Реклама на портале

Сырье. виды сырья

Сырье - это материал, предназначенный для дальнейшей обработки на производстве. По сути, именно с него начинается выпуск любой продукции. Переоценить роль исходного материала сложно, так как именно от этого зависит качество изделия. Сегодня существует огромное количество различных групп, подгрупп и видов сырья. Попробуем разобраться в этом многообразии.

Что такое сырье для производства

Собранные или добытые материалы обычно подвергают обработке для придания им необходимых товарных качеств. В дальнейшем они либо поступают в продажу, либо продолжают участвовать в последующих пока не достигнут стадии конечного продукта.

Виды сырья

Классификация сырья - это весьма условное понятие. Принято выделять две основные группы: промышленное и сельскохозяйственное. К промышленному относятся полезные ископаемые и энергоносители. Сельскохозяйственное сырье - это зерновые, молочные продукты, мясо, лекарственные растения. Разделить все виды сырья можно еще на две группы: оно может быть первичным (непосредственно добытым или собранным) и вторичным (в виде побочного продукта или Вторичная группа материалов широко используется в промышленности, что позволяет значительно сократить затраты. По происхождению все виды сырья можно разделить на 4 подгруппы:

  1. Растительного происхождения (злаки, травы).
  2. Животного происхождения (молочные продукты, экскременты животных).
  3. Минерального уголь).
  4. Биосфера (вода и воздух).

Использование сырья в производстве

Сегодня существует огромное количество направлений промышленности. Список традиционных отраслей ежедневно пополняют новые названия, а значит, разрабатывается и используется новое сырье. Это связано и с растущим мировым спросом, и с развивающимися технологиями. Наиболее актуальным направлением на сегодняшний день является разработка энергоносителей. Если еще сто лет назад человек умел получать энергию из нефти и угля, то сегодня активно разрабатываются и другие источники, например, Существует альтернативная технология получения электроэнергии, основанная на естественных процессах брожения, когда в виде энергоносителя выступает коровий навоз. А вот такое производство, как выпуск хлопковой ткани, практически не изменилось за много веков. Усовершенствован и механизирован сам процесс, но сырьем являются коробочки хлопка - так же, как это было 3-4 века назад. А пищевая промышленность постоянно претерпевает изменения. Стремление производителя снизить расходы оборачивается поиском новых видов исходного продукта. Натуральное сырье - это наилучший вариант. Однако, к сожалению, в целях экономии оно часто заменяется искусственным. Таким образом, сегодня можно наблюдать ситуацию, в которой одни производственные отрасли продолжают использовать какое-либо сырье веками, а другие развивают технологии и проводят разработку новых видов исходных материалов.

Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленной продукции. Сырье – это главный элемент производства, от которого зависят его экономичность, выбор технологии, аппаратуры и также качество продукции. Полупродуктом называют сырье, прошедшее обработку на одной или нескольких стадиях производства, но не являющееся товарным целевым продуктом. Полупродукт может быть сырьем следующей стадии производства. Побочным продуктом называют вещество, образующееся в процессе переработки сырья параллельно с целевым продуктом, но не являющееся целью данного производства. Отходами производства называют остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующихся в производстве, которые не могут быть исполь -зованы в качестве товарных продуктов, частично или целиком утратившие свои качества.

Классификация сырья Химическое сырье классифицируют по происхождению, химическому состоянию, ресурсам и агрегатному состоянию. По агрегатному По химическому По видам запасов состоянию Твердое Жидкое Газообразное По происхождению Минеральное, в том числе: Неорганическое Возобновляемое – рудное, – нерудное, – горючее Растительное Органическое Невозобновляемое и животное Вода Воздух

Классификация сырья Химическое сырье подразделяется на первичное и вторичное: первичное сырьё извлекают из природных источников; вторичное сырьё – это промежуточные и побочные продукты промышленного производства и потребления. При этом следует отметить, что капитальные вложения в переработку вторичного сырья в среднем в четыре раза меньше, чем для переработки первичного сырья. В промышленно развитых странах повторное использование металлов и сплавов составляет: стали – 70; меди – 55; алюминия и олова – по 45; цинка – 21 % масс. Еще один принцип классификации сырья предполагает его деление на природное и искусственное (полученное при промышленной обработке природного сырья).

Общие требования к сырью Сырьё должно обеспечивать: Ø малостадийность производственного процесса; Ø агрегатное состояние системы, обеспечивающее минимальные затраты энергии для создания оптимальных условий протекания технологического процесса; Ø минимальные потери подводимой энергии в окружающую среду; Ø минимальные потери энергии с продуктами процесса; Ø возможно более мягкие условия процесса (время контакта, температура, давление) и минимальный расход энергии на изменение агрегатного состояния реагентов и осуществление технологического процесса; Ø максимальный выход целевого продукта.

Рациональное использование сырья Доля сырья в себестоимости товарной продукции является основной и достигает 70 %. Химическая промышленность использует в качестве сырьевых источников соединения более 80 элементов. Эти элементы, главным образом, входят в состав земной коры и распределены в ней крайне неравномерно и по природе, и по концентрации, и по географическому положению. Доля, приходящаяся на тот или иной элемент, содержащийся в земной коре, называется кларком. Элемен О Si Al Fe Ca Na Mg K H т Кларк, 49, 13 26, 0 7, 45 4, 20 3, 25 2, 40 2, 35 1, 00 % На девять элементов приходится 98 % массы земной коры. Доля всех остальных элементов составляет всего 1, 87 %. Из них кларк углерода, составляющего основу жизни, равен 0, 35 %.

Рациональное использование сырья Все ресурсы химического сырья делятся на запасы, т. е. выявленные и изученные, и на потенциальные ресурсы. В свою очередь по степени изученности и пригодности к эксплуатации запасы сырья делятся на три категории: Ø категория А – это запасы, детально разведанные и подготовленные к разработке; Ø категория В – это запасы, установленные в результате геологоразведочных работ; Ø категория С – это запасы, определенные по результатам геофизической разведки и изучения по естественным выходам на поверхность.

