Metal Scrap

Σίδηρος Χάλυβας

Τα μεταλλικά στοιχεία (φέρων οργανισμός από χάλυβα, αλουμινένια κουφώματα, επικαλύψεις από χαλκό) μιας κατασκευής μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν αυτούσια(άμεση ανακύκλωση) ή να ανακυκλωθούν στη βιομηχανική παραγωγική διαδικασία (έμμεση ανακύκλωση). (Ευαγγελινός 2005,16)

Για την παραγωγή χάλυβα είναι απαραίτητος ο οπτάνθρακας (κοκ) και το  σιδηρομετάλλευμα, η διαδικασία εξόρυξης του οποίου, επιβαρύνει σημαντικά το περιβάλλον.

Παράλληλα, κατά την διαδικασία παραγωγής του, παράγονται αέρια, τα οποία συντελούν στα φαινόμενα του θερμοκηπίου και της όξινης βροχής. Η χρήση ανακυκλωμένου χάλυβα εξοικονομεί 30% της κατανάλωσης ενέργειας συγκριτικά με την ενέργεια που δαπανάται για την πρωτογενή παραγωγή του. Ο χάλυβας είναι 100% ανακυκλώσιμος. Κατά την βασική διαδικασία παραγωγής μεταλλικών σκελετών σε κλίβανο οξυγόνου, χρησιμοποιείται τουλάχιστον 25% ανακυκλωμένος χάλυβας (έμμεση ανακύκλωση). Τα προγράμματα ανακύκλωσης του χάλυβα διαφυλάσσουν τους φυσικούς πόρους και ελαττώνουν σημαντικά την παραγωγή αποβλήτων. Κάθε τόνος ανακυκλωμένου χάλυβα εξοικονομεί 1.114
κιλά σιδηρομεταλλεύματος, 635 κιλά άνθρακα, και 55 κιλά ασβεστόλιθου. Υπάρχουν βέβαια και περιπτώσεις άμεσης ανακύκλωσης του χάλυβα όπως η  γέφυρα τρένου που επαναχρησιμοποιήθηκε στο Άμστερνταμ και το big dig house.

Σίδηρος

Ο σίδηρος, ως καθαρό στοιχείο, δεν χρησιμοποιείται σχεδόν πουθενά, λόγω των φτωχών μηχανικών ιδιοτήτων του. Στην Ορθοδοντική χρησιμοποιούμε κυρίως χάλυβα (κράμα σιδήρου με άνθρακα), όμως, μερικές πληροφορίες για τον σίδηρο έχουν ενδιαφέρον:

Η δομή του σιδήρου (και του χάλυβα) είναι πολυκρυσταλλική. Η βασική μονάδα είναι κυβική, όπως φαίνεται αριστερά, και επαναλαμβάνεται στο χώρο. Στην πραγματικότητα θεωρούμε ότι τα άτομα είναι σφαίρες, που εφάπτονται μεταξύ τους, και όχι, όπως στην εικόνα, που απέχουν η μία από την άλλη. Η δομή σχεδιάστηκε εδώ έτσι, ώστε να φαίνεται καλύτερα η κυβική μορφή. Για τον ίδιο λόγο, σχεδιάστηκαν μόνο τα άτομα που βρίσκονται στις ακμές του κύβου, ενώ υπάρχουν και άλλα.

Ο σίδηρος παρουσιάζει αλλοτροπία, έχει δηλαδή, δύο μορφές κρυσταλλικής δομής, ανάλογα με τη θερμοκρασία.

 

Χωροκεντρωμένη κυβική μορφή (body-centered cubic, bcc).

Οκτώ άτομα στις κορυφές του κύβου και ένα στο κέντρο. Πρόκειται για την πιο συμπαγή δομή και σχηματίζεται σε χαμηλές θερμοκρασίες ή σε πολύ υψηλές.

 

 

Εδροκεντρωμένη κυβική μορφή (face-centered cubic, fcc).

Οκτώ άτομα στις κορυφές του κύβου και από ένα στο κέντρο κάθε πλευράς. Σχηματίζεται σε θερμοκρασίες από 900 - 1400ºC.

