Химическое сырье, классификация

По агрегатному состоянию	По химическому состоянию	По видам запасов	По происхождению
Твердое	неорганическое	возобновляемое	минеральное, в т.ч.: - рудное, - нерудное, - горючее
Жидкое	органическое	невозобновляемое	растительное и животное
Газообразное			вода
			воздух

Кроме того, химическое сырье делится также на первичное и вторичное:

- первичное извлекают из природных источников),

- вторичное – 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. Не случайно поэтому в про­мышленно развитых странах повторное использование метал­лов и сплавов со­ставляет, % масс.: стали – 70; меди – 55; алюминия и олова – по 45; цинка – 21.

Еще один принцип классификации сырья предполагает его деление на природное и искусственное (полученное при промышленной обработке природного сырья).

К химическому сырью предъявляется ряд общих требований. Оно должно обеспечивать:

- малостадийность производственного процесса;

- агрегатное состояние системы, обеспечивающее минимальные затра­ты энергии для создания оптимальных условий протекания технологичес­кого процесса;

- минимальные потери подводимой энергии в окружающую среду;

- минимальные потери энергии с продуктами процесса;

- возможно более мягкие условия процесса (температура, давление, вре­мя контакта) и минимальный расход энергии на изменение агрегатного состояния реагентов и осуществление технологического процесса;

- максимальный выход целевого продукта.

2.1.3. Ресурсы и рациональное использование сырья. Доля сырья в себестоимости товарной продукции является основной и достигает 70 %. Отсюда вытекает проблема, как самих ресурсов сырья, так и рационального его использования.

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, называ-ется кларком. Кларки наиболее распространенных элементов приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Кларки наиболее распространенных в земной коре элементов

Элемент	О2	Si	Al	Fe	Ca	Na	Mg	K H2
Кларк	49,13	26,0	7,45	4,20	3,25	2,40	2,35	2 ,35 1,00

Как видно из этой таблицы, на 9 элементов приходится 98 % массы зем­ной коры. Доля всех остальных элементов составляет всего 1,87 %. Из них кларк углерода, составляющего основу жизни, равен 0,35 %.

Все ресурсы химического сырья делятся на запасы, т.е. выявленные и изученные, и на потенциальные ресурсы. В свою очередь по степени изучен-ности и пригодности к эксплуатации запасы сырья делятся на три категории:

- категория А – это запасы детально разведанные и подготовленные к разработке;

- категория В – это запасы, установленные в результате геолого-разве­доч­ных работ;

- категория С – это запасы, определенные по результатам геофизи­ческой разведки и изучения по естественным выходам на поверхность.

Возможность использования сырья для промышленного производства определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного ком-понента. 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. Известно, что мно­гие, распространенные в земной коре элементы, являются рассеянными, что затрудняет их использование для промышленного производства. Тем не ме­нее, нередко эксплуатация бедных месторождений является рентабельной.

На долю России приходится мировых запасов, % масс.: газа 45, иско­па­емых углей 23, нефти 6-8, древесины 30, торфа и калийных со­лей более 50, различного минерального сырья около 20, в т.ч. 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.

2.1.4. Подготовка сырья к переработке предполагает доведение его качества и химического состава до определенных требований.

Если речь идет о подготовке твердого сырья, то она может включать классификацию, измельчение, сушку.

Подготовка жидкого сырья включает очистку его от газообразных и твердых примесей. Методы очистки жидкого сырья включают фильтрова­ние, циклонирование, центрифугирование, отстаивание.

Газовое сырье очищают от жидких и твердых примесей теми же мето­дами, что и жидкое сырье, а также электростатическим воздействием.

Одним из важнейших стадий подготовки твердого сырья является обо­гащение. Его содержание состоит в отделении полезной составляющей сырья от балласта (пустой породы). Результатом процесса обогащения явля­ется по­лучение концентрата полезного компонента и «хвостов» с преобладанием в них пустой породы. Эффективность процесса обогащения характе­ризуется следующими показателями.

1. Выход концентрата – отношение масс полученного концентрата т_к и обогащаемого сырья т_с:

= т_к/ т_с (2.1)

2. Степень извлечения полезного компонента Х_и – это отношение масс полезного компонента в коцентрате т_к.к. и в обогащаемом сырье т_к.с.:

Х_и = т_к.к/ т_к.с (2.2)

3. Степень обогащения сырья Х_о – отношение массовых долей полез­ного компонента в концентрате ω_к.к. и в обогащаемом сырье ω_к.с.:

Х_о = ω _к.к/ ω_к.к (2.3)

Обогащение твердого сырья ведут физическими, химическими и физи­ко-химическими методами.

К физическим методам относят:

- гравитационный, основанный на разной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газа или жидкости, либо в поле цен­тробежной силы;

- электромагнитный, основанный на различной магнитной проницае­мости компонентов сырья;

- электростатический, основанный на различной электрической про-во­­ди­мости компонентов сырья;

- термический, основанный на разности плавкости компонентов сырья.

Химическое обогащение основано на взаимодействии химических реа­гентов с полезным продуктом в породе (руде) с последующим выделением образовавшихся соединений осаждением, испарением, плавлением и т.д.

Одним из наиболее распространенных методов физико-химического обогащения сырья является флотация. Этим методом извлекают из природ­ного сырья почти все минералы. Флотация базируется на различии в смачи­ваемости компонентов твердого сырья. Процесс флотации – это гетероген­ный процесс, в котором присутствуют три фазы: твердая (т), жидкая (ж) и газовая (г). На границе раздела фаз работа адгезии W_A определяется суммой величин поверхностных натяжений на границах радела фаз: σ_ж-г + σ_т-г + σ_т-ж. Для ускорения флотации и повышения ее качества в систему флотации вво­дят добавки – флотореагенты. Устройства, в которых проводят флотацию, называют флотационным аппаратом. Их конструкции весьма разнообразны.