Список рекомендованої літератури

1. Дичковська, О. В. Системи технологій промисловості [Текст] : навч. посіб. / О. В. Дичковська. – К. : Знання, 2007. – 270 с.

2. Збожна, О. М. Основы технологий [Текст] : учебн. пособ. / О. М. Збожна, 2001. – 385 с.

3. Маслов, В. П. Інформаційні системи і технології в економіці [Текст] : навч. посібн. / В. П. Маслов. – К. : Слово, 2003. – 264 c.

4. Остапчук, М. В. Системи технологій (за видами діяльності) [Текст] : навч. посібн. / М. В. Остапчук, А. І. Рибак. – К. : ЦНЛ, 2003. – 888 с.

5. Паничев, М. Г. Организация и технология отрасли [Текст] : учебн. пособ. / М. Г. Паничев, С. В. Мурадьян. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2001. – 448 c.

6. Системы технологий [Текст] : учебн. пособ. / под ред. проф. П. Д. Дудка. - Харків : Бурун Книга, 2003. - 336 с.

Заняття 3, 4

Тема 2. Сировина, вода та енергія у промисловості. Технології видобутку, збагачення та очищення сировини

Методичні рекомендації щодо вивчення теми

Сировина є первинним предметом праці, а її видобуток – початком будь-якої системи технологій. Для більш раціонального планування й аналізу витрат суспільної праці у виробництві економіст (насам-перед 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 уза-гальненій формі його слід вважати первинним предметом праці, взя-тим безпосередньо з природи, матеріальним субстратом, який містить у собі основу цільового продукту.

З погляду економіки сировина – це видобутий природний ресурс, на який витрачено певні зусилля і який потребує подальшої переробки в цільові продукти.

Зверніть увагу на те, що сировина є одним з найважливіших еле-ментів будь-якого технологічного процесу, а її якість, доступність і вар-тість значною мірою визначають основні якісні та кількісні показники промислового виробництва.

Сировиною називають речовини природного і синтетичного похо-дження, що використовуються у виробництві промислової продукції.

У процесі розвитку промисловості розширюється сировинна база, з’являються нові види сировини, змінюється власне поняття “сировина”. Постійно зростають можливості використання численних відходів про-мислових виробництв. Вихідними матеріалами багатьох виробництв є сировина, яка була в промисловій переробці та яку називають напівпро-дуктом, або напівфабрикатом.

Далі більш детально слід розглянути різні схеми класифікації про-мислової сировини: за походженням, за агрегатним станом, за галузево-технологічним принципом використання (рудна, нерудна, паливна).

Так, наприклад, за агрегатним станом сировина розподіляється на тверду, рідку, газоподібну. Найпоширенішою є тверда сировина – вугілля, торф, руди, сланці, деревина. Найпоширенішими видами рід-кої природної сировини є вода, соляні розсоли, нафта; газоподібної – повітря, природні й промислові гази. За складом сировину розподіляють на органічну і неорганічну. За походженням сировину розрізняють як мінеральну, рослинну й тварину. Особливістю викопної мінеральної сировини порівняно з рослинною і твариною є її невідновлюваність, а також нерівномірність розподілу поверхнею землі та в надрах.

Найважливішою сировиною в нинішніх трансформаційних умовах економіки є мінеральна. Тому при вивченні даної теми варто докладні-ше з нею ознайомитися.

Сьогодні відомо майже 2 500 різних мінералів, що відрізняються один від одного за хімічним складом, фізичними властивостями, крис-талічною формою й іншими ознаками.

Земна кора (99,5 %) складається з 14 хімічних елементів: кисню – 49,13 %, кремнію – 26,00, алюмінію – 7,45, заліза – 4,20, кальцію – 3,25, натрію – 2,40, магнію – 2,35, калію – 2,35, водню – 1,00 % тощо.

До найбільш застосовуваних у народному господарстві елементів належать: свинець, ртуть, бром, йод та ін. Деякі елементи, що є у доста-тній кількості в земній корі, надзвичайно розсіяні в межах доступного для розробки шару земної кори, тоді як інші сконцентровані у вигляді окремих скупчень. Масштаби промислового використання багатьох елементів перебувають у значній невідповідності з їхньою поширеністю в земній корі.

Наприклад, титану в земній корі майже у два рази більше, ніж ву-глецю, тоді як добувається його щорічно приблизно у 10⁵ разів менше. Однак з розвитком науково-технічного прогресу в провідних галузях підвищується попит на рідкі та розсіяні метали.

Найбільш загальними й розповсюдженими видами сировини є вода й повітря. Сухе повітря містить: азоту – 78 %, кисню – 21 %, ар-гону – 0,94 %, вуглекислого газу – 0,03 % і незначну кількість водню й інертних газів, а також водяної пари, пилу та ін. Кисень повітря зна-ходить широке застосування в багатьох галузях промисловості: у мета-лургії, машинобудуванні, хімічній і паливній промисловостях. Широке застосування знаходить азот (наприклад, у синтезі аміаку, а також для створення інертних середовищ у багатьох хімічних реакціях).

