철: 추출의 중요성과 영향
철은 생명과 기술 발전에 중요하지만 그 추출은 환경에 영향을 미칠 수 있습니다.
철이 없다면 인간의 발달은 어떻게 될까요? 알루미늄과 마찬가지로 금속성 철은 일상 생활에서 가장 흔한 금속 중 하나입니다. 점심에 사용하는 수저부터 대형 건물의 구조까지. 그러나 철은 무엇이며 철을 사용하면 우리에게 어떤 유익과 해를 끼칠 수 있습니까? 금속성 철 외에 철이 자연적으로 나타나는 다른 상태는 무엇입니까?
철
지구 표면에 가장 풍부한 원소인 암석권 중에서 철은 네 번째로 많이 존재하는 원소이고 두 번째로 풍부한 금속입니다. 금속 철은 고대부터 사회에 매우 존재했지만 금속 형태(Fe0)로 발견되지 않고 주로 광석에서 산화된 형태[제1철(Fe2+) 및 제2철(Fe3+)]로 발견됩니다.
이미지: www.ufrgs.br에서 채택한 데이터
철은 분자가 아니라 화학 원소, 즉 우리 행성에서 일어나는 단순한 저에너지 화학 반응이 아니라 별에서 일어나는 원자 핵융합을 통해 형성됩니다. CNPq(National Council for Scientific and Technological Development)의 자금 지원을 받아 Jane Gregorio-Hetem(IAG/USP)과 Annibal Hetem Jr.(UFABC)가 제작한 비디오에서 철의 출현에 대해 조금 더 이해하십시오.
철은 인류의 진화에서 매우 두드러져 선사 시대 중 하나가 이 금속으로 표시됩니다. 선사 사회는 4 시대 체계로 분류되며, 광택 돌, 구리, 청동 그리고 철. NS 철기 시대 그것은 야금술의 발달과 철과 강철로 만든 도구의 출현으로 특징지어집니다. 이 시대의 첫 번째 사회는 기원전 1200년경 아나톨리아(현재의 터키 지역) 지역에서 번성한 것으로 추정됩니다.
철이 사회에 미치는 큰 영향에 대한 또 다른 최근의 예는 철도입니다. 과거와 현재를 통틀어 가장 중요한 운송 수단 중 하나는 철이라는 이름을 달고 금속 철을 조작하고 사용함으로써 발명된 것으로 현대 사회의 발전을 가속화하고 있습니다.
이 요소의 중요성은 도구에서 사용하는 것 이상입니다. 지구의 핵심은 대부분 금속성 철로 구성되어 있다고 믿어지며 그 덕분에 지구에 자기장을 생성하여 모든 기존 생명체를 우주선으로부터 보호합니다. 이 자기장이 존재하지 않았다면 우리가 알고 있는 생명계는 존재하지 않았을 것입니다.
지구의 중심에서 우리의 혈관까지
이미지: Unsplash의 Ricardo Gomez Angel
자연은 항상 생명의 생성과 유지를 위해 가장 풍부한 요소를 사용하려고 합니다. 철은 지구상의 생명을 위해 생성하는 우주선으로부터 보호하는 것 외에도 우리가 알고 있는 거의 모든 유형의 동물에게 매우 중요한 요소입니다. 철분은 혈액의 붉은 색을 담당할 뿐만 아니라 헤모글로빈의 주요 원자인 우리의 호흡에도 필수적입니다. 또한 우리 몸 전체의 세포에 산소를 운반하는 역할도 합니다.
극단적인 예는 "피가 떨어진다" 또는 "혈폭포". Taylor로 알려진 빙하에는 주변 환경의 산소(O2) 부족으로 인해 호흡을 통해 제2철 이온(Fe3+)을 대사하고 최종 생성물로 제1철 이온( Fe2+ ) 표면과 접촉하면 산화되어 혈액 모양을 나타냅니다.
이미지: Peter Rejcek / 국립 과학 재단
음식의 철분
철분이 있기 때문에 "강해지기 위해" 더 많은 콩을 먹어야 하는 사람들에 대해 들어보셨을 것입니다. 철분이 풍부한 식품을 섭취하는 것은 인체에 필수적이며 철분은 동물과 식물을 포함한 많은 유형의 유기체에 존재합니다. 혈액 헤모글로빈의 경우 혈류의 철 결핍은 신체 세포로의 산소 수송을 느리게 하여 시스템 전체의 면역에 영향을 미치고 빈혈을 유발합니다. 철분 섭취는 헤모글로빈뿐만 아니라 우리의 건강을 담당하는 여러 금속 효소의 유지에도 매우 중요합니다.
