Le fer est important pour la vie et le progrès technologique, mais son extraction peut avoir des impacts environnementaux
Que serait le développement humain sans fer? Tout comme l'aluminium, le fer métallique est l'un des métaux les plus courants dans notre vie quotidienne. Des couverts que vous utilisez pour le déjeuner aux structures des grands bâtiments. Mais qu'est-ce que le fer et quels sont les avantages et les inconvénients que son utilisation peut nous apporter? En plus du fer métallique, quels sont les autres états dans lesquels le fer apparaît dans la nature?
Le fer
Parmi les éléments les plus abondants à la surface de la Terre, la lithosphère, le fer est le quatrième élément le plus présent et le deuxième métal le plus abondant. Bien que le fer métallique soit très présent dans la société depuis l'Antiquité, il ne se trouve pas sous sa forme métallique (Fe0), mais sous sa forme oxydée [ferreuse (Fe2 +) et ferrique (Fe3 +)], principalement dans les minerais.
Image: données adaptées de www.ufrgs.br
Le fer n'est pas une molécule, mais un élément chimique, c'est-à-dire qu'il n'est pas formé par de simples réactions chimiques de faible énergie qui se produisent sur notre planète, mais par des fusions atomiques qui se produisent dans les étoiles. Apprenez-en un peu plus sur l'émergence du fer dans la vidéo produite par Jane Gregorio-Hetem (IAG / USP) et Annibal Hetem Jr. (UFABC), financée par le Conseil national pour le développement scientifique et technologique (CNPq):
Le fer est si frappant dans l'évolution de la race humaine que l'un des âges préhistoriques est marqué par ce métal. Les sociétés préhistoriques sont classées dans un système à quatre âges, la pierre polie , le cuivre , le bronze et le fer . L' âge du fer est marqué par le développement de la métallurgie et l'émergence d'outils en fer et en acier - on estime que la première société de l'époque a prospéré vers 1200 avant JC, dans la région d'Anatolie (région actuelle de la Turquie).
Le chemin de fer est un autre exemple plus actuel du grand impact du fer sur la société. L'un des moyens de transport les plus importants, autrefois et aujourd'hui, prend le fer en son nom et a été inventé grâce à la manipulation et à l'utilisation du fer métallique, accélérant le développement de la société moderne.
L'importance de cet élément va au-delà de son utilisation dans les outils. On pense que le noyau de la Terre est composé principalement de fer métallique, qui, grâce à lui, génère un champ magnétique sur notre planète, qui est responsable de la protection de toute vie existante des rayons cosmiques. Si ce champ magnétique n'existait pas, le système de vie que nous connaissons pourrait ne pas exister.
Du centre de la Terre à nos veines
Image: Ricardo Gomez Angel chez Unsplash
La nature cherche toujours à utiliser les éléments les plus abondants pour la création et l'entretien de la vie. En plus de protéger contre les rayons cosmiques que le fer génère pour la vie sur la planète, c'est aussi un élément extrêmement vital pour presque tous les types d'animaux que nous connaissons. Le fer est essentiel même pour notre respiration, étant le principal atome de l'hémoglobine, en plus d'être responsable de la couleur rouge du sang. Il est également responsable du transport de l'oxygène vers les cellules de tout notre corps.
Un exemple extrême est celui des bactéries responsables des « chutes de sang » ou des «chutes de sang». Dans un glacier appelé Taylor, il y a des bactéries qui, en raison du manque d'oxygène (O2) dans leur environnement, métabolisent les ions ferriques (Fe3 +) en respirant, et en tant que produit final, elles libèrent des ions ferreux (Fe2 +) qui, lorsqu'ils sont en contact avec surface, s'oxyder et donner l'apparence du sang.
Image: Peter Rejcek / National Science Foundation
Fer dans les aliments
Vous avez probablement entendu parler d'une personne qui doit manger plus de haricots pour devenir «plus forte» parce qu'elle contient du fer. La consommation d'aliments riches en fer est essentielle pour le corps humain et le fer est présent dans de nombreux types d'organismes, animaux et végétaux. Dans le cas de l'hémoglobine sanguine, une carence en fer dans le sang diminue le transport de l'oxygène vers les cellules du corps, affectant ainsi l'immunité du système dans son ensemble et provoquant une anémie. L'apport en fer est extrêmement important pour maintenir non seulement l'hémoglobine, mais aussi plusieurs métalloenzymes responsables de notre santé.