Ο "κύβος" είναι περίπου κατά 25% μεγαλύτερος από την προηγούμενη μορφή, με αποτέλεσμα να υπάρχει περισσότερος κενός χώρος μεταξύ των ατόμων, ο οποίος μπορεί να φιλοξενήσει άτομα άλλων στοιχείων για τον σχηματισμό κραμάτων.

 

Χάλυβας

Η προσθήκη άνθρακα στον σίδηρο (σε μικρές ποσότητες, έως 2%) αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητά του και τον καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση στην Ορθοδοντική (και αλλού).

Υπάρχουν τρία είδη χάλυβα, όσον αφορά την κρυσταλλική δομή και τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες. Η μορφή του ωστενίτη (austenite) έχει εδροκεντρωμένη κυβική δομή, ενώ οι μορφές μαρτενσίτη (martensite) και φερρίτη (ferrite) έχουν χωροκεντρωμένη δομή.

Ο άνθρακας και τα άλλα στοιχεία του κράματος είναι συνήθως υπό τη μορφή στερεού διαλύματος, δηλαδή, καταλαμβάνουν τους χώρους μεταξύ των ατόμων του σιδήρου στον κρύσταλλο.

Στην Ορθοδοντική, για κατασκευή συρμάτων, χρησιμοποιείται η μορφή του ωστενίτη. Ο χάλυβας με μορφή ωστενίτη έχει την καλύτερη αντιοξειδωτική συμπεριφορά αλλά δεν μπορεί να υποστεί θερμική κατεργασία για αλλαγή των ιδιοτήτων του. Υπάρχουν δύο κυρίως τύποι, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, χρώμιο και νικέλιο:

Στοιχείο	Τύπος 302	Τύπος 304
C	0.08 - 2%	όχι περισσότερο από 0.08%
Cr	17 - 19%	18 - 20%
Ni	8 - 10%	8 - 11%

Επίσης περιέχονται μικρές ποσότητες Mg, Si, P και S. Το υπόλοιπο είναι Fe. Αυτοί οι τύποι αποτελούν την ομάδα 18-8 γιατί έχουν περίπου 18% Cr και 8% Ni.

Χρώμιο
Το Cr δίνει στο κράμα την ιδιότητα του ανοξείδωτου, γιατί δημιουργεί ένα επιφανειακό στρώμα οξειδίου του χρωμίου, που προστατεύει το υπόλοιπο κράμα από την οξείδωση (όταν είναι σε αναλογίες μεγαλύτερες από 10.5%).

Νικέλιο
Το Ni σταθεροποιεί τον χάλυβα στη μορφή του ωστενίτη, που, αλλιώς, είναι σταθερός μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (όπως είδαμε παραπάνω).
ΠΡΟΣΟΧΗ. Το Ni είναι το πιο αλλεργιογόνο μέταλλο. Υπάρχει σε όλες σχεδόν τις μορφές του χάλυβα, καθώς και σε άλλα κράματα που χρησιμοποιούνται στην οδοντιατρική. Θα το βρείτε και σε σκουλαρίκια. Το τρύπημα των αυτιών, βλεφάρων, γλώσσας, μύτης και άλλων σημείων του σώματος (!) μπορεί να προκαλέσει υπερευαισθησία στο Ni. Από τη βιβλιογραφία προκύπτουν τα εξής στοιχεία:

• Μεγάλο ποσοστό γυναικών παρουσιάζει ευαισθησία στο Ni ενώ στους άνδρες αυτό είναι πολύ μικρό. Πιθανότατα ευθύνεται το τρύπημα των αυτιών.
• Η τοποθέτηση ορθοδοντικών μηχανημάτων πριν το τρύπημα των αυτιών φαίνεται να παρεμποδίζει την ανάπτυξη υπερευαισθησίας, γιατί δημιουργείται ανοχή του οργανισμού σε αλλεργιογόνα, όταν η πρώτη επαφή είναι στο στόμα. Άρα, κάντε πρώτα ορθοδοντική θεραπεία και μετά τρυπήστε τα αυτιά (ή ό,τι άλλο).
• Η ορθοδοντική θεραπεία μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα για άτομα με αλλεργία στο Ni. Σε τέτοια περίπτωση χρησιμοποιούμε σύρματα από κράματα χωρίς Ni και άγκιστρα από τιτάνιο, ή πλαστικά, ή κεραμικά.