Eisen ist wichtig für das Leben und den technologischen Fortschritt, aber seine Gewinnung kann Auswirkungen auf die Umwelt haben
Was wäre die menschliche Entwicklung ohne Eisen? Metallisches Eisen ist wie Aluminium eines der häufigsten Metalle in unserem täglichen Leben. Vom Besteck, das Sie zum Mittagessen verwenden, bis zu den Strukturen großer Gebäude. Aber was ist Eisen und welche Vorteile und Nachteile kann uns seine Verwendung bringen? In welchen anderen Zuständen kommt Eisen neben metallischem Eisen in der Natur vor?
Das Bügeleisen
Unter den am häufigsten vorkommenden Elementen auf der Erdoberfläche, der Lithosphäre, ist Eisen das vierthäufigste Element und das zweithäufigste Metall. Obwohl metallisches Eisen seit der Antike in der Gesellschaft sehr präsent ist, kommt es nicht in seiner metallischen Form (Fe0) vor, sondern in seiner oxidierten Form [Eisen (Fe2 +) und Eisen (Fe3 +)], hauptsächlich in Erzen.
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Eisen ist kein Molekül, sondern ein chemisches Element, das heißt, es entsteht nicht durch einfache chemische Reaktionen mit niedriger Energie, die auf unserem Planeten stattfinden, sondern durch Atomfusionen, die in Sternen auftreten. In dem vom Nationalen Rat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung (CNPq) finanzierten Video von Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) und Annibal Hetem Jr. (UFABC) können Sie etwas mehr über die Entstehung von Eisen erfahren:
Eisen ist in der Entwicklung der Menschheit so auffällig, dass eines der prähistorischen Zeitalter von diesem Metall geprägt ist. Prähistorische Gesellschaften werden in ein Vierzeitsystem eingeteilt : Polierter Stein , Kupfer , Bronze und Eisen . Die Eisenzeit ist geprägt von der Entwicklung der Metallurgie und der Entstehung von Werkzeugen aus Eisen und Stahl. Schätzungen zufolge blühte die erste Gesellschaft dieser Zeit um 1200 v. Chr. In der Region Anatolien (heutige Region der Türkei) auf.
Ein weiteres aktuelles Beispiel für die großen Auswirkungen von Eisen auf die Gesellschaft ist die Eisenbahn. Eines der wichtigsten Transportmittel, früher und heute, trägt den Namen Eisen und wurde dank der Manipulation und Verwendung von metallischem Eisen erfunden, um die Entwicklung der modernen Gesellschaft zu beschleunigen.
Die Bedeutung dieses Elements geht über seine Verwendung in Werkzeugen hinaus. Es wird angenommen, dass der Erdkern hauptsächlich aus metallischem Eisen besteht, das dank ihm ein Magnetfeld auf unserem Planeten erzeugt, das für den Schutz des gesamten vorhandenen Lebens vor kosmischen Strahlen verantwortlich ist. Wenn dieses Magnetfeld nicht existieren würde, könnte das uns bekannte Lebenssystem nicht existieren.
Vom Erdmittelpunkt zu unseren Adern
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Die Natur versucht immer, die am häufigsten vorkommenden Elemente für die Schaffung und Erhaltung des Lebens zu verwenden. Neben dem Schutz vor den kosmischen Strahlen, die Eisen für das Leben auf dem Planeten erzeugt, ist es auch ein äußerst wichtiges Element für fast alle Arten von Tieren, die wir kennen. Eisen ist selbst für unsere Atmung wichtig, da es das Hauptatom des Hämoglobins ist und zusätzlich für die rote Farbe des Blutes verantwortlich ist. Es ist auch für den Transport von Sauerstoff zu den Zellen unseres gesamten Körpers verantwortlich.
Ein extremes Beispiel sind die Bakterien, die für " Blutstürze " oder "Blutwasserfälle" verantwortlich sind. In einem als Taylor bekannten Gletscher gibt es Bakterien, die aufgrund des Sauerstoffmangels (O2) in ihrer Umgebung Eisenionen (Fe3 +) durch Atmen metabolisieren und als Endprodukt Eisenionen (Fe2 +) freisetzen, mit denen sie in Kontakt kommen Oberfläche, oxidieren und geben das Aussehen von Blut.
