Обогащение сырья

Обогащение полезных ископаемых имеет важнейшее народнохозяйственное значение, несмотря на дополнительные затраты, так как оно обеспечивает: возможность расширения сырьевой базы промышленности за счет комплексного использования сырья и вовлечения в эксплуатацию бедных по содержанию полезных ископаемых; более полное использование производственного оборудования за счет высоко кон центрированного сырья; экономию транспортных средств; улучшение качества готовой продукции.

В промышленности применяют предварительную подготовку сырья и обогащение полезных ископаемых. В зависимости от требований технологического процесса предварительная подготовка сырья состоит (кроме сортировки) в измельчении материалов (например, апатитонефелиновой породы для производства фосфорных удоб­рений) либо, наоборот, в укрупнении (брикетировании) частиц сырья и агломерации. Процессы брикетирования и агломерации применяются, например, в металлургии при производстве чугуна из измельченных руд, из колчеданных огарков.

Целью обогащения является получение сырья с возможно большим содержанием полезных элементов. При обогащении получаются две или несколько фракций. Фракции, обогащенные одним из полезных компонентов, называются концентратами, а фракции, состоящие из минералов, не используемых в данном производстве, т. е. пустой породы, называются хвостами. Большое значение обогащения заключается также и в том, что получаемые концентраты имеют стандартные, постоянные и более однородные, чем исходное сырье, состав и свойства Методы обогащения сырья зависят от агрегатного состояния исходных полезных ископаемых и от свойств основных компонентов. Например, виды обогащения минерального сырья (в твердом состоянии) подразделяются на механические, физико-химические и химические и основаны на различии в таких свойствах, как плотность, размер и форма зерен, прочность, электропроводность, смачиваемость, растворимость, магнитная проницаемость и др.

Наиболее широко применимы также виды механического обогащения, как грохочение, гравитационное разделение, электромагнитная сепарация, электростатическое обогащение, термическое разделение и др. В зависимости от вида полезных ископаемых применяются предпочтительно те или иные методы, например электромагнитная сепарация применяется для отделения магнитных материалов от немагнитных — пустой породы. Грохочение основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, разделяются на фракции по крупности. Гравитационное разделение основано на различии скоростей осаждения частиц в жидкости или газе в зависимости от плотности частиц. Гравитационное обогащение сырья бывает сухим и мокрым.

К физико-химическим способам обогащения сырья относится флотационный метод, основанный на различной смачиваемости компонентов, входящих в состав сырья. Большинство минералов в природных условиях мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения необходимо создать условия неодинаковой смачиваемости отдельных компонентов породы, что достигается применением флотареагентов; пенообразователей, собирателей, регуляторов и активаторов флотации, а также подавителей, которые способны подавлять действие собирателей и препятствовать всплыванию определенных минералов. Весьма эффективным видом обогащения является селективная флотация, проводимая несколько раз в несколько стадий. Селективной флотацией полиметаллической медной руды получают до 10 концентратов отдельных минералов, а под водой остается пустая порода; при этом расход флотареагентов составляет 100 г на 1 т породы.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют выпариванием, вымораживанием, выделением примесей в осадок или газовую фазу. Газовые смеси разделяют на компоненты с помощью различных физических и физико-химических методов: таких, как поглощение отдельных газов жидкостями (абсорбция) или твердыми поглотителями (адсорбция) или разделением сжиженных газов на фракции и др.

Химические способы обогащения основываются на различной растворимости частей сырья в том или ином растворителе или на разной способности сырья вступать в те или иные химические реакции (например, на различном отношении к реакциям окисления» разложения, восстановления). Химические способы обогащения особенно распространены в металлургии и основной химической промышленности; таким образом разделяют золото и серебро, содержащиеся в незначительных количествах в рудах (путем взаимодействия их с ртутью, цианистым натрием, хлором). К операции химического обогащения относят также обжиг минералов с целью разложения карбонатов, удаления кристаллиза­ционной влаги, выжигания органических примесей и других процессов, приводящих к увеличению концентрации полезного компонента в продукте обогащения. Все эти операции являются в большинстве типичными химико-технологическими процессами. Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов

Сырье в себестоимости некоторых видов промышленной продукции (например, химической) составляет 60—70%. Поэтому правильный выбор сырья и рациональное и экономически эффективное его использование являются одной из главных народнохозяйственных задач. Важнейшими тенденциями в решении сырьевой проблемы следует считать следующие: изыскание и применение более дешевых видов сырья; применение концентрированного сырья (обогащение); комплексное использование сырья; замена пищевого сырья непищевым и растительного минеральным; использование отходов производства в качестве сырья.

