РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:Класифікація, техніко-економічні та екологічні характеристики сировини - Технічні науки - Реферати - Каталог статей

Класифікація, техніко-економічні та екологічні характеристики сировини Сировина є первинним предметом праці, а її видобуток — початком будь-якої системи технологій. Для раціональнішого планування й аналізу витрат суспільної праці у виробництві економіст (насамперед менеджери виробництва) має бути добре обізнаним з техніко-економічними характеристиками сировини і процесів її перетворення на споживні вартості. Термін «сировина» не є однозначним поняттям. У найбільш узагальненій формі його слід розуміти як первинний предмет праці, узятий безпосередньо з природи, матеріальний субстрат, який містить у собі основу цільового продукту. З погляду економіки, сировина — це видобутий природний ресурс, на який витрачено певну працю і який потребує дальшої переробки в цільові продукти. Існують різні схеми класифікації промислової сировини: за походженням (мінеральна, рослинна, тваринна), за агрегатним станом (тверда, газоподібна, рідинна), за галузево-технологічним принципом використання (рудна, нерудна, паливна). Рудна сировина — це гірські породи або мінеральні агрегати, які містять метали в такій кількості й у такій формі хімічного зв’язку з іншими елементами, котрі дають змогу видобувати їх за сучасною промисловою технологією і економічно виправдовувати зроблені витрати. Нерудна сировина — це вся інша неорганічна сировина, яка не використовується для видобутку металів. Паливна сировина (вугілля, нафта, газ, торф, сланець) становить окрему групу і використовується в паливно-енергетичній та хімічній промисловості. Що слід розуміти під техніко-економічними характеристиками сировини? По-перше, хімічний склад сировини і наявність її в земній корі; по-друге, доступність її видобутку і технологічної переробки; по-третє, значення для економіки. Розглянемо ці характеристики. У природі стабільно існує 92 хімічні елементи (від водню до урану), які в різноманітних поєднаннях створюють мільйони хімічних сполук навколишнього середовища. Кладова хімічних елементів — це земна кора разом зі Світовим океаном та атмосферою. Земна кора (літосфера) — це тверда оболонка Землі глибиною від кількох десятків кілометрів під гірськими масивами до кількох кілометрів під океаном. Основу земної кори становлять осадкові породи, граніти й базальти із середньою густиною 2800 kg –3. Нижня її межа — мантія (ультраосновний субстрат більшої густини — 5300 kg –3). Схему профілю земної кори було наведено на рис. . Маса земної кори оцінюється в 2,2 19 (22 трильйони) t. За правилом «N». Про масштаби видобутку корисних копалин свідчать такі дані: у ХХ ст. із надр Землі вилучено близько 300 млрд т. рудної сировини, що дорівнює масі цілих гірських масивів. Звичайно, для промислової розробки надаються тільки верхні шари земної кори з відносно високою концентрацією корисного елемента. Кількість тих чи інших хімічних елементів у земній корі є різною. Вміст елементів уперше підрахував американський геохімік Ф. Кларк іще наприкінці минулого сторіччя. Відтоді середній вміст елемента в земній корі, виражений у процентах, називають кларком елемента. Тільки три елементи — кисень, кремній і алюміній становлять 82,5маси земної кори, а разом із залізом, кальцієм, натрієм, калієм, магнієм і титаном — понад 98Отже, на інших 83 елементи припадає всього 2маси кори. Розподіл хімічних елементів у земній корі за декадами, запропонований В. І. Вернадським, наведено в табл. . Таблиця 21 Вміст елементів у земній корі та масштаби їх