식품에 존재하는 철은 헴 철과 비헴 철의 두 가지 범주로 제공됩니다. 헴철은 동물성 고기에서 발견되며 이미 흡수될 준비가 된 형태로, 섭취 후 전체의 10~30%가 흡수됩니다. 비헴철의 흡수율은 전체의 2~20%로 흡수율을 높이기 위해서는 비타민C가 풍부한 식품을 섭취해야 하는데 문제가 없다. 비헴철은 콩, 곡물과 같은 식물성 공급원에서 추출되며 키위, 레몬, 오렌지와 같은 감귤류의 비타민 C는 흡수를 더 잘 돕습니다.
헴철은 일반적으로 Fe2+ 철을 포함하고 이를 보호하고 장벽에서 흡수에 기여하는 분자로 둘러싸여 있습니다. 반면에, 비헴철은 일반적으로 Fe3+를 갖고/있거나 흡수에 좋은 기여를 하지 않는 분자와 결합합니다.
국립보건감시청(Anvisa)은 성인의 1일 철분섭취량은 14mg, 임산부의 경우 거의 2배인 27mg을 권장하고 있다. 철분이 풍부한 식품이 무엇인지 알아보려면 "철이 풍부한 식품은 무엇입니까?"라는 기사를 살펴보십시오.
하지만 걱정하지 마세요. 육류가 없는 식단을 선택했다면 식물성 철분의 흡수를 높이는 팁이 있습니다. 그 중 하나는 레몬 또는 오렌지 주스를 추가하여 음식을 섭취하거나 준비하는 것입니다. 예를 들어, 아루굴라 샐러드(철분이 풍부한)를 준비할 때 레몬 주스를 추가하십시오. 레몬 주스는 Fe3+를 변형시키는 아스코르브산(비타민 C)이 풍부하기 때문입니다. Fe2+로 복잡하고 체내 흡수를 촉진합니다.
금속 철(Fe0)
철의 발견과 취급은 인류의 진화에서 매우 중요한 단계이자 강철 합금 출현의 첫 단계였습니다. 탄소와 같은 일부 원자 및/또는 분자가 철에 추가되면 현대 세계에서 가장 중요한 금속 합금 중 하나인 강철이 형성됩니다.
브라질은 세계 철광석 생산량에서 2위를 차지합니다(2009년까지 1위였지만 호주가 추월했습니다). 브라질은 두 번째로 큰 철광석 생산국임에도 불구하고 철강 및 철에서 파생된 기타 재료의 최대 생산국 중 9위입니다. 말이 안 되는 것 같지만, 브라질이 채굴한 광석을 거의 모두 수출하는 것이 정당화됩니다.
2014년 철광석 생산량은 4억 톤에 달했고 같은 해 약 3억 4400만 톤의 광석을 수출하여 250억 달러 이상의 매출을 올렸으며 그 해의 가장 높은 매출을 기록한 기본 제품입니다. 매출보다 더 많습니다. 콩과 원유에 의해 생성됩니다. 두 번째로 큰 철광석 생산국임에도 불구하고 브라질은 전 세계적으로 생산되는 철강의 2%만 생산합니다.
철 생산 공정과 환경적 영향
금속성 철은 지각에서 이 형태로 발견되지 않고 산화된 형태와 적철광(Fe2O3), 자철광(Fe3O4), 철광석(FeCO3), 갈철광(Fe(OH)3·nH2O) 및 황철광과 같은 광석에서만 발견됩니다. (FeS2). 이 광석은 땅에서 추출하고 처리해야하며 금속 철을 얻을 수 있습니다.철과 강철을 얻는 과정은 기본적으로 다음 단계로 구성됩니다.
- 원광석 추출;
- 처리 및 처리;
- 광석 처리;
- 원광석의 추출 및 처리.
채집된 원광석은 선광이라는 과정을 거쳐야 하므로 금속 철을 얻는 과정에 더 적합합니다. 선광 과정은 가장 중요한 단계이며 아마도 가장 많은 폐기물을 발생시키는 단계일 것입니다. 분쇄, 분류, 분쇄, 농축 및 응집과 같은 작업이 이 프로세스의 일부입니다.
선광에서 가장 중요한 과정 중 파쇄는 분류 단계에서 후속 분리에 적합한 크기에 도달하기 위해 광석을 조각화하는 것으로 구성됩니다. 분류에서 곡물은 세 가지 등급으로 나뉩니다. 소결 공급 그리고 펠릿 사료. 과립으로 분류된 알갱이는 철을 얻는 마지막 단계에서 사용할 준비가 된 것입니다. 소결 공급 그건 펠릿 사료 마지막 단계에서 직접 사용하기에는 너무 작은 크기의 입자이므로 응집 과정을 거칩니다.