Изыскание дешевых видов сырья ведется разнообразными путями во всех отраслях. На ряде предприятий высококачественное, но требующее дальних перевозок и поэтому дорогое сырье заменяется дешевым, местным, В других производствах вместо специально добываемого сырья стремятся использовать отходы производства. Все эти направления рационального выбора сырья взаимосвязаны и поэтому замена пищевого сырья непищевым или использование отходов производства одновременно резко удешевляет сырье.

Исключительную важность для интенсификации производства и вовлечения в хозяйственный оборот внутренних резервов имеет комплексное использование сырья, т. е. максимальное извлечение и использование всех ценных компонентов, содержащихся в месторождениях полезных ископаемых, исходя из потребностей в них народного хозяйства и возможностей науки и техники. Практически большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат ряд полезных компонентов; Особенно это относится к полиметаллическим рудам. В месторождениях нефти попутными компонентами являются газ, сера, бром, иод, бор; в газовых месторождениях — гелий, сера, азот; в ископаемых углях — колчедан, сера, глинозем, германий и т. д. В цветной металлургии профилирующими считаются 11 металлов (алюминий, медь, никель, кобальт, свинец, цинк, вольфрам, молибден, ртуть, олово, сурьма); совместно с ними можно извлекать более 60 компонентов (редкие, редкоземельные н благородные металлы). В этой области достигнуты серьезные успехи. Так, на предприятиях цветной металлургии попутно производится 30% всего количества серы, 10% цинка, меди, свинца. Это попутное извлечение элементов приводит к резкому повышению экономической эффективности производства.

Комплексное использование сырья достигается обогащением сырья, а также разнообразной химической переработкой сложного сырья с последовательным выделе­нием компонентов в виде ценных продуктов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, что приводит к комбинированию различных производств. В настоящее время горные породы, сложные минералы, включающие много элементов, а также многокомпонентные смеси органических веществ подвергаются комплексной, практически безотходной переработке. При этом возможно получение из одной горной породы различных металлов, неметаллов, кислот, солей, строительных материалов.

Примером комплексного использования твердого топлива, состоящего из сложной смеси органических веществ, может служить коксохимическое производство, где из углей разных марок помимо кокса и коксового (светильного) газа получают аммиак, сероуглерод, а также сотни органических соединений, являющихся сырьем для получения пластмасс, химических волокон, красителей, взрывчатых веществ и лекарственных препаратов.

Переработка нефти, сланца и торфа также является примером комплексного использования ископаемого сырья. Например, в результате переработки нефти получают моторные топлива, мазут, газы нефтепереработки, жидкие углеводороды. Только из газов нефтепереработки можно получить метан, этан, пропан, бутан, пентан, этилен, пропилен, бутилен, ацетилен, сероводород и многие другие газы, являющиеся ценнейшим сырьем для получения пластмасс, каучука, химических волокон, серной кислоты, красителей и лекарств.

Вследствие комплексной переработки сырья повышается экономическая эффективность его использования, снижается себестоимость основных продуктов производства, В настоящее время комплексное использование сырья является одним из важнейших направлений развития народного хозяйства. Актуальное значение приобретает дальнейшая замена пищевого сырья, используемого на технические нужды, продуктами химического производства В промышленности для производства технических продуктов еще в больших количествах применяется пищевое, растительное и животное сырье; из зерна, картофеля и патоки производят этиловый спирт, из пищевой муки - бутиловый спирт и ацетон, из растительных и животных жиров — олифу, мыло, моющие средства; для производства пластмасс, фанеры используются молочные продукты (казеин), яйца применяются для получения альбумина, идущего на отделку кожи, и т. д. Возросший уровень химической промышленности в настоящее время позволяет в значительной степени перевести все эти производства на химическое сырье, что обеспечивает народному хозяйству экономию миллионов тонн хлеба, зерна, картофеля, патоки. Научно-технический прогресс способствует более широкому вовлечению сырьевых ресурсов в общественное производство. Эффективное их использование в значительной мере определяет промышленный потенциал страны.

