci prin diferite tratamente pentru a indeparta impuritatile si astfel a obtine otelul dorit.
Dioxidul de carbon (CO2) este unul dintre produșii de reacție care se generează în timpul producției de fontă brută, având astfel un impact semnificativ asupra mediului. Teoretic, fără a lua în considerare dioxidul de carbon format din reacția calcarului, se emite doar monoxid de carbon (CO) cu oxid de fier, pentru fiecare 1 kg de fier produs se emite în jur de 1,1 kg de CO2. Conform raportului din 2014 al Instituto Aço Brasil, în 2013, 50 de milioane de tone de CO2 au fost emise din producția de oțel din Brazilia, cu un raport care, pentru fiecare 1 tonă de oțel produsă, sunt emise 1,7 tone de CO2.
Pentru a înțelege mai multe despre producția de fontă și oțel, urmăriți videoclipul produs de PUC Rio în parteneriat cu Ministerul Educației, Ministerul Științei și Tehnologiei și Fondul Național de Dezvoltare a Educației:
Reciclare
Pe lângă reciclarea diferitelor materiale, reciclarea deșeurilor de oțel consumă mai puțină energie decât producția în industria integrată, în plus față de recuperarea a ceea ce ar fi deșeuri în mediu și evitarea emisiilor masive de CO2 în atmosferă. Oțelul este 100% reciclabil, nici nu își schimbă proprietățile și nici nu se pierde în timpul procesului de reciclare.
Deoarece oțelul este un metal magnetic, pentru a-l separa de alte metale amestecate cu el, se poate folosi un electromagnet. Chiar și cu posibilitatea separării oțelului de alte metale sau impurități, se recomandă totuși ca oțelul să fie curat atunci când este trimis spre reciclare, astfel încât deșeurile organice și pământul să nu împiedice procesul.
Oțelul este complet reciclabil, adică atunci când îl arunci în colectarea selectivă, se poate întoarce în casa ta de infinite ori, sub formă de foarfece, clanțe, sârmă, automobil, frigider sau chiar conserve. Există doar câteva tipuri de articole, cum ar fi solvenți, vopsele și alte conținuturi, care conțin compuși nocivi care trebuie returnați producătorilor pentru a putea curăța deșeurile înainte de a le trimite spre reutilizare.
Vedeți unde să aruncați resturi, deșeuri de oțel și alte tipuri de deșeuri.