Рациональное использование сырья Возможность использования сырья для промышленного производства определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного компонента. Ценность сырья зависит от уровня развития технологии и задач, стоящих перед производством, и может меняться со временем. К примеру, уран, ранее являвшийся отходом при получении радия, теперь является важнейшим стратегическим сырьем. Доступность сырья для добычи определяется географией месторождения, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов извлечения, наличием людских ресурсов для его эксплуатации. Существенным фактором, определяющим возможность использования запасов сырья, является концентрация целевого элемента.

Рациональное использование сырья На долю России приходится мировых запасов (в масс. %): газа – 40, ископаемых углей – 23, нефти – 6 -8, древесины – 30, торфа и калийных солей – более 50, различного минерального сырья – около 20, в том числе железа и олова более – 27, никеля – 36, меди – 11, кобальта – 20, свинца – 12, цинка – 16, металлов платиновой группы – 40. По запасам золота Россия занимает третье место в мире. К этому следует добавить, что на территории России сосредоточено 20 % мировых запасов пресной воды.

Подготовка минерального сырья В химической промышленности эффективность технологического процесса в значительной степени зависит от вида сырья, качества и от его стоимости. Перед использованием минеральное сырьё подвергается специальной подготовке, которая включает два этапа: Ø очистка от примесей, которые отрицательно влияют на дальнейший ход химического превращения, этот этап является основной операцией в подготовке сырья; Ø увеличение концентрации ценного компонента, так концентрированное сырьё экономически и технологически эффективнее.

Подготовка минерального сырья Процесс очистки и разделения твёрдого сырья называют обогащением. Для жидкого и газообразного сырья используют термин концентрирование. Обогащение минерального сырья основано на использовании различия физических, физико-химических и химических свойств компонентов. Методы обогащения разнообразны и принципиально отличаются для твёрдого, жидкого и газообразного сырья. В результате обогащения получают следующие составные части: Ø концентрат – это фракция, обогащённая полезным компонентом; Ø хвосты – это пустая порода. Способы обогащения разделяются на механические, физические и физикохимические.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Рассеивание (или грохочение) – это разделение твёрдой породы, основанное на различной прочности компонентов. Измельчённое сырьё пропускается последовательно через грохоты, которые представляют собой металлические сита с отверстиями различных размеров. При грохочении образуются зёрна различной величины, в результате происходит разделение на фракции, обогащённые определённым минералом.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Гравитационное обогащение основано на различной скорости падения частиц измельчённого материала, имеющего различную плотность, форму и размеры. Такое разделение проводят либо в потоке жидкости (мокрое гравитационное обогащение), либо в потоке газа или под действием центробежных сил.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. К аппаратам мокрого гравитационного обогащения относится гидроциклон, принцип работы которого основан на действии центробежной силы.

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Электромагнитная сепарация и электростатическая сепарация основаны на различиях в магнитной проницаемости или электрической проводимости компонентов сырья. Электромагнитное обогащение применяют для разделения магнитовосприимчивых частиц от немагнитных, а электростатическое обогащение для разделения электропроводящих веществ от диэлектриков. Разделение осуществляется в электромагнитных или электростатических сепараторах, имеющих сходный принцип работы.

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Схема электромагнитного сепаратора:

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Термическое обогащение твёрдого сырья основано на различии температур плавления компонентов сырья. Например, нагреванием серосодержащей породы отделяют легкоплавкую серу от пустой породы, состоящей из более тугоплавких известняков, гипса и других минералов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Флотация является одним из самых крупномасштабных технологических процессов обогащения и разделения твёрдого минерального сырья. Различают пенную, плёночную и масляную флотацию. В основе всех видов флотации лежит различие в смачиваемости жидкой фазой частиц пустой породы и ценного извлекаемого материала.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Основы флотации рассмотрим на примере пенной флотации. Предварительно измельчённый материал интенсивно перемешивается в воде, образуется пульпа, через которую барботируется воздух. Обычно частицы ценного материала плохо смачиваются водой, захватываются пузырьками воздуха и в виде пены выносятся на поверхность воды. Затем эта пена механически удаляется и поступает на дальнейшую переработку, а хорошо смачиваемая пустая порода переходит в воду.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Минерализованную пену (пенный продукт) называют флотационным концентратом. Как правило, он представляет собой ценный компонент обогащаемого сырья. Частицы, которые хорошо смачиваются и остаются в пульпе, образуют камерный продукт (или хвосты). Как правило, это пустая порода. Смачиваемость минералов характеризуется краевым углом смачивания, который образуется вдоль линейной границы раздела Т – Ж – Г:

