Železo: význam a dopady jeho ťažby

Železo je dôležité pre život a pre technologický pokrok, ale jeho ťažba môže mať dopad na životné prostredie

Žehliť

Aký by bol ľudský vývoj bez železa? Rovnako ako hliník, aj kovové železo je jedným z najbežnejších kovov v našom každodennom živote. Od príborov, ktoré používate na obed, až po štruktúry veľkých budov. Čo je to však železo a aké výhody a škody mu jeho používanie môže priniesť? Aké sú ďalšie stavy, v ktorých sa železo okrem kovového železa vyskytuje v prírode?

Žehlička

Medzi najhojnejšími prvkami na povrchu Zeme, litosférou, je železo štvrtým najprítomnejším prvkom a druhým najhojnejším kovom. Aj keď je kovové železo v spoločnosti prítomné odpradávna, nenachádza sa v kovovej forme (Fe0), ale v oxidovanej forme [železo (Fe2 +) a železo (Fe3 +)], hlavne v rudách.

Dostatok prvkov

Obrázok: údaje prevzaté z www.ufrgs.br

Železo nie je molekula, ale chemický prvok, to znamená, že sa netvorí jednoduchými nízkoenergetickými chemickými reakciami, ktoré sa vyskytujú na našej planéte, ale atómovými fúziami, ktoré sa vyskytujú vo hviezdach. Pochopte niečo viac o vzniku železa vo videu, ktoré vytvorili Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) a Annibal Hetem Jr. (UFABC) a ktoré financuje Národná rada pre vedecký a technologický rozvoj (CNPq):

Železo je vo vývoji ľudskej rasy také markantné, že jeden z praveku je týmto kovom poznačený. Praveké spoločnosti sa delia na systém štyroch vekových skupín, leštený kameň , meď , bronz a železo . Iron vek je v znamení vývoj hutníctva a vznik nástrojov vyrobených zo železa a ocele - odhaduje sa, že prvá spoločnosť éry rozkvitala okolo roku 1200 pred naším letopočtom, v oblasti Anatólie (súčasná oblasť Turecka).

Ďalším aktuálnejším príkladom veľkého vplyvu železa na spoločnosť je železnica. Jeden z najdôležitejších dopravných prostriedkov, kedysi i dnes, má vo svojom názve železo a bol vynájdený vďaka manipulácii a použitiu kovového železa, ktoré urýchľuje rozvoj modernej spoločnosti.

Dôležitosť tohto prvku presahuje jeho použitie v nástrojoch. Predpokladá sa, že zemské jadro je tvorené väčšinou kovovým železom, ktoré vďaka nemu vytvára na našej planéte magnetické pole, ktoré je zodpovedné za ochranu všetkého existujúceho života pred kozmickým žiarením. Keby toto magnetické pole neexistovalo, nemusel by existovať životný systém, o ktorom vieme.

Zo stredu Zeme do našich žíl

železo

Obrázok: Ricardo Gomez Angel pri Unsplash

Príroda sa vždy snaží využiť tie najhojnejšie prvky na vytváranie a udržiavanie života. Okrem ochrany pred kozmickými lúčmi, ktoré generuje železo pre život na planéte, je tiež mimoriadne dôležitým prvkom pre takmer všetky druhy zvierat, ktoré poznáme. Železo je nevyhnutné aj pre naše dýchanie, je hlavným atómom hemoglobínu a okrem toho je zodpovedné za červenú farbu krvi. Je tiež zodpovedný za transport kyslíka do buniek celého nášho tela.

Extrémnym príkladom sú baktérie, ktoré sú zodpovedné za „ padanie krvi “ alebo „krvavé vodopády“. V ľadovci známom ako Taylor existujú baktérie, ktoré v dôsledku nedostatku kyslíka (O2) v ich prostredí metabolizujú železité ióny (Fe3 +) dýchaním a ako konečný produkt uvoľňujú železnaté ióny (Fe2 +), ktoré pri kontakte s povrch, oxidujú a vytvárajú vzhľad krvi.

Krv padá

Obrázok: Peter Rejcek / Národná vedecká nadácia

Žehlička v potravinách

Pravdepodobne ste už počuli o tom, že človek musí jesť viac fazule, aby sa stal „silnejším“, pretože má železo. Konzumácia potravín bohatých na železo je pre ľudské telo nevyhnutná a železo sa nachádza v mnohých druhoch živočíšnych a rastlinných organizmov. V prípade hemoglobínu v krvi nedostatok železa v krvnom obehu znižuje transport kyslíka do buniek tela, čo ovplyvňuje imunitu celého systému a spôsobuje anémiu. Príjem železa je mimoriadne dôležitý pre udržanie nielen hemoglobínu, ale aj niekoľkých metaloenzýmov zodpovedných za naše zdravie.

Železo prítomné v potravinách je dostupné v dvoch kategóriách: hemové železo a iné ako hemové železo. Hemové železo sa nachádza v živočíšnom mäse a je už pripravené na absorpciu, 10 až 30% z celkovej absorpcie sa uskutoční po konzumácii. Absorpcia nehemového železa je 2% až 20% z celkového množstva, čo si vyžaduje najlepšiu absorpciu potravín bohatých na vitamín C, čo nie je žiadny problém. Nehemové železo pochádza z rastlinných zdrojov, ako sú fazuľa a obilniny, a vitamín C z iných citrusov, ako je kivi, citrón, pomaranč, okrem iného pomáha jeho lepšej absorpcii.

Hemové železo zvyčajne obsahuje železo Fe2 + a je obklopené molekulami, ktoré ho chránia a prispievajú k jeho absorpcii v črevnej stene. Nehemové železo má na druhej strane všeobecne Fe3 + a / alebo je viazané s molekulami, ktoré nemajú dobrý príspevok k jeho absorpcii.

Národná agentúra pre dohľad nad zdravím (Anvisa) odporúča, aby denná spotreba nutná pre dospelého človeka bola 14 mg železa, u tehotných žien takmer dvojnásobok: 27 mg. Spoznajte, ktoré potraviny sú bohaté na železo, pozrite si článok: „Čo sú potraviny bohaté na železo?“.

Ale nebojte sa, ak ste sa rozhodli dodržiavať bezmäsitú stravu, existujú tipy na zvýšenie absorpcie železa na rastlinnom základe. Jedným z nich je: konzumujte alebo pripravujte jedlo pridaním citrónovej alebo pomarančovej šťavy - napríklad pri príprave rukolového šalátu (bohatého na železo) pridajte citrónovú šťavu, pretože je bohatá na kyselinu askorbovú (vitamín C), ktorý premení Fe3 + na Fe2 +, komplexne a uľahčí jeho absorpciu v tele.

Kovové železo (Fe0)

Objavenie železa a manipulácia s ním boli veľmi dôležitým krokom pre vývoj ľudstva a prvým krokom pre vznik oceľových zliatin. Keď sa do železa, napríklad uhlíka, pridajú niektoré atómy alebo molekuly, vytvorí sa oceľ, ktorá je jednou z najdôležitejších kovových zliatin v modernom svete.

Brazília zaujíma druhé miesto vo svetovej produkcii železnej rudy (bola v prvej do roku 2009, ale predbehla ju Austrália). Napriek tomu, že je Brazília druhým najväčším producentom železnej rudy, radí sa na deviate miesto medzi najväčších producentov ocele a ďalších materiálov zo železa. Zdá sa, že to nemá veľký zmysel, ale odôvodnenie je také, že Brazília vyváža takmer celú vyťaženú rudu.

Produkcia železnej rudy v roku 2014 dosiahla 400 miliónov ton a v tom istom roku sa vyviezlo asi 344 miliónov ton rudy, čo prinieslo tržby viac ako 25 miliárd dolárov, čo bol základný produkt s najvyššími príjmami v roku. - vyšší ako príjem generovaný sójou a ropou. Napriek tomu, že je druhý najväčší producent železnej rudy, Brazília produkuje iba 2% všetkej ocele vyrobenej na celom svete.

