Тема 5. Сырье в промышленности

План

1. Виды сырья.

2. Минеральное сырье.

3. Горючее сырье, топливо.

4. Растительное и животное сырье.

5. Вода в промышленности.

6. Роль энергетики в промышленности.

1. Виды сырья.

Сырье является важнейшим элементом всякого технологического процесса. Любой технологический процесс предусматривает преобразование сырья в готовую продукцию. Качество сырья, его доступность, стоимость, в значительной степени определяет основные показатели промышленного производства.

Сырьем называют вещества природного или искусственного (синтетического) происхождения, используемые в производстве промышленной продукции.

По мере развития промышленности расширяется сырьевая база, растет сеть обогатительных производств. В последние годы более широко стали применять вторичное сырье (отходы производства). Например, доменный шлак является основой для получения определенного вида цемента, строительных материалов, минеральной теплоизоляционной ваты и др.

По агрегатному состоянию сырье делится на твердое, жидкое и газообразное. Наиболее распространено твердое сырье – уголь, торф, руды, сланцы, древесина и др. Жидкое природное сырье – вода, нефть, соляные рассолы. Газообразные – воздух, природные и промышленные газы.

По происхождению различают сырье минеральное, растительное и животное. Особенностью ископаемого минерального сырья является его невозобновляемость и неравномерность распределения по поверхности земли и ее недрам.

2. Минеральное сырье.

Минеральное сырье изучается минералогией, имеющей сведения почти о 2500 различных минералах.

Минеральное сырье делят на рудное, нерудное и горючее.

Рудное сырье- это горные породы или минеральные образования, содержащие металлы, которые экономически выгодно извлекать в технически чистом виде.

Промышленные металлические руды содержат 1 или несколько металлов в необходимом количестве и форме. По числу содержащихся металлов руды бывают монометаллические (только один металл целесообразен для извлечения), биметаллические (два металла) и полиметаллические (свыше двух металлов).

Моно- и биметаллические руды называют по содержащихся в нем металлам: железные, медные , свинцово-цинковые, медно-никелевые и др.

Характерным представителем полиметаллических руд являются саксонские руды, содержащие кобальт, никель, висмут, уран, серебро и др.

За редким исключением металлы в рудах находятся в виде оксидов, сульфидов, т.е. в химической взаимосвязи с другими элементами. В чистом виде в рудах находятся золото, платина и некоторые другие химически нейтральные металлы.

По назначению руды делятся на руды черных, цветных и редких металлов. Руды черных металлов содержат в определенном количестве железо. Наиболее крупные месторождения железных руд (красного железняка) на Украине. Это Криворожское месторождение, запасы руды в котором составляют 24 млрд. тонн. Содержание железа в этих рудах- 55-69%.

Если экономически целесообразно, то руду необходимо обогащать. Процесс обогащения состоит в удалении из руды пустой породы, не содержащей металла. Но обогащение - дорогостоящий процесс. Вот почему необходимо перед принятием решения об обогащении провести технико-экономические расчеты (обоснования).

Руды цветных металлов отличаются от руд черных металлов (содержащих железо) по нескольким признакам:

1. руды цветных металлов распределены на планете крайне неравномерно и в основном в слабо развитых странах;

2. особенности руд цветных металлов заключаются в содержании множества компонентов металлов: золото, серебро, кобальт и др., которые с учетом их стоимости экономически выгодно извлекать;

3. низкий процент вещества в руде (5-10%)

Поскольку получение цветных металлов из руд связано с затратой большого количества электроэнергии, то добыча и обогащение руд осуществляется в слаборазвитых странах, а выплавка – в метрополиях, где есть энергетическая база.

Для получения 1 тонны черновой меди требуется 100 тонн руды, 800 квт. час электроэнергии, 2 тонны топлива, 500 м³ воды; 1 тонны алюминия - 2 тонны глинозема, 18000 квт, час электроэнергии, 120 м³ воды, 0,2 тонны топлива.

Обогащение руды возле добычи выгодно, потому что перевозить породу(80-90% в руде) на большие расстояния невыгодно.

Цветная металлургия - многоотраслевая. Она включает получение основных цветных металлов (алюминий, магний, цинк, олово, ртуть, свинец, сурьма и др.), легирующих (хром, титан, молибден, никель и др.), редких (кадмий, индий, галлий, талий, германий, цирконий и др.), благородных (золото, серебро, платина).

Рассмотрим основные принципы получения наиболее распространенных цветных металлов.