Le fer, présent dans les aliments, est disponible en deux catégories: le fer héminique et le fer non hémique. Le fer hémique se trouve dans la viande animale et est déjà sous forme prête à être absorbée, avec 10% à 30% du total absorbé après consommation. L'absorption du fer non hémique est de 2% à 20% du total, nécessitant la consommation d'aliments riches en vitamine C pour une meilleure absorption, ce qui n'est pas un problème. Le fer non hémique provient de sources végétales, telles que les haricots et les céréales, et la vitamine C des agrumes tels que le kiwi, le citron, l'orange, entre autres, contribue à sa meilleure absorption.
Le fer hémique contient généralement du fer Fe2 + et est entouré de molécules qui le protègent et contribuent à son absorption dans la paroi intestinale. Le fer non hémique, par contre, contient généralement du Fe3 + et / ou est lié à des molécules qui n'ont pas une bonne contribution à son absorption.
L'Agence nationale de surveillance de la santé (Anvisa) recommande que la quantité de consommation quotidienne nécessaire pour un adulte soit de 14 mg de fer, les femmes enceintes étant presque le double: 27 mg. Apprenez à connaître les aliments riches en fer, jetez un œil à l'article: «Quels sont les aliments riches en fer?».
Mais ne vous inquiétez pas, si vous choisissez de suivre un régime sans viande, il existe des conseils pour augmenter l'absorption du fer d'origine végétale. L'un d'eux est: consommer ou préparer la nourriture en ajoutant du jus de citron ou d'orange - lors de la préparation de votre salade de roquette (riche en fer), par exemple, ajoutez du jus de citron, car il est riche en acide ascorbique (vitamine C), qui transformera Fe3 + en Fe2 +, complexera et facilitera son absorption par l'organisme.
Fer métallique (Fe0)
La découverte et la manipulation du fer ont été une étape très importante pour l'évolution de l'humanité et la première étape pour l'émergence des alliages d'acier. Lorsque certains atomes et / ou molécules sont ajoutés au fer, comme le carbone, il se forme de l'acier, l'un des alliages métalliques les plus importants du monde moderne.
Le Brésil occupe la deuxième place dans la production mondiale de minerai de fer (il était premier jusqu'en 2009, mais il a été dépassé par l'Australie). Bien qu'il soit le deuxième producteur de minerai de fer, le Brésil se classe au neuvième rang des plus grands producteurs d'acier et d'autres matériaux à base de fer. Cela ne semble pas avoir beaucoup de sens, mais la justification est que le Brésil exporte presque tout son minerai extrait.
La production de minerai de fer en 2014 a atteint 400 millions de tonnes, et environ 344 millions de tonnes de minerai de fer ont été exportées la même année, générant un chiffre d'affaires de plus de 25 milliards de dollars, étant le produit de base avec le chiffre d'affaires le plus élevé de l'année. - supérieur aux revenus générés par le soja et le pétrole brut. Bien qu'il soit le deuxième producteur de minerai de fer, le Brésil ne produit que 2% de tout l'acier produit dans le monde.
Processus d'obtention du fer et ses impacts environnementaux
Le fer métallique ne se trouve pas sous cette forme dans la croûte terrestre, uniquement sous sa forme oxydée et dans les minerais, tels que l'hématite (Fe2O3), la magnétite (Fe3O4), la sidérite (FeCO3), la limonite (Fe (OH) 3.nH2O) et pyrite (FeS2). Ces minerais doivent être extraits du sol, traités et du fer métallique en est obtenu.Les processus d'obtention du fer et de l'acier consistent essentiellement en les étapes suivantes:
- Extraction de minerai brut;
- Traitement et transformation;
- Traitement du minerai;
- Extraction et traitement du minerai brut.
Après avoir été collecté, le minerai brut doit passer par un processus appelé enrichissement, ce qui le rendra plus adapté au processus d'obtention de fer métallique. Le processus de valorisation est l'étape la plus importante, et probablement celle qui génère le plus de déchets. Les opérations suivantes font partie de ce procédé: concassage, classification, broyage, concentration et agglomération.
Parmi les procédés de valorisation les plus importants, le concassage consiste à fragmenter le minerai, en cherchant à atteindre une dimension adéquate pour sa séparation ultérieure dans l'étape de classification. Dans la classification, les grains sont divisés en trois classes: granulés, frittés et granulés . Les grains classés granulés sont prêts à être utilisés dans la dernière étape, celle d'obtention du fer. L'alimentation en frittage et l' alimentation en granulés sont des particules de très petites dimensions à utiliser directement dans la dernière étape, c'est pourquoi elles subissent un processus d'agglomération.
