1.5. Матеріальні й енергетичні баланси.

Після розробки технологічного процесу складаються матеріальні й енергетичні баланси.

Під технологічним балансом розуміють результати розрахунків, виражених у виді рівнянь, схем або таблиць, що відбивають кількість введених і отриманих у виробничих процесах матеріалів і енергії (прихід і витрата).

Матеріальні й енергетичні баланси мають велике значення для аналізу ефективності виробничого процесу. З їхньою допомогою установлюється фактичний вихід продукції, коефіцієнти використання енергії, сировини, палива й інших матеріалів, а також приймаються рішення по удосконаленню технології.

Матеріальний баланс є кількісним вираженням закону збереження мас: маса матеріалів, що надійшли на технологічну операцію дорівнює масі отриманих матеріалів, включаючи відходи. По кількості відходів судять також про рівень процесу.

Енергетичний баланс є кількісним вираженням закону збереження енергії. Тепловий (енергетичний) баланс складається на підставі матеріального балансу, розраховується й оформляється у виді таблиці.

Тема 2. Енергетика. Технологія видобувної промисловості. Сировина

2.1. Види сировини.

Сировина є найважливішим елементом усякого технологічного процесу. Кожний технологічний процес передбачає перетворення сировини в готову продукцію. Якість сировини, його приступність, вартість, у значній мірі визначає основні показники промислового виробництва.

Сировиною називають речовини природного або штучного (синтетичного) походження, використовуються у виробництві промислової продукції.

В міру розвитку промисловості розширюється сировинна база, зростає мережа збагачувальних виробництв. В останні роки більш широко стала застосовуватись вторинна сировина (відходи виробництва). Наприклад, доменний шлак є основою для одержання деяких видів цементу, будівельних матеріалів, мінеральної теплоізоляційної вати й ін.

В агрегатному стані сировина поділяється на тверде, рідке і газоподібне. Найбільш поширене тверда сировина – вугілля, торф, руди, сланці, деревина й ін. Рідка природна сировина – вода, нафта, соляні розсоли. Газоподібні – повітря, природні і промислові гази.

По походженню розрізняють сировина мінеральна, рослинна і тварина. Особливістю викопної мінеральної сировини є його не відтворення і нерівномірність розподілу по поверхні землі і її надр.

2.2. Мінеральна сировина.

Мінеральна сировина вивчається мінералогією, що має зведення майже про 2500 різні мінерали.

Мінеральну сировину поділяють на рудну, нерудну і пальне.

Рудна сировина - це гірські породи або мінеральні утворення, що містять метали, що економічно вигідно витягати в технічно чистому виді.

Промислові металеві руди містять 1 або кілька металів у необхідній кількості і формі. Руда, по числу металів, які в ній містяться, буває монометалічна (тільки один метал, доцільний для витягу), біметалічна (два метали) і поліметалева (понад два метали).

Моно- і біметалічні руди називають по металам, які в ній містяться: залізні, мідні , свинцево-цинкові, мідно-нікелеві й ін.

Характерним представником поліметалевих руд є саксонські руди, що містять кобальт, нікель, вісмут, уран, срібло й ін.

За рідкісним винятком метали в рудах знаходяться у виді оксидів, сульфідів, тобто в хімічному взаємозв'язку з іншими елементами. У чистому виді в рудах знаходяться золото, платина і деякі інші хімічно нейтральні метали.

По призначенню руда поділяється на руду чорних, кольорових і рідких металів. Руда чорних металів містить у відповідній кількості залізо. Найбільш великі родовища залізних руд (червоного залізняку) на Україні. Це Криворізьке родовище, запаси руди в якому складають 24 млрд. тонн. Зміст заліза в цих рудах – 55 – 69%.

Якщо економічно доцільно, то руду необхідно збагачувати. Процес збагачення складається у видаленні з руди порожньої породи, що не містить метал. Але збагачення - дорогий процес. От чому необхідно перед ухваленням рішення про збагачення провести техніко-економічні розрахунки (обґрунтування).

Руда кольорових металів відрізняється від руди чорних металів (утримуючих залізо) по декількох ознаках:

1. руда кольорових металів розподілена на планеті вкрай нерівномірно й в основному в слабко розвитих країнах;

2. особливості руди кольорових металів полягає у змісті безлічі компонентів металів: золото, срібло, кобальт й ін., що з урахуванням їх вартості економічно вигідно витягати;

3. низький відсоток речовини в руді (5-10%)

Оскільки одержання кольорових металів із руди пов'язано з витратою великої кількості електроенергії, то видобуток і збагачення руд здійснюється в слаборозвинених країнах, а виплавка – у метрополіях, де є енергетична база.

Для одержання 1 тонни чорнової міді потрібно 100 тонн руди, 800 кВт· годин електроенергії, 2 тонни палива, 500 м³ води; 1 тонни алюмінію - 2 тонни глинозему, 18000 кВт· годин електроенергії, 120 м³ води, 0,2 тонни палива.

Збагачення руди біля видобутку вигідно, тому що перевозити породу (80-90 % у руді) на великі відстані невигідно.