використання в економіці Декада \| Маса в земній корі, % \| Елементи (видобуток, t/рік) «Мільйонери» — 1 Мt \| «Стотисячники» — 100 \| «Тисячники» — 1 \| Маловикористовувані та рідкісні << 1 I \| 50…10 \| O (20 Gt), Si II \| 10…1 \| Ca, Fe, Al, Na, K \| Mg III \| 1…10–1 \| H, C, Ti, Mn IV \| 10–1…10–2 \| P, S, Ba, Cl, F, Cr, N, Cu \| Zr \| Sr \| Rb V \| 10–2…10–3 \| Zn, Pb \| Ni, Sn, Li \| V, Sb, Co, Nb VI \| 10–3…10–4 \| B \| Br \| Mo, W, U, Ta, Th, As \| Be, Ge, Cs, Ta VII \| 10–4…10–5 \| Bi, Se, I \| Ir, In VIII \| 10–5…10–6 \| Hg \| Tl, Os IX \| 10–6…10–7 \| Au \| Pt, Ro X \| До 10–9 \| Pa, Ra, At ( kg) Економічне значення елементів неоднакове. Загальною характеристикою елементів, яка відображає їхнє значення для економіки, є об’єм їхнього видобутку. Виходячи з цього показника, усі елементи умовно поділяють на чотири групи за видобутком (t/рік). І група — елементи великотоннажного виробництва — (понад 1 Mt) 1 млн т.. Близько двох десятків таких хімічних елементів щорічно видобувається і реалізується у світовій економіці. ІІ група — елементи середньотоннажного виробництва, «стотисячники» (від 1 kt до 1 Mt). ІІІ група — елементи «тисячники» (до 1 kt). IV група — елементи, які видобувають у відносно невеликій кіль-кості (kg…t), але особливо цінні для галузей нових технологій, медицини і наукових дослідів. Узагальнені (орієнтовні) дані щодо економічних характеристик деяких металів наведено на рис. . Рис. 43. Узагальнені дані економічних характеристик деяких найважливіших металів сучасної промисловості Конструкційні матеріали Конструкційні матеріали — це матеріали з точно визначеними фізико-хімічними і механічними властивостями. Конструктори і технологи враховують значення цих властивостей на всіх стадіях процесу виготовлення виробу з наперед заданими характеристиками, а економісти прогнозують ефективність їх використання в народному господарстві. Порівняння деяких основних фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів (табл. ) показує, що між ними не спостерігається очевидно закономірної залежності. Таблиця 22 Фізико-механічні характеристики конструкційних матеріалів Матеріал \| Густина, kg/m3 \| Модуль пружності Е, ГРа \| Межа міцності, МРа \| Коефіцієнт лінійного розширення, 6 1/С Сталь 20 \| 7800 \| 200…210 \| 400…600 \| 12…15 Чавун С4 21 \| 6800…7400 \| 80…160 \| 210 \| 10…12 Латунь ЛКС 80 3 3 \| 8600 \| 90…140 \| 350…400 \| 20 Алюмінієвий сплав \| 2700 \| 72 \| 130…255 \| 24 Полімер-органічне скло (поліметилакрилат) \| 1200 \| 3,0 \| 17,5…71,0 \| 71 Полімер-фторопласт 4 \| 2150…2350 \| 0,47…0,85 \| 21…25— Ситал магнезіальний \| 2700— \| 140…180 (за згинання) \| 3…5 Вуглецеве волокно («Вуса») \| 950 \| 350 \| 2300 \| 0,1 Звичайно, у довідниках завжди можна знайти детальні їхні харак-теристики, але для розуміння загальних зв’язків між ними корисно хоч побіжно розглянути залежність між властивостями елементів та їхніми фундаментальними характеристиками. Фундаментальною і точною характеристикою будь-якого матеріалу є його атомний склад і будова міжатомного зв’язку, що зумовлюються місцем елемента в Періодичній системі. На рис. 44 наведено фрагмент таблиці Періодичної системи хімічних елементів у її так званому «довгому» варіанті (періоди розміщені в одну лінію від елементів першої групи до інертних газів) з елементами, які є компонентами сплавів конструкційних металів. Неважко помітити, що метали з лівої частини таблиці є переважно представниками s-елементів (Li—2s1, Be—2s2, Mg3—s2), і лише алюміній має триелектронну конфігурацію (3s2p1) зовнішнього (валентного) електронного шару. Уся ця група металів — це легкі, низькоплавкі (виняток — Ве), корозійно нестійкі метали. Температура їх плавлення, стійкість проти корозії і щільність збільшуються зліва направо, що зумовлено збільшенням кількості валентних електронів від одного s1 (Li) до трьох s2p1 (Al), отже міцністю міжатомного зв’язку. У центрі таблиці — дев’ять металів IV, V і VI груп 4, 5, 6 періодів, які є представниками так званих перехідних d-елементів (d-металів). Зовнішня (валентна) електронна конфігурація в металах представлена d і s-електронами. Як і в групі s-металів (ліворуч), так і в дев’ятці d-металів можна легко виявити закономірність підвищення температури плавлення і густини зі збільшенням кількості електронів у зовнішній (валентній) конфігурації від Ті (3d 24s2) до Cr (3d 54s1), від Zr (4d 25s2) до Мо4d 55s1) і від Нf5d 26s2) до W (5d 46s2). Така сама закономірність спостерігається в групах згори донизу від елементів 4-го до 6-го періодів. Отже, знаючи цю закономірність, достатньо запам’ятати, в якого металу найбільші числові значення характеристик (температура плавлення і щільність) і в якого — найменші, щоб орієнтовно оцінити ці характеристики в інших металів дев’ятки. Такими металами відповідно будуть титан і вольфрам. Наприклад, температура плавлення титану tпл С, а вольфраму tпл С. Для ніобію, який розміщено між ними в V групі 5-го періоду, температуру визначимо (приблизно) як середню арифметичну Насправді температура плавлення ніобію 2400С (розбіжність лише 5Хоча не в кожному випадку числові значення, отримані в такий спосіб, матимуть достатню точність, але послідовність у ряду збільшення (чи зменшення) таких характеристик є цілком вірогідною. Вода й повітря у промисловості Особливу роль у природних і технологічних процесах відіграють вода й повітря. Понад 85води, яка застосовується в промисловості, витрачається в процесах охолодження і нагрівання матеріальних потоків. Це пояснюється унікальними властивостями води: високою теплоємністю і ентальпією випаровування. Так, нагадаємо (табл. 16), що для підігрівання 1 kg води на один градус потрібно витратити 4,2 kJ (1, а для її випаровування — 2,26 MJ (539. За зворотних процесів — конденсації пари й охолодження води — буде виділятися така сама кількість теплоти. Під час випаровування кожна тонна води поглинає 2,26, що еквівалентно енергії, яка виділяється під час згоряння понад 100 kg вугілля. У сучасних теплових і атомних електростанціях теплоносієм від джерела виділення теплоти (парового котла чи ядерного реактора) до турбоелектрогенератора є вода. Вода й водяна пара за допомогою теплообмінників нагрівають чи охолоджують технологічні середовища в багатьох промислових процесах. Близько 25води в промисловості застосовується для очищення технологічних газів, гідротранспортування подрібненої сировини, вугілля, а також як розчин-ник і мийний засіб. У низці хімічних, електрохімічних, біохімічних процесів вода застосовується як основний реагент чи сировина. Важливе значення для ефективного використання води у промисловості має її якість. Оскільки вода — добрий розчинник, вона рідко трапляється в природі в чистому (як речовина) стані. Для промисловості важливою характеристикою якості води є кількість і хімічний склад розчинених у ній солей. Природна вода, що містить солі кальцію і магнію (карбонати, сульфати, хлориди), називається твердою водою (табл. ), а вода, де таких солей немає або їх дуже мало — м’якою. Таблиця 23 Хімічний склад природних вод Джерело \| Склад, mg/l Ca2+ \| Mg2+ \| Na+ + K+ \| Cl– Океан \| 418 \| 1329 \| 11428 \| 146 \| 2768 \| 19833 Ріки Амур (м. Хабаровськ) \| 9,4 \| 2,1 \| 2,4 \| 17,3 \| 3,6 \| 3,2 Дніпро (м. Київ) \| 36,4 \| 5,8 \| 5,0 \| 75,2 \| 8,6 \| 3,1 Кура (м. Сарирабад) \| 45,9 \| 14,7 \| 37,9 \| 93,9 \| 61,4 \| 23,8 Нева (колгосп Ново-Саратовський) \| 7,8 \| 2,5 \| 2,8 \| 13,9 \| 5,0 \| 4,6 Об (м. Новосибірськ) \| 24,7 \| 7,8 \| 8,1 \| 69,4 \| 9,5 \| 5,3 Колорадо (м. Остин) \| 105,8 \| 9,5 \| 102,7 \| 108,4 \| 199,0 \| 159,5 Рейн (м. Кельн) \| 50,3 \| 11,7 \| 5,2 \| 181,4 \| 24,6 \| 8,0 Ніл (м. Каїр) \| 15,8 \| 8,8 \| 11,8 \| 84,6 \| 46,7 \| 3,4 Озера Байкал \| 15,2 \| 4,2 \| 61 \| 59,2 \| 4,9 \| 1,8 Женевське \| 42,3 \| 3,39 \| 4,22 \| 51,4 \| 40,5 \| 0,79 Мічіган \| 26,2 \| 8,26 \| 4,74 \| 58,3 \| 7,1 \| 2,72 Моря Каспійське \| 360 \| 730 \| 3270 \| 200 \| 3010 \| 5710 Чорне \| 250 \| 650 \| 5510 \| 80 \| 1310 \| 9630 Найбільш небажаними солями у воді, яка застосовується в енергетиці та різних мийних системах, є карбонатні солі кальцію і магнію. Нормальні карбонатні солі CaCO3, MgCO3, які досить поширені в земній корі, у воді майже нерозчинні, але якщо вода містить діоксид вуглецю (СО2), то карбонати кальцію і магнію можуть переходити в розчин у вигляді кислих солей — гідрокарбонатів Сa(HCO3)2 і Mg(HCO3)2. Природна вода завжди розчиняє з повітря певну кількість діоксиду вуглецю, невелику, але достатню, щоб утворилися гідрокарбонатні розчинні солі кальцію і магнію. Відомо, що за нагрівання води, а тим більше за її кип’ятіння, розчинені в ній гази випаровуються, а солі випадають в осад, утворюючи «накип», що знижує ефективність роботи технологічного устаткування. Тверда вода потребує обов’язкової спеціальної обробки, щоб звільнити її від карбонатів кальцію і магнію. Характеристику питної води подано в табл. . Таблиця 24 Граничний можливий вміст хімічних елементів у питній воді Елементи \| Вміст, mg/l \| Елементи \| Вміст, mg/l Алюміній (Аl3+) \| 0,5 \| Фтор (F–) для різних кліматичних районів \| 0,7–1,5 Берилій (Ве2+) \| 0,0002 \| Залізо (Fe2+, Fe3+) \| 0,3 Молібден (Мо2+) \| 0,25 \| Марганець (Mn2+) \| 0,1 Миш’як (As3+, As5+) \| 0,05 \| Мідь (Cu2+) \| 1,0 Нітрати \| 45,0 \| Поліфосфати \| 3,5 Свинець (Pb2+) \| 0,03 \| Сульфати \| 500,0 Селен (Se6+) \| 0,001 \| Хлориди (Cl–) \| 350,0 Стронцій (Sr2+) \| 7,0 \| Цинк (Zn2+) \| 5,0 Основні параметри артезіанських свердловин, що використовуються для живлення павільйонів бюветного водозабезпечення м. Києва Горизонт \| Глибина свердловини, метрів \| Дебіт, м3 за годину Юрський \| від 256 до 337 \| 25–75 Сеноманський \| від 90 до 193 \| 2–147 Основні якісні показники води з артезіанських свердловин Горизонт \| Жорсткість, мг. екв./л \| Лужність, мг/л \| Хлориди, мг/л \| Сульфати, мг/л \| Залізо, мг/л \| Фтор, мг/л \| Нітрати, мг/л \| Нітрити, мг/л Юрський \| 3,9–5,3 \| 4–5,8 \| 21–250 \| 12,4–45 \| 0,03–0,3 \| 0,21–0,54 \| 0 \| 0 Сеноманський \| 4,2–6,6 \| 5,2–7,6 \| 5–50 \| 2,6–35 \| 0,1–0,29 \| 0,14–0,47 \| 0 \| 0 В Україні, як і в інших країнах Європи, найбільшими споживачами води є хімічна (35—40і металургійна (30—35промисловості. Слід зазначити, що нині витрати води у промисловості значно менші, ніж у сільському господарстві (майже вдвічі). Але найнебезпечніше забруднення токсичними відходами річок триває всупереч впровадженню у виробництво так званих «безвідходних технологій замкнутого циклу». Накопичені у відстійниках і «нейтралізаторах» токсичні відходи з часом у висококонцентрованих стоках однаково виходять у навколишнє середовище, завдаючи ще більшої шкоди. Так, промислові регіони Німеччини в кінці 80-х рр. щорічно скидали в Рейн близько 250 тонн свинцю і 15 тонн кадмію, а в Ельбу — майже 4 тонни ртуті. Поряд з природною водою повітря атмосфери широко використовується в різних