Ресурси промислового виробництва і особливості їх використання.

1 Поняття «сировина»

Для отримання кінцевого продукту необхідні: сировина, енер­гія, технологія виробництва, трудові ресурси. Сировину й енергію людина бере від природи, технологію ство­рює сама завдяки науці та практиці. Отже, сировина є основною складовою будь-якого виробництва.

Сировиноюназивають речовину природного або синтетичного походження, яку використовують у виробництві промислової про­дукції. Вихідним матеріалом багатьох виробництв є сировина, яка раніше вже зазнавала промислової переробки, наприклад, усі син­тетичні матеріали. Таку сировину часто називають напівпродук­том, або напівфабрикатом.

За агрегатним станом сировина поділяється на тверду, рідинну й газоподібну. Найбільш поширеною є тверда сировина: вугілля, торф, руди, сланці, деревина. Найбільш поширеними видами рідинної сировини є вода, соляні розчини, нафта; газоподібними —повітря, природні та промислові гази.

За складом сировину поділяють на органічну й неорганічну.

За походженням сировина буває мінеральца, рослинна і тваринна.

Джерелами сировини є:

повітряний простір — одержання кисню, водню, азоту та ін.;

земні надра — видобування неорганічної (мінерали) та органіч­ної (нафта, газ) сировини;

сільське господарство — одержання рослинної та тваринної си­ровини.

Найбільшого поширення набула сировина, що міститься в земній корі. Це пісок, глина, граніт, вапно, гіпс, а також вода, природні гази, нафта та ін. Сировина завжди є складною речовиною, що

надається з різних хімічних елементів. Найбільш поширеними в земній корі елементами є такі:

Таблиця 4 – Найбільш поширені елементи

Деякі елементи в земній корі дуже розсіяні, у той час як інші сконцентровані у вигляді окремих скупчень. Масштаби промислового використання багатьох елементів перебувають у різкій

невідповідності з їх поширенням у земній корі. Наприклад, титану в земній корі майже вдвічі більше, ніж вуглецю, а видобувається його приблизно в 100 тисяч разів менше. Це зумовлено дуже склад­ною технологією обробки титану.

2. Мінеральна сировина

Наука, що вивчає мінерали, називається мінералогією. Сучас­на мінералогія має відомості про 2,5 тис. мінералів, що містяться в земній корі. Але аж ніяк не всі мінерали використовуються в про­мисловості. Сировиною називаються лише ті мінерали, що мають промислове значення.

Мінеральну сировину поділяють на рудну, нерудну й горючу.

Рудною мінеральною сировиною називають гірничі породи, що містять метали, які можуть бути економічно вигідно вилучені в технічно чистому стані. Руди, з яких наразі економічно недоціль­но вилучати метали, не є сировиною. Але у зв'язку зі зменшенням кількості запасів металів у земних надрах, а також завдяки розви­тку нових технологій сировиною стають навіть дуже збіднілі руди.

Якщо з руд одержують лише один метал, то її називають мо­нометалічною (хромові руди, залізні руди). Якщо економічно до­цільно вилучати два метали, то таку руду називають біметалічною (мідно-молібденові руди). Якщо з руди вилучають більш ніж два метали, то таку руду на­зивають поліметалічною (алтайські колчеданові руди містять сви­нець, цинк, мідь, срібло; саксонські руди — кобальт, нікель, срі­бло, бісмут, уран).

У рудах метали перебувають у формі оксидів або сульфідів. Лише іноді трапляються самородні руди, у яких метал перебуває в чистому вигляді (золото) або у вигляді сплаву з іншими метала­ми, наприклад, золото, мідь, платина.

Нерудною називають сировину, яку використовують для вироб­ництва хімічних, будівельних та інших неметалічних матеріалів (фосфорити, апатити, граніти, алюмосилікати).

Нерудна сировина служить для одержання неметалів (сірка, фосфор), солей, мінеральних добрив, будівельних матеріалів. До нерудної сировини належать також рідкісні мінерали промислово­го значення (алмаз, графіт).

Як будівельні матеріали використовують граніт, базальт, пем­зу, туф, вапняк (кальцій карбонат), гіпс (кальцій сульфід), доломіт (магній карбонат) та глини, які є складною сумішшю тонкоподріб­нених порід оксидів алюмінію, перемішаних із кварцом, вапняком та мулом.

Названі види нерудної сировини можуть застосовуватися самостійно як природні будівельні матеріали (цемент, бетон, цегла, по­рцеляна, кераміка) та як хімічні речовини.

3. Горюча сировина

До горючої сировини належать органічні копалини, що вико­ристовують як паливо або як сировину для хімічної промисловості. Паливом називають горючі органічні речовини, які є джерелом , теплової енергії. Основний показник якості палива —питома теплота згоряння. Цей показник визначається складом палива. До складу всіх видів палива входить горюча маса (органічні речовини й сірка) і негорюча маса (зола й волога). Негорюча маса — це баласт. Чим менше в паливі негорючої маси, тим якіснішим вва­жається паливо. Основними видами палива є: нафта,- природний газ, антрацит, кам'яне вугілля, торф, горючий сланець, дрова.

4. Рослинна і тваринна сировина

Рослинна сировина: деревина, льон, бавовна, соняшникове та конопляне насіння, зерно, картопля, цукровий буряк та ін.

Тваринна сировина: молоко, вовна, шкіра, натуральний шовк та ін.

Рослинну і тваринну сировину переробляють на продукти харчування (харчова сировина) і продукти промислового призначення (технічна сировина). Особливості рослинної та тваринної сирови­ми — сезонність одержання, невелика тривалість зберігання і низь­кий коефіцієнт використання.