За галузево-технологічним принципом використання мінеральну сировину розподіляють на рудну, нерудну і пальне.

Рудною мінеральною сировиною називають гірські породи або мінеральні агрегати, що містять метали, які можуть бути економічно вигідно видобуті в технічно чистому вигляді.

Нерудною, або неметалічною називають усю сировину, яку вико-ристовують у виробництві хімічних, будівельних і інших неметалічних матеріалів і яка не є джерелом одержання металів. Однак більша частина нерудної сировини містить метали (наприклад, фосфорити, апатити, алюмосилікати).

До горючої мінеральної сировини належать органічні корисні ко-палини: вугілля, торф, сланці, нафта й ін., які використовуються як паливо або сировина для хімічної промисловості.

Рудна сировина. Промисловими металевими рудами називаються корисні копалини, які містять один або кілька металів у кількості й формі, що допускають на даному етапі розвитку техніки їх економічно раціональний видобуток. Чим досконаліша технологія переробки ру-ди, тим легше переробляти руду з меншим вмістом металу. Розрізняють руди монометалічні, які містять тільки один метал, доцільний для ви-тягу (хромові, залізні, золотовмісні), біметалічні руди, в яких обидва метали доступні для здобуття (мідно-молібденові, свинцево-цинкові), поліметалеві руди, з яких витягається понад два метали (алтайські кол-чеданні руди, що містять свинець, цинк, мідь, срібло й інші; саксонські руди, що містять кобальт, нікель, срібло, вісмут, уран).

Іноді зустрічаються самородні руди, в яких метал перебуває або в чистому вигляді, або у вигляді сплаву з іншими металами, наприклад, золотоносні, платинові руди.

За призначенням руди поділяються на руди чорних, кольорових і рідких металів.

Нерудна сировина (мінерально-хімічна). Вона є джерелом одер-жання неметалів (сірка, фосфор і ін.), солей, мінеральних добрив і бу-дівельних матеріалів. Найважливішими видами нерудної сировини є самородна сірка, апатити, фосфорити, природні солі (калійні, мірабіліт, сода, поварена сіль). До нерудної сировини належать і рідкісні мінерали промислового значення (алмаз, графіт).

Горюча мінеральна сировина, паливо. Паливом називають го-рючі органічні речовини, що є джерелом теплової енергії й сировиною для хімічної, металургійної й інших галузей промисловості. Все пали-во за агрегатним станом підрозділяється на тверде (вугілля, торф, де-ревина, сланці), рідке (нафта, нафтопродукти), газоподібне (природ-ний і попутний гази й ін.). За походженням паливо буває природним і штучним, тобто отриманим у результаті переробки природного палива або як відходи різних технологічних процесів (наприклад, доменний газ). Горючі корисні копалини є природним видом палива.

Вивчаючи різні види палива, зверніть увагу на таку його характе-ристику, як питома теплота згоряння.

Як відомо, питома теплота згоряння палива – це кількість тепло-ти, що виділяється при повному згорянні одиниці маси або обсягу па-лива (Дж/кг і Дж/м³). Технічна характеристика палива визначається його складом. До складу всіх видів палива входить горюча (органічна маса + горючі неорганічні речовини – сірка, її з’єднання й ін.) і него-рюча маси (зола, волога) – баласт. Органічна маса палива складається в основному з вуглецю, водню, а також азоту й кисню. Чим більше в паливі золи, вологи, тим нижче його теплота згоряння. Чим вищій в органічній масі вміст вуглецю й водню і чим менше кисню й азоту, тим більшою теплотою згоряння характеризується паливо.

Наприклад, питома теплота згоряння нафти – 42 000 кДж/кг, або 11,63 кВт-год./кг; природного газу – 25 000–46 000 кДж/кг, або 6,98–12,82 кВт-год./кг; антрациту – 32 800–33 600 кДж/кг, або 9,08 – 9,32 кВт-год./кг; дров – 8 300–15 400 кДж/кг, або 2,35 – 4,32 кВт-год./кг.

Для обчислення загальних запасів палива різні його види пере-раховують на так зване умовне паливо. Відповідно 1 т бурого вугілля береться за 0,4 т, кам’яного вугілля – за 1,0 т, а нафти – за 1,4 т умовного палива.

У нинішніх економічних умовах велика увага приділяється ком-плексному використанню мінерально-сировинних ресурсів. Тому при вивченні даної теми слід звернути увагу на ці питання.

