Yster

Essay by LallieHigh School, 11th grade September 2007

download word file, 13 pages 5.0

Downloaded 5832 times
Keywords , , , ,

Inleiding

Niemand sal kan ontken dat yster die nuttigste metaal op aarde is nie. Kyk maar rondom jou na al die dinge wat deur mensevernuf gemaak is en jy sal kwalik iets vind wat nie danksy die bestaan van yster tot stand gekom het nie (as dit nie self van yster is nie). Soos iemand dit al gestel het: "Ons huise, meubels, klere, speelgoed, vervoermiddels is almal kleinkinders van die ystersmid..."

Geskiedenis van die rol van yster in die ontwikkeling van die mensdom.

Die vroegste bewyse van die gebruik van yster kom van die Soemeriërs en die Egiptenare, waar klein voorwerpe soos spiespunte en ornamente wat met yster afkomstig uit die oorblyfsels van meteoriete gemaak is gevind is en wat datteer uit ongeveer 4000 v.C. Omdat meteoriete uit die lug val word daar deur taalkundiges gespekuleer dat die woord yster (en ander Europese verbuigings van die woord) oorspronklik van die Etruskaanse woord aisar afkomstig is wat die gode beteken.

Ystervoorwerpe afkomstig uit die tydperk 3000 v.C. en 2000 v.C. is toenemend in Mesopotamië, Anatolië en Egipte gevind (en is onderskeibaar van voorwerpe wat uit meteoriete vervaardig is vanweë die gebrek in nikkel daarin). Dit wil egter voorkom asof die gebruik van hierdie voorwerpe hoofsaaklik seremonieël was en was yster waarskynlik 'n baie duur metaal, selfs duurder as goud.

Wapens wat in die Iliad beskryf word, is hoofsaaklik van brons, maar word gietblokke van yster as handelsmiddel gebruik. Sommige bronne (Sien verwysing What Caused the Iron Age? hieronder) beweer dat yster waarskynlik 'n byproduk (sponsyster) van koperraffinering was en kon nie andersins deur die mettalurgiese kennis van die dag, vervaardig word nie. Teen 1600 v.C. en 1200 v.C. is Yster toenemend in die Midde-ooste gebruik, maar het dit nie brons as die belangrikste metaal vervang nie.

���In die tydperk tussen die 12de tot die 10de eeu v.C. het die gebruik van yster in gereedskap en wapens vinnig dié van brons vervang in die Midde-ooste. Die belangrikste faktor vir hierdie oorskakeling wil nie voorkom asof dit die tegonologiese verbeterings in ysterbewerking was nie, maar eerder die onderbreking van tinvoorsiening. Hierdie oorgangstydperk wat in verskillende tydperke in verskillende wêrelddele plaasgevind het, het die beskawingstydperk wat algemeen as die Ystertydperk bekend staan, ingelui.

In dieselfde oorgangstydperk is karbonering, wat die proses van byvoeging van koolstof tot die ysters van daardie tyd was, ontdek. Yster is uit sponsyster, 'n mengsel van yster en slak met 'n mate van koolstof en of karbied daarin, wat dan herhaaldelik gehamer en gevou is om die slak daarin te verwyder en om die koolstof daaruit te oksideer en sodoende 'n produk te vervaardig wat as smee-yster bekend staan. Smee-yster het 'n baie lae koolstofinhoud gehad en was nie so maklik om hard te maak deur dit te blus nie. Die mense van die Midde-ooste het ontdek dat 'n veel harder produk gemaak kon word deur die smee-yster oor 'n langtermyn in 'n bed houtskool te verhit en dit daarna in water of olie te blus. Die gevolglike produk was harder en minder bros as die brons wat dit vervang het.

In Sjina was die eerste yster ook afkomstig uit meteorietiese yster, voorwerpe wat uit smee-yster vervaardig is wat naby Xinjiang gevind is en uit die 8ste eeu v.C. datteer, dien as argeologiese bewysstukke daarvoor. Hierdie voorwerpe, uit smee-yster vervaardig is met dieselfde prosesse gemaak as dié afkomstig uit die Midde-ooste en Europa en daar word geglo dat dit deur mense wat nie van Chinese afkoms was, ingevoer is.