Proces získavania železa a jeho dopady na životné prostredie

Kovové železo sa v tejto forme nenachádza v zemskej kôre, iba v oxidovanej forme a v rudách, ako sú hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), siderit (FeCO3), limonit (Fe (OH) 3.nH2O) a pyrit (FeS2). Tieto rudy je potrebné vyťažiť z pôdy, upraviť a získa sa z nich kovové železo.

Procesy získavania železa a ocele pozostávajú v zásade z nasledujúcich krokov:

  • Ťažba surovej rudy;
  • Spracovanie a spracovanie;
  • Spracovanie rúd;
  • Ťažba a úprava surovej rudy.
Prvá etapa získavania železa sa uskutočňuje pri ťažbe jeho rudy. Tento krok je v zásade zhrnutý v použití kopáčov na zber určitej oblasti, kde je ruda bohatá, a jej prepravu na účely spracovania a spracovania. V prvej etape sú dopady na životné prostredie zničujúce. Oblasti využívané na inštaláciu, prepravu a ťažbu rudy sú obrovské, nehovoriac o sociálnych a ekonomických dopadoch v regióne. Zničenú oblasť len pre ťažbu rudy môžeme spoznať na videu:

Po zozbieraní musí surová ruda prejsť procesom nazývaným zvýhodnenie, vďaka ktorému bude vhodnejšia pre proces získavania kovového železa. Proces zvýhodňovania je najdôležitejším krokom a pravdepodobne krokom, pri ktorom dôjde k najväčšiemu množstvu odpadu. Súčasťou tohto procesu sú tieto operácie: drvenie, klasifikácia, mletie, zahusťovanie a aglomerácia.

Medzi najdôležitejšie procesy využívania patrí drvenie vo fragmentácii rudy, ktorá sa snaží dosiahnuť adekvátny rozmer pre jej následné oddelenie vo fáze klasifikácie. V klasifikácii sú zrná rozdelené do troch tried: granulované, sintrové a kŕmne . Zrná klasifikované ako granulované sú pripravené na použitie v poslednej fáze získavania železa. Sintrové krmivo a krmivo pre pelety sú častice s veľmi malými rozmermi, ktoré sa majú použiť priamo v poslednom stupni, a preto prechádzajú aglomeračným procesom.

V ťažobných spoločnostiach sa proces aglomerácie uskutočňuje peletizáciou, pri ktorej jemnejšie častice rudy ( prísun peliet ) prechádzajú procesom, ktorý z nich robí pelety, čo umožňuje použitie jemných častíc a zlepšuje výkonnosť v procese výroby ocele.

V oceliarňach sa proces aglomerácie uskutočňuje pomocou spekania, čo je tepelné spracovanie jemných rudných častíc, ktoré sa nazýva sintrový prísun , pričom vznikajú sintrové častice , ktoré sa môžu odvádzať do vysokej pece.

Voda zohráva veľmi dôležitú úlohu takmer vo všetkých fázach procesu úpravy rudy a je mimoriadne používaná v aglomeračných a koncentračných procesoch. Používanie flotácie, hydrocyklónov a premývacích techník sú štádiá, v ktorých sa extrémne často používa voda, čo vedie k obtiažnemu spracovaniu zvyškov: kalu.

Odpad ťažko spracovateľný

Rovnako ako proces získavania hliníka, aj železo má veľmi problematické hlušinu a niekoľko alternatív jeho úpravy: bahno. Príkladom množstva produkcie bahna je projekt Vargem Grande Itabirite Project (ITMI VGR) v Minas Gerais, ktorý generuje 565 ton bahna za hodinu.

Najbežnejším cieľom tohto bahna v Brazílii je jeho uloženie v otvorených vodných nádržiach. Bahno sa transportuje, zvyčajne gravitáciou alebo čerpaním, do nádrží, ako sú bazény, kde ich zadržiavajú priehrady. V týchto nádržiach sa bahno ukladá a suší, ale nestuhne úplne.