Оскільки сировина в собівартості деяких видів промислової проду-кції (наприклад, хімічної) становить 60–70 %, тому виняткову важли-вість для інтенсифікації виробництва і залучення в господарський обіг

внутрішніх резервів має комплексне використання сировини, тобто мак-симальний витяг і використання всіх цінних компонентів, що містяться в родовищах корисних копалин, виходячи з потреб у них народного господарства і можливостей науки і техніки. Практично більшість ро-довищ корисних копалин є комплексними і містять декілька корисних компонентів. Особливо це характерно для поліметалевих руд. У родо-вищах нафти супутніми компонентами є газ, сірка, бром, йод, бор; у газових родовищах – гелій, сірка, азот; у видобутку вугілля – колче-дан, сірка, глинозем, германій і ін. У кольоровій металургії профілюю-чими вважаються 11 металів (алюміній, мідь, нікель, кобальт, свинець, цинк, вольфрам, молібден, ртуть, олово, сурма), разом з якими вилу-чається понад 60 інших компонентів (рідкі, рідкоземельні та благоро-дні метали). Так на підприємствах кольорової металургії попутно ви-робляється до 30 % сірки, до 10 % цинку, міді, свинцю. Таке попутне вилучення елементів приводить до різкого підвищення економічної ефективності виробництва.

Слід зазначити, що комплексне використання сировини досяга-ється її збагаченням, а також різноманітною хімічною переробкою отриманої сировини з послідовним вилученням цінних компонентів, які широко використовуються в різних галузях народного господарства, та сприяє комбінуванню різних виробництв.

Прикладом комплексного використання твердого палива може служити коксохімічне виробництво, де з вугілля різних марок, крім коксу і коксового (світильного) газу, одержують аміак, сірковуглець, а також сотні органічних сполук, що є сировиною для одержання плас-тмас, хімічних волокон, барвників, вибухових речовин і лікарських препаратів. У результаті переробки нафти одержують моторні палива, мазут, гази нафтопереробки, рідкі вуглеводні. Тільки з газів нафтопе-реробки можна одержати метан, етан, пропан, бутан, пентан, етилен, пропілен, бутилен, ацетилен, сірководень і багато інших газів, що є найціннішою сировиною для одержання пластмас, каучуку, хімічних волокон, сірчаної кислоти, барвників і ліків.

Науково-технічний прогрес сприяє більш широкому залученню сировинних ресурсів у суспільне виробництво. Ефективне їх викорис-тання значною мірою визначає промисловий потенціал країни.

Далі, вивчаючи це питання, розгляньте неорганічні корисні копа-лини та їх використання за допомогою таблиці 1 додатка Б.

Вода й повітря в промисловості. При вивченні цього питання, зверніть увагу на особливу роль води та повітря у технологічних про-цесах. Відомо, що понад 85 % води, яка використовується в проми-словості, витрачається у процесах охолодження, застосовується для

очищення технологічних газів, гідротранспортування подрібненої сиро-вини, вугілля, в нагріванні матеріальних потоків, а також як розчинник і мийний засіб. У низці хімічних, електрохімічних, біохімічних процесів вода застосовується як основний реагент чи сировина.

Зверніть увагу на те, що залежно від призначення вода умовно підрозділяється на промислову й питну. Природно, що вимоги до скла-ду води істотно залежать від призначення.

Важливе значення для ефективного використання води у промис-ловості має її якість. Основними показниками якості води є твердість, загальний солевміст, прозорість, наявність кисню, смак, запах, реакція середовища. Для оцінки питної води велике значення має токсичність домішок, кількість мікробів, що втримуються в ній, запах, колір і смак. Для промисловості важливою характеристикою якості води є кількість і хімічний склад розчинених у ній солей. Загальний солевміст харак-теризує наявність у воді мінеральних і органічних домішок. Кількість їх визначають за сухим залишком (мг) випаром 1 л води й висушуван-ням залишку при 110 °С до постійної маси. Для більшості виробництв основним якісним показником слугує твердість води, обумовлена при-сутністю у ній солей кальцію й магнію. Розрізняють три види твердо-сті води: тимчасову, постійну й загальну. Тимчасова (переборна твер-дість) обумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію й магнію. Ці солі порівняно легко видаляються при кип’ятінні. Постійна тве-рдість обумовлена присутністю у воді сульфатів, хлоридів і нітратів кальцію й магнію, які при кип’ятінні не видаляються. Тимчасова й по-стійна твердість у сумі дають загальну твердість.

Максимально припустима концентрація розчинених солей визна-чається стандартом залежно від виробництва, на якому застосовується вода. За класифікацією залежно від вмісту іонів кальцію й магнію природні води розподіляють на п’ять класів: дуже м’які, м’які, помірно тверді, тверді, дуже тверді.

Кількість розчинених у воді газів також позначається на якості води, тому що вуглекислий газ, кисень, сірчистий газ і інші спричиня-ють значну корозію труб.