Dans les sociétés minières, le processus d'agglomération se fait par granulation, dans laquelle les particules les plus fines du minerai ( alimentation en granulés ) passent par un processus qui les transforme en granulés, ce qui permet d'utiliser les fines particules et d'améliorer les performances dans le processus de fabrication de l'acier.
Dans les aciéries, le processus d'agglomération est réalisé par frittage, qui est le traitement thermique de fines particules de minerai, appelé frittage , donnant naissance à des particules de frittage , qui peuvent être acheminées vers le haut fourneau.
L'eau joue un rôle très important dans presque toutes les étapes du processus de traitement du minerai, étant extrêmement utilisée dans les processus d'agglomération et de concentration. L'utilisation de la flottation, des hydrocyclones et des techniques de lavage sont des étapes dans lesquelles l'eau est extrêmement utilisée, conduisant à un résidu difficile à traiter: la boue.
Déchets difficiles à traiter
Tout comme le processus d'obtention de l'aluminium, le fer présente également des résidus très problématiques et peu d'alternatives pour son traitement: la boue. Un exemple de la production de boues est celui du projet Vargem Grande Itabirite (ITMI VGR), dans le Minas Gerais, qui génère 565 tonnes de boues par heure.
La destination la plus courante de cette boue au Brésil est son élimination dans des réservoirs à ciel ouvert. La boue est transportée, généralement par gravité ou par pompage, vers des réservoirs, tels que des piscines, où elle est contenue par des barrages. Dans ces réservoirs, la boue est déposée et séchée, mais elle ne se solidifie pas complètement.
Cette boue contient des oxydes de fer et de silicium, et peut avoir la présence d'autres métaux qui, selon le sol extrait, ne présentent pas de niveau de toxicité. La boue a un impact environnemental très important, modifiant toute la composition du sol, le laissant saturé de ces composés. Bien qu'elle ne présente pas de toxicité directe, si elle atteint les rivières, en plus d'influencer le pH et la composition des nutriments dissous dans l'eau, la boue va brouiller l'environnement, empêchant ainsi la pénétration de la lumière dans l'eau et éventuellement tuant la vie qui dépend de la photosynthèse. , impactant indirectement l'ensemble de l'environnement.
En plus d'occuper une superficie immense, avec de la boue extrêmement saturée d'oxydes de fer et de silicium, ces barrages peuvent constituer un grand danger pour la société et la nature des environs, surtout lorsqu'ils sont mal inspectés. S'ils ne sont pas bien structurés et encadrés, ils risquent de se briser et de provoquer des ravages dans une zone gigantesque, ce qui peut provoquer des dégâts irréversibles. La boue, lorsqu'elle atteint le sol, n'offre pas de toxicité, mais elle rend le sol infertile, détruit le sous-bois et la végétation de taille moyenne, et peut également tuer des animaux avec le ruissellement initial.
Malheureusement, en novembre 2015, le Brésil a eu un exemple de dévastation, avec la rupture d'un barrage de Samarco à Mariana (MG). Comprenez comment cela a été le cas et les dommages environnementaux causés. Un autre exemple malheureux a été la rupture du barrage de résidus de Vale en 2019, également à Minas Gerais, à Brumadinho, et à un coût humain plus élevé que le cas de Mariana. Comprenez les détails du cas et les impacts causés.
Ampleur de la dévastation
Une mine de minerai de fer occupe une très grande superficie, ravageant le sol, la forêt, les animaux et le relief naturel présent dans cette zone, et peut même influencer le changement climatique dans la région. Il y a un autre effet qui peut s'étendre sur des kilomètres, qui concerne le transport de ce minerai: le chemin de fer.
Cela peut ne pas sembler être un très gros problème, mais le transport du minerai de fer vers les principaux ports pour l'exportation se fait exclusivement par chemin de fer, dont beaucoup sont exclusifs au transport de ce minerai. Comme le Brésil exporte presque tout le minerai qu'il extrait, il y a un grand besoin de construction de voies ferrées reliant les mines aux ports. Outre les ravages que la construction d'un chemin de fer peut entraîner, la pollution sonore qu'elle engendre peut impacter, et beaucoup, la faune de la région où elle passe. En savoir plus sur les impacts environnementaux générés par les types de transport.
Traitement du minerai
Après avoir subi l'enrichissement et avoir atteint les dimensions souhaitées, le minerai de fer est prélevé pour obtenir du fer métallique dans les aciéries. Le fer pur n'ayant pas un intérêt économique élevé, la quasi-totalité du minerai de fer extrait est destiné à la production d'acier, qui est du fer avec de faibles pourcentages de carbone présents dans sa structure.