In die latere jare van die Zhou Dinastie (ca 550 v.C.), het 'n nuwe ystervervaardigingsvermoë ontstaan as gevolg van hoogs ontwikkelde oondtegnologie. Die Sjinese het hoogoonde vervaardig wat in staat was om temperature van meer as 1300 K te bereik en het die vervaardiging van gietyster of ru-yster ontwikkel.

Yster is al so vroeg as 250 v.C. gebruik. Die beroemde Ashoka Pilaar naby Delhi is uit yster met 'n hoë suiwerheid (98%) vervaardig en het tot op hede nog nie verroes of verweer nie.

As ysterertse saam met koolstof verhit word tot 1420-1470 K, vorm 'n gesmelte vloeistof wat 'n allooi van ongeveer 96.5% yster en 3.5% koolstof. Hierdie produk is sterk, kan in ingewikkelde vorms gegiet word, maar is te bros om verwerk te word tensy die produk gedekarboneer word om die meeste koolstof te verwyder. Sjinese ystervervaardiging vanaf die Zhou dinastie en later was oorwegend gietyster. Yster het egter maar 'n nederige produk gebly wat deur boere vir honderde jare gebruik is en het eers regtig die Sjinese adelstand met die Qindinastie beïnvloed (ca 221 v.C.).

Die ontwikkeling van gietyster was stadiger in Europa omdat die smeltoonde slegs temperature van ongeveer 'n 1000 K kon bereik. Deur 'n groot gedeelte van die Middeleeue is yster in Wes-Europa steeds gemaak deur die verwerking van sponsyster na smee-yster. Die giet van yster het in Europa, eerste in Swede plaasgevind by twee liggings, Lapphyttan en Vinarhyttan, omstreeks 1150 en 1350 n.C. Geleerdes glo dat die praktyk dalk deur die Mongole oor Rusland heen na hierdie plekke gebring is, maar daar is geen klinklare bewys vir hierdie teorie nie. 'n Mark vir hierdie gietyster goedere het in elk geval teen die laat veertiende eeu ontstaan, toe die vraag na kanankoëls ontwikkel het.

Vroeëre ystersmelttegnieke het houtskool gebruik as hittebron en reduseermiddel. In 18de eeuse Engeland het houtvoorrade verminder en is kooks, 'n fossielbrandstof as alternatief gebruik. Hierdie uitvinding deur Abraham Darby het die momentum vir die Industriële omwenteling verskaf.

Kenmerkende eienskappe van yster.

Yster is die metaal wat die meeste voorkom en daar word geglo dat dit die element is wat die tiende meeste in die heelal voorkom. Yster is ook op 'n massabasis die element wat die grootste deel van die Aarde uitmaak (34.6%); die konsentrasie yster in die verskillende lae van die Aarde wissel van baie hoog by die kern tot ongeveer 5% in die kors; dit is dalk moontlik dat die Aarde se binnekern bestaan uit 'n enkele ysterkristal, dit is egter meer waarskynlik dat dit uit 'n mengsel van yster en nikkel bestaan; daar word geglo dat die groot hoeveelheid yster in die Aarde verantwoordelik is vir sy magnetiese veld. Yster se simbool is Fe wat 'n afkorting vir ferrum, die latynse woord vir yster is.

Yster is 'n metaal wat uit ystererts ontgin word en word bitter selde in die vrye onverbonde vorm in die natuur aangetref. Om elementêre yster te verkry moet die onsuiwerhede verwyder word met behulp van chemiese reduksie. Yster word gebruik om staal te vervaardig wat nie 'n element is nie maar 'n legering, 'n oplossing van verskillende metale (en sommige nie-metale, veral koolstof).

Die kern van yster het die hoogste bindingsenergie per nukleoon, dit is dus die swaarste element wat eksotermies deur fusie geskep word en die ligste deur middel van fissie. Wanneer 'n groot ster aan die einde van sy leeftyd ineen krimp, bou die interne temperatuur en druk op, en stel die ster in staat om toenemend swaarder elemente te produseer. Wanneer yster begin vorm, sal die ster nie meer voldoende energie in sy kern produseer nie en ontstaan 'n supernova.