Окислюваність води обумовлена наявністю у ній органічних до-мішок і визначається кількістю перманганата калію (мг), витраченого при кип’ятінні 1 л води протягом 10 хв.

Поряд з природною водою в різних технологічних процесах ши-роко використовується повітря атмосфери. Передусім повітря витра-чається в енергетичних агрегатах під час спалювання органічних носіїв (вугілля, газу, мазуту, бензину) – на теплових електростанціях і дви-гунах внутрішнього згоряння. Великі об’єми повітря використовують

у металургії: для виготовлення 1 т сталі його потрібно понад 15 ⋅ 10³ м³, 1 т міді – близько 60 ⋅ 10³ м³. Повітря широко використовується для транспортування матеріалів (пневмотранспорт), для теплопередачі й охолодження технологічних об’єктів, як робоче тіло у пневматичних системах.

За температури, нижчої від –192 °С, і тиску 760 мм рт. ст. повітря зріджується в блакитну легкорухому рідину зі щільністю 960 кг/м³.

Рідке повітря можна досить довго зберігати в спеціальних термо-сах – посудинах Дьюара. Під час зберігання рідкого повітря вміст ки-сню в ньому додатково підвищується внаслідок випаровування азоту. Рідке повітря використовують у великих кількостях для вилучення з нього газів: кисню, азоту, аргону та ін. методом ректифікації – пере-гонки.

Енергія в промисловості. Особливе значення при вивченні техно-логічних процесів має питання ролі енергії в технологічних процесах. Більшість технологічних процесів у промисловості пов’язані з погли-нанням чи виділенням енергії або перетворюють один вид енергії на ін-ший. Енергія потрібна як для проведення самого технологічного процесу і транспортування сировини та готової продукції, так і для здійснення допоміжних операцій (сушіння, подрібнення, фільтрування тощо). Ось чому практично всі технологічні процеси є споживачами енергії. Тому, вивчаючи це питання, ознайомтесь з функціями та видами енергії, які застосовують у технологічних процесах (додатки Д, Е, Ж, З).

Як відомо, електрична енергія використовується у промислово-сті для перетворення на механічну при здійсненні механічних і фізич-них процесів обробки матеріалів: подрібнення, сортування, перемішу-вання, сушіння, нагрівання, проведення хімічних реакцій.

Найбільш поширеними джерелами електричної енергії є вода на гідроелектростанціях; енергія, що виділяється при згорянні палива на теплових електростанціях; енергія ядерних реакцій – на атомних елек-тростанціях. Джерелами електричної енергії є також вітрова, сонячна та інші види енергії.

Теплова енергія, яку отримують при згорянні палива, викорис-товується для опалення, здійснення численних технологічних проце-сів (плавлення, сушіння, перегонка). Теплоносіями у цьому випадку є топкові гази, водяна пара, вода.

Хімічна енергія, яка виділяється в процесі екзотермічних реакцій, служить джерелом тепла для нагрівання реагентів, використовується в гальванічних елементах та акумуляторах.

Розглянуті види енергії належать до невідновлюваних джерел. Існують також відновлювані енергоресурси: течія річок (15 % всієї

електроенергії), енергія сонця, вітру, морських припливів (світовий потенціал – 500 млн. т умовного палива щорічно), геотермальна ене-ргія (тепло підземних джерел, морів та океанів).

Геотермальна енергія – це запаси тепла, що накопичились у над-рах Земної кулі. Ця теплота надходить на поверхню у вигляді гарячих джерел – гейзерів. Геотермальна енергія (в Україні немає) використо-вується для зігрівання приміщень, що потребують підвищеної темпе-ратури.

Світлова енергія використовується при здійсненні фотохімічних процесів, при виробництві фотоелементів, фотодатчиків.

Енергія Сонця використовується в основному в сонячних батареях на космічних кораблях.

Енергія, яку споживає виробництво, за своїм призначенням поді-ляється на технологічну, рушійну, опалювальну, освітлювальну тощо.

Найбільшого поширення в промисловості набула електрична енер-гія. Її споживання постійно зростає, що викликано розширенням засто-сування в технологічних процесах таких прогресивних методів, як елек-трофізичні, електрохімічні, електронно-променеві та багатьох інших. Причому електрична енергія вважається найбільш економічною і еко-логічною.

Зверніть увагу на те, що кожний вид енергії є базою для здійс-нення певного процесу у виробництві на основі зміни виду цієї енер-гії. Тому далі, розглядаючи це питання, зверніть увагу на таблицю 2.1, де подано класифікацію природних і виробничих процесів за ознакою зміни виду енергії.

Кожний енергетичний процес, як і вид енергії, має певну галузь за-стосування. Обсяги використання того чи іншого виду енергії постійно змінюються.