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения создают условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов. Для повышения эффективности процесса флотации (для повышения селективности, ускорения и создания устойчивой пены) во флотатор добавляют так называемые флотореагенты. Расход флотореагентов невелик и может составлять сотню граммов на тонну сырья. Это позволяет использовать даже сравнительно сложные и дорогостоящие поверхностно-активные вещества для тонкого регулирования поверхностных свойств разделяемых материалов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Собиратели (или коллекторы) – способствуют образованию гидрофобных плёнок на поверхности гидрофильных частиц. Гидрофобизированные частицы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность пульпы в пену и удаляются вместе с ней в виде флотационного концентрата. Собирателями служат поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащие полярную и неполярную группу. Например, жирные кислоты и их мыла (олеиновая кислота, нафтеновая кислота), а также ксантогенаты, чаще ксантогенат калия.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Пенообразователи – обеспечивают устойчивость пузырька, достаточную для доставки частиц на поверхность флотатора. Минерализованная пена должна быть умеренно устойчивой, плотной и подвижной. Слой пены должен содержать как можно меньше воды с тем, чтобы облегчить дальнейшую переработку. В качестве пенообразователей используют ПАВ, образующие адсорбционные плёнки на поверхности пузырьков воздуха. К наиболее эффективным пенообразователям относятся сосновое масло, фракции каменноугольной смолы, алифатические спирты.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Подавители (или депрессоры) – применяют для повышения смачиваемости минеральных примесей, они способствуют переходу этих примесей в хвосты (или камерный продукт). В качестве подавителей выступают электролиты (известь, цианиды, сульфиты, цинковый купорос, силикат натрия). Ø Активаторы – способствуют усилению адсорбции коллекторов. Часто их используют для разделения хвостов и устранения действия подавителей. В качестве активаторов выступают медный купорос, серная кислота, сульфид натрия. Регуляторами среды являются известь, сода, серная кислота и другие вещества.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Различают коллективную и селективную флотацию. Коллективная флотация – процесс, при котором получают концентрат, содержащий все полезные компоненты, и пустую породу. Коллективный концентрат затем разделяют на отдельные составляющие компоненты. Это разделение осуществляется с помощью избирательной (или селективной) флотации. В этом случае кроме собирателей и пенообразователей в процесс вводят депрессоры. Они способны усиливать гидрофильность определённых минералов, препятствуя их всплыванию. В последующем вносят активаторы, которые снимают действие депрессоров и способствуют всплыванию минералов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Экстракция – это процесс избирательного извлечения одного или нескольких компонентов из водной среды в жидкую органическую. При этом предполагается, что органическая фаза практически не растворяется в водной. После разделения фаз извлекаемый компонент вновь переводят в водную фазу. Этот процесс называют реэкстракцией. При этом экстрагент регенерируется. Хорошими экстрагентами являются карбоновые или нафтеновые кислоты, амины, четвертичные аммониевые основания, хорошо растворимые в керосине или гексане. Требования к экстрагентам: Ø лёгкость регенерации; Ø нетоксичность; Ø низкая стоимость.

Подготовка газообразного сырья Газообразное сырьё бывает природного и промышленного происхождения. Природное сырьё представлено углеводородными газами (природный газ) и воздухом. В качестве газообразного сырья промышленного происхождения используются газы коксохимического производства (коксовый газ), газы нефтепереработки (попутный газ), газы металлургических производств, газы переработки твёрдого топлива (генераторный газ). Методы обогащения газообразных многокомпонентных систем (или очистка и разделение газовых смесей) основаны на различии свойств компонентов смеси (например, на различии температур кипения, растворимости в каком-либо растворителе, сорбционной способности).

Подготовка газообразного сырья Разделение газов: Ø разделяют воздух на азот и кислород; азот используется в производстве аммиака, а кислород – как окислитель в химической промышленности и в металлургии. Кроме того, из воздуха выделяют аргон; Ø из коксового газа выделяют аммиак в виде сульфата аммония; водород, используемый далее для получения азотоводородной смеси; и сероводород, который используется для получения серной кислоты. Очистка газов: Ø природный газ, применяемый в производстве аммиака, очищают от серо -содержащих соединений; Ø конвертированный газ производства аммиака очищают от диоксида углерода; Ø перед колонной синтеза аммиака азотоводородную смесь очищают от следов кислородсодержащих соединений.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø метод конденсации заключается в том, что при охлаждении газовой смеси более высококипящие компоненты конденсируются первыми и отделяются в сепараторах. В производстве синтетического аммиака методом конденсации отделяют аммиак от непрореагировавшей азотоводородной смеси. Из коксового газа фракционным охлаждением выделяется водород.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø сорбционные методы основаны на различной сорбционной способности компонентов каким-либо поглотителем. В сорбционных процессах выделяют: адсорбцию и абсорбцию. Адсорбция – это процесс поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси твёрдой поверхностью адсорбента. Процесс поглощения осуществляют в аппаратах, называемых адсорберами. Адсорберы бывают: с неподвижным слоем адсорбента, с движущимся слоем, а также с кипящим слоем. Адсорбер работает в режиме «адсорбция ↔ десорбция» . В качестве адсорбентов используют: активированный уголь, цеолиты, пористые стёкла.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø сорбционные методы основаны на различной сорбционной способности компонентов каким-либо поглотителем. В сорбционных процессах выделяют: адсорбцию и абсорбцию. Абсорбция – это избирательное поглощение одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбентов обычно используются органические и неорганические растворители. Очистка и разделение газовой смеси проходит в двух аппаратах. В одном (абсорбере) протекает абсорбция какого-либо компонента охлаждённым абсорбентом, в другом (регенераторе) – десорбция, при этом выделяется поглощённое вещество из раствора и регенерируется абсорбент.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø мембранный метод очистки газовых смесей основан на разделении с помощью микропористых перегородок (или мембран), проницаемых для молекул одного вида и непроницаемых для молекул другого вида. Мембранный метод разделения наиболее совершенный, так как исключены высокие давления и низкие температуры. В мембранных аппаратах разделяют воздух на азот и кислород, метан и водород, метан и гелий. Газы очищают также от пыли и влаги.

Сырье является одним из важнейших элементов всякого технологического процесса. Качество сырья, его доступность и стоимость в значительной степени определяют основные качественные и количественные показатели промышленного производства

Сырьем называют вещества природного и синтетического происхождения, используемые в производстве промышленной продукции.

По мере развития промышленности расширяется сырьевая база, появляются новые виды сырья, меняется само понятие «сырье». Все более возрастают возможности использования многочисленных отходов промышленных производств. Исходными материалами многих производств является сырье, уже подвергшееся промышленной переработке; его называют полупродуктом или полуфабрикатом.