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Eisen in Lebensmitteln
Sie haben wahrscheinlich gehört, dass die Person mehr Bohnen essen muss, um "stärker" zu werden, weil sie Eisen hat. Der Verzehr eisenreicher Lebensmittel ist für den menschlichen Körper von wesentlicher Bedeutung, und Eisen ist in vielen Arten von Organismen vorhanden, sowohl tierischen als auch pflanzlichen. Im Fall von Bluthämoglobin verringert ein Eisenmangel im Blutstrom den Sauerstofftransport zu den Körperzellen, wodurch die Immunität des gesamten Systems beeinträchtigt und eine Anämie verursacht wird. Die Eisenaufnahme ist äußerst wichtig, um nicht nur das Hämoglobin, sondern auch mehrere für unsere Gesundheit verantwortliche Metalloenzyme aufrechtzuerhalten.
Eisen, das in Lebensmitteln enthalten ist, ist in zwei Kategorien erhältlich: Hämeisen und Nicht-Hämeisen. Hämeisen kommt in tierischem Fleisch vor und ist bereits zur Aufnahme bereit, wobei 10% bis 30% der Gesamtmenge nach dem Verzehr absorbiert werden. Die Absorption von Nicht-Häm-Eisen beträgt 2% bis 20% der Gesamtmenge, was den Verzehr von vitamin C-reichen Lebensmitteln für die beste Absorption erfordert, was kein Problem darstellt. Nicht-Häm-Eisen stammt aus pflanzlichen Quellen wie Bohnen und Getreide, und Vitamin C aus Zitrusfrüchten wie Kiwi, Zitrone, Orange ua trägt zu einer besseren Absorption bei.
Hämeisen enthält normalerweise Fe2 + Eisen und ist von Molekülen umgeben, die es schützen und zu seiner Absorption in der Darmwand beitragen. Nicht-Häm-Eisen hat andererseits im Allgemeinen Fe3 + und / oder ist an Moleküle gebunden, die keinen guten Beitrag zu seiner Absorption leisten.
Die National Health Surveillance Agency (Anvisa) empfiehlt, dass der für einen Erwachsenen erforderliche tägliche Verzehr 14 mg Eisen beträgt, wobei schwangere Frauen fast doppelt so hoch sind: 27 mg. Erfahren Sie, welche Lebensmittel eisenreich sind, lesen Sie den Artikel: "Was sind eisenreiche Lebensmittel?".
Aber keine Sorge, wenn Sie sich für eine fleischfreie Ernährung entscheiden, gibt es Tipps, um die Aufnahme von Eisen auf pflanzlicher Basis zu erhöhen. Eine davon ist: Konsumieren oder bereiten Sie das Essen durch Zugabe von Zitronen- oder Orangensaft zu - wenn Sie beispielsweise Ihren Rucola-Salat (reich an Eisen) zubereiten, fügen Sie Zitronensaft hinzu, da dieser reich an Ascorbinsäure (Vitamin C) ist. Dies wird Fe3 + in Fe2 + umwandeln, komplexieren und seine Absorption durch den Körper erleichtern.
Metallisches Eisen (Fe0)
Die Entdeckung und Handhabung von Eisen war ein sehr wichtiger Schritt für die Entwicklung der Menschheit und der erste Schritt für die Entstehung von Stahllegierungen. Wenn Eisen einige Atome und / oder Moleküle wie Kohlenstoff zugesetzt werden, entsteht Stahl, eine der wichtigsten Metalllegierungen der modernen Welt.
Brasilien nimmt den zweiten Platz in der Weltproduktion von Eisenerz ein (es war das erste bis 2009, wurde aber von Australien überholt). Obwohl Brasilien der zweitgrößte Eisenerzproduzent ist, liegt Brasilien an neunter Stelle unter den größten Produzenten von Stahl und anderen Eisenmaterialien. Es scheint nicht viel Sinn zu machen, aber die Rechtfertigung ist, dass Brasilien fast das gesamte gewonnene Erz exportiert.
Die Eisenerzproduktion erreichte 2014 400 Millionen Tonnen, und im selben Jahr wurden rund 344 Millionen Tonnen Erz exportiert, was einem Umsatz von mehr als 25 Milliarden Dollar entspricht. Dies ist das Grundprodukt mit dem höchsten Umsatz des Jahres. - höher als die Einnahmen aus Soja und Rohöl. Obwohl Brasilien der zweitgrößte Eisenerzproduzent ist, produziert es nur 2% des weltweit produzierten Stahls.
