§ 17. Значение химии в решении сырьевой проблемы

Сырье — неотъемлемый элемент любого производственно­го процесса, в том числе и химико-технологического.

11 Природные материалы, используемые в про-I изводстве промышленных продуктов, назы-11 ваются сырьем.

Окружающая нас природа служит неисчерпаемой кладо­вой, из которой промышленность получает сырье. По мере развития науки и техники все новые и новые полезные иско­паемые используются для получения продуктов производства, появляются новые виды сырья, расширяется сырьевая база промышленности.

В связи с бурным развитием промышленности в XX в. рез­ко возрос объем добычи и переработки полезных ископаемых. За последние 40 лет многих полезных ископаемых было до­быто больше, чем за всю историю человечества. В настоящее время в мире ежегодно извлекается и перерабатывается 100 млрд т горных пород. А в химическом производстве в качестве сырья используются не только горные породы. Это приводит к тому, что многие сырьевые источники быстро ис­тощаются, в результате чего возникает серьезная сырьевая проблема. Уже сейчас в ряде стран ощущается острая нехватка отдельных видов сырьевых ресурсов. В Украине, например, не хватает такого горючего минерального сырья, как нефть и при­родный газ.

Несоответствие между запасами и потреблением некото­рых видов сырья выдвигает проблему его бережного и рацио­нального использования. В связи с этим химики ставят перед собой следующие основные задачи:

1. изыскание и применение дешевого сырья, новых видов альтернативных сырьевых материалов;

1. комплексное использование сырья;

2. разработка новых эффективных методов рециркуляции, т. е. многократного использования различных видов сырья, например металлов;

2. использование отходов в качестве сырья.

В настоящее время химики стараются использовать мест­ное сырье. Это выгодно, поскольку не требует затрат на даль­ние перевозки. История развития химической промышленно­сти знает немало примеров, когда то или иное вещество из пустой породы или отходов производства превращалось в цен­ное сырье. Например, хлорид калия КО в конце прошлого века был пустой породой при добыче поваренной соли из сильви­нита (минерал КС! • №С1). В настоящее время сильвинит пере­рабатывают с целью извлечения хлорида калия КС1 как ценно­го минерального удобрения, а хлорид натрия КаС! превратил­ся в отход производства.

Многие редкие металлы раньше не находили применения из-за их промышленной недоступности, однако потребности в этих металлах атомной энергетики, микроэлектроники, радио­техники, космической техники, которые сегодня определяют научно-технический прогресс, сделали возможным промыш­ленное извлечение рассеянных элементов.

Комплексное использование сырья направлено на приме­нение всех его основных частей для получения полезных про­дуктов или материалов. Это означает, что из одного вида сырья можно получать большое количество различных продуктов. Например, в настоящее время древесина используется не толь­ко как источник получения мебели, но и как источник огром­ных материальных ценностей (схема 1).

Химики в ответе за рациональное использование сырья, его комплексную переработку, ликвидацию отходов, многие из которых наносят непоправимый ущерб окружающей среде и здоровью людей. Значит, разработка новых способов комп­лексного использования сырья имеет огромное значение.

Химия имеет большое значение и в разработке способов перевода уже прореагировавших веществ в их первоначальное состояние для повторного использования (рециркуляция, реге­нерация сырья).

Например, уже сейчас довольно широко используются металлы в виде вторичного сырья (так называемого скрапа). Около половины мирового производства стали базируется на скрапе.

Промышленные и бытовые отходы отравляют водоемы, заражают почву и воздух, загромождают территории. А ведь они являются неиссякаемым источником сырья. Задача хими­ков заключается в обезвреживании и использовании отходов. С этой целью строят специальные очистные сооружения. В Украине установлены нормы допустимого содержания ве­ществ в промышленных выбросах и сточных водах. Но главная задача химиков состоит в создании безотходных производств, в которых отходы используются для получения необходимых продуктов. Реализация этой задачи тесно связана с комплекс­ным использованием сырья и комбинированием производств, когда отходы одного завода становятся сырьем для другого. При этом завод перерастает в комбинат.

Задания для самоконтроля

104. В чем суть сырьевой проблемы? Мотивируйте ее возник­ новение.

105. Раскройте значение химии в решении сырьевой проблемы.

106. В промышленности для получения ацетилена в качестве сырья используют карбид кальция и метан. Напишите уравнения реакций получения ацетилена этими способами и объясните, какой из них более рациональный и почему.

107. Сырьем для производства серной кислоты служит серный колчедан. Вычислите массовую долю использования серы, если из 400 т серного колчедана с массовой долей серы 46 % произведено 280 т серной кислоты.

108*. При окислении спирта образовалась одноосновная кар-боновая кислота, для нейтрализации 22 г которой потребовалось 59,4 мл раствора щелочи с массовой долей гидроксида калия 20 % и плотностью 1,18 г/мл. Определите формулу спирта, послужившего сырьем для получения карбоновой кислоты, напишите структурные формулы его возможных изомеров и их названия.

109*. Как получить бензол из метана? Напишите уравнения реакций и укажите условия их осуществления.