По агрегатному состоянию сырье делится на твердое, жидкое и газообразное. Наиболее распространено твердое сырье - уголь, торф, руды, сланцы, древесина. Наиболее распространенными видами жидкого природного сырья являются: вода, соляные рассолы, нефть; газообразного: воздух, природные и промышленные газы. По составу сырье делят на органическое и неорганическое. По происхождению различают сырье минеральное, растительное и животное. Особенностью ископаемого минерального сырья по сравнению с растительным и животным является его невозобновляемость, а также неравномерность распределения по поверхности земли и ее недрам.

Минеральное сырье

Важнейшее сырье - минеральное. Оно изучается минералогией - наукой, насчитывающей в настоящее время сведения почти о 2500 различных минералах, отличающихся друг от друга по химическому составу, физическим свойствам, кристаллической форме и прочим признакам.

Минеральное сырье делят на рудное, нерудное и горючее. Рудным минеральным сырьем называют горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы, которые могут быть экономически выгодно извлечены в технически чистом виде. Нерудным (или неметаллическим) называют все сырье, используемое в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов и не являющееся источником получения металлов. Однако большая часть нерудного сырья содержит металлы (например, фосфориты, апатиты, алюмосиликаты). К горючему минеральному сырью относятся органические ископаемые: уголь, торф, сланцы, нефть и др., используемые как топливо или сырье для химической промышленности. Естественно, что основной интерес представляет сырье, которое встречается в земной коре часто, в наибольших количествах, с достаточным содержанием полезных элементов н по воз­можности однородно по составу и свойствам. Поэтому все более расширяется переработка и применение весьма распространенных в земной коре песка, глины, известняка, гипса, а также воды, воздуха, природных газов, твердых и жидких горючих ископаемых.

Земная кора (99,5 %) состоит из 14 химических элементов: кислорода - 49,13%, кремния - 26,00, алюминия - 7,45, железа - 4,20, кальция - 3,25, натрия - 2,40, магния - 2,35, калия - 2,35, водорода - 1,00 % и др.

К наиболее применяемым в народном хозяйстве элементам относятся свинец, ртуть, бром, иод и др. Некоторые элементы, находящиеся в достаточном количестве в земной коре, чрезвычайно рассеяны в пределах доступного для разработки слоя земной коры, в то время как другие сконцентрированы в виде отдельных скоплений. Масштабы промышленного использования многих элементов находятся в резком несоответствии с их распространенностью в земной коре. Например, титана почти в два раза больше, чем углерода в земной коре, в то время как добывается его ежегодно примерно в 10 5 раз меньше. Однако с развитием научно-технического прогресса в ведущих отраслях, предъявляющих повышающийся спрос на редкие и рассеянные металлы, меняется народнохозяйственное значение отдельных продуктов, что сглаживает границы между основными и попутными видами сырья.

Самыми общими и распространенными видами сырья являются вода и воздух. Сухой воздух содержит; азота, - 78 об.%, кислорода - 21, аргона- 0,94, углекислого газа - 0,03 об. % и незначительные количества водорода и инертных газов, а также водяные пары, пыль и т. д. Кислород воздуха находит широкое применение во многих отраслях промышленности; в металлургии, машиностроении, химической и топливной промышленности. Большое применение находит азот (например, в синтезе аммиака, а также для создания инертных сред во многих химических реакциях),

Россия обладает значительными месторождениями высококачественного сырья. Россия занимает первое место в мире по разведанным запасам угля, фосфатов, калийных солей, поваренной соли, торфа, древесины, руд железа, марганца, хрома.

Рудное сырье.

Промышленными металлическими рудами называются полезные ископаемые, содержащие один или несколько металлов в количестве и форме, допускающих на данном этапе развития техники их экономически рациональное извлечение. Чем выше техника переработки руды, тем легче перерабатывать руду с меньшим содержанием металла. Для классификации металлических руд наиболее часто используются следующие признаки: число содержащихся в них металлов, химический состав минерала и химический состав пустой породы. По числу содержащихся металлов различают руды монометаллические (только один металл целесообразен для извлечения), биметаллические (оба металла доступны для извлечения), полиметаллические (извлекается свыше двух металлов). В качестве примеров монометаллических руд можно назвать хромовые, железные, зо­лотосодержащие и т. д.; биметаллических - мед но молибденовые, свинцово-цинковые; полиметаллических- алтайские колчеданные руды, содержащие свинец, цинк, медь, серебро и другие, саксонские руды, содержащие кобальт, никель, серебро, висмут, уран и т.д

В рудах минералы находятся в виде оксидов, сульфидов, арсенатов и т. д. Иногда встречаются самородные руды, в которых металл находится либо в чистом виде, либо в виде сплава с другими-металлами, например, золотоносные, платиновые, руды.

Месторождения руд делят на два типа: коренные (первичные, а виде монолитных горных пород, рудных массивов) и рассыпные (продукты распада и разрушения коренных горных пород). Вторые хуже качеством, более рыхлые, мелкие, пылеватые. По назначению руды подразделяются, на руды черных, цветных и редких металлов.

Нерудное сырье.

Нерудное сырье иначе называют минерально-химическим; оно служит источником получения неметаллов (сера, фосфор и др.), солей, минеральных удобрений и строительных материалов. Важнейшими видами нерудного сырья являются самородная сера, апатиты, фосфориты, природные соли (калийные, мирабилит, сода, поваренная соль). К нерудному сырью относятся и редкие минералы промышленного значения (алмаз, графит).

Источником производства строительных материалов являются горные породы различного происхождения и состава. Горные породы (минеральная масса, представ­ляющая собой либо один минерал, либо агрегат минералов) по происхождению бывают изверженными, осадочными и метаморфическими (т. е. видоизмененными). К изверженным породам относятся грант, диабаз, базальт, андезит, пемза, туф и т. д., к осадочным породам - гипс, известняк, мел, глина, песок, гравий, песчаник. Метаморфические породы образовались в результате видоизменения горных изверженных или осадочных пород. К ним относятся мрамор, гнейс, кварцит. По химическому составу большинство изверженных горных пород состоит из кремнезема SiO 2 и глинозема Al 2 O 3 . Осадочные породы включают помимо этих оксидов карбонаты кальция (известняк), магния (доломит), сульфат кальция (гипс) и т. д. Глина представляет собой очень сложную смесь тонкообломочных пород, смешанных с кварцем, известняком, илом.

Минеральное сырье — это полезные ископаемые, которые используются в производственной сфере, оно играет важную роль в народном хозяйстве, особенно в промышленности. Полезные ископаемые дают почти 75% сырья для производства. Практически все виды транспорта работают на сырье, полученном в процессе переработки полезных ископаемых.

Классификация: виды и классы сырья минерального происхождения

Полезные ископаемые, которые добывают из недр земли, относят к минеральному сырью, которое включает в себя более 200 минералов отличающихся друг от друга по физической форме, составу, применению и другим признакам.

Единой системы классификации минеральных ресурсов не существует, их классифицируют по видам использования и по агрегатному состоянию.

Минеральные ресурсы по видам использования:

  • горючие (нефть, газ, уголь);
  • рудные (алюминий, медь, олово);
  • нерудные (асбест, графит, мрамор).

Минеральные ресурсы могут различаться по состоянию и подразделяться на:

  • жидкие (нефть, минеральная вода);
  • твердые (соль, уголь, мрамор);
  • газообразные (метан, гелий, горючие газы).

Природное минеральное сырье

К природному минеральному сырью относят горные породы и минералы, из которых производят строительные материалы и сырье на основе вяжущих веществ (цемент, гипс, асбест). После термической обработки минеральное сырье используется в стекольной, керамической промышленности, а также применяется в производстве удобрений и минеральных красок.

Техногенное минеральное сырье

Отходы, образующиеся во время получения и обработки металла и отходы горно - металлургических, химических производств, содержащие цветные и благородные металлы, — являются техногенным минеральным сырьем.

Техногенное минеральное сырье разделяется на группы, в зависимости от принадлежности к определенным производственным отраслям.

Различают сырье:

  • горнодобывающих предприятий;
  • обогатительных фабрик;
  • металлургических заводов;
  • химической промышленности;
  • топливной энергетики.

Техногенное минеральное сырье широко используется в строительстве (производство цемента, бетона), при дорожных работах (засыпка карьеров, отсыпка дамб), в производстве минеральных удобрений.

Горючее минеральное сырье

Горючие (топливные) полезные ископаемые по своему состоянию делятся на жидкие (нефть), твердые (уголь, торф) и газообразные (природный и попутный газ).

Нефть и газ служат источником энергии и тепла: благодаря им работают двигатели машин, отапливаются помещения.

Уголь является основным источником энергии, который используется на производстве.

Торф применяют как горючее и в качестве теплоизоляции.

Горючее минеральное сырье является самым важным видом полезных ископаемых. Благодаря ему было создано множество отраслей промышленности.

Стратегическое минеральное сырье

Стратегическое минеральное сырье составляет основу материального производства, которая обеспечивает экономическую и оборонную стабильность страны. Перечень стратегических минеральных ресурсов изменяется в зависимости от геополитической обстановки, внешнеэкономических связей и других обстоятельств.

Среди стратегического минерального сырья России находятся топливно - энергетические ресурсы, руда цветных и редких металлов, драгоценные камни и металлы. К стратегическим ресурсам так же относят водные ресурсы, как основу жизнеобеспечения населения страны.

Что относится к подакцизному минеральному сырью?

Акциз — это косвенный налог, который взымается с налогоплательщиков, производящих или продающих подакцизное сырье. К подакцизным видам минерального сырья относятся природный газ и нефть. Но в случае реализации нефти или газа на экспорт, акциз не взымается. Такое освобождение от уплаты акциза возможно, если вывоз осуществляет производитель продукции.

Химический анализ характеристик и качества минерального сырья

Изучение состава руды и минералов проводилось с древнейших времен. Это требовалось для получения бронзы, железа, драгоценных металлов. Такой анализ минеральных ресурсов был очень важен, он способствовал развитию горно-обогатительных работ, металлургической промышленности.

В начале ХХ века минеральное сырье представляло особый интерес для химиков - аналитиков. Необходимость изучения минеральных ресурсов, развивала новые методы анализа, что способствовало развитию химии.

На сегодняшний день применяются новейшие методы для химического анализа минерального сырья, которые позволяют узнать состав образца и увидеть его структуру.

Методы проведения химического анализа:

  • Газовая хроматография с месс-спектрометрическим детектированием позволяет определить широкий спектр веществ, находящихся в образце, дает возможность анализировать газовые смеси.
  • Жидкостная хроматография с масс-спектрометрическим детектированием такой метод обладает широким спектром определяемых веществ, дает возможность проводить анализ без испарения.
  • ИК-спректрометрия позволяет установить молекулу вещества, дает возможность анализировать твердые металлы без растворения.
  • Атомно-эмиссионная спектроскопия позволяет обнаружить очень низкие содержания элементов и их количество.
  • Электронная микроскопия. Уникальный метод, который дает возможность получить данные об элементном составе образца и увидеть его структуру.

Добыча, производство, обработка и переработка минерального сырья

Россия очень богата различными видами минерального сырья (уголь, руда, калийные соли, алмазы), а так же занимает ведущее место по добыче и экспорту нефти и природного газа.

Добыча минеральных ресурсов может происходить разными методами:

  • подземная разработка месторождений;
  • открытая разработка месторождений;
  • бурение скважин;
  • разработка морского дна.

После добычи полезные ископаемые подвергаются переработке. На этом этапе происходит отделение ценного минерального сырья от отходов.

Переработка минерального сырья — включает в себя много различных процессов и является самой важной частью во всей работе по добыче минеральных ресурсов.

Переработка минерального сырья применяется в различных отраслях: добыча угля, никеля, нефтеносного песка, калиевых солей, железной руды и других.

В зависимости от вида минерального сырья применяют комплексную переработку (для твердых ископаемых) или комбинированную (для твердых и жидких ископаемых).

Сырье для производства минеральных удобрений

Азотная промышленность занимает ведущее место в производстве минеральных удобрений (около 50% всех производимых азотных удобрений в России).

Исходным сырьем для производства удобрений служит природный газ и коксующий уголь.

Существует несколько методов производства минеральных удобрений:

  1. Аммиачный способ основывается на использовании коксового газа, который образуется при коксовании угля (во время производства кокса на коксохимическом производстве) в черной металлургии. При использовании данного метода, азотно - туковые предприятия располагаются в угольных бассейнах или рядом с металлургическим производством.
  2. Способ конверсии природного газа. Предприятия, которые используют данный метод для производства удобрений, располагаются в районах газовых ресурсов или вдоль трасс магистральных газопроводов.
  3. Способ электролиза воды. Такие предприятия располагаются рядом с источником дешевой энергии.
  4. Способ с применением отходов нефтепереработки. В таких случаях предприятия располагаются рядом с нефтеперерабатывающими заводами.
  5. Фосфорные удобрения, получают путем измельчения фосфатов. Такие производства не привязаны к сырьевой базе и могут располагаться в любом месте.

Технология обогащения минерального сырья

Обогащение минерального сырья (переработка) включает в себя несколько процессов обработки сырья для отделения от пустых пород, а также разделения ценных минералов. При обогащении можно получить как конечный продукт (асбест, графит), так и концентраты, которые можно переработать химическим или металлургическим путем.

Минеральное сырье подвергают трем операциям: подготовительной, основной и вспомогательной.

Подготовительные процессы включают в себя — дробление и измельчение, грохочение и классификацию.

Основные процессы заключаются в отделении одного или нескольких полезных компонентов.

Заключительные (вспомогательные) процессы — сгущение пульпы, обезвоживание (зависит от характеристик материала).

Обогащение минерального сырья подразделяется на виды, в зависимости от того в какой среде происходил процесс:

  • сухое;
  • мокрое;
  • в электрическом, гравитационном или магнитном поле.

Использование минерального сырья

Все виды минерального сырья содержат ценные компоненты. От того, насколько качественно их переработали, зависит количество содержания ценных компонентов в отходах производства.

Комплексное использование минерального сырья позволяет повысить эффективность производства, увеличить ассортимент продукции, снизить расходы на содержание сырьевых баз и предотвратит загрязнение окружающей среды отходами производства.

Минеральное сырье для химической промышленности

Особенностью химической промышленности является — материалоемкость. Для изготовления определенного количества продукции сырья требуется во много раз больше. Поэтому качественное минеральное сырье для химической продукции — залог успешного развития отрасли.

Основным сырьем для химической промышленности являются нефть и природный газ. Именно на этом минеральном сырье производится синтетический каучук, пластмасса, искусственная кожа, минеральные удобрения и моющие средства.

В химической промышленности применяют все известные виды и формы минерального сырья — рудное, нерудное, горючее.

Запасы минерального сырья в химической промышленности делят на две группы:

  1. Балансовые — с большим содержанием полезных компонентов.
  2. Забалансовые — с низким содержанием полезных компонентов. Такая группа, при изменении каких либо условий, может перейти в балансовую группу.

Минеральное сырье для строительных материалов

Горные породы — являются основным минеральным сырьем в производстве строительных материалов. Эти породы широко используются в производстве стекла, керамики, металла, бетона, растворов.

Кварц и его разновидности, алюмосиликаты — являются главными породообразующими минералами. Этим минералам характерна высокая прочность и ударная вязкость, а также повышенная плотность.

Глубинные горные породы обладают высокой прочностью, большой плотностью и малой пористостью. Благодаря этим свойствам широко используются в строительстве.

Сульфатные породы — гипс и ангидрид используются для получения вяжущих веществ, иногда применяются как облицовочный материал.

Пористые излившиеся породы (пемза, вулканические туфы, пепел) используют как наполнитель легкого бетона, добавки к цементу, для кладки стен.

Вторичные ресурсы (техногенные) с успехом используются в производстве цемента, бетона, при дорожных работах. Песок, гравий и щебень, так же используется для приготовления строительных смесей.

Минеральная вата

Минеральная вата — самый известный материал для теплоизоляции. Изготавливают этот материал из расплавленного стекла горных пород и пропитывают водоотталкивающим маслом. Как правило, такой утеплитель производится в виде плит или матов.

Существует несколько разновидностей минеральной ваты, в зависимости от сырья, из которого она изготовлена:

  • стекловата. Стекловату изготавливают из стекловолокна, которое получается в результате смешивания битого стекла и минерального сырья (песок, доломит, известняк). Стекловата отличается высокой химической стойкостью и выдерживает температурный диапазон от -60 до +500 градусов;
  • шлаковата. Шлаковату изготавливают из расплавленного доменного шлака. Температурный диапазон составляет от -50 до +300 градусов;
  • каменная вата. Изготавливается из расплавленных габбро - базальтовых горных пород. Температурный диапазон составляет от -45 до +600 градусов;
  • базальтовая вата. Для изготовления ваты используют габбро и диабаз. Базальтовая вата не содержит доменные шлаки и добавочные вещества. Температурный диапазон составляет от -190 до +1000 градусов.

Минеральные воды

Природные минеральные воды — это подземные воды, в которых повышенное содержание биологически активных компонентов и которые обладают особыми физико-химическими свойствами. Благодаря уникальному составу, минеральная вода может применяться как внутрь, так и в качестве наружного лечебного средства.

Природная минеральная вода — это дождевая вода, которая тысячелетиями скапливалась в разных слоях земных пород. На протяжении этого времени в ней растворялись минеральные вещества и чем глубже находится вода, тем больше она очистилась и больше получила углекислоты и полезных веществ.

Природная минеральная вода состоит из шести основных компонентов:

  1. Кальций;
  2. Магний;
  3. Хлор;
  4. Натрий;
  5. Сульфат;
  6. Гидрокарбонат.

Свое название вода получает благодаря преобладанию, какого либо из шести элементов (хлоридная, сульфатная, гидрокарбонатная).

В минеральной воде в микродозах содержится почти вся таблица Менделеева.

Спрос рынка на минеральное сырье

Минеральное сырье относится к истощаемым природным ресурсам. Отработанное месторождение не сможет восстановиться, а разработка нового влечет за собой определенные трудности. Недостаточность минеральных ресурсов влияет на экономику минерального сырья, формируя прирост цен на то сырье, ресурсы которого ограничены. Но многие виды минеральных природных ресурсов, являются взаимозаменяемыми. В таком случае произойдет развитие рынка дешевых продуктов.

Многие промышленные предприятия стали заменять дорогие продукты на дешевые:

  • природный газ вытесняет уголь и мазут;
  • платину заменяют палладием и рением;
  • природный пьезокварц заменил синтетический.

Не всегда замена природных минеральных ресурсов происходит из-за цены. К примеру, в местности, где нет месторождения щебня, его заменяют керамзитовыми окатышами.

Большинство видов минерального сырья являются товарами постоянного спроса. Но для самоцветов, поделочных, декоративных и отделочных камней спрос определяется изменением тенденций. На снижение добычи минерального сырья обладающего токсичными свойствами повлияло ужесточение требований к экологической безопасности. Из-за повышения цен на минеральное сырье и увеличения платежей за размещение отходов, все чаще стали использовать вторичные ресурсы.

Все эти факторы способствуют уменьшению потребления минеральных ресурсов.

Страны-экспортеры богатые минеральным сырьем

Экспорт минерального сырья происходит, когда страна имеет большие запасы полезных ископаемых. Для экспортера сырье является средством пополнения своего финансового положения.

Передовые места по добыче и экспорту минерального сырья занимают:

  • Россия, которая находится на первом месте в мире по количеству запасов природного газа и древесины, на втором месте по величине месторождений угля и на третьем месте по месторождениям золота;
  • США на первом месте по запасам угля и входит в первую пятерку по запасам меди, золота и природного газа;
  • Саудовская Аравия находится на первом месте по добыче нефти и на пятом месте по величине запасов природного газа.;
  • Канада находится на втором месте по запасам урана и третье по величине запасов древесины;
  • Иран находится на третьем месте по добыче нефти;
  • Китай имеет значительный запас угля и редкоземельных минералов;
  • Бразилия имеет большие запасы золота и урана, но наиболее ценным ресурсом является древесина.

Страны бедные минеральным сырьем

Страны, которые не имеют запасов полезных ископаемых, получают сырье из внешних источников.

К таким государствам относятся:

  • Япония. В Японии есть лишь небольшое количество шахт по добыче свинцовых и цинковых руд, известняка и каменного угля. В стране имеются небольшие запасы нефти, и ведется ее добыча. Япония является крупнейшим импортером сырья;
  • Литва и Латвия. Эти государства обладают такими полезными ископаемыми как сланцы, торф, фосфориты, а энергетическое хозяйство держится на привозном топливе.

В Монако, Дании и Ватикане добычи полезных ископаемых не ведется.

Оборудование для добычи и переработки минерального сырья

В зависимости от состояния добываемого минерального сырья (жидкое, твердое, газообразное) — отличаются способы добычи (открытый, шахтный, скважинный). Для каждого способа добычи предусмотрено специализированное оборудование. Существует оборудование для добычи подземным и открытым способом. Сложные системы управления, автоматизации комплексы и приборы для механической обработки.

Производители и перерабатывающие компании минерального сырья

Среди российских предприятий есть серьезные производители и перерабатывающие компании минерального сырья.

АО «Минерально-химическая компания «Евро Хим». Компания «Евро Хим» — крупнейший в России производитель минеральных удобрений. Компания входит в тройку Европейских и десятку мировых производителей химических удобрений и является лидером по производству фосфатных и азотных удобрений. Продукций предприятия пользуется спросом и в России, и за рубежом. В составе компании находится большая сбытовая сеть в России и за рубежом.

«Уральская горно-металлургическая компания». Холдинг берет свое начало в далеком 1702 году с Гумешевского месторождения медистых глин. У предприятия есть собственная научная база, а также строительный комплекс и телекоммуникационный центр.

АО «Фос Агро- Череповец» — крупнейший в Европе производитель фосфорной и серной кислоты, аммиака и фосфорсодержащих удобрений. Компания является крупнейшим экспортером удобрений в страны Западной Европы, Америки, Азии. Компания обеспечивает себя электроэнергией собственной генерации.

Сырьё для производства минеральных вяжущих материалов

Лекция 2

Сырьё для производства минеральных вяжущих материалов по происхождению можно разделить на 2 группы: природное и техногенное (побочные продукты металлургии, энергетики, химии). В наибольших объёмах используется природное сырьё. Основные его виды по химико-минералогическому составу можно разделить на 5 групп: кремнезёмистое, алюмосиликатное, карбонатное, глинозёмистое, сульфатное сырьё (табл.).

Известняк, мел – основное сырьё для производства извести, портландцемента, глинозёмистого цемента. Известняк и мел состоят в основном из минерала кальцита СаСО 3 и отличаются лишь плотностью. Известняк – плотная и твёрдая осадочная порода. Мел – осадочная микрозернистая, слабосцементированная и рыхлая порода, состоящая из мельчайших скелетных частей и панцирей простейших организмов.