Kosmologiese modelle met 'n oop heelal voorspel dat daar 'n fase behoort te bestaan waar alle materie, as gevolg van stadige fusie en fissie reaksies, in yster sal verander.

Fisiese eienskappe van yster:

STERK, silwerwit metaal, ons planeet se belangrikste en volopste metaal, wat omtrent vyf persent van die aardkors uitmaak.* ) • Smeltpunt, indien suiwer, 1538 grade Celsius; kookpunt 2861 grade Celsius. Is 7,86 maal swaarder as water. • Word maklik deur 'n magneet aangetrek en deur 'n elektriese stroom gemagnetiseer, maar bly nie gemagnetiseer nie (staal, wat streng gesproke 'n legering van yster en koolstof is, saam met bekende hoeveelhede ander stowwe, bly wel gemagnetiseer). • Yster se kristalstruktuur is kubusties.

Baie wetenskaplikes is dit ook eens dat planeet Aarde 'n vaste bal in sy binnekern het wat uit soliede yster of yster-nikkel in 'n feitlik suiwer vorm bestaan. Die buitenste deel van die aardkern is 'n siedende inferno van hoofsaaklik vloeiende yster, maar op 'n diepte van sowat 5100 kilometer stol selfs die yster onder die geweldige druk (omtrent 3,2 miljoen atmosfere). Daar sou gevolglik 'n bal met straal van meer as duisend kilometer en dus 'n deursnee van by die twee en 'n halwe duisend kilometer wees. Kon ons maar net 'n deeltjie van al daardie yster ontgin het!)

Chemiese eienskappe van yster:

Chemiese simbool: Fe-uit die Latynse woord vir yster, ferrum

OKSIDEER (roes) maklik deurdat dit met die suurstof in die lug verbind, met water of waterdamp as katalisator. • Reageer vinnig met sure om byvoorbeeld soute soos ysterchloried of ystersulfaat te vorm. • Yster is ook 'n belangrike bestanddeel van hemoglobien, wat sorg vir die vervoer van suurstof in die bloed. • In gebonde vorm kom yster voorts in byna alle gesteentes en in grond voor (word nie vry in die natuur aangetref nie, behalwe as meteoriete wat uit die ruimte gekom het).

Aanwendings:

Yster is die metaal wat die meeste gebruik word en beslaan by tonnemaat ongeveer 95% van wêreldwye metaalproduksie. Die kombinasie van lae koste en hoë sterkte maak dit onontbeerlik, veral in toepassings soos motorvoertuie, groot skeepsrompe, en strukturele komponente vir geboue. Staal is die bekendste legering van yster. Ander vorms wat yster in aangetref word, sluit in:

Ru-yster bevat 4% - 5% koolstof en verskeie hoeveelhede onsuiwerhede soos swael, silikon en fosfor. Dit is slegs belangrik as 'n intermediêre produk vir die vervaardiging van ystererts om gietyster en staal.

Gietyster bevat 2% - 3.5% koolstof en klein hoeveelhede mangaan. Onsuiwerhede wat in ru-yster teenwoordig is wat die materiaaleienskappe negatief beïnvloed, soos swael en fosfor, is tot aanvaarbare vlakke verminder. Dit het 'n smeltpunt tussen 1420 - 1470 K, wat laer is as die twee hoofkomponente en dit is die eerste produk wat gesmelt word wanneer koolstof en yster saam verhit word. Dit is uiters sterk, hard en bros. Verwerking van gietyster selfs wanneer dit witwarm is, is geneig om die voorwerp te breek.

Koolstaal bevat tussen 0.5% en 1.5% koolstof, met klein hoeveelhede mangaan, swael, fosfor en silikon.

smee-yster bevat minder as 0,5% koolstof. Dit is 'n taai, pletbare produk. Dit bevat gewoonlik slegs 'n paar tiendes van 'n persent koolstof.

Staallegerings bevat verskillende hoeveelhede koolstof sowel as ander metale, soos chroom, vanadium, molibdeen, nikkel, wolfram ens.