Verfahren zur Gewinnung von Eisen und seinen Umweltauswirkungen
Metallisches Eisen kommt in dieser Form nicht in der Erdkruste vor, sondern nur in seiner oxidierten Form und in Erzen wie Hämatit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), Siderit (FeCO3), Limonit (Fe (OH) 3.nH2O) und Pyrit (FeS2). Diese Erze müssen aus dem Boden gewonnen, behandelt und aus ihnen metallisches Eisen gewonnen werden.Die Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl bestehen im Wesentlichen aus folgenden Schritten:
- Gewinnung von Roherz;
- Behandlung und Verarbeitung;
- Erzverarbeitung;
- Gewinnung und Behandlung von Roherz.
Nach dem Sammeln muss das Roherz einen Prozess durchlaufen, der als Aufbereitung bezeichnet wird, wodurch es für den Prozess der Gewinnung von metallischem Eisen besser geeignet ist. Der Aufbereitungsprozess ist der wichtigste Schritt und wahrscheinlich derjenige, der die größte Abfallmenge erzeugt. Die folgenden Vorgänge sind Teil dieses Prozesses: Zerkleinern, Klassifizieren, Mahlen, Konzentrieren und Agglomerieren.
Zu den wichtigsten Prozessen bei der Aufbereitung gehört das Zerkleinern des Erzes, um eine angemessene Dimension für die anschließende Trennung in der Klassifizierungsphase zu erreichen. In der Klassifizierung werden die Körner in drei Klassen unterteilt: Granulat, Sinterfutter und Pelletfutter . Die als granuliert eingestuften Körner können in der letzten Stufe, der Gewinnung von Eisen, verwendet werden. Sinter-Feed und Pellet-Feed sind Partikel mit sehr kleinen Abmessungen, die direkt in der letzten Stufe verwendet werden sollen, weshalb sie einem Agglomerationsprozess unterzogen werden.
In Bergbauunternehmen erfolgt der Agglomerationsprozess durch Pelletieren, bei dem die feineren Partikel des Erzes ( Pelletfutter ) einen Prozess durchlaufen, der sie in Pellets umwandelt, wodurch die Feinpartikel verwendet werden können und die Leistung bei der Stahlherstellung verbessert wird.
In Stahlwerken wird der Agglomerationsprozess durch Sintern durchgeführt, dh durch Wärmebehandlung von feinen Erzpartikeln, die als Sinterbeschickung bezeichnet werden. Dabei entstehen Sinterpartikel , die in den Hochofen gebracht werden können.
Wasser spielt in fast allen Phasen des Erzaufbereitungsprozesses eine sehr wichtige Rolle und wird in Agglomerations- und Konzentrationsprozessen äußerst häufig eingesetzt. Die Verwendung von Flotation, Hydrozyklonen und Waschtechniken sind Stufen, in denen Wasser extrem verwendet wird, was zu einem Rückstand führt, der schwer zu behandeln ist: Schlamm.
Abfall schwer zu behandeln
Genau wie bei der Gewinnung von Aluminium hat Eisen auch ein sehr problematisches Rückstandsmaterial und nur wenige Alternativen für seine Behandlung: Schlamm. Ein Beispiel für die Schlammproduktion ist das Vargem Grande Itabirite-Projekt (ITMI VGR) in Minas Gerais, bei dem 565 Tonnen Schlamm pro Stunde erzeugt werden.
Das häufigste Ziel für diesen Schlamm in Brasilien ist seine Entsorgung in Freiluftreservoirs. Der Schlamm wird normalerweise durch Schwerkraft oder Pumpen zu Stauseen wie Schwimmbädern transportiert, wo sie von Dämmen eingeschlossen werden. In diesen Reservoirs wird der Schlamm abgelagert und getrocknet, aber er verfestigt sich nicht vollständig.
