El hierro es importante para la vida y para el avance tecnológico, pero su extracción puede tener impactos ambientales.
¿Qué sería del desarrollo humano sin hierro? Como el aluminio, el hierro metálico es uno de los metales más comunes en nuestra vida diaria. Desde los cubiertos que usas para el almuerzo hasta las estructuras de grandes edificios. Pero, ¿qué es el hierro y cuáles son los beneficios y perjuicios que nos puede traer su uso? Además del hierro metálico, ¿cuáles son los otros estados en los que aparece el hierro en la naturaleza?
El hierro
Entre los elementos más abundantes en la superficie terrestre, la litosfera, el hierro es el cuarto elemento más presente y el segundo metal más abundante. Aunque el hierro metálico ha estado muy presente en la sociedad desde la antigüedad, no se encuentra en su forma metálica (Fe0), sino en su forma oxidada [ferroso (Fe2 +) y férrico (Fe3 +)], principalmente en los minerales.
Imagen: datos adaptados de www.ufrgs.br
El hierro no es una molécula, sino un elemento químico, es decir, no se forma a través de reacciones químicas simples y de baja energía que ocurren en nuestro planeta, sino a través de fusiones atómicas que ocurren en las estrellas. Comprenda un poco más sobre la aparición del hierro en el video producido por Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) y Annibal Hetem Jr. (UFABC), financiado por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq):
El hierro es tan llamativo en la evolución de la raza humana que una de las edades prehistóricas está marcada por este metal. Las sociedades prehistóricas se clasifican en un sistema de cuatro edades, piedra pulida , cobre , bronce y hierro . La Edad del Hierro está marcada por el desarrollo de la metalurgia y la aparición de herramientas de hierro y acero; se estima que la primera sociedad de la época floreció alrededor del 1200 a.C., en la región de Anatolia (actual región de Turquía).
Otro ejemplo más actual del gran impacto del hierro en la sociedad es el ferrocarril. Uno de los medios de transporte más importantes, antes y hoy, lleva el hierro en su nombre y fue inventado gracias a la manipulación y uso del hierro metálico, acelerando el desarrollo de la sociedad moderna.
La importancia de este elemento va más allá de su uso en herramientas. Se cree que el núcleo de la Tierra está compuesto mayoritariamente por hierro metálico, el cual, gracias a él, genera un campo magnético en nuestro planeta, que se encarga de proteger toda la vida existente de los rayos cósmicos. Si este campo magnético no existiera, el sistema de vida que conocemos podría no existir.
Del centro de la Tierra a nuestras venas
Imagen: Ricardo Gomez Angel en Unsplash
La naturaleza siempre busca utilizar los elementos más abundantes para la creación y mantenimiento de la vida. Además de proteger contra los rayos cósmicos que genera el hierro para la vida en el planeta, también es un elemento extremadamente vital para casi todos los tipos de animales que conocemos. El hierro es fundamental incluso para nuestra respiración, siendo el principal átomo de la hemoglobina, además de ser el responsable del color rojo de la sangre. También se encarga de transportar oxígeno a las células de todo nuestro cuerpo.
Un ejemplo extremo son las bacterias responsables de " caídas de sangre " o "cascadas de sangre". En un glaciar conocido como Taylor, existen bacterias que, debido a la falta de oxígeno (O2) en su entorno, metabolizan los iones férricos (Fe3 +) al respirar, y como producto final liberan iones ferrosos (Fe2 +) que, al entrar en contacto con superficie, oxidar y dar la apariencia de sangre.
Imagen: Peter Rejcek / National Science Foundation
Hierro en los alimentos
Probablemente haya escuchado que la persona tiene que comer más frijoles para volverse "más fuerte" porque tiene hierro. El consumo de alimentos ricos en hierro es esencial para el cuerpo humano y el hierro está presente en muchos tipos de organismos, tanto animales como vegetales. En el caso de la hemoglobina sanguínea, la deficiencia de hierro en el torrente sanguíneo disminuye el transporte de oxígeno a las células del cuerpo, afectando así la inmunidad del sistema en su conjunto y provocando anemia. La ingesta de hierro es sumamente importante para mantener no solo la hemoglobina, sino también varias metaloenzimas responsables de nuestra salud.
