Сировина та вода у промисловості

ПЛАН

ЛЕКЦІЯ 4. Сировина, вода та енергія в промисловості. Технології збагачення та очищення сировини.

1. Сировина та вода у промисловості.

2. Роль енергії в технологічних процесах та перспективи розвитку енергетики.

3. Технології збагачення та очищення сировини.

Сировина є первинним предметом праці, а її видобуток - початком будь-якої системи технологій. Термін сировина не є однозначним поняттям. У найбільш узагальненій формі його слід вважати первинним предметом праці, взятим безпосередньо з природи, матеріальним субстратом, який містить у собі основу цільового продукту.

З погляду економіки сировина – це видобутий природний ресурс, на який витрачено певні зусилля і який потребує подальшої переробки в цільові продукти. Сировина є одним з найважливіших елементів будь-якого технологічного процесу, а її якість, доступність і вартість значною мірою визначають основні якісні та кількісні показники промислового виробництва.

Сировиною називають речовини природного і синтетичного походження, що використовуються у виробництві промислової продукції.

У процесі розвитку промисловості розширюється сировинна база, з’являються нові види сировини, змінюється власне поняття “сировина”. Постійно зростають можливості використання численних відходів промислових виробництв. Вихідними матеріалами багатьох виробництв є сировина, яка була в промисловій переробці та яку називають напівпродуктом, або напівфабрикатом.

Далі більш детально слід розглянути різні схеми класифікації промислової сировини: за походженням, за агрегатним станом, за галузево-технологічним принципом використання (рудна, нерудна, паливна).

Так, наприклад, за агрегатним станом сировина розподіляється на тверду, рідку, газоподібну. Найпоширенішою є тверда сировина – вугілля, торф, руди, сланці, деревина. Найпоширенішими видами рідкої природної сировини є вода, соляні розсоли, нафта; газоподібної – повітря, природні й промислові гази. За складом сировину розподіляють на органічну і неорганічну. За походженням сировину розрізняють як мінеральну, рослинну й тварину. Особливістю викопної мінеральної сировини порівняно з рослинною і твариною є її невідновлюваність, а також нерівномірність розподілу поверхнею землі та в надрах.

Найважливішою сировиною в нинішніх трансформаційних умовах економіки є мінеральна. Тому при вивченні даної теми варто докладніше з нею ознайомитися.

Сьогодні відомо майже 2500 різних мінералів, що відрізняються один від одного за хімічним складом, фізичними властивостями, кристалічною формою й іншими ознаками.

Земна кора (99,5 %) складається з 14 хімічних елементів: кисню – 49,13 %, кремнію – 26,00, алюмінію – 7,45, заліза – 4,20, кальцію – 3,25, натрію – 2,40, магнію – 2,35, калію – 2,35, водню – 1,00 % тощо.

До найбільш застосовуваних у народному господарстві елементів належать: свинець, ртуть, бром, йод та ін. Деякі елементи, що є у достатній кількості в земній корі, надзвичайно розсіяні в межах доступного для розробки шару земної кори, тоді як інші сконцентровані у вигляді окремих скупчень. Масштаби промислового використання багатьох елементів перебувають у значній невідповідності з їхньою поширеністю в земній корі.

Наприклад, титану в земній корі майже у два рази більше, ніж вуглецю, тоді як добувається його щорічно приблизно у 105 разів менше. Однак з розвитком науково-технічного прогресу в провідних галузях підвищується попит на рідкі та розсіяні метали.

Найбільш загальними й розповсюдженими видами сировини є вода й повітря. Сухе повітря містить: азоту – 78 %, кисню – 21 %, аргону – 0,94 %, вуглекислого газу – 0,03 % і незначну кількість водню й інертних газів, а також водяної пари, пилу та ін. Кисень повітря знаходить широке застосування в багатьох галузях промисловості: у металургії, машинобудуванні, хімічній і паливній промисловостях. Широке застосування знаходить азот (наприклад, у синтезі аміаку, а також для створення інертних середовищ у багатьох хімічних реакціях).

За галузево-технологічним принципом використання мінеральну сировину розподіляють на рудну, нерудну і пальне.

Рудною мінеральною сировиною називають гірські породи або мінеральні агрегати, що містять метали, які можуть бути економічно вигідно видобуті в технічно чистому вигляді.

Нерудною, або неметалічною називають усю сировину, яку використовують у виробництві хімічних, будівельних і інших неметалічних матеріалів і яка не є джерелом одержання металів. Однак більша частина нерудної сировини містить метали (наприклад, фосфорити, апатити, алюмосилікати).