광산 회사에서 응집 과정은 가장 미세한 광석 입자(펠릿 사료)를 펠릿으로 변형시키는 공정을 거쳐 미세입자를 사용할 수 있게 하고 제강공정의 성능을 향상시킨다.
제철소에서 응집 공정은 소결을 통해 이루어지며, 이는 소결이라고 불리는 미세한 입자의 광석을 열처리하는 것입니다. 소결 공급, 입자를 발생시키는 온천 침전물, 용광로로 가져갈 수 있습니다.
물은 광석 처리 공정의 거의 모든 단계에서 매우 중요한 역할을 하며 응집 및 농축 공정에서 극도로 사용됩니다. 부유 기술의 사용, 하이드로사이클론 및 세척은 물을 극도로 사용하여 처리하기 어려운 잔류물인 슬러지를 생성하는 단계입니다.
폐기물 처리가 어렵다
철은 알루미늄을 얻는 과정뿐 아니라 처리를 위한 대안이 거의 없는 매우 문제가 많은 폐기물인 슬러지를 가지고 있습니다. 생성된 슬러지 양의 예는 시간당 565톤의 슬러지를 생성하는 Minas Gerais의 Vargem Grande Itabiritos 프로젝트(ITMI VGR)의 양입니다.
브라질에서 이 진흙의 가장 흔한 목적지는 노천 저수지에 처분하는 것입니다. 슬러지는 일반적으로 중력이나 펌핑에 의해 수영장과 같은 저수지로 운반되어 댐에 저장됩니다. 이러한 저수조에는 슬러지가 퇴적되어 건조되지만 완전히 응고되지는 않습니다.
이 슬러리는 철과 산화규소를 포함하고 추출된 토양에 따라 독성 수준을 나타내지 않는 다른 금속이 존재할 수 있습니다. 진흙은 환경에 매우 중요한 영향을 미치며 토양의 전체 구성을 변경하여 이러한 화합물로 포화 상태를 유지합니다. 직접적인 독성을 나타내지는 않지만 강에 도달하면 물에 용해된 pH와 영양분의 구성에 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 진흙이 환경을 흐리게 하여 빛이 물 속으로 침투하는 것을 방지하고 생명을 죽일 수 있습니다. 광합성에 따라 간접적으로 전체 환경에 영향을 미칩니다.
철과 산화 규소로 극도로 포화된 진흙으로 거대한 지역을 점유하는 것 외에도 이 댐은 특히 제대로 검사되지 않을 때 사회와 주변 환경에 매우 큰 위험을 초래할 수 있습니다. 그들이 잘 조직화되고 감독되지 않으면, 그들은 해체되고 거대한 지역에서 황폐화를 일으켜 잠재적으로 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 위험이 있습니다. 진흙은 땅에 닿았을 때 독성을 나타내지 않지만 토양을 비옥하게 만들고 덤불과 중간 크기의 초목을 파괴하며 초기 유출수로 동물을 죽일 수도 있습니다.
불행히도 2015년 11월, 브라질에서는 마리아나(MG)의 사마르코 댐이 붕괴되는 등 황폐한 사례가 있었습니다. 사건이 어떻게 진행되었고 어떤 환경적 피해가 발생했는지 이해합니다. 또 다른 불행한 예는 2019년에 또한 Minas Gerais, Brumadinho에서 Vale 회사의 광미 댐이 붕괴되었고 Mariana의 경우보다 더 많은 인적 비용이 발생했습니다. 사건의 세부사항과 그로 인한 영향을 이해합니다.
파괴의 정도
철광석 광산은 매우 넓은 지역을 차지하고 있으며, 토양, 숲, 동물 및 그 지역에 존재하는 자연적 구호를 황폐화시키고 해당 지역의 기후 변화에 영향을 미칠 수도 있습니다. 이 광석의 운송과 관련된 또 다른 효과가 수 킬로미터까지 확장될 수 있습니다. 바로 철도입니다.
큰 문제는 아닌 것 같지만 철광석을 주요 항구로 수출하는 운송은 철도로만 이루어지며 그 중 상당수는 이 광석만을 운송하기 위한 것입니다. 브라질은 채굴하는 거의 모든 광석을 수출하기 때문에 광산과 항구를 연결하는 철도 건설이 절실히 필요합니다. 철도 건설이 가져올 수 있는 황폐화 외에도 철도가 제공하는 소음 공해는 철도가 지나가는 지역의 동물군에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 운송 유형에 따라 발생하는 환경 영향에 대해 자세히 알아보십시오.