El hierro, presente en los alimentos, está disponible en dos categorías: hierro hemo y hierro no hemo. El hierro hemo se encuentra en la carne animal y ya está listo para su absorción, con un 10% a un 30% del total absorbido después del consumo. La absorción de hierro no hemo es del 2% al 20% del total, requiriendo el consumo de alimentos ricos en vitamina C para una mejor absorción, lo que no supone ningún problema. El hierro no hemo proviene de fuentes vegetales, como frijoles y cereales, y la vitamina C de cítricos como kiwi, limón, naranja, entre otros, ayuda a su mejor absorción.
El hierro hemo suele contener hierro Fe2 + y está rodeado de moléculas que lo protegen y contribuyen a su absorción en la pared intestinal. El hierro no hemo, por otro lado, generalmente tiene Fe3 + y / o está unido a moléculas que no tienen una buena contribución a su absorción.
La Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa) recomienda que la cantidad de consumo diario necesario para un adulto sea de 14 mg de hierro, siendo las mujeres embarazadas casi el doble: 27 mg. Conoce qué alimentos son ricos en hierro, echa un vistazo al artículo: "¿Qué son los alimentos ricos en hierro?".
Pero no se preocupe, si decide seguir una dieta sin carne, hay consejos para aumentar la absorción del hierro de origen vegetal. Uno de ellos es: consumir o preparar la comida agregando jugo de limón o naranja - al preparar su ensalada de rúcula (rica en hierro), por ejemplo, agregue jugo de limón, ya que es rico en ácido ascórbico (Vitamina C), que transformará el Fe3 + en Fe2 +, complejo y facilitará su absorción por el organismo.
Hierro metálico (Fe0)
El descubrimiento y manipulación del hierro fue un paso muy importante en la evolución de la humanidad y el primer paso en el surgimiento de las aleaciones de acero. Cuando se agregan algunos átomos y / o moléculas al hierro, como el carbono, se forma el acero, una de las aleaciones metálicas más importantes del mundo moderno.
Brasil ocupa la segunda posición en la producción mundial de mineral de hierro (estuvo en primer lugar hasta 2009, pero fue superado por Australia). A pesar de ser el segundo mayor productor de mineral de hierro, Brasil ocupa el noveno lugar entre los mayores productores de acero y otros materiales de hierro. No parece tener mucho sentido, pero la justificación es que Brasil exporta casi todo el mineral extraído.
La producción de mineral de hierro en 2014 alcanzó los 400 millones de toneladas, y en el mismo año se exportaron alrededor de 344 millones de toneladas de mineral, generando ingresos por más de 25 mil millones de dólares, siendo el producto básico con mayores ingresos del año. - superior a los ingresos generados por la soja y el petróleo crudo. A pesar de ser el segundo mayor productor de mineral de hierro, Brasil produce solo el 2% de todo el acero producido en todo el mundo.
Proceso de obtención de hierro y sus impactos ambientales
El hierro metálico no se encuentra en esta forma en la corteza terrestre, solo en su forma oxidada y en minerales, como hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe (OH) 3.nH2O) y pirita (FeS2). Estos minerales necesitan ser extraídos del suelo, tratados y de ellos se obtiene hierro metálico.Los procesos de obtención de hierro y acero constan básicamente de los siguientes pasos:
- Extracción de mineral en bruto;
- Tratamiento y procesamiento;
- Procesamiento de minerales;
- Extracción y tratamiento de mineral en bruto.
Después de ser recolectado, el mineral crudo necesita pasar por un proceso llamado beneficio, que lo hará más adecuado para el proceso de obtención de hierro metálico. El proceso de beneficio es el paso más importante y probablemente el que genera la mayor cantidad de residuos. Las siguientes operaciones forman parte de este proceso: trituración, clasificación, trituración, concentración y aglomeración.
Entre los procesos de beneficio más importantes, la trituración consiste en fragmentar el mineral, buscando alcanzar una dimensión adecuada para su posterior separación en la etapa de clasificación. En la clasificación, los granos se dividen en tres clases: granulado, sinterización de alimentación y de pellets de alimentación . Los granos clasificados como granulados están listos para ser utilizados en la última etapa, la de obtención de hierro. El sinterizado y el peletizado son partículas de muy pequeñas dimensiones para ser utilizadas directamente en la última etapa, por lo que se someten a un proceso de aglomeración.
En las empresas mineras, el proceso de aglomeración se realiza mediante peletizado, en el que las partículas más finas del mineral ( pellet-feed ) pasan por un proceso que las convierte en pellets, permitiendo el aprovechamiento de las partículas finas y mejorando el rendimiento en el proceso siderúrgico.
En las acerías, el proceso de aglomeración se realiza mediante sinterización, que es el tratamiento térmico de las partículas finas de mineral, denominado sinter-feed , dando lugar a las partículas sinterizadas , que pueden ser llevadas al alto horno.
El agua juega un papel muy importante en casi todas las etapas del proceso de tratamiento del mineral, siendo extremadamente utilizada en procesos de aglomeración y concentración. El uso de flotación, hidrociclones y técnicas de lavado son etapas en las que el agua es sumamente utilizada, dando como resultado un residuo de difícil tratamiento: el barro.
Residuos difíciles de tratar
Al igual que el proceso de obtención del aluminio, el hierro también tiene unos relaves muy problemáticos y pocas alternativas para su tratamiento: los lodos. Un ejemplo de la cantidad de lodo producido es el del Proyecto Vargem Grande Itabirite (ITMI VGR), en Minas Gerais, que genera 565 toneladas de lodo por hora.
El destino más común de este lodo en Brasil es su disposición en reservorios al aire libre. El lodo se transporta, generalmente por gravedad o por bombeo, a embalses, como piscinas, donde son contenidos por presas. En estos reservorios, el lodo se deposita y se seca, pero no se solidifica por completo.
Este lodo contiene óxidos de hierro y silicio, pudiendo tener la presencia de otros metales, los cuales, dependiendo del suelo extraído, no presentan un nivel de toxicidad. El lodo tiene un impacto ambiental muy importante, cambiando toda la composición del suelo, dejándolo saturado de estos compuestos. Si bien no presenta toxicidad directa, si llega a los ríos, además de influir en el pH y composición de los nutrientes disueltos en el agua, el lodo enturbiará el ambiente, impidiendo así la penetración de luz en el agua y puede matar la vida que depende de la fotosíntesis. , impactando indirectamente a todo el medio ambiente.
Además de ocupar una superficie enorme, con lodo extremadamente saturado de óxidos de hierro y silicio, estas presas pueden suponer un gran peligro para la sociedad y la naturaleza del entorno, especialmente cuando están mal inspeccionadas. Si no están bien estructurados e inspeccionados, corren el riesgo de romperse y causar devastación en un área gigantesca, lo que puede causar daños irreversibles. El lodo, cuando llega al suelo, no ofrece toxicidad, pero vuelve infértil el suelo, destruye la vegetación baja y media, y también puede matar animales con la escorrentía inicial.
Lamentablemente, en noviembre de 2015, Brasil tuvo un ejemplo de devastación, con la ruptura de una presa de Samarco en Mariana (MG). Comprender cómo fue el caso y el daño ambiental causado. Otro ejemplo lamentable fue la ruptura de la presa de relaves de la empresa Vale en 2019, también en Minas Gerais, en Brumadinho, y con un costo humano superior al caso de Mariana. Comprender los detalles del caso y los impactos causados.
Alcance de la devastación
Una mina de hierro ocupa un área muy grande, causando devastación al suelo, los bosques, los animales y el relieve natural presente en esa área, e incluso puede influir en el cambio climático en la región. Existe otro efecto que puede extenderse por millas, que se refiere al transporte de este mineral: el ferrocarril.
Puede que no parezca un problema muy grande, pero el transporte de mineral de hierro a los principales puertos para la exportación se realiza exclusivamente por ferrocarril, muchos de los cuales son exclusivos para el transporte de este mineral. Como Brasil exporta casi todo el mineral que extrae, existe una gran necesidad de construir ferrocarriles que unan las minas con los puertos. Además de la devastación que puede traer la construcción de un ferrocarril, la contaminación acústica que proporciona puede impactar, y mucho, la fauna de la región por donde pasa. Vea más sobre los impactos ambientales generados por los tipos de transporte.
