Минерально-сырьевого комплекса

Современные проблемы

Тема 4. Сырье в химической промышленности

Контрольные вопросык теме III

«Вода в химической промышленности»

1. Укажите основные направления использования воды в химичес-
ком производстве. Приведите примеры.

2. В чем заключается рациональное использование водных ресурсов в химической промышленности?

3. Что такое водооборот и с какой целью он используется?

4. Какие требований предъявляются к технологической воде?

5.Перечислите основные операции подготовки технологической воды.

6. Что такое жесткость воды и какие методы существуют для ее уменьшения?

7. На чем основан процесс умягчения воды методом ионного обмена?

Сырье минеральное, растительное, животное. Организация разведки сырья. Основные методы добычи и подготовки сырья. Элементарные сведения о горной технике. Обогащение – важный метод подготовки сырья для химической промышленности. Флотация. Теоретические основы. Селективная флотация. Повышенные требования к сырью. Полупродукты. Отходы производства. Вторичное сырье. Важнейшие виды вторичного сырья.

Добыча всех видов полезных ископаемых в мире растет непрерывно, одновременно со спросом на них. В энергетическом обеспечении многих стран большую роль играет ядерное топливо. Хотя атомные электростанции мира дают пока менее 5% энергии, из недр планеты уже извлечено свыше 160000 тонн урановой руды и мировая потребность в ней постоянно растет. При таких темпах добычи создается угроза исчезновения всех видов полезных ископаемых, ибо в земной коре они вновь не создаются.

По оценке специалистов в недрах планеты запасов элементов, например, платиновой группы, золота, серебра, меди, олова, цинка и свинца, при существующих объемах добычи хватит всего на 20-40 лет. Только в Советском Союзе в 80-х годах в результате горных работ за год извлекалось 8 миллиардов тонн различных пород, что по объему превышает 3 миллиарда м3.

Огромна по своему объему мировая добыча нефти. Только чтобы поддержать давление в продуктивных пластах в скважины закачивается вода в объемах, сравнимых с расходом крупных рек. В земной коре происходят колоссальные изменения - формируется комплекс новых геологических процессов и явлений, которые требуют учета и решения возникающих проблем.

Особая роль в сложившихся условиях отводится химии, геохимии и геологии. На первый план сегодня выходит проблема комплексного использования минерального сырья, решение которой важно не только с экономической точки зрения, но и экологической. Экологический аспект проблемы приобретает особое значение.

При добыче нефти в РФ ежегодно теряется более 20 млрд. м3 попутного газа. Добывая миллионы тонн апатитовых руд, до сих пор сбрасываются в отвалы тысячи тонн нефелина, сфена, титаномагнетита и других минералов, из которых можно получить сотни тысяч тонн алюминия, кальцинированной соды, цемента, тысячи тонн титана и редкие элементы, например стронций, ванадий и др.

Важнейшей задачей минерально-сырьевого комплекса экономики становится всестороннее минералого-геохимическое исследование открытых месторождений еще до сдачи их в эксплуатацию. Отсутствие такого подхода к оценке месторождений приводит к тому, что они долгие годы эксплуатируются на какой-то один компонент или вид полезного ископаемого. В качестве примера можно привести сложившуюся практику на золоторудных месторождениях, когда считается богатой руда, в которой содержится десять граммов золота на одну тонну породы. Это приводит к тому, что огромное количество попутных и часто весьма ценных компонентов сбрасывается в отвалы.

Безусловно, создание комплексных схем переработки сырья требует создания новых и, как правило, дорогих технологий. Однако, эти затраты оправданы и быстроокупаемы.

Особое внимание в ближайшей перспективе необходимо уделить месторождениям Мирового океана и Антарктиды.

В Антарктиде открыты месторождения руд, содержащих медь, свинец, никель, уран, серебро, золото, хром и др., а также месторождения угля. Дно Тихого и Атлантического океанов покрыто железо-марганцевыми конкрециями. Безусловно, добывать полезные ископаемые из под толщи льда на Антарктиде или под многосотметровой толщей воды Мирового океана в настоящее время не только трудно, но и экономически затратно. Однако, это будущие источники сырья для человечества и уже сегодня необходимы усилия по разработке экономически целесообразных способов и технологии их добычи.

Среди базовых отраслей экономики любой промышленно развитой страны особое место занимает минерально-сырьевой сектор – отрасли промышленности, занятые разведкой, добычей и первичной переработкой полезных ископаемых.

Эффективность функционирования этих отраслей самым серьезным образом влияет на эффективность экономики в целом, т. е. минерально-сырьевой сектор является ключевым в решении проблем интенсификации экономики.

Минерально-сырьевой сектор в современных условиях призван обеспечить экономику необходимым по количеству, качеству и ассортименту сырьем и топливом при наименьших издержках и потерях. Достижение этой цели связано с решением сложной оптимизационной задачи, суть которой состоит в том, чтобы на основе минерально-сырьевой базы страны, вторичных ресурсов, импорта, внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий обеспечить оптимальное сочетание слагаемых обеспечения экономики топливно-сырьевыми ресурсами.

В сложившемся положении огромное значение имеет экономия первичного сырья за счет использования менее капиталоемких источников. Такая переориентация требует анализа и оценки роли каждого источника сырьевых ресурсов, его место в экономике и связи с другими источниками.

Общеизвестно, что эффективность использования сырья и топлива в российской экономике значительно уступает передовым западным странам. Это касается практически всех отраслей промышленности. Например, при применении фосфорных удобрений до растений доходит только 15% фосфора. Остальное теряется в процессе добычи, переработки, производства удобрений, их транспортировке, хранении, внесении в почву. Велики потери тепла из-за несовершенства теплоизоляции и вентиляции, плохого использования вторичных ресурсов, несовершенства утилизационных и регенерационных технологий.

Крупным источником сырья могут стать вторичные ресурсы, образующиеся на всех стадиях промышленного производства, начиная с добычи сырья и кончая использованием готовых продуктов. Эти ресурсы, рассматриваемые часто как отходы производства, способны образовывать вторую сырьевую базу. Причем, если первичную минерально-сырьевую базу создала природа, не считаясь с освоенностью районов месторождений, то вторичные ресурсы являются неизбежным спутником человеческой деятельности и находятся в обжитых районах. При использовании вторичных ресурсов необходимо учитывать и экологический аспект. Переработка отходов существенно уменьшает их количество и снижает уровень загрязнения окружающей среды. Учитывая возрастающие затраты на природоохранные мероприятия, экономическая эффективность использования вторичных ресурсов имеет перспективы для роста.

Интенсификация отраслей, производящих сырье, заключается в увеличении выпуска продукции на существующих производственных мощностях без их расширения, т.е. без дополнительных капиталовложений. Решение этой задачи связано прежде всего с комплексным использованием недр. В настоящее время, как правило, из месторождений полезных ископаемых разрабатываются только те компоненты, которые включены в производственную программу. Остальные компоненты зачастую идут в отвалы. Ориентировочные расчеты показывают, что комплексное использование недр может дать 25% продукции.

Уже ближайшее будущее требует кардиналь­ных решений в области использования минерально-сырьевых ресурсов и экологии. Теоретической предпосылкой таких ре­шений, их идеальной моделью являются понятия без­отходного и малоотходного производства. Сейчас под безотходной технологией пoнимaют такой принцип производства, при котором цикл «первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление - вторичные сырьевые ресурсы» построен с рациональным использованием всех компонентов сырья, всех видов энергии и без нарушения экологического равновесия. Безотходное производство может быть со­здано в рамках комбината, отрасли, региона, а в ко­нечном счете — для всего народного хозяйства [25].

Безотходное производство может мыслиться лишь теоретически, поскольку законы природы не позволяют полностью превращать энергию в работу. Да и потери вещества не могут быть нулевыми. Довести их до нуля, пусть даже ценой огромных затрат, не­возможно уже потому, что системы улавливания после какого-то предела сами начнут «производить» но­вые отходы в большем количестве, чем те, для кото­рых они созданы. Более того, все без исключения промышленные химические реагенты не являются сто­процентно чистыми и содержат то или иное коли­чество примесей.