Yster (III) oksiede word gebruik in die vervaardiging van magnetiese bewaring van inligting in rekenaars. Hulle word ook dikwels met ander stowwe vermeng en behou hulle magnetiese eienskappe in oplossings.

Verspreiding:

Yster is een van die mees algemene elemente op aarde en maak bykans 5% van die Aardkors uit. Die meeste yster word in verskeie ysteroksiede aangetref, soos in die minerale hematiet, magnetiet en takoniet. Daar word geglo dat die aarde se kern hoofsaaklik uit 'n metalliese yster-nikkel legering bestaan. Ongeveer 5% van die meeste meteoriete bestaan soortgelyk ook uit 'n ysternikkellegering. Al kom meteoriete selde voor is dit die hoofbron van metalliese yster op die aardkors.Metaal yster kom voor in die vrystaat in slegs 'n paar gebiede, veral in wes Groenland. Dit word aangetref in meteoriete, gewoonlik verbind met met nikkel. In Chemiese verbindings is die metaal wyd versprei en dit is die vierde mees aangetrefde element in die aardkors. Die aardkors is aanmekaar gesit van soliede yster teen 5,500°C (9,932°F).Klein hoeveelhede yster kom voor in kombinasies van natuurlike water, in plante, en in bloed.

Ontginning uit erts:

Yster word ontgin van sy ertse, hoofsaaklik hematiet (Fe2O3) en magnetiet (Fe3O4) deur dit met koolstof in 'n hoogoond te ruduseer teen temperature van ongeveer 2000 °C. In 'n hoogoond word ystererts, koolstof in die vorm van kooks en met kalksteen as smeltmiddel bo-in die oond gevoer terwyl verhitte lug deur die oond van die bodem af daardeur geblaas word.

Kooks reageer met suurstof in die oond om koolstofmonoksied te vorm:

6 C + 3 O2 → 6 CO

Die koolstofmonoksied reduseer die ystererts (hematiet in die chemiese vergelyking hieronder) na gesmelte yter en skakel in die proses om na koolstofdioksied:

6 CO + 2 Fe2O3 → 4 Fe + 6 CO2

Die smeltmiddel is teenwoordig om die onsuiwerhede in die erts te laat smelt, hoofsaaklik silikondioksied en ander silikate. Algemeen gebruikte smeltmiddels sluit kalksteen (wat grootliks bestaan uit kalsiumkarbonaat) en dolomiet (magnesiumkarbonaat) in. Ander smeltmiddels kan ook gebruik word afhangende van die onsuiwerhede teenwoordig in die erts. In die hoë hitte van die oond ontbind die kalksteen na kalsiumoksied (ongebluste kalk):

CaCO3 → CaO + CO2

Die kalsiumoksied verbind dan met die silikondioksied om 'n slak te vorm.

CaO + SiO2 → CaSiO3

Die slak smelt in die hitte van die oond anders as met silikondioksied. Die slak dryf bo-op die digter vloeibare yster. Tuite in die kant van die oond word voorsien om die slak en yster te dreineer. Die yster sodoende verkry word ru-yster. Die slak kan gebruik word vir padbou doeleindes of in die landbou om mineraalarme grond te verryk.

Ongeveer 1100Mt (miljoen ton) ystererts is in 2000 in die wêreld ontgin met 'n brutomarkwaarde van ongeveer 25 miljard V.S.A-dollar. Ertsontginning vind plaas in 48 lande maar die vyf grootse produsente, die Volksrepubliek van Sjina, Brasilië, Australië, Rusland en Indië maak ongeveer 70% van die wêreld se totale ysterertsproduksie. Die 1100Mt ystererts is gebruik om ongeveer 572Mt ru-yster te vervaardig.

Verbindings:

Algemene oksidasie toestande van yster sluit in:

die Yster (II) toestand, Fe2+.

die Yster (III) toestand, Fe3+, ook baie algemeen veral in roes.

die Yster (IV) toestand, Fe4+, wat in sommige ensieme gestabiliseer is (bv. peroksidase.

die Yster (VI) toestand, Fe6+, is meer seldsaam in kaliumferaat.