Procesamiento de minerales
Luego de pasar por el beneficiado y alcanzar las dimensiones deseadas, se toma el mineral de hierro para obtener hierro metálico en acerías. Como el hierro puro no tiene un alto interés económico, casi la totalidad del mineral de hierro extraído se destina a la producción de acero, que es el hierro con bajos porcentajes de carbono presente en su estructura.
Las plantas siderúrgicas se dividen en dos tipos: plantas integradas y plantas semi integradas
Plantas integradas
En ellos, el acero se producirá a partir de mineral de hierro. Básicamente, el proceso de obtención de hierro tiene lugar en la reacción del mineral de hierro (presente como óxido de hierro) y el monóxido de carbono (CO) en un horno llamado alto horno. Después de la sinterización, el mineral de hierro tiene las dimensiones adecuadas para ser procesado en el alto horno y también tiene piedra caliza en su composición. Para este proceso es necesario utilizar carbón, donde será tratado para eliminar impurezas no deseadas y tener una mayor eficiencia en el proceso.
Después de ser tratado, el carbón se llama coque. Cuando se vierte en el alto horno, el coque reacciona con el oxígeno que se inyecta en el horno, formando monóxido de carbono (CO), que a su vez reacciona con el óxido de hierro (presente en el mineral), dando como resultado hierro metálico. (Fe0) y dióxido de carbono (CO2). La caliza que estaba presente en el mineral sirve para bajar el punto de fusión del resto de elementos presentes, formando la llamada escoria, y permitiendo la separación por densidad. Al final del proceso, se forma el arrabio, que es una aleación frágil formada por hierro y carbono, pero el porcentaje de carbono es de alrededor del 5%. En el taller de fundición, unidad de la acería donde se ubican las máquinas necesarias para realizar los procesos descritos, se utiliza arrabio como materia prima para la producción de diferentes tipos de aceros y aleaciones,agregando o quitando elementos en la estructura de la aleación, adquiriendo así diferentes propiedades.
Plantas semi integradas
Es donde se producirá acero a partir de chatarra. Por medio de una corriente eléctrica, la chatarra se calienta hasta que se derrite, luego pasa por un soplo de oxígeno para eliminar sus impurezas. Dependiendo del origen de la chatarra, es necesario someterse a diferentes tratamientos para eliminar las impurezas y así obtener el acero deseado.
El dióxido de carbono (CO2) es uno de los productos de la reacción que se genera durante la producción de arrabio, por lo que tiene un impacto ambiental significativo. Teóricamente, sin considerar el dióxido de carbono formado por la reacción de la piedra caliza, solo el del monóxido de carbono (CO) con óxido de hierro, por cada 1 kg de hierro producido, se emite alrededor de 1,1 kg de CO2. Según el informe de 2014 del Instituto Aço Brasil, en 2013 se emitieron 50 millones de toneladas de CO2 de la producción de acero en Brasil, con una relación que, por cada 1 tonelada de acero producida, 1,7 toneladas de CO2 son emitido.
Para entender más sobre la producción de arrabio y acero, vea el video producido por PUC Rio en asociación con el Ministerio de Educación, el Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Fondo Nacional de Desarrollo Educativo:
Reciclaje
Además de reciclar diversos materiales, reciclar chatarra de acero consume menos energía que la producción en la industria integrada, además de recuperar lo que serían residuos en el medio ambiente y evitar emisiones masivas de CO2 a la atmósfera. El acero es 100% reciclable, sin alterar sus propiedades ni perderse durante el proceso de reciclaje.
Dado que el acero es un metal magnético, se puede usar un electroimán para separarlo de otros metales mezclados con él. Incluso con la posibilidad de separar el acero de otros metales o impurezas, se recomienda, sin embargo, que el acero esté limpio cuando se envíe a reciclar, para que los residuos orgánicos y la suciedad no obstaculicen el proceso.
El acero es totalmente reciclable, es decir, cuando lo desechas en la recogida selectiva, puede volver a tu casa infinitas veces, en forma de tijeras, tirador de puerta, alambre, automóvil, frigorífico o incluso latas. Solo hay algunos tipos de artículos, como solventes, pinturas y otros contenidos, que contienen compuestos dañinos que deben devolverse a los fabricantes para que puedan limpiar los desechos antes de enviarlos para su reutilización.
Vea dónde eliminar la chatarra, los desechos de acero y otros tipos de desechos.