Понятие «безотходности» ставит цель: максимально приблизиться к теоретическо­му пределу. А цель, как известно, определяет и средства ее достижения. В данном случае это комплексная переработка сырья, разумное кооперирование, сочетание производств в рамках комбинатов и территориально-производственных комплексов. Понятие о безотходном производстве позволяет сформулировать требования к новым технологиям и новым аппаратам.

В определении безотходного производства учиты­вается стадия потребления, что накладывает ограни­чения на свойства производимых продуктов потреб­ления, влияет на их качество. Главные требования - надежность, долговечность, возможность возвращения в цикл на переработку или превращения в экологи­чески безвредную форму.

Зачастую при оценке того или иного процесса, раз­личных способов получения одного и того же продук­та не учитывают всей сырьевой цепочки. Рассмотрим, например, производство аммиака.

Реакция, использу­емая на большинстве современных аммиачных заводов, довольно проста и протекает при 450-500 °С и давлении около 30 МПа на катализаторе. Никаких отходов здесь в соответствии с уравнением реакции не должно обра­зовываться. Однако, это производство не является безотходным по­скольку и при производстве азота, и при получении водорода пока неизбежно образуется большое коли­чество отходов.

Азот выделяют низкотемпературной ректификацией воздуха. Но перед основной операцией воздух дол­жен быть предварительно обеспылен, осушен и очи­щен от СО2. Осушающие реагенты рано или поздно уже невозможно будет регенерировать, и их придет­ся отправить в отвалы. Очистка от СО2 требует применения щелочных растворов, которые также пе­реходят в сточные воды.

Водород чаще всего получают паровой конверсией природ­ного газа, которая описывается уравнениями:

Однако, исходные газы надо предварительно очистить от примесей соединений серы, а полученный водород — от остатков СО и СО2. Ни один из ныне используемых способов очистки не гарантирует полного удаления примесей из газов, но каждый из них связан с затратами химических реа­гентов, иногда катализаторов и с образованием отхо­дов в той или иной форме.

Сам синтез аммиака — тоже на практике не безот­ходен. Современные агрегаты синтеза большой мощ­ности имеют воздушное охлаждение. Но даже при их использовании на каждую тонну продукта потребляется 50-60 м³ воды, часть которой требует предварительной очистки.

Подобным образом можно стадию за стадией рас­сматривать другие производства, убеждаясь, что по-настоящему безотходных производств пока не суще­ствует.

Оговорим, что термин «безотходное» в некоторых отраслях промышленности имеет иное содержание, отличающееся от приведенного выше. Так, в химиче­ской промышленности к безотходным относят произ­водства, в которых материальные ресурсы использу­ются на 90-98 % (для небольших производств при­нимаются меньшие цифры).

Реальная задача, стоящая сейчас перед промыш­ленностью, сельским хозяйством и транспортом, — свести наносимый природе вред до минимума, что для промышленности означает повсеместно перейти на малоотходные производства. При этом количе­ство отходов должно находиться на уровне, ниже ко­торого по техническим, экономическим или иным причинам опуститься уже невозможно, а сбросы не должны превышать предельно допустимых норм и оказывать какое-либо вредное воздействие на окру­жающую среду. Выбор глубины переработки сырья и «коэффициента безотходности» проводится с экономи­ческих позиций.

В большинстве химических производств затраты на сырье составляют значительную часть в себестоимости продукции. Так, в основной химии сырьевые затраты составляют 55 %, в азотной – 31,2 %; в производстве пластических масс - 71,5 %; в органическом синтезе – 61,4 %.

Окончательный выбор исходного сырья должен производиться с учетом затрат на всех основных пределах в технологической цепи сырье – продукт: добыча, обогащение (подготовка), транспортировка, собственно переработка в целевой продукт, выделение целевого продукта из продукционной смеси. Оптимальному использованию сырьевых ресурсов отвечает выполнение следующих условий организации производства: [1,6,7,11,16,22]

1) Изыскание альтернативных источников первичного сырья в производстве базовых продуктов химической промышленности.

2) Комплексное использование сырья.

3) Применение производственных отходов в получении химической продукции.

4) Регенерация сырья и реагентов.

5) Увеличение масштабов вовлечения возобновляемых сырьевых ресурсов в производстве химической продукции.

6) Использование бедных руд и концентрирование сырья.

Дата добавления: 2013-12-11