2.3. Нанотехнологии
Нанотехнология - отрасль молекулярной технологии, ориентированная на создание путем манипуляций с объектами нанометрических размеров, устройств, веществ и материалов со специальной структурой и комплексом физических, химических и биологических свойств.
Все варианты нанотехнологий основаны на локальном, с точностью до нанометров и даже к отдельным атомам, управлении атомно-молекулярными реакциями.
Тот, кто раньше овладеет нанотехнологиями, займет ведущее место в техносфере будущего.
Термин "нанотехнология" введен в 1974 году Н. Танигучи для манипуляций с объектами размером меньше 1 мкм. Практическая же реализация некоторых нанотехнологичних процессов стала возможной лишь после изобретений сканирующих тунельного и атомно-силового микроскопов в 1981 и 1986 годах.
Основные направления нанотехнологий:
-изготовление электронных схем и нанокомпьютеров с активними элементами атомно-молекулярных размеров;
- разработка и изготовление наноизделий, способных работать с объектами молекулярных размеров;
- созданию материалов с комплексом нужных свойств путем манипуляций атомами или молекулами при перестройке существующих структур или методом молекулярного сбора;
- разработка и изготовление легких, композиционных, сверхпрочных и высоковедущих материалов;
- создание наноматериалов для высокоэффективного производства и контроля качества продуктов питания.
Уже в настоящий момент для технологического контроля при изготовлении цифрових видеодисков используют нанотехнологии, а С. Деккер на основе нанотехнологий в 1998 году создал транзистор.
Нанотехнологии перспективные для военного использования при создании специального обмундирования или противодействия невидимости летательных аппаратов.
Нанотехнологии могут привести мир к третьей НТР - новой наноиндустриальной революции, которая радикально изменит не только экономику, но и жизненную среду человека. За научными прогнозам, их развитие через 10-15 лет даст возможность создать новую отрасль экономики с годовым оборотом около 15 млрд долларов США и 2 млн рабочих мест.
Переход к нанотехнологиям - это качественный прыжок от манипуляций с веществами к манипуляциям с отдельными атомами и молекуламы.
Развитие нанотехнологий приведет к коренной перестройке практически всех высокотехнологичных отраслей: кибернетики, электроники, ядерной и лазерной техники, биологии, медицины, сельского хозяйства, экологии.
Таким образом, современными передовыми технологиями, которые без сомнений, повлияют на научно- техническое и социальное развитие мирового сообщества являются технология высокоскоростной обработки, биотехнологии, нанотехнологии, ультразвуковые технологии. Идеология новой НТР будет связана с интеллектом человека, его интересами и повышенными потребностями в образовании, свободе и самовыражении.
3. Характеристика добывающей промышленности
История горного дела - это история постепенной передачи машинам и приборам функций человека. Современные методы горной добычи отличаются от методов, которые использовались в прошлых столетиях. Но суть их одна - комплекс работ по добычи из массива горных пород, их поднятие, транспортировка и переработка.
Развитие общества связано с систематическим увеличением потребности в топливно-энергетических ресурсах. Предусматривается, что рост мирового добычи важнейших видов полезных ископаемых составит не меньше 1-2% на год.
Особенностью минерально-сырьевого баланса Украины является искусственно низкое качество почти всех видов сырья и более глубокое залегание сравнительно с аналогами в странах рыночной экономики (практически нигде в мире угль и железную руду не добывают из таких глубин, как в Украине).
Ресурсы нефти и природного газа представлены преимущественно мелкими и глубоко залягающими месторождениями, что ограничивает увеличение добычи.
Освоение Черноморского и Азовского шельфа, по оценкам, может дать значительную часть прироста добычи. По оценке экспертов, нефтедобыча в Украине может вырасти от 4,1 млн. т в 1997 году до 8,0-8,5 млн. т. в 2015 году. Но для этого следует наращивать объемы эксплуатационного и разведывательного бурения, осваивать новые месторождения (в том числе в акватории Черного и Азовского морей), внедрять новые технологии и тому подобное.
Добыча природного газа тоже можно и нужно увеличить до 35-40 млрд т. в 2015 г., то есть к такому уровню, который превышает уровень 1997 года в 1,9-2,2 раза и обеспечивает половину нынешних потребностей Украины в природном газе.
