铁：其提取的重要性和影响
铁对生命和技术进步很重要，但它的提取会对环境产生影响
没有铁，人类的发展会怎样？与铝一样，金属铁是我们日常生活中最常见的金属之一。从您用于午餐的餐具到大型建筑物的结构。但是什么是铁，它的使用能给我们带来什么好处和坏处呢？除了金属铁，铁在自然界中还有哪些表现形式？
铁
在地球表面岩石圈最丰富的元素中，铁是第四大元素，也是第二大金属。虽然金属铁自古以来就在社会中很常见，但它不是以金属形式（Fe0）发现的，而是以氧化形式[亚铁（Fe2+）和三价铁（Fe3+）]，主要存在于矿石中。
图片：数据改编自 www.ufrgs.br
铁不是分子，而是化学元素，也就是说，它不是通过发生在我们星球上的简单、低能量的化学反应形成的，而是通过恒星中发生的原子聚变形成的。在由国家科技发展委员会 (CNPq) 资助的 Jane Gregorio-Hetem (IAG/USP) 和 Annibal Hetem Jr. (UFABC) 制作的视频中，多了解一点铁的出现：
铁在人类的进化过程中是如此突出，以至于史前时代的一个以这种金属为标志。史前社会分为四时代系统， 抛光石, 铜, 青铜 和 铁.这 铁器时代 它的标志是冶金的发展和钢铁工具的出现——据估计，该时代的第一个社会在公元前 1200 年左右在安纳托利亚地区（今土耳其地区）蓬勃发展。
铁对社会产生巨大影响的另一个更当前的例子是铁路。以前和今天最重要的交通工具之一，以铁为名，是由于对金属铁的操纵和使用而发明的，加速了现代社会的发展。
这个元素的重要性超出了它在工具中的使用。人们相信地球的核心主要由金属铁组成，因此，它在我们的星球上产生了一个磁场，负责保护所有现有生命免受宇宙射线的伤害。如果这个磁场不存在，我们所知道的生命系统可能就不存在了。
从地球中心到我们的血管
图片：Unsplash 上的 Ricardo Gomez Angel
大自然总是寻求利用最丰富的元素来创造和维持生命。除了防止铁为地球上的生命产生的宇宙射线外，对于我们所知的几乎所有类型的动物来说，它也是一种极其重要的元素。铁对于我们的呼吸也是必不可少的，它是血红蛋白的主要原子，此外还负责使血液呈红色。它还负责将氧气输送到我们全身的细胞。
一个极端的例子是负责“血落”或“血瀑布”。在被称为泰勒的冰川中，由于环境中缺乏氧气 (O2)，细菌通过呼吸作用代谢三价铁离子 (Fe3+)，并作为最终产物释放亚铁离子（ Fe2+ )，当与表面接触时，会氧化并产生血液外观。
图片：Peter Rejcek / 美国国家科学基金会
食物中的铁
您可能听说过人们必须吃更多的豆子才能变得“强壮”，因为它们含有铁。食用富含铁的食物对人体至关重要，铁存在于许多类型的生物体中，包括动物和植物。就血红蛋白而言，血液中铁的缺乏会减缓氧气向身体细胞的输送，从而影响整个系统的免疫力，导致贫血。铁的摄入不仅对于维持血红蛋白，而且对于维持我们健康的几种金属酶都非常重要。
存在于食物中的铁分为两类：血红素铁和非血红素铁。血红素铁存在于动物肉中，并且已经准备好吸收，占食用后吸收总量的 10% 至 30%。非血红素铁的吸收量占总量的2%～20%，需要食用富含维生素C的食物才能更好地吸收，这是没有问题的。非血红素铁来自植物来源，如豆类和谷物，而柑橘类水果如猕猴桃、柠檬、橙子等中的维生素 C 有助于更好地吸收。
血红素铁通常含有 Fe2+ 铁并被保护它的分子包围并有助于其在肠壁中的吸收。另一方面，非血红素铁通常具有 Fe3+ 和/或与对其吸收没有很好贡献的分子结合。
国家卫生监督局（Anvisa）建议，成人每日所需铁的摄入量为 14 毫克，而孕妇则几乎翻倍：27 毫克。通过了解什么是富含铁的食物，看看文章：“什么是富含铁的食物？”。