До горючої мінеральної сировини належать органічні корисні копалини: вугілля, торф, сланці, нафта й ін., які використовуються як паливо або сировина для хімічної промисловості.

Рудна сировина. Промисловими металевими рудами називаються корисні копалини, які містять один або кілька металів у кількості й формі, що допускають на даному етапі розвитку техніки їх економічно раціональний видобуток. Чим досконаліша технологія переробки руди, тим легше переробляти руду з меншим вмістом металу. Розрізняють руди монометалічні, які містять тільки один метал, доцільний для витягу (хромові, залізні, золотовмісні), біметалічні руди, в яких обидва метали доступні для здобуття (мідно-молібденові, свинцево-цинкові), поліметалеві руди, з яких витягається понад два метали (алтайські колчеданні руди, що містять свинець, цинк, мідь, срібло й інші; саксонські руди, що містять кобальт, нікель, срібло, вісмут, уран).

Іноді зустрічаються самородні руди, в яких метал перебуває або в чистому вигляді, або у вигляді сплаву з іншими металами, наприклад, золотоносні, платинові руди.

За призначенням руди поділяються на руди чорних, кольорових і рідких металів.

Нерудна сировина (мінерально-хімічна). Вона є джерелом одержання неметалів (сірка, фосфор і ін.), солей, мінеральних добрив і будівельних матеріалів. Найважливішими видами нерудної сировини є самородна сірка, апатити, фосфорити, природні солі (калійні, мірабіліт, сода, поварена сіль). До нерудної сировини належать і рідкісні мінерали промислового значення (алмаз, графіт).

Горюча мінеральна сировина, паливо. (Слайд 4) Паливом називають горючі органічні речовини, що є джерелом теплової енергії й сировиною для хімічної, металургійної й інших галузей промисловості. Все паливо за агрегатним станом підрозділяється на тверде (вугілля, торф, деревина, сланці), рідке (нафта, нафтопродукти), газоподібне (природний і попутний гази й ін.). За походженням паливо буває природним і штучним, тобто отриманим у результаті переробки природного палива або як відходи різних технологічних процесів (наприклад, доменний газ).

Горючі корисні копалини є природним видом палива. Вивчаючи різні види палива, зверніть увагу на таку його характеристику, як питома теплота згоряння.

Характеристики палива:

Як відомо, питома теплота згоряння палива - це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні одиниці маси або обсягу палива (Дж/кг і Дж/м3). Технічна характеристика палива визначається його складом. До складу всіх видів палива входить горюча (органічна маса + горючі неорганічні речовини – сірка, її з’єднання й ін.) і него рюча маси (зола, волога) – баласт. Органічна маса палива складається в основному з вуглецю, водню, а також азоту й кисню. Чим більше в паливі золи, вологи, тим нижче його теплота згоряння. Чим вищій в органічній масі вміст вуглецю й водню і чим менше кисню й азоту, тим більшою теплотою згоряння характеризується паливо.

Наприклад, питома теплота згоряння нафти – 42 000 кДж/кг, або 11,63 кВт-год./кг; природного газу – 25 000–46 000 кДж/кг, або 6,98–12,82 кВт-год./кг; антрациту – 32 800–33 600 кДж/кг, або 9,08 – 9,32 кВт-год./кг; дров – 8 300–15 400 кДж/кг, або 2,35 – 4,32 кВт-год./кг.

Для обчислення загальних запасів палива різні його види перераховують на так зване умовне паливо. Відповідно 1 т бурого вугілля береться за 0,4 т, кам’яного вугілля – за 1,0 т, а нафти – за 1,4 т умовного палива.

У нинішніх економічних умовах велика увага приділяється комплексному використанню мінерально-сировинних ресурсів. Тому при вивченні даної теми слід звернути увагу на ці питання.

Оскільки сировина в собівартості деяких видів промислової продукції (наприклад, хімічної) становить 60–70 %, тому виняткову важливість для інтенсифікації виробництва і залучення в господарський обіг внутрішніх резервів має комплексне використання сировини, тобто максимальний витяг і використання всіх цінних компонентів, що містяться в родовищах корисних копалин, виходячи з потреб у них народного господарства і можливостей науки і техніки.

Практично більшість родовищ корисних копалин є комплексними і містять декілька корисних компонентів. Особливо це характерно для поліметалевих руд. У родовищах нафти супутніми компонентами є газ, сірка, бром, йод, бор; у газових родовищах – гелій, сірка, азот; у видобутку вугілля – колчедан, сірка, глинозем, германій і ін.