Все это требует решение ряда проблем, какие характерные также для нефтедобывающей промышленности (интенсификация геологоразведочных работ с применением технических средств, внедрения эффективных технологий бурения и разработки месторождений, в том числе на шельфе морей, и тому подобное).
Наиболее неотложными проблемами последующего развития угольной промышленности, этой особенно масштабной отрасли, является ее реструктуризация и возобновление шахтного фонда. В случае их решения создадутся условия для постепенного наращивания угледобычи: по прогнозу - до 100-105 млн т. в 2015 году (в 1997 году - 75,9 млн т.).
Последующее развитие и укрепление минерально-сырьевой базы возможно по разным направлениям:
- расширение поисковых и геологоразведочных работ для выявления больших и богатых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах, увеличения объемов разведанных запасов на действующих горных предприятиях, улучшение географического расположения разведанных запасов в горнопромышленных регионах;
- более широкое использование месторождений полезных ископаемых, расположенных в зоне морских склонов, шельфов;
- создание и использование принципиально новых, нетрадиционных, высокоэффективных средств добычи, обогащения и переработки минерального сырья;
- комплексное освоение месторождений полезных ископаемых и использования минерального сырья;
- детальное обследование, изучение, оценка и постановка на учет запасов техногенних месторождений, то есть минеральных накоплений в недрах и на поверхности, которые образовались под воздействием человеческой деятельности;
- сокращение потерь минерального сырья на всех этапах освоения и использования запасов недр, особенно на стадиях обогащения и переработки минерального сырья;
- привлечение в разработку запасов полезных ископаемых, которые раньше не изымались;
- создание новых месторождений и материалов, которые заменяют продукцию минерально - сырьевого комплекса, органический синтез минерального сырья и получение искусственных продуктов (бриллиантов, рубинов, слюды, конструкционных материалов но др.)
Добывающая промышленность Украины занимается добыванием из недр земли, из воды и лесов разных видов сырья, топлива и других продуктов.
В ее состав входят такие отрасли: топливодобывающая, горнорудная, горнохимическая, нерудная, заготовка древесины и др.
Предприятия добывающей промышленности Украины добывают около 40 видов основных полезных ископаемых и за своей мощностью имеют возможность ежегодно добывать их около 1 млрд. т.
Топливодобывающая отрасль является основой развития энергетики страны, которая, в свою очередь, создает условия для интенсивного развития на базе современных технологий всех других отраслей материального производства.
Топливо - это органические соединения, которые способны при высокой температуре вступать в химическую реакцию с кислородом воздуха и выделить определенное количество тепла.
Топливо бывает естественное и искусственное.
К естественному принадлежит: древесина, торф, бурый и каменный уголь, антрацит, сланец, нефть и природний горючий газ.
К искусственному топливу принадлежит: древесный уголь, торфяной кокс, угольные и торфяные брикеты, мазут, бензин и топливные газы (генераторный, коксовый и доменный).
Искусственное топливо образуется в результате переработки естественного топлива. Во время переработки из них добывают также разные ценные продукти (минеральные масла, фармацевтическую продукцию, краски и др.).
Показателем, который характеризует ценность того или другого топлива, является его теплотворная способность.
Основные процессы горного производства
Добычи полезных ископаемых предшествует их разведка для поиска месторождений, определения количества и качества полезной ископаемых, установления основных элементов ее залегания в недрах и характера и свойств окружающих пород.
Когда обнаружены и утверждены достаточные запасы полезной ископаемых, а также техническая и экономическая целесообразность ее использования, начинается строительство горного предприятия.
На практике выделяют два главных способа разработки месторождений твердых полезных ископаемых: подземный и открытый.
Подземным називають способ, при котором месторождения разрабатывают с помощью подземных горных выработок.
В процессе разработки месторождений подземным способом выделяют три стадии горных работ: рассечение, подготовку и очистительное исключение.
Рассечением называют обеспечение доступа с поверхности земли (или его части) с помощью проведения горных выработок для создания условий подготовки полезного ископаемого к исключению.
Горные выработки, которые имеют непосредственный выход на земную поверхность, называют вскрывающими или капитальными (стволы, шахты).