Таблиця 2.1

Класифікація типів процесів за видами перетворення енергії

Вихідна енергія	Кінцева енергія
	Механічна	Хімічна	Теплова	Електрична	Випромі-нювальна	Ядерна
Механічна	Механічні	Механіко-хімічні	Механіко-термічні	Механіко-електричні	Механіко-випромі-нювальні	Механіко-ядерні
Хімічна	Хіміко-механічні	Хімічні	Хіміко-термічні	Хіміко-електричні	Хіміко-випромі-нювальні	Хіміко-ядерні
Теплова	Термо-механічні	Термо-хімічні	Теплові	Термо-електричні	Термо-випромі-нювальні	Термо-ядерні

Вихідна енергія	Кінцева енергія
	Кінцева	Вихідна	Кінцева	Вихідна	Кінцева	Вихідна
Електрична	Електро-механічні	Електро-хімічні	Електро-термічні	Електричні	Електро-випромі-нювальні	Електро-ядерні
Випромі-нювальна	Випромі-нювально- механічні	Випромі-нювально-хімічні	Випромі-нювально-термічні	Випромі-нювально-електричні	Випромі-нювальні	Випромі-нювально-ядерні
Ядерні	Ядерно-механічні	Ядерно-хімічні	Ядерно-термічні	Ядерно-електричні	Ядерно-випромі-нювальні	Ядерні

Далі зупиніться на розгляді схем роботи атомної станції, гідрос-танції та теплоелектростанції, використовуючи схеми, подані в додат-ках Е, Ж і З.

Раціональне використання енергії. Великі масштаби сучасних промислових підприємств обумовлюють все більш зростаючу потребу у всіх видах енергії. Капітальні витрати на енергетичну складову при будівництві багатьох підприємств становлять від 13 до 53 %. Показ-ником енергомісткості того або іншого процесу служить витрата енер-гії (у кВт-год. або Дж) на одиницю одержуваної продукції, наприклад, на 1 т. Так, наприклад, для виробництва 1 т алюмінію потрібно близь-ко 20 000 кВт-год. електроенергії, 1 т магнію – 18 000 кВт-год., 1 т фо-сфору – у середньому 15 000 кВт-год., а для виробництва 1 т аміачної селітри та суперфосфату – відповідно 10 і 5 кВт-год. У малоенергети-чних виробництвах частка енергії становить близько 10 % собівартос-ті продукції та менше, тоді як у виробництві металів, фосфору, хло-ру, карбідів – це одна з головних статей витрат.

Зниження енергомісткості та матеріаломісткості продукції стає важливим критерієм науково-технічного рівня виробництва. Крите-рієм економічного використання служить коефіцієнт використання енергії (к.в.е.), що виражається відношенням кількості енергії, теоретич-но необхідної для виробництва цієї продукції, до фактично витраченої.

У багатьох виробництвах к.в.е. ще досить низький і не перевищує 40–60 %. Наприклад, к.в.е. паротурбінних електростанцій становить близько 40 %, а тепловий к.в.е. процесу випалу вапняку – тільки 65 % і т.д. Тому проблема раціонального використання енергії, зменшення втрат теплоти в навколишнє середовище, використання так званих вторинних енергетичних ресурсів відіграють важливу роль у промис-ловості.

На багатьох промислових підприємствах широко використову-ється теплота газів, які відходять від газоподібних і рідких продуктів реакції, що може бути утилізована в теплообмінниках – рекуператорах, камерах-регенераторах і казанах-економайзерах. У ряді виробництв ви-користовується пара, що відходить після її застосування, для нагрівання реакційних апаратів. Вторинні енергетичні ресурси можуть бути ви-користані для підігріву сировини, сушіння, випарювання, дистиляції, гарячого водопостачання, опалення та різних виробничих потреб. На-приклад, у сірчанокислотному виробництві використовується теплота випалювальних газів, у технологічних процесах виробництва соди, цементу головним джерелом вторинних енергоресурсів є димові гази, що відходять, тощо. Витрати електричної енергії, наприклад, в елек-трохімічних виробництвах знижуються усуненням побічних втрат у контактах і струмопровідних шинах, зменшенням опору електроліту за рахунок підвищення його електропровідності та скорочення відста-ні між електродами, а зниження витрат електроенергії в електромета-лургійних процесах досягається підвищенням кількості електродів і поліпшенням конструкції печей.

У ряді хіміко-технологічних процесів величина втрат тепла апа-ратами в навколишнє середовище становить 10–15 % від загальної кі-лькості витраченої теплоти. Ці втрати зменшують тепловою ізоляцією апаратури, її конструктивним оформленням і вибором таких габари-тів, які забезпечують мінімальну поверхню тепловіддачі в навколишнє середовище.