У кольоровій металургії профілюючими вважаються 11 металів (алюміній, мідь, нікель, кобальт, свинець, цинк, вольфрам, молібден, ртуть, олово, сурма), разом з якими вилучається понад 60 інших компонентів (рідкі, рідкоземельні та благородні метали). Так на підприємствах кольорової металургії попутно виробляється до 30 % сірки, до 10 % цинку, міді, свинцю. Таке попутне вилучення елементів приводить до різкого підвищення економічної ефективності виробництва.

Прикладом комплексного використання твердого палива може служити коксохімічне виробництво, де з вугілля різних марок, крім коксу і коксового (світильного) газу, одержують аміак, сірковуглець, а також сотні органічних сполук, що є сировиною для одержання пластмас, хімічних волокон, барвників, вибухових речовин і лікарських препаратів. У результаті переробки нафти одержують моторні палива, мазут, гази нафтопереробки, рідкі вуглеводні. Тільки з газів нафтопереробки можна одержати метан, етан, пропан, бутан, пентан, етилен, пропілен, бутилен, ацетилен, сірководень і багато інших газів, що є найціннішою сировиною для одержання пластмас, каучуку, хімічних волокон, сірчаної кислоти, барвників і ліків.

Науково-технічний прогрес сприяє більш широкому залученню сировинних ресурсів у суспільне виробництво. Ефективне їх використання значною мірою визначає промисловий потенціал країни.

У зв’язку зі значним розвитком промисловості й сільського господарства світ стоїть перед серйозною проблемою, викликаною безперервним зменшенням кількості прісної чистої води й все зростаючою кількістю побутових і промислових стічних вод. Дефіцит прісної води також обумовлюється інтенсивним розвитком нових водопотребляемых виробництв. Наприклад, якщо для виробництва 1 т стали витрачається 600 м³ води, то для виробництва 1 т синтетичних волокон в 8 разів більше.

В залежності від призначення вода умовно підрозділяється на промислову й питну. Природно, що вимоги до складу води істотно залежать від призначення. Основними показниками якості води є твердість, загальний солевміст, прозорість, окисляемость, смак, захід, реакція середовища. Для оцінки питної води велике значення має токсичність домішок, кількість мікробів, що втримуються в ній, захід, кольори й смак. Для промислових вод важливими показниками є твердість, солевміст, кількість розчинених газів і механічні домішки. Загальний солевміст характеризує наявність у воді мінеральних і органічних домішок. Кількість їх визначають по сухому залишку (мг) випаром 1 л води й висушуванням залишку при 110°С до постійної маси.

Для більшості виробництв основним якісним показником служить твердість води, обумовлена присутністю у воді солей кальцію й магнію. Розрізняють три види твердості води: тимчасову, постійну й загальну. Тимчасова (переборна твердість) обумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію й магнію. Ці солі порівняно легко віддаляються при кип’ятінні. Постійна твердість обумовлена присутністю у воді сульфатів, хлоридів і нітратів кальцію й магнію, які при кип’ятінні не віддаляються. Тимчасова й постійна твердість у сумі дають загальну твердість.

Кількість розчинених у воді газів також позначається на якості води, тому що вуглекислий газ, кисень, сірчистий газ і інші викликають значну корозію труб.

Окисляемость води обумовлена наявністю у воді органічних домішок і визначається кількістю перманганата калію (мг), витраченого при кип’ятінні 1 л води протягом 10 хв.

Реакція води (кислотність і лужність) характеризується показником концентрації водневих іонів рн. Реакція природних вод близька до нейтрального (рн 6,8 - 7,3). Припустима кількість домішок також регламентується відповідними стандартами.

Прозорість води виміряється товщиною шаруючи води, через який можна розрізнити візуально або за допомогою фотоелемента зображення хреста або певного шрифту. Самим загальним санитарно-бактериологическим показником якості води є наявність у ній мікроорганізмів.

Винятково важливого значення набуває в цей час раціональне використання водних ресурсів. Необхідно повсюдно ввести режим економії водних ресурсів, різко скоротити викид стічних вод, вести їхнє глибоке очищення, переходити на маловодоспоживання або безводні технологічні процеси (тобто працюючі в розчинниках, розплавах і газовій фазі).

Необхідно ширше застосовувати на підприємствах всіх галузей промисловості повторної й оборотне водопостачання. При цьому свіжа вода забирається лише на поповнення безповоротних втрат, скидання стічних вод припиняється, а в технологічний процес надходить по замкнутому циклі так звана «оборотна вода». Оборотні системи водопостачання можна використати й у сільському господарстві. Досить перспективним є використання побутових стічних вод для зрошення сільськогосподарських культур (на «полях зрошення»).

Дата добавления: 2014-01-07