Tento kal obsahuje oxidy železa a kremíka a môže obsahovať ďalšie kovy, ktoré v závislosti od vyťaženej pôdy nevykazujú toxicitu. Bahno má veľmi významný vplyv na životné prostredie, mení celé zloženie pôdy a zanecháva ju nasýtenú týmito zlúčeninami. Aj keď nepredstavuje priamu toxicitu, ak sa dostane do riek, okrem ovplyvnenia pH a zloženia živín rozpustených vo vode, bude bahno bahnité prostredie, čím zabráni prieniku svetla do vody a pravdepodobne zabije život závislý od fotosyntézy. , nepriamo ovplyvňujúce celé prostredie.

Okrem toho, že tieto priehrady zaberajú obrovské územie s extrémne nasýteným bahnom oxidov železa a kremíka, môžu predstavovať veľké nebezpečenstvo pre spoločnosť a prírodu v okolí, najmä pri ich nedostatočnej kontrole. Ak nebudú mať správne štruktúrované a dohľad nad nimi, riskujú, že sa zlomia a spôsobia devastáciu v gigantickej oblasti, ktorá môže spôsobiť nezvratné škody. Bahno, keď sa dostane do pôdy, neponúka toxicitu, ale robí pôdu neúrodnou, ničí podrast a stredne veľkú vegetáciu a môže tiež zabíjať zvieratá pri počiatočnej povodni.

Bohužiaľ, v novembri 2015 mala Brazília príklad devastácie, keď došlo k pretrhnutiu priehrady Samarco v Mariane (MG). Pochopte, ako to bolo, a spôsobili škody na životnom prostredí. Ďalším nešťastným príkladom bolo pretrhnutie Valeovej odkaliska v roku 2019, tiež v Minas Gerais, v Brumadinho, a to pri vyšších ľudských nákladoch ako v prípade Mariany. Pochopte podrobnosti prípadu a spôsobených nárazov.

Rozsah devastácie

Baňa na železnú rudu zaberá veľmi veľkú plochu a poskytuje devastáciu pôde, lesom, zvieratám a prírodným reliéfom v tejto oblasti a môže dokonca ovplyvniť zmenu podnebia v regióne. Existuje ďalší efekt, ktorý sa môže predĺžiť na míle ďaleko a týka sa prepravy tejto rudy: železnica.

Možno sa to nebude zdať ako veľmi veľký problém, ale preprava železnej rudy do hlavných prístavov na vývoz sa uskutočňuje výlučne železnicou, z ktorých mnohé sú výhradne na prepravu tejto rudy. Pretože Brazília vyváža takmer všetku vyťaženú rudu, je veľmi potrebné vybudovať železnice, ktoré spájajú bane s prístavmi. Okrem devastácie, ktorú môže priniesť stavba železnice, môže mať vplyv aj znečistenie hlukom, ktoré poskytuje, a tiež na veľa fauny regiónu, ktorým prechádza. Získajte viac informácií o vplyvoch druhov dopravy na životné prostredie.

Spracovanie rúd

Po prechode cez výhodu a dosiahnutí požadovaných rozmerov sa železná ruda odoberá na získanie kovového železa v oceliarňach. Pretože čisté železo nemá veľký ekonomický záujem, takmer všetka vyťažená železná ruda je určená na výrobu ocele, čo je železo s nízkym obsahom uhlíka v jeho štruktúre.

Oceliarne sa delia na dva typy: integrované závody a polointegrované závody

Integrované závody

V nich sa bude oceľ vyrábať zo železnej rudy. V zásade proces získavania železa prebieha v reakcii železnej rudy (prítomnej ako oxid železitý) a oxidu uhoľnatého (CO) v peci zvanej vysoká pec. Po spekaní má železná ruda primerané rozmery na spracovanie vo vysokej peci a vo svojom zložení má aj vápenec. Pre tento proces je potrebné použiť uhlie, kde sa bude upravovať tak, aby sa odstránili nežiaduce nečistoty a aby bola dosiahnutá vyššia účinnosť procesu.