В период эксплуатации по этим выработкам транспортируют полезные ископаемые, пустые породы, людей, оборудование, материалы, а также через них вентилируют горные выработки, делают водоотлив, канализацию энергии. Запасы полезных ископаемых, для разработки которых проведении все необходимы выработки рассечения, называются раскрытыми запасами.
Правила безопасности и технической эксплуатации шахт требуют не менее двух выходов из подземных горных выработок на земную поверхность: по одному из них поступает в шахту свежий воздух, перемещаются люди, порода, вспомогательные материалы, грузы и коммуникации, а по второму отходит отработанный воздух и выдаются полезные ископаемые.
После рассечения месторождения и прохождения необходимого количества подготовительных выработок приступают к очистительным работам, после чего начинается исключение полезных ископаемых из месторождений.
Подземный организм шахты сложен. Он имеет хозяйство по обеспечению производства электроэнергией, службы, которые ведают вентилияциею, откачиванием воды; есть штреки, ходки, вентиляционные и грузовые штреки, проложенные километры конвейеров, есть железная дорога, по которой маленькие электровозы перевозят вагонетки. Но главное рабочее место в шахте - очистительный забой или лава: здесь добывается полезное ископаемое.
Лава- это подземный коридор, который разрезает по горизонтали на пласты. Его длина - 200 м, а ширина- около 3 м, высота меньше 1 м (высота лавы равняется толще угольного пласта).
Для нормальной и безопасной работы под землей все подземные выробки должны быть обеспечении свежим воздухом, который достигается вентиляцией. При этом должно быть обеспечено поддержка в горных выработках нормальной температуры, влажности и удалением продуктов взрывных работ, пыли и газов.
При подземном способе разработки основные производственные процессы производятся в подземных горных выработках. Предприятия по добычи уголя называют шахтами, по добыванию руды - рудниками.
Когда полезные ископаемые выходят на поверхность или залегают под небольшим (до 80-120 м) слоем пустых пород, то они разрабатываются открытым способом. При этом основные процессы горных работ происходят в горных выработках незамкнутого контура, открытых в атмосферу - наземных. Открыт способ разработки используется при добывании угля, руд черных и цветных металлов, горнотехнического сырья и строительных материалов.
В сравнении с подземными он обеспечивает более полное исключение полезных себестоимость добычи полезных ископаемых, большие масштабы добычи, безопасные условия работы и благоприятные условия для привлечения високопродуктивних и больших машин. Однако при открытом способе приходится вынимать из недр земли пустых пород в несколько раз больше, чем полезных ископаемых. Кроме того, проветривание в карьерах осуществляется тяжелее и наносится большой вред окружающему среде.
Основными этапами открытой разработки месторождений является подготовка поверхности, осушения, рассечение и эксплуатация месторождения, возобновления нарушенные горными работами земель (рекультивация).
Конечным процессом горного производства является обогащение полезных ископаемых, которое состоит из первичной обработки сырья путем механического разделения на компоненты с выделением концентратов. Этим достигается приведение добытого сырья в состояние, которое обеспечивает возможность непосредственного использования (строительные материалы, ценные камни, уголь) или последующей технологической переработки (разные руды). Обогащение полезных ископаемых происходит на специальных обогатительных фабриках. Иногда обогащение связано с добычей сырья (первичное обогащение в забое за счет сортировку ископаемого и исключение из нее пустых включений и пород, рудоразрабока, обогащение на драгах и при гидравлической разработке.
Таким образом, добывающая промышленность занимается добычей из недр земли, из воды и лесов разных видов сырья, топлива и других продуктов.
В ее состав входят такие отрасли: топливодобывающая, горнорудная, горнохимическая, нерудная, заготовка древесины и др. Предприятия добывающей промышленности Украины добывают около 40 видов основных-полезных ископаемых и за своей мощностью имеют возможность ежегодно добывать их около 1 млрд. т.
Особенностью минерально-сырьевого баланса Украины является искусственно низкое качество почти всех видов сырья и более глубокое залегание сравнительно с аналогами в странах рыночной экономики.
Ресурсы нефти и природного газа представлены преимущественно мелкими и глубоко залягающими месторождениями, что ограничивает увеличение добычи.
Технологии добычи угля, нефти, природного газа и торфа