Природное сырье химического производства

Сырье химической промышленности

Сырье — один из основных элементов технологического про­цесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, технику производства и качество продукта.

Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов.

Вследствие роста промышленного производства и увеличения ассортимента химической продукции возникает необходимость в но­вых видах сырья. Развитие техники добычи, подготовки, обогаще­ния сырья позволяет использовать новые виды сырья, в том числе ископаемые материалы, содержащие сравнительно малые количества полезных компонентов. Таким образом, сырьевая база химиче­ской промышленности непрерывно расширяется. Исходными мате­риалами многих производств является сырье, уже подвергшееся промышленной переработке, которое называют полупродуктом
(полуфабрикатом или основным материалом). Некоторые химиче­ские Производства используют в качестве сырья отходы и побочные продукты других производств. Сырье в значительной степени опре­деляет качество и себестоимость продукта.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ЗАПАСЫ СЫРЬЯ

Сырье химической промышленности классифицируют па различ­ным признакам. По происхождению сырье делят на минеральное, растительное и животное. Преобладает минеральное сырье, т. ё. полезные ископаемые, добываемые из земной коры. По агрегатному состоянию различают твердое, жидкое (нефть, рассолы) и газообразные, (воздух, природный газ) сырье. По составу сырье делят на органическое и неорганическое.

Минеральное сырье, в свою очередь, делится на рудное, нерудное и, горючее (органическое). Рудным минеральным сырьем называют горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы, которые могут быть экономически выгодно извлечены в технически чистом виде. Так, например, рудами железа служат магнитный железняк, содержащий Fe₃O₄, красный железняк (Fe₂О₃), бурый железняк (Fe(OH)₃) и др. Медные руды обычно содержат сернистые соединения меди Cu₂S, CuS, FeCuS₄ и т. п.

Кроме минералов, содержащих основной металл, руды всегда имеют примеси. Те примеси, которые не используются в производ­стве для получения продуктов, называются пустой породой.

Руды, содержащие несколько металлов в количествах, достаточ­ных для их извлечения, называют полиметалическими. Напри­мер, к ним относятся руды, содержащие сульфиды нескольких цвет­ных металлов: медно-цинковые, свинцово-цинково-серебряные и др.

Нерудным (или неметаллическим) называют все неорганическое сырье, используемое в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов, но не являющееся источ­ником получения металлов. Большая часть видов нерудного сырья также содержит металлы (например, сульфаты и фосфаты металлов, алюмосиликаты и т. п.). К горючему минеральному сырью относят органические ископаемые: уголь, торф, сланец, нефть и другие иско­паемые, используемые как энергетическое топливо или как химиче­ское сырье

Следует отметить условность приведенной классификации, так как горючие ископаемые не являются типичными минералами.

Отдельные виды сырья рассматриваются при описании произ­водств, которые их применяют. Наиболее общими и распространенными видами сырья являются воздух и вода. Сухой воздух содержит около 78 об.% N₂, 21 об.% О₂, 0,94 об.% Аr, 0,03 аб.% СО₂ и незна­чительные количества водорода, неона, гелия, криптона и ксенона. Кроме того, в воздухе имеются переменные количества водяных паров, пыли и газообразных загрязнений. Кислород воздуха широко используется для процессов окисления, в том числе и для сжигания топлива, азот — для синтеза аммиака.

Растительное и животное сырье (древесина, хлопок, масла и жиры, молоко, кожа, шерсть и пр.) перерабатывают или в продукты питания (пищевое сырье) или в продукты бытового и промышлен­ного назначения (техническое сырье). В некоторых производствах пищевое сырье применяют для получения технического продукта и, наоборот, технический продукт Перерабатывают в продукты пи­тания.

Использование различных элементов и веществ в качестве сырья зависит от их ценности для Народного хозяйства, содержания в зем­ной коре, доступности для добычи и характера соединений, в кото­рые входит данный элемент. Всe эти показатели относительны и меняются со временем.

Ценность сырья зависит от уровня развития техники. Наример, многие редкие металлы раньше не имели применения, а в последнее время стали необычайно ценными в качестве добавок к сплавам, в технике полупроводников и т.п. Уран был три деся­тилетия тому назад обременительным отбросом при получении ра­дия, а ныне он — основа атомной техники.

Хлористый калий в конце прошлого века был неиспользуемым отходом при извлечении хлористого натрия из сильвинита (мине­рал КС1 . NaCl). В настоящее время хлористый калий, полученный переработкой сильвинита,- исходный материал для производства калийных солей и минеральных удобрений.

Содержание основных элементов в земной коре * представлено на рис. 1. Как видно из рис. 1, элементы представлены чрезвычайно неравномерно. Девять элементов составляют более 98% массы Земной коры. Такой важнейший для жизни элемент, как углерод, со­ставляет лишь 0,35% и занимает 11 место по содержанию в земной коре; 76 элементов, включая широко применяемые свинец, ртуть и мышьяк, составляют лишь 0,06%.

Рис. 1. Элементарный состав земной коры

Доступность для добычи определяется, главным образом, гео­графическим расположением месторождений, степенью концентрации полезного вещества в его месторождениях и глубиной залега­ния сырья. Влияние концентрации полезного вещества в месторож­дениях видно на примере титана, который рассеян в земной коре и поэтому отнесен к редким элементам, хотя его содержание в коре (0 61%) чуть не в два раза больше, чем углерода. В отличие от ти­тана углерод сконцентрирован в доступных растительных, живот­ных материалах и, особенно, в мощных залежах топлива и карбонатов.

* При учете содержания элементов земной корой условно считают верхнюю оболочку земли на 16 км вглубь от уровня океана, включая и всю воду. В составе коры учтена также атмосфера.

Не меньшее значение для использования элементов имеет харак­тер, точнее химическая прочность природных соединений, в кото­рые они входят. Например, медь, которая легко восстанавливается из природных соединений и даже встречается в самородном виде, использовалась еще на заре человеческой культуры, хотя ее содер­жание в земной коре составляет лишь около 0,01%. Позднее начали использовать железо, а алюминий, которого в земной коре в 745 раз больше, чем меди, начали производить лишь в конце прошлого века. И это потому, что алюминий связан в виде прочных химических окислов или алюмосиликатов, из которых алюминий трудно вос­станавливается. Ныне алюминий получается методом электролиза, который разработан лишь в конце прошлого столетия.

Неравномерно распределено сырье по поверхности земного шара, поэтому многие государства не обеспечены важнейшими видами сырья.

Советский Союз обладает огромной территорией с богатейшими месторождениями сырья. Благодаря трудам советских ученых В. И. Вернадского, Н. С. Курнакова, А. Н. Ферсмана, И. М. Губ­кина и других, разработаны научные основы разведки, добычи и переработки различных видов минерального сырья для химической промышленности, причем разведанные запасы в СССР не уменьша­ются вследствие использования, а, наоборот, благодаря обширной геологической разведке, непрерывно растут.

В настоящее время Советский Союз занимает первое место в мире по разведанным (подготовленным к добыче) запасам серы, фосфа­тов, калийных солей, поваренной соли, сульфата натрия, асбеста, торфа, древесины и многим другим видам сырья. Нам принадлежит одно из первых мест по разведанным запасам нефти и газа. По разведанным запасам угля СССР занимает второе место, однако перспективы у нас богатейшие, так как на территории СССР имеется около 57% мировых геологических (недостаточно изученных для добычи) запасов угля.

В СССР сосредоточено разведанных запасов: торфа около 60%, калийных солей приблизительно 60%, фосфатов 33%, древесины около 33% от мировых. Мы занимаем также первое место в мире по разведанным запасам руд железа, марганца, хрома, алюминия, меди, свинца, цинка, никеля, платины, ртути и многих других ме­таллов.

Поскольку сырье в химической промышленности составляет в среднем 60—70% себестоимости продукта, то его правильный вы­бор и рациональное, экономичное использование является одной из главных задач химической технологии.

Важнейшие тенденции в развитии сырьевой проблемы:

1) изыскание и применение более дешевых видов сырья;

2) применение концентрированного сырья (обогащение сырья);

3) комплексное использование сырья;

4) замена пищевого сырья непищевым и растительного минеральным.

Все эти направления рационального выбора и использования сырья взаимосвязаны. Так, например, замена пищевого сырья мине­ральным одновременно служит средством резкого удешевления сырья.

Изыскание более дешевых видов сырья ведется разнообразными путями во всех производствах.

В ряде производств высококачественное сырье, но требующее дальних перевозок и потому дорогое, заменяется более дешевым местным. В других производствах вместо специально добываемого сырья стремятся использовать отходы других отраслей народного хозяйства.

Применение более легко добываемого, а следовательно, и дешевого и в то же время эффективного сырья особенно ярко проявилось в топливном балансе СССР. До недавного времени основным видом топлива и сырья для химической промышленности каменный уголь. Однако расчеты показали, что себестоимость добычи и под­готовки нефти в пересчете на единицу условного топлива в 3,5 раза меньше, чем угля при подземной добыче, а природного газа даже в 12 раз. Поэтому за последние годы резко усилилась добыча нефти и особенно природного газа. Многие отрасли химиче­ской промышленности развиваются главным образом на основе использования природного газа и продуктов нефтепереработки, что снижает себестоимость ряда продуктов и позволяет особенно сильно повысить производство высокомолекулярных материалов: пласти­ческих масс, синтетических волокон и каучука. Вследствие замены кокса природным газом почти в два раза понижается себестоимость аммиака и соответственно снижается себестоимость азотных удобре­ний. Синтетический спирт, полученный из газов нефтепереработки, почти в 3 раза дешевле, чем из зерна.

В Программе КПСС сказано, что и в дальнейшем будет последо­вательно проводиться линия на преимущественное развитие добычи нефти и газа с возрастающим их использованием как сырья для хи­мических производств.

В перспективе основным видом энергии будет атомная, ядерная, а все виды топлива будут использоваться, главным образом, как сырье химической промышленности.

Источник