광석 처리
가공을 거쳐 원하는 치수에 도달한 후, 철광석은 제철소에서 금속 철을 얻기 위해 채취됩니다. 순철은 경제적인 관심이 높지 않기 때문에 추출된 거의 모든 철광석은 구조에 탄소 비율이 낮은 철인 철강 생산에 사용됩니다.
철강 공장은 통합 공장과 반 통합 공장의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
통합 플랜트
그들에서 철강은 철광석에서 생산됩니다. 기본적으로 철을 얻는 과정은 고로라는 용광로에서 철광석(산화철으로 존재)과 일산화탄소(CO)의 반응에서 발생합니다. 소결 후 철광석은 고로에서 처리하기에 적절한 치수를 가지며 구성에 석회석이 있습니다. 이 공정을 위해서는 불필요한 불순물을 제거하고 공정의 효율성을 높이기 위해 처리될 숯을 사용해야 합니다.
처리된 석탄을 코크스라고 합니다. 코크스는 용광로에 주입될 때 용광로에 주입된 산소와 반응하여 일산화탄소(CO)를 생성하고, 이는 다시 광석에 존재하는 산화철과 반응하여 금속성 철(Fe2O)을 생성합니다. 및 이산화탄소(CO2). 광석에 존재하는 석회석은 존재하는 다른 원소의 융점을 낮추는 역할을 하여 소위 슬래그를 형성하고 밀도에 의한 분리를 가능하게 합니다. 공정이 끝나면 철과 탄소로 이루어진 취성 합금인 선철이 형성되지만 탄소의 비율은 약 5%입니다. 설명된 공정을 수행하는 데 필요한 기계가 있는 제철소의 한 단위인 제철소에서 선철은 원소의 추가 또는 제거를 통해 다양한 유형의 강철 및 합금 생산을 위한 원료로 사용됩니다. 합금 구조에서 다른 특성을 얻습니다.
반일체화 플랜트
이곳은 고철로 강철을 생산하는 곳입니다. 전류를 사용하여 금속 스크랩을 녹을 때까지 가열한 다음 나중에 불순물을 제거하기 위해 산소를 불어 넣습니다. 스크랩의 출처에 따라 불순물을 제거하여 원하는 강철을 얻기 위해 다른 처리를 거쳐야 합니다.
이산화탄소(CO2)는 선철 생산 과정에서 발생하는 반응 생성물 중 하나로 환경에 큰 영향을 미칩니다. 이론적으로 석회석의 반응으로 생성되는 이산화탄소는 고려하지 않고 일산화탄소(CO)와 산화철만 생성되며, 생성되는 철 1kg당 약 1.1kg의 CO2가 배출됩니다. Instituto Aço Brasil의 2014년 보고서에 따르면 2013년 브라질의 철강 생산에서 5천만 톤의 CO2가 배출되었으며, 이는 생산된 철강 1톤당 1.7톤의 CO2가 배출되는 비율입니다.
선철 및 철강 생산에 대해 자세히 알아보려면 교육부, 과학 기술부 및 국가 교육 개발 기금과 협력하여 PUC Rio가 제작한 비디오를 시청하십시오.
재활용
다양한 재료를 재활용할 뿐만 아니라 철강 스크랩 재활용은 환경에서 폐기물이 될 수 있는 것을 회수하고 대기로 막대한 CO2 배출을 방지할 뿐만 아니라 통합 산업에서 생산보다 적은 에너지를 소비합니다. 강철은 100% 재활용이 가능하며 재활용 과정에서 특성이 변하거나 손실되지 않습니다.
강철은 자성 금속이기 때문에 다른 금속이 섞인 것과 분리하기 위해 전자석을 사용할 수 있습니다. 강철을 다른 금속이나 불순물과 분리할 가능성이 있더라도 재활용을 위해 보낼 때는 강철을 깨끗한 상태로 두어 유기성 폐기물과 흙이 공정에 방해가 되지 않도록 하는 것이 좋습니다.
강철은 완전히 재활용할 수 있습니다. 즉, 선별 수집에 처분하면 가위, 문 손잡이, 철사, 자동차, 냉장고 또는 캔의 형태로 무한히 집으로 돌아올 수 있습니다. 용제, 페인트 및 기타 내용물과 같은 몇 가지 유형의 품목에만 유해 화합물이 포함되어 있어 제조업체에 반환되어 재사용을 위해 폐기물을 보내기 전에 청소해야 합니다.
스크랩, 철강 폐기물 및 기타 유형의 폐기물을 처리하는 위치를 확인하십시오.