但别担心，如果你选择遵循无肉饮食，这里有一些技巧可以增加植物来源的铁的吸收。其中之一是：食用或准备食物时加入柠檬或橙汁——例如，在准备芝麻菜沙拉（富含铁）时，加入柠檬汁，因为它富含抗坏血酸（维生素 C），可以转化 Fe3+成Fe2+，复合并促进其被人体吸收。
金属铁 (Fe0)
铁的发现和处理是人类进化过程中非常重要的一步，也是钢合金出现的第一步。当一些原子和/或分子被添加到铁中时，例如碳，钢，现代世界中最重要的金属合金之一，然后形成。
巴西在世界铁矿石产量中占据第二位（直到 2009 年才位居第一，但被澳大利亚超越）。尽管巴西是第二大铁矿石生产国，但在钢铁和其他铁衍生材料的最大生产国中排名第九。这似乎没有多大意义，但理由是巴西出口了几乎所有提取的矿石。
2014年铁矿石产量达到4亿吨，同年出口矿石约3.44亿吨，创收超过250亿美元，是当年收入最高的基础产品——甚至超过了收入。由大豆和原油产生。尽管巴西是第二大铁矿石生产国，但其钢铁产量仅占全球钢铁产量的 2%。
铁生产过程及其环境影响
金属铁在地壳中未以这种形式存在，仅以氧化形式存在于赤铁矿 (Fe2O3)、磁铁矿 (Fe3O4)、菱铁矿 (FeCO3)、褐铁矿 (Fe(OH)3.nH2O) 和黄铁矿等矿石中(FeS2)。这些矿石需要从地下提取、处理，然后从中获得金属铁。获得钢铁的过程基本上包括以下步骤：
- 原矿的提取；
- 处理加工；
- 矿石加工；
- 原矿的提取和处理。
原矿采集后，需要经过一个叫做选矿的过程，这将使其更适合获得金属铁的过程。选矿过程是最重要的步骤，也可能是产生最多废物的步骤。以下操作是该过程的一部分：破碎、分级、研磨、浓缩和附聚。
在选矿中最重要的过程中，破碎包括将矿石破碎，寻求达到足够的尺寸，以便在分类阶段进行后续分离。在分类上，谷物分为三类：颗粒状、 烧结饲料 和 颗粒饲料.归类为颗粒的谷物准备用于最后一步，即获得铁。 烧结饲料 这是 颗粒饲料 它们是尺寸太小而不能直接用于最后一步的颗粒，因此它们要经过一个团聚过程。
在矿业公司，团聚过程是通过球团完成的，其中最细的矿石颗粒（颗粒饲料) 经历将它们转化为球团的过程，允许使用细颗粒并提高炼钢过程中的性能。
在钢厂中，团聚过程是通过烧结完成的，这是对矿石细颗粒的热处理，称为 烧结饲料, 产生粒子 烧结，它可以被带到高炉。
水在矿石处理过程的几乎所有阶段都起着非常重要的作用，在附聚和浓缩过程中得到了极大的利用。浮选技术、水力旋流器和洗涤的使用是大量使用水的步骤，导致难以处理的残留物：污泥。
垃圾处理难度大
除了获得铝的过程外，铁还有一种非常成问题的废物，其处理方法很少：污泥。产生污泥量的一个例子是位于米纳斯吉拉斯州的 Vargem Grande Itabiritos 项目 (ITMI VGR)，该项目每小时产生 565 吨污泥。
这种泥浆在巴西最常见的目的地是在露天水库中处理。污泥通常通过重力或泵送运输到水库，例如游泳池，在那里被大坝围住。在这些水库中，污泥沉积并干燥，但并未完全固化。
这种泥浆含有氧化铁和氧化硅，可能还含有其他金属，根据提取的土壤，这些金属不会产生一定程度的毒性。泥浆对环境有非常显着的影响，它改变了土壤的整个组成，使其充满了这些化合物。虽然它没有直接的毒性，但如果它进入河流，除了能够影响溶解在水中的营养物质的 pH 值和成分外，泥浆还会使环境混浊，从而阻止光进入水中并可能杀死生命。依赖光合作用，间接影响整个环境。
这些大坝不仅占地巨大，泥浆中铁和氧化硅的饱和度极高，还会对社会和周围环境构成非常大的危险，尤其是当它们检查不当时。如果他们没有良好的结构和监督，他们就有可能在巨大的区域内分崩离析并造成破坏，并可能造成不可逆转的损害。泥浆到达地面时不会产生毒性，但会使土壤变得贫瘠，破坏灌木丛和中型植被，还可以通过初始径流杀死动物。