Ysterkarbied Fe3C staan ook bekend as sementiet.

Biologiese Rol:

Yster is noodsaaklik vir alle organismes buiten 'n paar bakterieë. Dit word meestal stabiel binne metalloproteïene gevind, want andersins veroorsaak dit in die vrye vorm dat vrye radikale gevorm word wat giftig is vir selle. Baie diere sluit yster in by die hemekompleks, 'n noodsaaklike komponent van sitochroom, wat die proteïene is wat by die redoks-reaksies betrokke is (wat onder andere respirasie insluit), asook in die suurstofdraende proteïene hemoglobien en mioglobien. Anorganiese yster wat betrokke is by redoks-reaksies word ook gevind in die yster-swael trosse van baie ensieme, soos bv. nitrogenase (betrokke by ammoniaksintese vanuit stikstof en waterstof) en hidrogenase. 'n Klas nie-heme ysterproteïene is verantwoordelik vir 'n wye reeks funksies in verskeie lewensvorme, soos die ensieme metaan monooksigenase (oksideer metaan na metanol), ribonukleotied reduktase (reduseer ribose na deoksiribose; DNA biosintese), hemeritriene (vervoer en bind suurstof in ongewerwelde seediere) en pers-suur fosfaatase (hidrolis van fosfaatesters). Wanneer die liggaam 'n bakteriese infeksie bestry, stoor dit yster in die vervoerproteïen transferrin om die bakterieë gebruik daarvan te ontsê.

Yster verspreiding word goed beheer in soogdiere. Die yster wat vanuit die duodenum geabsorbeer word word aan transferrin gebind en deur die bloed vervoer na die verskillende selle. Daar word dit deur 'n tot nog toe onbekende meganisme by die teikenproteïene opgeneem [1].

Goeie voedselbronne van yster sluit vleis, vis, pluimvee, lensies, boontjies, blaargroente, tofu, ertjies en aarbeie in.

Voeselaanvullings voorsien dikwels yster in die vorm van Yster (II) fumaraat. Die aanbevole daaglikse inname wissel aansienlik en hang af van ouderdom, geslag en die voedingsbron waarin die yster voorkom (heme-gebaseerde yster het 'n hoër bio-beskikbaarheid) [2].

Isotope:

Yster wat natuurlik voorkom bestaan uit vier isotope: 5.845% uit radio-aktiewe 54Fe (halfleeftyd: 3.1 x 1022 jaar), 91,754% uit stabiele 56Fe, 2,119% uit stabiele 57Fe en 0,282% uit stabiele 58Fe. 60Fe is 'n uitgestorwe radionuklied wat 'n baie lang halfleeftyd gehad het (1,5 miljoen jaar). Die isotoop 56Fe is van besondere belang vir kernwetenskaplikes aangesien dit die mees stabiele kern moontlik is. Dit is nie moontlik om fissie of fusie reaksies op 56Fe uit te voer en steeds energie vry te stel nie. Dit is vir geen ander element waar nie.

Daar is in sekere meteoriete 'n korrelasie gevind tussen die 60Ni, die dogterproduk van 60Fe en die verspreiding van stabiele yster isotope wat bewys is daarvan dat 60Fe bestaan het met die vorming van die sonnestelsel. Die energie wat vrygestel is deur die verval van 60Fe saam met die energie wat deur die radionuklied 26Al vrygestel is het waarskynlik bygedra tot die hersmelting en differensiasie van asteroïede na hul vorming rondom 4.6 biljoen jaar gelede. Die hoë voorkoms van 60Ni teenwoordig in buiteruimse materiaal verskaf ook meer insig in die ontstaan van die sonnestelsel en sy vroeë geskiedenis. Van die stabiele isotope het slegs 57Fe 'n kernspin (−1/2). Om hierdie rede vind 57Fe toepassings as 'n spin-isotoop in chemie en biochemie.

Die Erts ontginning en die suiwerings proses.