Dieser Schlamm enthält Eisen- und Siliziumoxide und kann andere Metalle enthalten, die je nach extrahiertem Boden keine Toxizität aufweisen. Der Schlamm hat eine sehr erhebliche Auswirkung auf die Umwelt, verändert die gesamte Zusammensetzung des Bodens und lässt ihn mit diesen Verbindungen gesättigt. Obwohl es keine direkte Toxizität aufweist, beeinflusst der Schlamm nicht nur den pH-Wert und die Zusammensetzung der im Wasser gelösten Nährstoffe, sondern auch die Umgebung. Dadurch wird das Eindringen von Licht in das Wasser verhindert und das von der Photosynthese abhängige Leben kann getötet werden. indirekt auf die gesamte Umwelt auswirken.
Diese Dämme nehmen nicht nur ein riesiges Gebiet mit extrem gesättigtem Schlamm aus Eisenoxiden und Silizium ein, sondern können auch eine große Gefahr für die Gesellschaft und die Natur der Umgebung darstellen, insbesondere wenn sie schlecht inspiziert werden. Wenn sie nicht gut strukturiert und überwacht sind, besteht die Gefahr, dass sie in einem riesigen Gebiet brechen und Verwüstungen verursachen, die irreversiblen Schaden verursachen können. Wenn der Schlamm den Boden erreicht, bietet er keine Toxizität, macht den Boden jedoch unfruchtbar, zerstört das Unterholz und die mittelgroße Vegetation und kann beim ersten Abfluss auch Tiere töten.
Leider hatte Brasilien im November 2015 ein Beispiel für eine Verwüstung mit dem Bruch eines Samarco-Staudamms in Mariana (MG). Verstehen Sie, wie es der Fall war und welche Umweltschäden verursacht wurden. Ein weiteres unglückliches Beispiel war der Bruch des Tailings-Staudamms der Firma Vale im Jahr 2019, ebenfalls in Minas Gerais, in Brumadinho, und zu höheren menschlichen Kosten als in Marianas Fall. Verstehen Sie die Details des Falls und die verursachten Auswirkungen.
Ausmaß der Verwüstung
Eine Eisenerzmine nimmt ein sehr großes Gebiet ein und verwüstet den Boden, den Wald, die Tiere und das natürliche Relief in diesem Gebiet. Sie kann sogar den Klimawandel in der Region beeinflussen. Es gibt einen anderen Effekt, der sich über Meilen erstrecken kann und den Transport dieses Erzes betrifft: die Eisenbahn.
Es scheint kein großes Problem zu sein, aber der Transport von Eisenerz zu den Haupthäfen für den Export erfolgt ausschließlich über die Eisenbahnen, von denen viele ausschließlich für den Transport dieses Erzes bestimmt sind. Da Brasilien fast das gesamte Erz exportiert, das es fördert, besteht ein großer Bedarf an Eisenbahnen, die die Minen mit den Häfen verbinden. Zusätzlich zu den Verwüstungen, die der Bau einer Eisenbahn mit sich bringen kann, kann die damit verbundene Lärmbelastung die Fauna der Region, in der sie verläuft, stark beeinträchtigen. Erfahren Sie mehr über die Umweltauswirkungen der Transportarten.
Erzverarbeitung
Nach Durchlaufen der Aufbereitung und Erreichen der gewünschten Abmessungen wird das Eisenerz zur Gewinnung von metallischem Eisen in Stahlwerken verwendet. Da reines Eisen kein hohes wirtschaftliches Interesse hat, ist fast das gesamte extrahierte Eisenerz für die Herstellung von Stahl bestimmt, bei dem es sich um Eisen handelt, dessen Struktur nur einen geringen Anteil an Kohlenstoff enthält.
Stahlwerke werden in zwei Typen unterteilt: integrierte Werke und halbintegrierte Werke
Integrierte Anlagen
In ihnen wird Stahl aus Eisenerz hergestellt. Grundsätzlich findet das Verfahren zur Gewinnung von Eisen in der Reaktion von Eisenerz (als Eisenoxid vorhanden) und Kohlenmonoxid (CO) in einem als Hochofen bezeichneten Ofen statt. Nach dem Sintern hat das Eisenerz ausreichende Abmessungen, um im Hochofen verarbeitet zu werden, und weist auch Kalkstein in seiner Zusammensetzung auf. Für dieses Verfahren ist es notwendig, Kohle zu verwenden, wo sie zur Entfernung unerwünschter Verunreinigungen behandelt wird und eine größere Effizienz im Verfahren aufweist.