不幸的是，2015 年 11 月，巴西发生了灾难性的例子，马里亚纳 (MG) 的萨马尔科 (Samarco) 大坝倒塌。了解案件的经过以及造成了哪些环境破坏。另一个不幸的例子是淡水河谷公司的尾矿坝于 2019 年倒塌，同样发生在米纳斯吉拉斯州的布鲁马迪尼奥，其人力成本高于马里亚纳的情况。了解案件详情及造成的影响。
破坏程度
铁矿占地非常大，对土壤、森林、动物和该地区的自然地貌造成破坏，甚至可能影响该地区的气候变化。还有另一种影响可以延伸数公里的距离，这与这种矿石的运输有关：铁路。
这似乎不是什么大问题，但铁矿石到主要港口出口的运输完全由铁路完成，其中许多铁路专门用于运输这种矿石。由于巴西开采的几乎所有矿石都出口，因此非常需要修建连接矿山和港口的铁路。除了铁路建设可能带来的破坏之外，它带来的噪音污染还会极大地影响它所经过地区的动物群。查看更多有关运输类型产生的环境影响的信息。
矿石加工
经过加工并达到所需尺寸后，铁矿石被带到钢厂获得金属铁。由于纯铁没有很高的经济利益，几乎所有提取的铁矿石都用于生产钢，这是一种结构中碳含量低的铁。
钢铁厂分为两种类型：综合轧机和半综合轧机
综合工厂
其中，钢铁将由铁矿石生产。基本上，获得铁的过程发生在铁矿石（以氧化铁形式存在）和一氧化碳 (CO) 在称为高炉的炉子中的反应中。烧结后，铁矿石具有足够的尺寸可以在高炉中进行处理，并且其成分中还含有石灰石。对于这个过程，必须使用木炭，木炭将被处理以去除不需要的杂质并在过程中具有更高的效率。
煤经过处理后称为焦炭。当倒入高炉时，焦炭与注入炉内的氧气发生反应，形成一氧化碳 (CO)，而一氧化碳 (CO) 又与氧化铁（存在于矿石中）发生反应，从而生成金属铁 (Fe0)和二氧化碳 (CO2)。矿石中存在的石灰石用于降低存在的其他元素的熔点，形成所谓的炉渣，并允许按密度进行分离。在这个过程的最后，形成了生铁，这是一种由铁和碳形成的脆性合金，但碳的百分比在 5% 左右。在钢铁厂，一个钢厂的一个单元，在那里执行所描述的过程所需的机器，生铁被用作生产不同类型钢和合金的原材料，通过添加或去除元素在合金结构中，从而获得不同的性能。
半集成工厂
这是用废金属生产钢铁的地方。通过电流，金属废料被加热直到熔化，然后通过吹氧去除杂质。根据废料的来源，需要经过不同的处理以去除杂质，从而获得所需的钢材。
二氧化碳 (CO2) 是生铁生产过程中产生的反应产物之一，因此对环境产生重大影响。理论上，如果不考虑石灰石反应形成的二氧化碳，仅一氧化碳 (CO) 与氧化铁，每生产 1 kg 铁，就会排放约 1.1 kg CO2。 Instituto Aço Brasil 2014 年的报告显示，2013 年，巴西钢铁生产排放了 5000 万吨 CO2，比例为每生产 1 吨钢，排放 1.7 吨 CO2。
了解更多关于生铁和钢的生产，观看PUC Rio与教育部、科技部和国家教育发展基金合作制作的视频：
回收
除了回收各种材料外，回收废钢比综合工业的生产消耗更少的能源，此外还可以回收环境中的废物并避免大量二氧化碳排放到大气中。钢是 100% 可回收的，既不会改变其特性，也不会在回收过程中丢失。
由于钢是一种磁性金属，为了将它与其他混合的金属分开，可以使用电磁铁。即使有可能将钢与其他金属或杂质分离，但建议将钢送去回收时保持清洁，这样有机废物和土壤不会阻碍该过程。
钢铁是完全可回收的，也就是说，当您将其进行选择性收集处理时，它可以无限次地以剪刀、门把手、电线、汽车、冰箱甚至罐头的形式返回您的房屋。只有少数类型的物品，例如溶剂、油漆和其他内容物，含有有害化合物，必须返回给制造商，以便他们在将废物送回再利用之前对其进行清理。
查看在哪里处理废料、钢铁废料和其他类型的废料。