Качество карбонатного сырья зависит от его структуры, количества и вида примесей, а также от их распределения в массе. Для производства портландцемента пригодны карбонатные породы при содержании СаО – 40…43,5 %, MgO – 3,2…3,7 %, Желательно, чтобы сумма Na 2 O и K 2 O не превышала 1 %, а содержание SO 3 было не выше 1,5…1,7 %. Более благоприятны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкозернистой структурой. Полезны также примеси тонкодисперсного глинистого вещества и аморфного кремнезёма при равномерном их распределении в карбонатной породе. Включения же значительных количеств доломита и крупнокристаллического кварца, имеющих низкую реакционную способность.

Мергел ь – лучшее сырьё для производства портландцемента. Она представляет собой природную смесь из 20…50 % глинисто-песчаных веществ и 50…80 % мельчайших частиц углекислого кальция. В зависимости от содержания СаСО 3 и глинисто-песчаного вещества мергели подразделяют на песчаные, глинистые и известняковые. Наиболее ценное сырьё – известняковый мергель, содержащий примерно 75…80 % СаСО 3 и 20…25 % глины. По химическому составу он близок к портландцементной сырьевой смеси, что упрощает производство портландцемента.



Глины – осадочные тонкообломочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов каолинитовой (Al 2 O 3 ∙2SiO 2 ∙2Н 2 О), монтмориллонитовой и гидрослюдной групп. Минералогический состав глин представлен преимущественно гидратами алюмосиликатов и кварцем. Их химический состав колеблется в широких пределах: SiO 2 - 45…80 %, Al 2 O 3 – 10…40 %, Н 2 О – 3…15 %. В небольших количествах в глинах могут присутствовать кальций. магний. Натрий, калий, железо и другие элементы, При обжиге труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллические включения. Поэтому содержание фракций более 0,2 мм не должно превышать 10%.

Глинистые сланцы – это плотные породы, образованные из глин в результате метаморфических процессов. Они отличаются от глин большей плотностью и твёрдостью.

Суглинки – используют в составе цементных сырьевых шихт. Это среднепластичная осадочная глинисто-песчаная порода, в которой содержание глинистых частиц достигает 10…30 %.

Перлит, пемза, туф, трасс – высокоактивные алюмосиликатные порды вулканического происхождения – используются в цементной промышленности в качестве активных минеральных добавок. Туфы и трассы образовались из вулканических пеплов, а песза и перлит – из лавы. Высокая активность этих пород связана с тем, что алюмосиликаты находятся в них в виде метастабильного вулканического стекла.

Кварцевый песок – основной компонент известково-кремне-зёмистых вяжущих, как добавка вводится в цементные сырьевые смеси. Это продукт разрушения горных пород, состоящих в основном из зёрен кварца, отличающийся высоким содержанием SiO 2 , малым количеством примесей и мелкозернистостью (зёрна размером 0,1…2 мм).

Диатомит, трепел, опока применяются как активная минеральная добавка к цементу и извести. Это осадочные горные породы, сложенные в основном опалом, представляющим собой водную аморфную кремнекислоту (SiO 2 ∙nH 2 O). Аморфный кремнезём значительно более химически активен, чем кварц, и может вступать во взаимодействие с известью при нормальной температуре.

В этих породах содержание SiO 2 в среднем составляет 70…85 %, но может достигать 98 %; Al 2 O 3 – 5…13 %, СаО – 2…6 %, MgO – до 3 %. Содержание окcида железа Fe 2 O 3 колеблется от долей процента до 5…10 %, содержание воды – 3…13 %.

Диатомиты и трепелы – слабосцементированные или рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема SiO 2 ·nH 2 O . Они образовались из диатомитового ила, накопившегося в морях и озерах, мельчайших диатомитовых водорослей, а также кремниевых скелетов морской микрофауны с примесью глины и ила. Трепел отличается от диатомита тем, что содержит мало или почти лишен органических остатков. Диатомиты и трепелы – легкие пористые породы (плотность 350…950 кг/м 3 ) Диатомит и трепел содержат до 75…98% активного кремнезёма, поэтому они являются лучшей активной минеральной добавкой к вяжущим. Опока – тонкопористая или плотная порода, образовавшаяся в результате уплотнения со временем под давлением вышележащих слоев диатомитов и трепелов. От трепелов отличается большей однородностью и раковистым изломом. Плотность опоки составляет 1100…1800 кг/м 3 , пористость - 20…40%, цвет желтый с серым или зеленоватым оттенком

Магнезит и доломит – основное сырьё для производства магнезиальных вяжущих веществ. Магнезит – горная порода, состоящая преимущественно из MgСО 3 , встречается в природе в аморфном и кристаллическом виде. Доломит – горная порода, состоящая их минерала доломита СаСО 3 ∙MgСО 3 и примесей (SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3).

Бокситы – основное сырьё для получения глинозёмистого цемента, используется также как корректирующая добавка в портландцементные сырьевые шихты. Состоят бокситы в основном из гидроксида алюминия. Содержание алюминия в пересчёте на Al 2 O 3 в бокситах, используемых в силикатной технологии, составляет 30…49 %. Наиболее распространёнными примесями являются SiO 2 , Fe 2 O 3 . TiO 2 , CaO, MgO. Ограничивается содержание оксида серы SO 3 - не более 0,5 %.

Гипс (гипсовый камень ) – СаSO 4 ∙2Н 2 О используется как сырьё для производства гипсовых вяжущих, а также как добавка к цементу. Гипсовый камень достаточно распространён в природе, обычно содержит примеси известняка, доломита, глинистых веществ.

Ангидри т - СаSO 4 – сырьё для производства высокообжиговых гипсовых вяжущих. Плотная кристаллическая порода. Дстилающий слой двуводного гипса.