Po spracovaní sa uhlie nazýva koks. Po naliatí do vysokej pece reaguje koks s kyslíkom, ktorý sa vstrekuje do pece, za vzniku oxidu uhoľnatého (CO), ktorý následne reaguje s oxidom železa (prítomným v rude), čo vedie k vzniku kovového železa. (Fe0) a oxid uhličitý (CO2). Vápenec, ktorý bol v rude prítomný, slúži na zníženie teploty topenia ostatných prítomných prvkov, pričom vytvára takzvanú trosku a umožňuje oddelenie podľa hustoty. Na konci procesu sa vytvorí surové železo, čo je krehká zliatina vyrobená zo železa a uhlíka, ale percento uhlíka je okolo 5%. V taviarni, jednotke oceliarne, kde sa nachádzajú stroje potrebné na vykonávanie opísaných procesov, sa surové železo používa ako surovina na výrobu rôznych druhov ocele a zliatin,pridaním alebo odstránením prvkov v štruktúre zliatiny, čím sa získajú rôzne vlastnosti.

Polointegrované zariadenia

Je to miesto, kde sa bude oceľ vyrábať z kovového šrotu. Pomocou elektrického prúdu sa kovový šrot zahrieva, kým sa neroztopí, a potom prechádza prúdom kyslíka, aby sa odstránili jeho nečistoty. V závislosti na pôvode šrotu je potrebné podstúpiť rôzne úpravy, aby sa odstránili nečistoty a tým sa získala požadovaná oceľ.

Oxid uhličitý (CO2) je jedným z produktov reakcie, ktorá sa vytvára pri výrobe surového železa, a má teda výrazný vplyv na životné prostredie. Teoreticky, bez zohľadnenia oxidu uhličitého vytvoreného vápencovou reakciou, sa na každý 1 kg vyrobeného železa emituje asi len oxid uhoľnatý (CO) s oxidom železa, asi 1,1 kg CO2. Podľa správy Instituto Aço Brasil z roku 2014 sa v roku 2013 z výroby ocele v Brazílii emitovalo 50 miliónov ton CO2, čo predstavuje pomer, že na každú vyrobenú tonu ocele pripadá 1,7 tony CO2. vydané.

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o výrobe surového železa a ocele, pozrite si video vyrobené spoločnosťou PUC Rio v spolupráci s ministerstvom školstva, ministerstvom vedy a techniky a Národným fondom pre rozvoj vzdelávania:

Recyklácia

Rovnako ako recyklácia rôznych materiálov, recyklácia oceľového šrotu spotrebuje menej energie ako výroba v integrovanom priemysle, okrem toho, že sa zhodnocuje odpad, ktorý by bol v životnom prostredí, a nedochádza k nadmerným emisiám CO2 do atmosféry. Oceľ je 100% recyklovateľná, nemení svoje vlastnosti ani sa nestratí počas procesu recyklácie.

Pretože oceľ je magnetický kov, možno ho pomocou elektromagnetu oddeliť od ostatných zmiešaných kovov. Aj s možnosťou oddelenia ocele od iných kovov alebo nečistôt sa však odporúča, aby bola oceľ pri odoslaní na recykláciu čistá, aby organický odpad a pôda procesu nebránili.

Oceľ je úplne recyklovateľná, to znamená, že keď ju vyhodíte do selektívneho zberu, môže sa do vášho domova vrátiť nekonečne dlho v podobe nožníc, kľučky dverí, drôtu, automobilu, chladničky alebo dokonca plechoviek. Existuje iba niekoľko druhov predmetov, ako sú rozpúšťadlá, farby a iný obsah, ktoré obsahujú škodlivé zlúčeniny, ktoré musia byť vrátené výrobcom, aby mohli odpad pred odoslaním na opätovné použitie vyčistiť.

Zistite, kam zlikvidovať šrot, oceľový odpad a iné druhy odpadu.


Original text