Les aciéries sont divisées en deux types: les usines intégrées et les usines semi-intégrées
Installations intégrées
En eux, l'acier sera produit à partir de minerai de fer. Fondamentalement, le processus d'obtention du fer se déroule dans la réaction du minerai de fer (présent sous forme d'oxyde de fer) et du monoxyde de carbone (CO) dans un four appelé haut fourneau. Après avoir été fritté, le minerai de fer a des dimensions adéquates pour être traité dans le haut fourneau et a également du calcaire dans sa composition. Pour ce processus, il est nécessaire d'utiliser du charbon, où il sera traité pour éliminer les impuretés indésirables et avoir une plus grande efficacité dans le processus.
Après avoir été traité, le charbon est appelé coke. Lorsqu'il est versé dans le haut fourneau, le coke réagit avec l'oxygène qui est injecté dans le four, formant du monoxyde de carbone (CO), qui à son tour réagit avec l'oxyde de fer (présent dans le minerai), résultant ainsi en fer métallique. (Fe0) et dioxyde de carbone (CO2). Le calcaire qui était présent dans le minerai sert à abaisser le point de fusion des autres éléments présents, formant ce qu'on appelle le laitier, et permettant la séparation par densité. À la fin du processus, il se forme de la fonte brute, qui est un alliage fragile formé de fer et de carbone, mais le pourcentage de carbone est d'environ 5%. Dans l'atelier de fusion, une unité de l'usine sidérurgique où se trouvent les machines nécessaires à la réalisation des processus décrits, la fonte est utilisée comme matière première pour la production de différents types d'acier et d'alliages,en ajoutant ou en supprimant des éléments dans la structure de l'alliage, acquérant ainsi des propriétés différentes.
Installations semi-intégrées
C'est là que l'acier sera produit à partir de ferraille. Au moyen d'un courant électrique, la ferraille est chauffée jusqu'à ce qu'elle fonde, puis passe par un souffle d'oxygène pour éliminer ses impuretés. En fonction de l'origine de la ferraille, il est nécessaire de subir différents traitements pour éliminer les impuretés et ainsi obtenir l'acier souhaité.
Le dioxyde de carbone (CO2) est l'un des produits de la réaction générée lors de la production de fonte brute, ayant ainsi un impact environnemental important. Théoriquement, sans tenir compte du dioxyde de carbone formé par la réaction du calcaire, seul celui du monoxyde de carbone (CO) avec l'oxyde de fer, pour 1 kg de fer produit, environ 1,1 kg de CO2 est émis. Selon le rapport 2014 de l'Instituto Aço Brasil, en 2013, 50 millions de tonnes de CO2 ont été émises par la production d'acier au Brésil, avec un ratio qui, pour chaque tonne d'acier produite, 1,7 tonne de CO2 sont Publié.
Pour en savoir plus sur la production de fonte et d'acier, regardez la vidéo produite par PUC Rio en partenariat avec le ministère de l'Éducation, le ministère de la Science et de la Technologie et le Fonds national de développement de l'éducation:
Recyclage
Outre le recyclage de divers matériaux, le recyclage de la ferraille d'acier consomme moins d'énergie que la production dans l'industrie intégrée, en plus de récupérer ce qui serait des déchets dans l'environnement et d'éviter des émissions massives de CO2 dans l'atmosphère. L'acier est 100% recyclable, sans changer ses propriétés ni être perdu lors du processus de recyclage.
Puisque l'acier est un métal magnétique, un électroaimant peut être utilisé pour le séparer des autres métaux mélangés avec lui. Même avec la possibilité de séparer l'acier d'autres métaux ou impuretés, il est toutefois recommandé que l'acier soit propre lorsqu'il est envoyé au recyclage, afin que les déchets organiques et la saleté n'entravent pas le processus.
L'acier est entièrement recyclable, c'est-à-dire que lorsque vous le jetez dans la collecte sélective, il peut retourner chez vous une infinité de fois, sous forme de ciseaux, poignée de porte, fil de fer, automobile, réfrigérateur ou encore canettes. Il n'y a que quelques types d'articles, tels que les solvants, les peintures et autres contenus, qui contiennent des composés nocifs qui doivent être retournés aux fabricants afin qu'ils puissent nettoyer les déchets avant de les envoyer pour réutilisation.
Voir où se débarrasser de la ferraille, des déchets d'acier et d'autres types de déchets.