Утилізація вторинних енергоресурсів і усунення втрат теплоти призводять до зниження собівартості продукції, скорочення капіта-льних витрат в енергетичні галузі та забезпечують економію палива в народному господарстві. У сучасних умовах не можна розглядати па-ливо тільки як джерело теплової енергії, тому що воно є також найцін-нішою сировиною хімічної промисловості. Комплексне енергохімічне використання палива є основою його раціонального застосування в народному господарстві.

Заощадження теплоти й енергії є найважливішим державним за-вданням. Досягнення цієї мети повинно бути забезпечене проведен-ням цілого комплексу енергозберігаючих заходів. Одним з найважли-віших напрямків у технології є створення маломістких виробництв за рахунок застосування ефективних каталізаторів, ультразвуку, магніт-ного поля, вакууму й інших прогресивних методів інтенсифікації тех-нологічних процесів.

Важливим питанням при вивченні даної теми є питання видобутку, збагачення та очищення сировини.

Збагачення корисних копалин. Збагаченням корисних копалин на-зивається сукупність процесів обробки, в результаті якої мінеральну си-ровину можна використовувати з більшим технічним і економічним ефектом. При збагаченні корисні копалини відокремлюються від пус-тих порід і шкідливих домішок. Хімічний склад мінералів у більшості випадків не змінюється.

Зверніть увагу на те, що збагачення забезпечує: можливість роз-ширення сировинної бази промисловості за рахунок комплексного ви-користання сировини й залучення в експлуатацію бідних корисних копалин; більш повне використання виробничого устаткування за ра-хунок висококонцентрованої сировини; економію транспортних засобів; поліпшення якості готової продукції.

У промисловості застосовують попередню підготовку сировини і збагачення корисних копалин. Залежно від вимог технологічного про-цесу попередня підготовка сировини полягає (крім сортування) у под-рібненні матеріалів (наприклад, апатитонефелінової породи для вироб-ництва фосфорних добрив) або навпаки в укрупненні (брикетуванні) часток сировини й агломерації. Процеси брикетування й агломерації застосовуються, наприклад, у металургії при виробництві чавуну з подрібнених руд, колчеданних недогарків.

Подрібнення матеріалів здійснюється за допомогою щокових і конусних дробарок, у млинах – грохотах, різаках і різальних машинах. Щокові та конусні дробарки використовують для подрібнення руд на великі (300–100 мм), середні (50–10 мм) і малі (10–2 мм) грудки. На більш дрібні фракції (до розмірів 0,1–1 мм) сировину подрібнюють на спеціальних машинах – млинах. За допомогою грохотів, які облад-нані колосниковими, листовими або дротяними ситами, яким надають руху кулачкові механізми, руду або вугілля можна розсортувати на декілька (до 10) фракцій (додаток Ж).

Для нормального ходу технологічного процесу необхідно, щоб поверхня реагуючих речовин (складових сировини) була оптималь-ною. Саме тому подрібнену сировину сортують за розмірами шматків. З цією метою сировину, що надходить з різних родовищ (шахт), змішу-ють (усереднюють) шляхом її перемішування на складах гірничозба-гачувальних комбінатів (ГЗК).

Збагаченням сировини називають сукупність процесів первинної обробки мінеральної сировини, що мають на меті відділення всіх цін-них мінералів від порожньої породи, а також взаємне розділення цінних мінералів.

Метою збагачення є одержання сировини з якомога більшим вмі-стом корисних елементів. При збагаченні утворюються дві або кілька

фракцій. Фракції, збагачені одним з елементів корисних компонентів, називаються концентратами, а фракції, що складаються з мінералів, які не використовуються в даному виробництві, тобто порожньої по-роди, називаються хвостами. Велике значення збагачення полягає в тому, що одержані концентрати мають стандартний, постійний і більш однорідний, ніж вихідна сировина, склад і властивості. Методи збага-чення сировини залежать від агрегатного стану вихідних корисних копалин і від властивостей основних компонентів. Наприклад, види збагачення мінеральної сировини (у твердому стані) розподіляються на механічні, фізико-хімічні та хімічні і ґрунтуються на розбіжностях у таких властивостях, як щільність, розмір і форма мінералів, міцність, електропровідність, вологість, розчинність, магнітна проникність і ін.

Слід відзначити, що найбільш поширеними є механічне збага-чення – просівання, гравітаційний поділ, електромагнітна сепарація, електростатичне збагачення, термічний поділ і ін. (додатки К, Л). Наприклад, електромагнітна сепарація застосовується для відокрем-лення магнітних матеріалів від немагнітних – порожньої породи. Про-сівання засноване на тому, що мінерали, які входять до складу сиро-вини, розділяються на фракції за розмірами. Гравітаційний поділ заснований на різниці швидкостей осідання часток у рідині або газі залежно від їх щільності. Гравітаційне збагачення сировини буває су-хим і мокрим.

