СЫРЬЕ: ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ

И ПРИМЕНЕНИЕ

Сырье является важнейшим исходным элементом любого технологического процесса. Его качество, соответствие техноло­гическим требованиям и уровень переработки, стоимость и дос­тупность в значительной степени определяют основные качест­венные, количественные и стоимостные показатели выпускаемой продукции.

Сырьем называют вещества природного и синтетиче­ского происхождения, используемые как исходный материал в производстве промышленной продукции и энергии.

Сырье в ос­новном классифицируется по агрегатному состоянию, составу и происхождению.

По агрегатному состоянию сырье делится на твердое (уголь, торф, руды, сланцы, древесина), жидкое (вода, соляные рассолы, нефть) и газообразное (воздух, природные и промыш­ленные газы).

По составу сырье подразделяется на органическое и минеральное. Органическое, в свою очередь, подразделяется по происхождению на растительное и животное. К минеральному сырью (от лат. minега - руда) относятся полезные ископаемые, добываемые из недр земли. Их особенностью является невозобновляемость по мере добычи и использования. Неравномерность распределения сырьевых ресурсов по поверхности земли и ее недрам, концентрация полезных веществ и химический состав определяют стоимость добычи и переработки сырья.

Минеральное сырье.Минеральное сырье является важ­нейшим сырьем промышленности. Оно включает в себя около 2500 различных минералов, отличающихся друг от друга по хи­мическому составу, физическим свойствам, кристаллической форме, применению и прочим признакам. Земная кора состоит из 14 химических элементов (99,5 %): 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.

Минеральное сырье делят на рудное, нерудное и горючее.

Рудным сырьем называют полезные ископаемые (про­мышленные металлические руды), содержащие один или не­сколько металлов в количестве и форме, допускающими их эко­номически выгодное извлечение. По количеству содержащихся металлов руды подразделяются на монометаллические –

содержат один металл, биметаллические - два металла - и поли­металлические - более двух извлекаемых при перера­ботке металлов. Примером монометаллических руд являются железные, хромовые, золотые и другие руды, биметаллических - свинцово-цинковые, медно-молибденовые и др. Полиметалличе­ские руды могут содержать цинк, свинец, медь, серебро, золото и др. металлы. Например, 50 % мировой добычи серебра, а в Рос­сии - 70 % всего добываемого серебра извлекается из полиме­таллических руд.

Металлы в рудах могут находиться в виде оксидов (железные руды), сульфидов (медные руды) или более сложных хи­мических соединений.

Некоторые металлы встречаются в чистом виде или в сплавах с другими металлами - в так называемых са­мородных рудах, например, золото и платина. Металлические руды редко состоят только из металлосодержащих минералов. Обычно в их состав входят другие минералы, не содержащие металлы, называемые пустой породой.

Месторождения руд делят на коренные - в виде монолитных горных пород, рудных массивов - и рассыпные - продукты распада и разрушения коренных горных пород. Вторые хуже качеством, более рыхлые, мелкие, пылеватые породы и требуют больших затрат на добычу и обработку.

Нерудным называют сырье, используемое в производстве неметаллов (серы, фосфора и др.), различных солей (калийных, соды, поваренной соли и др.), минеральных удобрений и строительных материалов. Важнейшими видами нерудного сырья являются: самородная сера, апатиты, фосфориты, природные соли, песок, глина и т.д. К нерудному сырью относятся также и редкие минералы промышленного значения - алмазы, графит, асбест и др.

Для производства строительных материалов используют горные породы различного происхождения и состава: глину, песок, гравий, песчаник, гипс, известняк, мел, гранит, пемзу, туф и т.д. Многие виды сырья для производства строительных материалов добываются открытым способом в карьерах. Хотя большая часть нерудного сырья и содержит металлы, но в объемах и виде, экономически нецелесообразных для их извлечения, например, фосфориты, апатиты, алюмосиликаты и др.

К горючему минеральному сырью относятся органические ископаемые: нефть, газ, уголь, торф и сланцы, которые в основном используются как топливо или как сырье для химической промышленности.

По агрегатному состоянию все топливо подразделя­ется на твердое (ископаемые угли, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть, нефтепродукты), газообразное (природный и по­путный газы).

По происхождению топливо подразделяется на есте­ственное и искусственное, т.е. полученное в результате пере­работки естественного топлива или в качестве отходов различ­ных технологических процессов (например, доменный газ).

Для оценки топлива основным показателем служит его удельная теплота сгорания, т.е. количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема топлива (Дж/кг и Дж/м³). Техническая характеристика топлива оп­ределяется его составом. В состав всех видов топлива входит горючая (органическая масса + горючие неорганические вещест­ва, например, сера) и негорючая масса (зола, влага) - балласт. Органическая масса топлива состоит в основном из углерода, водорода, а также азота и кислорода. Чем больше в топливе зо­лы и влаги, тем ниже его теплота сгорания; чем выше содержа­ние углерода и водорода и меньше кислорода и азота, тем боль­ше его теплота сгорания.

Для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива принята единица условного топлива. Те­плота сгорания 1 кг твердого условного топлива (или 1 м³ газо­образного) составляет 29,3 мДж или 7000 ккал. Соответственно, 1 т бурого угля принимается за 0,4 т, каменного угля - за 1,0 т, а нефти - за 1,4 т условного топлива. Для сопоставления эконо­мической ценности топливных материалов берется цена нефти на мировом рынке.

ОБОГАЩЕНИЕ СЫРЬЯ

Обогащение полезных ископае­мых проводится с целью увеличения содержания полезного эле­мента в используемом сырье. Оно дает возможность расширения сырьевой базы промышленности за счет вовлечения в экс­плуатацию бедных по содержанию полезного сырья источников и позволяет получить для последующей переработки высококонцентрированное сырье. Полученные в результате обогащения фракции называются концентратами, афракции, состоящие из пустой породы, - хвостами.

Методы обогащения сырья зависят от его агрегатного со­стояния и свойств основных компонентов. Обогащение мине­рального сырья (в твердом состоянии) подразделяется на механическое, физико-химическое и химическое и основано на разли­чии в таких свойствах, как плотность, размер и форма зерен, прочность, электропроводность, смачиваемость, растворимость, магнитная проницаемость и др.

К механическому обогащению относится грохочение, гра­витационное разделение, электромагнитная сепарация, электроста­тическое обогащение, термическое разделение и др. Грохочение основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, разделя­ются на фракции по крупности просеиванием через сита - грохоты. Гравитационное разделение основано на различии скоростей оса­ждения частиц в текущей жидкости или газе в зависимости от их плотности, например, используется при промывке золота. Электромагнитная сепарация применяется для отделения магнитных мате­риалов от немагнитных - пустой породы, например, при обогаще­нии железной руды.

К физико-химическим способам обогащения сырья относится флотационный метод, основанный на различной смачиваемости компонентов, входящих в состав сырья.

Жидкие растворы различных веществ концентрируют выпариванием, вымораживанием, выделением примесей в осадок или газовую фазу.

Газовые смеси разделяют на компоненты с помощью различных физических и физико-химических методов, в том числе абсорбцией - поглощением отдельных газов жидкостями и адсорбцией - поглощением газов твердыми поглотителями и разделением сжиженных газов на фракции.

Химические способы обогащения основываются на различной растворимости в тех или иных химических растворителях, т.е. на способности вступать в химические реакции между элементами руды и растворителем. Эти способы наиболее распространены в металлургии и химической промышленности.