Ontginning

Baie van die wêreld se yster word ontgin deur oop pit mynery waarin die oppervlak van die grond verwyder word deur swaar masjine, dikwels oor 'n baie groot oppervlak, om die erts onder dit bloot te stel. In gevalle waar dit nie ekonomies is om die oppervlakte te verwyder nie word skagte in die aarde gegrawe met die kant tonnels om die laag van die erts te volg.

Suiwering

Die gemynde erts word vergruis en gesorteer. Die beste grade van erts bevat meer as 60% yster. Laer grade word behandel, of gesuiwer, om die verskeie besoedelings te verwyder voor die erts vervoer word na die induksie oonde. Gesamentlik word hierdie suiwerings metodes voordelig genoem en dit sluit verdere vergruising, was met water om sand en klei weg te dryf, magnetiese verdeling, en die maak van pellets in. Soos wat meer van die wêreld se bekende voorsiening van hoë yster inhoud erts opraak, word hierdie suiwerings tegnieke meer belangrik.

Die gesuiwerde erts word dan op treine of skepe gelaai en vervoer na die induksie oonde.

Uitvoer:

Die twee vervaardigers gebruik die Saldanha Baai hawe om hul yster erts uit te voer. Erts word vervoer vanaf die Noord Kaap deur spoor vervoer op die Orex lyn. Onlangs het uitvoerders begin kla oor die gebrek aan kapasiteit op die lyne en ook die hanterings fasiliteite by die hawe. Nadat daar lank afgestel is aan die terugvoer aan kliënte se behoeftes word die hawe se infrastruktuur opgradeer en is nou al na aan die einde met die installasie van addisionele "tipplers" en vergrote voorraadoppervlak kapasiteit. Die spoor opgradering sal grootliks bestaan uit die aankoop van addisionele waens en lokomotiewe.

Met die uitvoer van yster in Suid-Afrika word daar baie werksgeleenthede geskep, veral die myne. Dit doen ons ekonomie ook baie goed.

Impakte op die gemeenskap

Indiensneming geleenthede

Infrastruktuur fasiliteite (gesondheids sorg, onderrig)

Ekonomiese opkoms

Verplasing van mense

Verlies aan lewensmiddele

Veranderings in populasie dinamieke

Koste van lewe

Ekonomiese oneenigheid en frustrasie

Water skaarsheid

Gesondheids impakte

Die impak wat die myn van yster op die omgewing het.

Groot operasies wat lei tot geweldige impakte

• Land gebruik vir myn en infrastruktuur ontwikkeling.

• Die verplasing van mense na waar hulle nie wil wees nie

• Eerstegraadse grond verwydering

• Boor en Vergruising

• Oorgroot hoeveelhede wat gestort word

• Mineraa bevoordeling

• Myn water gepomp

• Toksiese/ besoedelde afval water afskeiding

Impakte op die land

Veranderings in topografie en land scenario

Veranderings van land-gebruik patrone

Veranderings in drynerings patrone

Veranderings in top Grond komposisie

Skade aan argeologiese/ geestelike monumente

Impakte op die Atmosfeer

Verhoging van temperatuur a.g.v industriële aktiwiteit en

Afname in vegetasie

Hoë SPM vlakke a.g.v voertuig beweging en ander operasies.

Boor en ontploffings lewer 'n bydrae tot ontplofbare stowwe

'n Verhoging in NOx hidrokarbonate en CO en lood

Vlakke veroorsaak deur diesel toerusting, kragopwekkers, voertuig beweging ens.

Verhoging in geraas

Impakte op Water Regime

Veranderings in oppervlak en grond water regimen Removal of surface water bodies

Skade aan alle suiweraars bo die mineraal afskeidings

Besoedeling van die oppervlak water liggampies

Aflopings van myne

Alkalanisering van afval

Voordelige aktiwiteite

Mineraal neerslae ryk met pirate / sulfiede

Impakte op die Ekologie

Verwydering van vegetasie, affekteer fauna ook

Besoedeling van water liggampies affekteer aquatiese ekologie

Water skaarsheid an verandering in water regime

Landbou en groei van vegetasie

Geraas besoedeling deur ontploffings en gereelde vibrasies- dryf wilde diere weg.