5. Вода, повітря й енергія в промисловості.

Вода в промисловості використовується як дуже важливий ком­ітент і як реагент у відповідних процесах. Для промислових потреб використовують прісну воду. Запаси прісної води на земній кулі становлять близько 3 % від загальної кількості води. Прісною вважається вода, що містить в

1л не більш ніж 1г солей. Жодне промислове виробництво не може існувати без води, деякі виробництва споживають воду в дуже великих кількостях.

Наприклад, для виробництва 1 т сталі необхідно 600 т води, 1т синтетичних волокон — 5 тис. т води. Отже, на таких виробництвах завжди постає питання водопостачання й технічної переробки відпрацьованої води.

У питанні водопостачання до уваги завжди беруться якісні по­казники води, зокрема твердість, уміст солей, забрудненість газа­ми й механічними домішками, прозорість і реакція.

Твердість води визначається наявністю в ній солей Кальцію й Магнію. За цим показником природні води поділено на п'ять кла­сів: дуже м'які, м'які, пом'якшені, тверді й дуже тверді. Різні ви­робництва використовують воду певного класу.

Уміст солей води визначається наявністю інших солей. Макси­мально припустима концентрація розчинених у воді солей регла­ментується стандартом залежно від виробництва, на якому ця вода споживається.

Якщо вода тверда або забруднена домішками, то на внутрішніх поверхнях труб і котлів осідає накип, який спричиняє зменшення теплопровідності й передчасний вихід з ладу апаратури й навіть ці­лих систем.

Розчинені у воді гази (вуглекислий газ, кисень, сірчаний газ) спричиняють корозію труб.

Реакція води (кислотність — лужність) визначається показни­ком рН, який також регламентується стандартом. Реакція природ­них вод близька до нейтральної.

Прозорість води визначається товщиною шару води, крізь який можна візуально або з допомогою фотоелемента розпізнати зобра­ження хреста або певного шрифту.

Якщо природна вода не відповідає вимогам виробництва, її по­передньо переробляють. Комплекс заходів і технологічних проце­сів отримання води необхідної якості називається промисловою водопідготовкою.

6. Повітря в промисловості

Склад повітря: азот — 78 %; кисень — 21; аргон — близько 1; вуглекислий газ — 0,03 %, у незначній кількості —водень, водяна пара, пил. У промисловості повітря використовують у таких на­прямах:

• як сировину для отримання кисню й азоту;

• у металургії — для підвищення ефективності процесів;

• у хімічній промисловості — як реагенти;

• у паливній промисловості.— для здійснення процесу горіння;

• у теплотехніці й машинобудуванні — як енергоносій.

Значним споживачем повітря є металургія. Тут воно використо­вується для підвищення ефективності горіння твердого палива (для підвищення температури та прискорення розплавлення руди). При цьому може використовуватись як звичайне повітря (доменний процес), так і повітря, збагачене киснем (конверторний процес).

У хімічній промисловості повітря використовують як реагент у багатьох реакціях. Для цього повітря попередньо очищають від пилу й вологи, використовуючи промивні башти з різними поглинальними, мокрими або сухими електрофільтрами. У паливній промисловості повітря використовують як окисник для підвищення теплотворної здатності палива. Повітря використовують також к теплоносій (у металургії), а також у багатьох інших галузях — для нагрівання рідин, газів, сушіння сировини та готових виробів. У машинобудуванні стиснене повітря використовують у пневмоприводах механізмів, які приводяться в рух під дією розширення повітря (двері автобусів і тролейбусів зачиняються з допомогою тисненого повітря).

Процеси газового зварювання та різання металів відбуваються з допомогою кисню, одержаного з повітря.

7. Енергія впромисловості

Технологічні процеси в промисловості пов'язані з поглинанням або виділенням енергії або перетворенням одного виду енергії на інший. У технологічних процесах застосовують електричну, теплову, хімічну та інші види енергії.

Електрична енергія використовується в промисловості для перетворення на механічну під час здійснення механічних і фізичних процесів обробки матеріалів: подрібнення, сортування, перемішування, сушіння, нагрівання; проведення хімічних реакцій.

Найбільш поширеними джерелами електричної енергії є вода на гідроелектростанціях; енергія, що виділяється внаслідок згоряння палива на теплових електростанціях; енергія ядерних реакцій на атомних електростанціях. Джерелами електричної енергії є також вітрова, сонячна та інші види енергії.

Теплова енергія, яку одержують у результаті згоряння палива, використовується для опалення, проведення численних технологічних процесів (плавлення, сушіння, сублімації). Теплоносіями

у цьому випадку є топкові гази, водяна пара, вода. Хімічна енергія, яка виділяється в процесі екзотермічних реакцій є джерелом тепла для нагрівання реагентів, використовується в гальванічних елементах та акумуляторах.

Менш поширеного використання в промисловості набули геотермальна енергія, енергія вітру, припливів, сонячна (світлова) енергія. Геотермальна енергія — це запаси тепла, що накопичились у надрах земної кулі. Ця теплота виходить на поверхню у вигляді гарячих джерел — гейзерів. Геотермальна енергія (в Україні немає) використовується для опалення приміщень, які потребують підви­щеної температури.

Світлова енергія використовується під час здійснення фото­хімічних процесів, у виробництві фотоелементів, фотодатчиків. Енергія Сонця використовується в основному в сонячних батареях на космічних кораблях.

Найбільшого поширення в промисловості набула електрична й теплова енергія, причому електрична енергія вважається най­більш економічною й екологічною.