До фізико-хімічних способів збагачення сировини відносять фло-таційний метод, заснований на різній змочуваності компонентів, що входять до складу сировини. Більшість мінералів у природних умовах мало відрізняються за змочуваністю один від одного. Для їхнього по-ділу створюють умови неоднакового змочування окремих компонен-тів породи, що досягається застосуванням флотаційних реагентів: пі-ноутворювачів, збирачів, регуляторів і активаторів флотації, а також подавлювачів, які здатні перешкоджати спливанню певних мінералів. Досить ефективним видом збагачення є селективна флотація, проведе-на кілька разів за кілька стадій. Селективною флотацією поліметале-вої мідної руди одержують до 10 концентратів окремих мінералів, а під водою залишається порожня порода; при цьому витрати флотацій-них реагентів становлять 100 г на 1 т породи.

Рідкі розчини різних речовин концентрують випарюванням, вимо-рожуваннням, виділенням домішок в осад або газову фазу. Газові суміші розділяють на компоненти за допомогою різних фізичних і фізико-хімічних методів, таких як: поглинання окремих газів рідиною (абсорб-ція) чи твердими поглиначами (адсорбція) або поділом зріджених газів на фракції й ін.

Хімічні способи збагачення ґрунтуються на різній розчинності частин сировини в тому або іншому розчиннику або на різній здатнос-ті сировини вступати в ті або інші хімічні реакції (окислювання, розк-ладання, відновлення). Хімічні способи збагачення особливо пошире-ні в металургії й хімічній промисловості; у такий спосіб розділяють золото й срібло, що містяться в незначних кількостях у рудах (шляхом взаємодії їх з ртуттю, ціаністим натрієм, хлором). До операції хімічного збагачення відносять також випал мінералів з метою розкладання кар-бонатів, видалення кристалізаційної вологи, випалювання органічних домішок і інших процесів, що приводять до збільшення концентрації корисного компонента в продукті збагачення. Всі ці операції є в біль-шості типових хіміко-технологічних процесів.

Важливим питанням при вивченні теми є питання якості сировини. Саме вибір і якість сировини визначають режим роботи та продуктив-ність обладнання, впливають на якість і собівартість продукції. Якість сировини зумовлюється сукупністю її фізичних, механічних, хімічних і технологічних властивостей.

Так для виробництва чавуну використовують руди з різним вміс-том заліза. У разі значного вмісту заліза в руді зменшуються витрати на підготовлення руди до перероблення та витрата палива (коксу або природного чи іншого газу), зростає продуктивність доменної печі, і навпаки, якщо вміст заліза малий, то збільшуються витрати на підго-товлення руди та витрати палива і зменшується продуктивність печі. При використанні руд з великим вмістом домішок (фосфор, сірка та ін.) і породи збільшуються витрати палива, флюсу, зменшується продук-тивність печі та погіршується якість чавуну.

У процесі виробництва сірчаної кислоти використовують сірку, сірчисті мінерали та викиди газів кольорової металургії тощо. Кислоту найкращої якості отримують із сірки.

Зверніть увагу на те, що для виготовлення якісної продукції не-обхідно дотримуватися таких вимог: якісна сировина та паливо; доско-нале обладнання (агрегати, верстати, печі, апарати тощо) та відповідна новітня технологія. Усі ці вимоги взаємопов’язані.

Аналіз роботи підприємства показує, що економіка виробництва залежить не лише від якості сировини, але і від раціонального та ком-плексного її використання.

Відомо кілька шляхів раціонального використання сировини. Найважливішими з них є належний вибір сировини, добре збагачення, комплексне перероблення та максимальне використання відходів.

Зверніть увагу, що вибір сировини визначає тип технологічного об-ладнання, тривалість її перероблення та впливає на техніко-економічні

показники роботи підприємства. Сучасні технології дають змогу одну і ту саму продукцію виробляти з різних видів сировини. Наприклад, де-які деталі для машин виготовляють з металів, пластмас; сірчану кислоту виробляють із сірки, сірчистих мінералів і викидних газів кольорової металургії.

Собівартість сировини визначає собівартість продукції. Значні темпи зростання виробництва різної продукції збіднюють поклади мі-неральної сировини. У багатьох випадках експлуатуються родовища корисних копалин з мізерним вмістом потрібного елемента або родо-вища, які залягають дуже глибоко. Внаслідок цього збільшуються ви-трати на видобування, підготовлення та транспортування сировини до місця перероблення. Саме тому дуже важливо повністю використо-вувати мінеральну сировину: вилучати всі її корисні компоненти та ви-користовувати відходи.

Такий підхід до використання мінеральної сировини забезпечує отримання найбільшого економічного ефекту з найменшим забруднен-ням довкілля.

Комплексне використання сировини застосовують у процесі пере-роблення твердих видів палива, нафти, руд кольорових металів, ро-слинної та тваринної сировини тощо. Так при переробленні руди ко-льорових металів отримують кадмій, індій, селен, телур, реній та ін., а з викидних газів виробляють сірчану кислоту.

До комплексного використання сировини залучають одразу кілька підприємств. Наприклад, при конверсії природного газу разом з вод-нем, який потрібний для синтезу амоніаку, отримують діоксин вуглецю, який не використовується у виробництві амоніаку, тому виробництво амоніаку суміщають з виробництвом карбаміду (сечовини).

При комплексному використанні сировини зменшуються витрати на транспортування, не забруднюється довкілля та зменшується собі-вартість основної продукції.

Промислова водопідготовка. Під водопідготовкою слід мати на увазі комплекс заходів і технологічних процесів з отримання води не-обхідної якості. До них належать: відстоювання, фільтрування, знеза-раження води, зм’якшення і знесолення та ін. Так, наприклад, процес відстоювання дозволяє видалити з води грубі та дисперсні зважені домішки, що безперервно осідають на дно відстійних бетонних резер-вуарів. Для досягнення повного посвітління й знебарвлення води від колоїдних домішок у відстійники вводять коагулянти – хлориди чи сульфати алюмінію або заліза. Осад, що утворився при коагуляції, ви-даляється з води відстоюванням і фільтруванням.

Фільтрування – важливий метод очищення води; для цього за-стосовуються піщані фільтри із зернистим фільтруючим шаром.

Знезаражування води – обов’язковий процес очищення води, яка використовується для побутових потреб. Знищення хвороботворних мікробів і окислювання органічних домішок досягається хлоруванням за допомогою газоподібного хлору, а також озонуванням і кип’ятінням. Вода може бути знезаражена також за допомогою ультразвукових хвиль і ультрафіолетового опромінення. Важливим заходом водопідготовки для питних потреб варто вважати усунення запахів води.

Зм’якшення й знесолення – основні процеси водопідготовки. Ви-далення з води всіх солей (всіх катіонів і аніонів) називається знесо-ленням, а солей кальцію й магнію – зм’якшенням. Повне знесолення для одержання дистильованої води застосовується порівняно рідко. Способи зм’якшення підрозділяються на хімічні, фізичні й фізико-хімічні.

Розглядаючи хімічні методи водопідготовки, слід звернути увагу на їх сутність, яка полягає у зв’язуванні іонів кальцію й магнію за до-помогою реагентів у нерозчинні сполуки, що легко видаляються.

За застосовуваними реагентами розрізняють такі хімічні способи: а) вапняний (вплив гашеним вапном); б) содовий (кальцинованою со-дою); в) натронний (їдким натром); г) фосфатний (тринатрійфосфатом). Найбільш економічно застосовувати комбінування методів очистки, це забезпечує усунення тимчасової й постійної твердості, видалення іонів заліза, коагулювання органічних і інших домішок. Таким методом є вапняно-содовий у сполученні з фосфатним або комбінований хіміч-ний метод зм’якшення з фізико-хімічним (наприклад, іонообмінним). Сутність іонообмінного способу полягає у видаленні з води іонів каль-цію й магнію за допомогою іонітів (іонообмінних смол), здатних об-мінювати свої іони на іони, що втримуються у воді.

До фізичних способів зм’якшення води належать кип’ятіння, дис-тиляція й виморожування. Дистильовану воду одержують перегонкою на спеціальному дистиляційному устаткуванні. Дистильована вода ши-роко застосовується у виробництві особливо чистих реактивів і в ла-бораторній практиці.

Сучасним методом фізико-хімічного зм’якшення води є електро-хімічний, заснований на використанні електродіалізу і електроосмосу. Дегазація, тобто видалення з води розчинених газів, проводиться хімі-чним і фізичним способами. Нейтралізація застосовується головним чином для оборотної води, що забруднюється кислотами або лугами у виробничих процесах. Для нейтралізації використовують вапно, соду й інші реагенти (додатки В і Г).

Винятково важливого значення в нинішніх еколого-економічних умовах набуває раціональне використання водних ресурсів. Це зму-шує економити воду та шукати способи раціонального її споживання і розробляти методи багаторазового використання, тобто впроваджува-ти оборотні системи споживання.

Далі розгляньте схему оборотного водопостачання, яка наведена в додатку М.

Як видно з додатка, свіжа вода для техпроцесу забирається лише на поповнення безповоротних втрат, скидання стічних вод припиня-ється, а в технологічний процес надходить за замкнутим циклом так звана оборотна вода. Оборотні системи водопостачання можна вико-ристати й у сільському господарстві. Досить перспективним є викори-стання побутових стічних вод для зрошення сільськогосподарських культур (на “полях зрошення”).