Научно-технический прогресс - это непрерывный процесс открытия новых знаний и применения их в общественном производстве, позволяющий по-новому соединять и комбинировать имеющиеся ресурсы в интересах увеличения выпуска высококачественных конечных продуктов при наименьших затратах, В широком смысле на любом уровне - от фирмы до национальной экономики - под научно-техническим прогрессом подразумевается создание и внедрение новой техники, технологии, материалов, использование новых видов энергии, а также появление ранее неизвестных методов организации и управления производством. Внедрение новой техники и технологии - это весьма сложный и противоречивый процесс. Принято считать, что совершенствование технических средств снижает трудозатраты, долю труда в стоимости единицы продукции. Однако в настоящее время технический прогресс "дорожает", так как требует создания и применения все более дорогостоящих станков, линий, роботов, средств компьютерного управления; повышенных расходов на экологическую защиту. Все это отражает на увеличении доли затрат на амортизацию и обслуживание применяемых основных фондов в себестоимости продукции. Тем не менее конкурентоспособность фирмы или предприятия, их способность удержаться на рынке товаров и услуг зависит, в первую очередь, от восприимчивости производителей товаров к новинкам техники и технологии, позволяющим обеспечить выпуск и реализацию высококачественных товаров при наиболее эффективном использовании материальных ресурсов. Поэтому при выборе вариантов техники и технологии фирма или предприятие должны четко понимать, для решения каких задач - стратегических или тактических - предназначается приобретаемая и внедряемая техника. Роль науки в развитии современного общественного производства настолько возрастает, что ее все чаще считают производительной силой. Это происходит тогда, когда наука обосабливается в самостоятельную сферу деятельности с особым профессиональным составом работников, со своей специфической материально-технической базой и конечной продукцией.

От научно-технического потенциала страны во многом зависит и научно-производственный потенциал ее национальных фирм и предприятий, их способность обеспечивать высокий уровень и темпы НТП, их "выживаемость" в условиях конкурентной борьбы. Научно-технический потенциал страны создается как усилиями национальных научно-технических организаций, так и использованием мировых достижений науки и техники. Анализ и оценка этого потенциала позволяет сделать выводы об уровне экономического развития страны и ее отраслей, о степени ее научно-технической самостоятельности, о возможностях ее экономического и научно-технического сотрудничества, т.е. во многом определяют характеристику и выбор страны-партнера в международных экономических отношениях. Потенциальным подходом к понятию "новая технология" для конкретного производства является оценка возможности с ее помощью достичь в короткие сроки целей предприятия или фирмы. Поэтому для какого-либо конкретного производства новой может быть технология и не самая прогрессивная, но позволяющая поднять производительность труда и качество выпускаемой продукции на более высокий уровень. Строительство - одна из крупнейших отраслей народного хозяйства, в которой занято более 10 млн. человек - рабочих, ИТР, проектировщиков и ученых. Ежегодно вводя в строй десятки тысяч жилых, общественных и промышленных объектов, строительство относится к крупным потребителям материальных ресурсов, и в первую очередь цемента, металла, лесоматериалов, топлива и электроэнергии. Одной из важнейших задач является экономное их расходование при производстве строительных материалов и конструкций. Анализ нашего строительства, сопоставление его со строительством технически развитых стран дают основание полагать, что в отрасли имеются значительные резервы экономии всех видов ресурсов без сокращения объемов строительства и снижения его качества.

В последнее десятилетие проблема экономии ресурсов в строительстве особенно обострилась и стала одной из причин долгостроя, незавершенного строительства и его низкого качества. Сегодня для полного удовлетворения потребности в основных строительных материалах пришлось бы построить сотни новых заводов, пойти на огромные капиталовложения в развитие строительной индустрии. Отказаться от строительства новых предприятий невозможно, однако это не единственный путь, чтобы покончить с дефицитом строительных материалов. Необходимо осуществить техническое перевооружение или реконструкцию действующих предприятий - перевести их на ресурсосберегающие технологии, рационально организовать работы на стройплощадках, закладывать в проекты прогрессивные технологии, конструкции, материалы и методы производства работ, навести порядок с транспортированием и хранением материалов. Если все это осуществить, то расход ресурсов, прежде всего цемента, можно существенно сократить и практически ликвидировать их дефицит.

В наше время бетон и железобетон - основные строительные материалы, без которых почти невозможно возвести ни одно капитальное сооружение. Ежегодно в нашей стране производится более 250 млн. куб. метров сборных и монолитных железобетонных конструкций. Поэтому экономия ресурсов при производстве сборных и возведении монолитных железобетонных конструкций - экономия топлива, энергии, цемента и металла - относится к неотложным задачам сегодняшнего дня, требующим незамедлительного решения.