Nach der Behandlung wird die Kohle Koks genannt. Beim Eingießen in den Hochofen reagiert Koks mit Sauerstoff, der in den Ofen injiziert wird, unter Bildung von Kohlenmonoxid (CO), das wiederum mit Eisenoxid (im Erz vorhanden) reagiert, wodurch metallisches Eisen entsteht. (Fe0) und Kohlendioxid (CO2). Der im Erz vorhandene Kalkstein dient dazu, den Schmelzpunkt der anderen vorhandenen Elemente zu senken, die sogenannte Schlacke zu bilden und die Trennung nach Dichte zu ermöglichen. Am Ende des Prozesses wird Roheisen gebildet, eine spröde Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, deren Kohlenstoffanteil jedoch bei etwa 5% liegt. In der Schmelzerei, einer Einheit des Stahlwerks, in der sich die zur Durchführung der beschriebenen Prozesse benötigten Maschinen befinden, wird Roheisen als Rohstoff für die Herstellung verschiedener Stahlsorten und Legierungen verwendet.durch Hinzufügen oder Entfernen von Elementen in der Legierungsstruktur, wodurch unterschiedliche Eigenschaften erhalten werden.
Halbintegrierte Anlagen
Hier wird Stahl aus Altmetall hergestellt. Mittels eines elektrischen Stroms wird das Altmetall erhitzt, bis es schmilzt, und dann durch einen Sauerstoffstoß geleitet, um seine Verunreinigungen zu entfernen. Abhängig von der Herkunft des Schrotts müssen verschiedene Behandlungen durchgeführt werden, um Verunreinigungen zu entfernen und so den gewünschten Stahl zu erhalten.
Kohlendioxid (CO2) ist eines der Produkte der Reaktion, die bei der Herstellung von Roheisen entsteht und somit erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt hat. Ohne Berücksichtigung des aus der Kalksteinreaktion gebildeten Kohlendioxids wird theoretisch nur das von Kohlenmonoxid (CO) mit Eisenoxid pro 1 kg produziertem Eisen etwa 1,1 kg CO2 emittiert. Laut dem Bericht des Instituto Aço Brasil aus dem Jahr 2014 wurden 2013 in Brasilien 50 Millionen Tonnen CO2 aus der Stahlproduktion ausgestoßen, wobei pro 1 Tonne produzierten Stahls 1,7 Tonnen CO2 anfallen problematisch.
Weitere Informationen zur Roheisen- und Stahlproduktion finden Sie in dem von PUC Rio in Zusammenarbeit mit dem Bildungsministerium, dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie und dem Nationalen Fonds für Bildungsentwicklung produzierten Video:
Recycling
Das Recycling von Stahlschrott verbraucht nicht nur verschiedene Materialien, sondern verbraucht auch weniger Energie als die Produktion in der integrierten Industrie. Außerdem werden Abfälle aus der Umwelt zurückgewonnen und massive CO2-Emissionen in die Atmosphäre vermieden. Stahl ist zu 100% recycelbar, ohne seine Eigenschaften zu verändern oder während des Recyclingprozesses verloren zu gehen.
Da Stahl ein magnetisches Metall ist, kann es durch einen Elektromagneten von anderen damit vermischten Metallen getrennt werden. Trotz der Möglichkeit, Stahl von anderen Metallen oder Verunreinigungen zu trennen, wird empfohlen, dass der Stahl beim Recycling sauber ist, damit organische Abfälle und Erde den Prozess nicht behindern.
Stahl ist vollständig recycelbar, dh wenn Sie ihn in einer selektiven Sammlung entsorgen, kann er unendlich oft in Form von Scheren, Türklinken, Draht, Auto, Kühlschrank oder sogar Dosen zu Ihnen nach Hause zurückkehren. Es gibt nur wenige Arten von Gegenständen wie Lösungsmittel, Farben und andere Inhaltsstoffe, die schädliche Verbindungen enthalten, die an die Hersteller zurückgegeben werden müssen, damit diese den Abfall reinigen können, bevor sie zur Wiederverwendung gesendet werden.
Sehen Sie, wo Schrott, Stahlabfälle und andere Arten von Abfällen entsorgt werden müssen.