Алюминий. Это самый легкий и молодой металл - промышленное производство практически началось в начале 20 века, хотя гидролизный способ получения алюминия из глинозема был изобретен в 1886 году. В результате расщепления глинозема получалась кислота и технически чистый алюминий.

Раньше алюминий был одним из самых дорогих металлов и ценился дороже золота. Алюминиевые пуговицы были по карману только очень состоятельным людям, а столовую посуду могли позволить себе коронованные особы.

Запасы алюминия на земле огромны. Его в 4 раза больше железа и в 100 раз больше золота. Считается одним из самых распространенным металлов. Добывается из бокситов, залежи которых имеются в 40 странах. Наибольшие запасы бокситов - в Папуа Новой Гвинее. Алюминий широко применяется во многих отраслях промышленности: в авиастроении, легкой и пищевой промышленности, электротехнике и др.

Медь. Один из самых древних металлов (бронзовый век). Благодаря высокой электро - и теплопроводности широко применяется в электротехнической промышленности, металлургии (установки непрерывного литья) и многих других отраслях. Медь является основой сплавов с оловом (бронза) и цинком (латунь).

Известны 240 минералов содержащих медь, но только 18 из них имеют промышленное значение. Наибольшие запасы медных руд в России, Чили, Казахстане, США и др.

Последовательность получения меди следующая : добыча руды, обогащение, спекание концентрата, литье и бессемерование. Последние стадии требуют много тепла, поэтому, как отмечалось, эти производства располагаются возле топливно-энергетических баз.

Свинец и цинк. Температура плавления свинца - 327 градусов по Цельсию, цинка - 419.

Свинец - тяжелый и пластичный металл, а цинк - хрупкий металл. Они легко сплавляются с другими металлами.

Свинец применяется во многих отраслях. Примерное потребление свинца в процентах: аккумуляторные батареи - 30%, тетраэтилсвинец для бензина - 20%, кабели - 10%, специальные контейнеры для радиоактивных отходов - 30%, прочие - 10%.

Цинк, в основном применяется для получения латуни, антикоррозионных покрытий и высококачественных белил. На Украине производство цинка осуществляется на Константиновском цинковом комбинате.

Олово в основном применяется для получения белой жести, для припоев (производство автомобильных радиаторов, радиотехника и др.) и получения бронзы.

Запасы олова сосредоточены в Азии (Монголия, Дальний Восток, Китай, Вьетнам и др.).

Ртуть широко используется в медицине, электротехнике, военной технике. Ртутная руда - киноварь сосредоточена по полосе Европы, проходящей через Украину(Никитовка), Румынию, Италию, Испанию.

Серебро применяется в электротехнике, стоматологии, фотографии, легкой промышленности. Большие запасы серебряных руд в Канаде, Мексике, США, Перу, Австралии.

Золото - это первый металл, который начал использовать человек. Является одним из самых тяжелых металлов, который не окисляется, не разлагается в кислотах и щелочах, имеет очень высокую электро - и теплопроводность.

В мире имеется около 100 000 тонн золота, в том числе:

36 000 тонн - в центральных хранилищах, 20 000 тонн - слитки и монеты в частном владении,

44 000 тонн - ювелирные изделия. Техническое золото применяется в ракетной технике, атомной промышленности, военной технике и др. Наибольшие залежи золота – в ЮАР. На Украине найдено золото в 4 местах: в Карпатах, Луганщине, Днепропетровске, Кировограде.

Нерудное сырье, иначе называют минерально-химическим. Оно служит источником получения неметаллов (сера, фосфор и др.), солей минеральных удобрений, а также строительных материалов.

Важнейшими видами нерудного сырья являются самородная сера, апатиты, фосфориты, природные соли (калийные, сода, поваренная соль). К нерудному сырью относятся также алмазы и графит.

Разведанные запасы алмазов на планете составляют около 300 млн. карат(1 карат равен 0,2 грамма). Наибольшие месторождения алмазов обнаружены в Намибии, России, Заире (провинция Катанга) и Австралии.

Источником получения строительных материалов являются горные породы, которые подразделяются на изверженные, осадочные и метаморфические.

Изверженные горные породы: гранит, диабаз, базальт, туф, пемза и др.

Осадочные: гипс, известняк, мел, глина, песок, гравий.

Метаморфические: мрамор, гнейс, кварцит.

Большинство горных пород состоит из кремнезема (SiO₂) и глинозема (Al ₂O₂).