Кольорова металургія - багатогалузева. Вона включає одержання основних кольорових металів (алюміній, магній, цинк, олово, ртуть, свинець, сурма й ін.), металів що легують (хром, титан, молібден, нікель й ін.), рідких металів (кадмій, індій, галій, талій, германій, цирконій й ін.), дорогоцінних (золото, срібло, платина).

Розглянемо основні принципи одержання найбільш розповсюджених кольорових металів.

Алюміній. Це найлегший і молодий метал - промислове виробництво практично почалося на початку 20 століття, хоча гідролізний спосіб одержання алюмінію з глинозему був винайдений у 1886 році. У результаті розщеплення глинозему виходила кислота і технічно чистий алюміній.

Раніш алюміній був одним із найдорожчих металів і цінувався дорожче золота. Алюмінієві ґудзики були по кишені тільки дуже заможним людям, а посуд для їжі могли дозволити собі короновані особи.

Запаси алюмінію на землі величезні. Його в 4 рази більше ніж заліза й у 100 разів більше золота. Вважається одним із най розповсюджених металів. Добувається з бокситів, поклади яких маються в 40 країнах. Найбільші запаси бокситів - у Папуа Новій Гвінеї. Алюміній широко застосовується в багатьох галузях промисловості: в авіабудуванні, легкої і харчової промисловості, електротехніці й ін.

Мідь. Один із самих древніх металів (бронзове століття). Завдяки високої електро- і теплопровідності широко застосовується в електротехнічній промисловості, металургії (установки безперервного лиття) і багатьох інших галузях. Мідь є основою сплавів з оловом (бронза) і цинком (латунь).

Відомі 240 мінералів, які містять мідь, але тільки 18 із них мають промислове значення. Найбільші запаси мідних руд у Росії, Чилі, Казахстані, США й ін.

Послідовність одержання міді наступна : видобуток руди, збагачення, спікання концентрату, лиття і бесемерування. Останні стадії вимагають багато тепла, тому, як відзначалося, ці виробництва розташовуються біля паливно-енергетичних баз.

Свинець і цинк. Температура плавлення свинцю - 327^°С, а цинку - 419^°С.

Свинець - важкий і пластичний метал, а цинк – хрупкий метал. Вони легко сплавляються з іншими металами.

Свинець застосовується в багатьох галузях. Зразкове споживання свинцю у відсотках: акумуляторні батареї - 30%, тетраетил свинець для бензину - 20%, кабелі - 10%, спеціальні контейнери для радіоактивних відходів - 30%, інші - 10%.

Цинк, в основному застосовується для одержання латуні, антикорозійних покрить і високоякісного білила. На Україні виробництво цинку здійснюється на Константинівському цинковому комбінаті.

Олово в основному застосовується для одержання білої жерсті, для припоїв (виробництво автомобільних радіаторів, радіотехніка й ін.) і одержання бронзи.

Запаси олова зосереджені в Азії (Монголія, Далекий Схід, Китай, В'єтнам й ін.).

Ртуть широко використовується в медицині, електротехніці, військовій техніці. Ртутна руда - зосереджена по смузі Європи, що проходить через Україну (Никитовка), Румунію, Італію, Іспанію.

Срібло застосовується в електротехніці, стоматології, фотографії, легкій промисловості. Великі запаси срібних руд у Канаді, Мексиці, США, Перу, Австралії.

Золото - це перший метал, який почали використовувати люди. Є одним із найважчих металів, що не окисляється, не розкладається в кислотах і щелочах, має дуже високу електро - і теплопровідність.

У світі є близько 100 000 тонн золота, у тому числі:

36 000 тонн - у центральних сховищах, 20 000 тонн - злитки і монети в приватному володінні,

44 000 тонн - ювелірні вироби. Технічне золото застосовується в ракетній техніці, атомній промисловості, військовій техніці й ін. Найбільші залежи золота – у ПАР. На Україні знайдене золото в 4 місцях: у Карпатах, Луганщині, Дніпропетровську, Кіровограді.

Нерудну сировину, інакше називають мінерально-хімічною. Вона служить джерелом одержання неметалів (сірка, фосфор й ін.), солей мінеральних добрив, а також будівельних матеріалів.

Найважливішими видами нерудної сировини є самородна сірка, апатити, фосфорити, природні солі (калійні, сода, поварена сіль). До нерудної сировини відносяться також алмази і графить.

Розвідані запаси алмазів на планеті складають близько 300 млн. карат ( 1 карат дорівнює 0,2 грами). Найбільші родовища алмазів виявлені в Намібії, Росії, Заїрі (провінція Катанга) і Австралії.

Джерелом одержання будівельних матеріалів є гірські породи, які підрозділяються на вивержені, осадові і метаморфічні.

Вивержені гірські породи: граніт, діабаз, базальт, туф, пемза й ін.

Осадові: гіпс, вапняк, крейда, глина, пісок, гравій.

Метаморфічні: мармур, гнейс, кварцит.

Більшість гірських порід складається з кремнезему (Si₂) і глиноземи (Al₂O₂).