технологічних процесах. Передовсім повітря витрачається в енергетичних агрегатах під час спалювання органічних носіїв (вугілля, газу, мазуту, бензину) — на теплових електростанціях і двигунах внутрішнього згоряння. Великі об’єми повітря використовують у металургії: для виготовлення 1 t сталі його потрібно понад 15 1033, 1 міді — близько 60 1033. Повітря широко використовується для транспортування матеріалів (пневмотранспорт), за теплопередачі й охолодження технологічних об’єктів, як робоче тіло у пневматичних системах. Фізичні характеристики атмосферного повітря було наведено в табл. . За температури нижчої від –192С і тиску 760 mm Hg повітря зріджується в блакитну легкорухому рідину зі щільністю 960 kg/m3. Оскільки температура кипіння кисню –183С вища, ніж температура кипіння азоту –196С, то кисень легше перетворюється на рідину, ніж азот, унаслідок чого рідке повітря збагачується киснем. Рідке повітря можна досить довго зберігати в спеціальних термосах — посудинах Дьюара. Під час зберігання рідкого повітря вміст кисню в ньому додатково підвищується внаслідок випаровування азоту. Рідке повітря використовують у великих кількостях для добування з нього газів: кисню, азоту, аргону та ін. методом ректифікації — перегонки. Горіння у чистому кисні відбувається швидше, ніж у повітрі, і теплота не витрачається на нагрівання азоту повітря. Цей ефект використовують для одержання високих температур (до 3200С) за спалювання ацетилену чи водню у зварювальних апаратах. Кисень інтенсифікує хімічні процеси багатьох виробництв. У доменному процесі з допомогою кисневого дуття збільшують продуктивність плавки. У виробництві сірчаної і азотної кислот, у процесі полімеризації етилену кисень застосовують як каталізатор (0,5у суміші з етиленом), що підвищує швидкість процесу і вихід поліетилену. Суміш зрідженого кисню з органічною речовиною (вугіллям, деревиною) має сильні вибухові властивості й застосовується в гірничо-добувній технології для підривних робіт. На протилежність кисню, другий компонент повітря — молекулярний азот, є хімічно малоактивним газом. Атмосферний азот у великій кількості застосовують як вихідну речовину для синтезу аміаку і деяких інших сполук, а також як інертне середовище. Аргон широко застосовується як інертний газ у спецметалургії, зварюванні, як робоче тіло у плазмотронах. Важливе значення у процесах нової технології мають інші інертні гази. Наприклад гелій, вміст якого в атмосфері Землі становить частки процента і котрий є найбільш стійким з інертних газів, знов привертає до себе увагу. Нині відновлюється інтерес до дирижаблебудування. Випробовуються дирижаблі, які можуть легко транспортувати великогабаритні конструкції (металеві опори електропередач, труби газонафто-проводів та ін.). Заповнення дирижаблів сумішшю 85гелію і 15водню є вогнебезпечним, а підйомна сила такої суміші менша, ніж у чистого водню лише на 7Експлуатація дирижаблів буде економічною, водночас, екологічно безпечною для навколишнього середовища. У контей-нерах з гелієм зберігають і транспортують елементи ядерних реакторів, що виділяють тепло. Це підвищує екологічну безпеку. У майбутньому, коли буде реалізовано в енергетиці реакцію ядерного синтезу гелію (основа енергетики сонця і зірок), гелій як побічний продукт, буде широко доступний і іншим галузям промисловості. Зрозуміло, що це водночас вирішить і екологічні проблеми енергогенеруючих технологій. Література Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.
1 2 3 4 5 Категория: Технічні науки \| Добавил: DoceNt (16.01.2015)
Просмотров: 264 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: