1.2 Колообіг Оксигену, Нітрогену, Карбону в природі. Охорона довкілля

Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.

Колообіг оксигену.

Хімчні елементи у вільному стані існують у формі простих речовин. Так, елемент Оксиген утворює дві прості речовини — кисень 0₂ та озон 0₃.

Пригадайте, що являє собою кисень 0₂, які характерні властивості він має, для чого використовується і яку роль відіграє у природі.

Якщо на кисень подіяти електричним розрядом, то з'являється характерний запах свіжості — утворюється газуватий озон:

30₂ ⇔20₃;     ΔH = 283,6 кДж. 

Кисень  поглинає енергію і перетворюється на озон, а озон самовільно розкладається, утворюючи кисень.

Обидві прості речовини — кисень 0₂ і озон 0₃ — утворені одним і тим самим хімічним елементом — Оксигеном, а властивості у них різні.

Отже, кисень 0₂ і озон 0₃ — алотропні форми елемента Оксигену.

Біля поверхні Землі озону мало. Його концентрація у повітрі коливається (вночі менша, вдень більша). Влітку і навесні його в повітрі у 3,5 раза більше, ніж узимку і восени. Над полярними частинами Землі вміст озону в повітрі вищий, ніж над екватором, в атмосфері міст — вищий, ніж у сільській місцевості. 3 віддаленням від поверхні Землі концентрація озону збільшується і досягає максимуму на висоті 20 — 25 км. Там утворюється так званий озоновий шар.

Озоновий шар відіграє значну роль у збереженні життя на нашій планеті. Він затримує найбільш згубну для людини, тварин і рослин частину ультрафіолетової радіації  Сонця, яка спричинює онкологічні (ракові) захворювання шкіри. Окрім того, озоновий шар разом з вуглекислим газом С0₂ поглинає інфрачервоне випромінювання Землі і тим самим запобігає її охолодженню. Так озоновий шар забезпечує збереження життя на Землі.

Виникає запитання, звідки ж береться озон в атмосфері і як саме він захищає нас.

Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери внаслідок поглинання киснем ультрафіолетового випромінювання Сонця:

0₂ + hv → О + О

О + 0₂ → 0₃

Крім того, поглинаючи променисту енергію Сонця (фотони), молекули кисню переходять у збуджений стан (помічено зірочкою) і під час дальшої взаємодії зі звичайним киснем також утворюють озон:

0₂ + hv → 0₂*

0₂ + 0₂ → 0₃ + О

О + 0₂ → 0₃ 

Озон, що утворився, огортає Землю з усіх боків. Але молекули озону існують недовго. Відбувається зворотна реакція фотохімічного розкладу озону, яка, власне, являє собою поглинання озоном фотонів:

0₃ + hv → 0₂ + О

Отже, в атмосфері існує цикл озону — збалансовані утворення і розклад його. Результатом існування цього циклу є перетворення ультрафіолетового випромінювання Сонця на теплову енергію. Але для нас головна «заслуга» озону полягає в тому, що він, «жертвуючи собою», поглинає ультрафіолетове випромінювання і тим самим не допускає високоенергетичні фотони Сонця до Землі.

Озоновий шар не є стабільним. Він може самовільно то збільшуватись, то зменшуватись над певною місцевістю по кілька разів на рік. Під впливом природних факторів (фото-хімічного розкладу, виверження вулканів, значного переміщення великих повітряних мас), а більшою мірою під впливом забруднення навколишнього середовища він зазнає руйнування, внаслідок чого утворюються так звані «озонові дірки», які збільшують ультрафіолетове навантаження на все живе на Землі.

Причиною техногенного руйнування озонового шару є забруднення атмосфери оксидами нітрогену, наявність яких у 20 разів збільшує токсичність озону. Так, масове викидання в атмосферу вихлопних газів реактивних літаків, що містять оксиди нітрогену, руйнує озоновий шар. Окрім того, використання хлоро- і флуоровмісних речовин (фреонів) у холодильних машинах також спричинює руйнування озонового шару. Адже фреони, якщо потрапляють в атмосферу, реагують лише з озоном, бо відносно інших речовин вони інертні. Внаслідок цього над місцевістю може утворитися «озонова дірка». 

Над Україною (окрім південної частини) загальний вміст озону за останні 20 років зменшився на 6 %, і утворилася і аномальна зона.  Вам про це слід пам'ятати!  Особливо небезпечна «озонова дірка» влітку. У цей період дуже потерпають очі, тому треба користуватися сонцезахисними окулярами. Варто утримуватися і від загару, щоб не зашкодити шкірі.

Як ви гадаєте, чому кисень і озон, що складаються з одного й того самого хімічного елемента, мають різні властивості, тобто у чому полягає суть алотропії?

Алотропія кисню й озону зумовлена різною кількістю атомів Оксигену в молекулах речовин — 0₂ і 0₃.

Колообіг Нітрогену в природі

Хімічні елементи, як і вся природа, перебувають у постійному русі. Процеси відбуваються в усіх трьох оболонках Землі — літосфері, гідросфері, атмосфері. Значну роль у процесах,  що відбуваються у природі, обирає біосфера — зона існування живих організмів. Так, вам відомо, що Нітроген входить до складу білків і, отже, зумовлює існування рослин, тварин, взагалі життя на 3eмлі.

У природі Нітроген зустрічається як у вільному стані, так і у зв'язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря (об'ємна частка N₂ становить 78 %, масова — 75,6 %). Оскільки азот з повітря витрачається мало, його запаси в атмосфері залишаються сталими. У вигляді неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в ґрунті. Проте у вигляді складних органічних сполук — білків — він увіходить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.

З Нітрогену складається азот  N₂, його багато в повітрі. Проте безпосередньо з повітря Нітроген у вигляді азоту засвоюють лише деякі бактерії, а всі інші організми здатні засвоювати Нітроген тільки у складі сполук.

Рослини засвоюють Нітроген неорганічних сполук, які у ґрунті, у вигляді йонів NH₄ і NO₃. У рослинах здійснюється синтез білків. Рослини частково поїдаються травоїдними тваринами, і білкові речовини потрапляють до організму тварин. Під час гниття залишків рослин і тварин під впливом спеціальних бактерій відбуваються складні біохімічні процеси, внаслідок яких органічні сполуки, що містять Нітроген, перетворюються на неорганічні сполуки Нітрогену, які повертаються в ґрунт. Ці сполуки знову засвоюються рослинами, і цикл перетворень замикається.

Рисунок 1.1 Колообіг нітрогену

Крім того, під час грози атмосферний азот сполучається з киснем, утворюючи NО, що окиснюється киснем повітря до NО₂ і   зрештою перетворюється на нітратну кислоту (кислі дощі), яка потрапляє в ґрунт і там унаслідок взаємодії з мінералами переходить у нітрати.

Зв'язування атмосферного азоту в основному здійснюється в біосфері за рахунок життєдіяльності бульбочкових бактерій, що живуть на корінні деяких бобових рослин (конюшина, люцерна, люпин та ін.).

Існують у природі й зворотні процеси: одночасно відбувається розкладання нітрогеновмісних речовин і виділення вільного азоту  в атмосферу (також робота спеціальних бактерій). Перетворення Нітрогену органічних сполук на вільний азот відбувається і під час лісових пожеж.

Отже, в природі постійно відбуваються процеси утворення сполук з атмосферного азоту і розкладання цих сполук до вільного азоту, тобто відбувається кругообіг Нітрогену.

Збираючи врожай, людина втручається у цей процес, Порушуючи природну рівновагу, збіднюючи ґрунт Нітрогеном. Тому й треба постійно вносити Нітроген у ґрунт у вигляді азотних добрив.

Ви вже знаєте, що вивченням питань живлення рослин і підвищенням їхньої урожайності за допомогою застосування добрив займається агрохімія. Великий внесок у розвиток цієї науки зробили французький учений Ж. Б. Буссенго німецький хімік Ю. Лібіх і російський учений Д. М. Прянишников.

Колообіг Карбону в природі

Природні сполуки, до складу яких входить Карбон, постійно зазнають змін, внаслідок яких здійснюється кругообіг Карбону.

Важлива роль колообігу Карбону належить оксиду карбону(IV), що входить до складу атмосфери Землі. Цей газ надходить в атмосферу внаслідок багатьох процесів-виверження вулканів, горіння палива, розкладання вапняку, дихання людини,  тварин  і  рослин, процесів бродіння  і гниття.

З повітря С0₂ у значних кількостях поглинається наземними рослинами та фітопланктоном Світового океану. Процес поглинання С0₂ відбувається тільки на світлі — фотосинтез, внаслідок якого утворюються органічні сполуки, що містять Карбон. Внаслідок фотосинтезу в атмосферу виділяється кисень 0₂:

_hv nС0₂ + mН₂0 С_n(Н₂0)_m + n0₂↑                           _{хлорофіл}

Із рослин, які поїдаються тваринами, Карбон переходить у тваринні організми. Тварини виділяють Карбон у вигляді вуглекислого газу під час дихання. Рослини і тварини з часом відмирають, починають гнисти, окиснюватись і частково перетворюватись на С0₂, що повертається у повітря й знову поглинається рослинами. А частково рослинні та тваринні рештки у ґрунті перетворюються на горючі копалини — кам'яне вугілля, нафту, природний газ. Горючі копалини використовують як паливо, внаслідок згоряння якого С0₂ знову повертається в атмосферу.

Вуглекислий газ із атмосфери поглинається також водою Світового океану й реагує з гірськими породами під час їх руйнування. Відтак утворюються вапняки, доломіти та інші карбонати. Така різноманітність процесів забезпечує постійний кругообіг Карбону в природі.

Проте через різке збільшення спалювання різних видів палива вміст вуглекислого газу в атмосфері дедалі збільшується, а вміст кисню зменшується. Порушення рівноваги між вмістом кисню й вуглекислого газу в атмосфері може призвести до так званого «парникового ефекту» (шар С0₂ відіграє таку саму роль, як скло в теплиці). Це доволі загрозливе явище. Річ у тім, що вуглекислий газ вільно пропускає на Землю випромінювання Сонця, але сильно затримує теплове випромінювання Землі. Порушується нормальна тепловіддача Землі у космічний простір, а це спричинює потепління клімату.

Потепління клімату Землі може викликати танення льодовиків і призвести до підвищення рівня Світового океану. В результаті позатоплюються всі низько розташовані частини материків — низини, що межують з океаном і густозаселені. Почнеться танення вічної мерзлоти, що спричинить заболочування великих територій, випадання рясних дощів, а це позначиться на сільському господарстві тощо.

Відомо, що головним регулятором співвідношення вуглекислого газу і кисню в атмосфері Землі є фотосинтез. Ще 50 років тому це співвідношення було оптимальним: об'ємна частка кисню в атмосфері становила 21 %, вуглекислого газу — 0,03 %. Нині нормальне співвідношення порушується. Господарська діяльність людини, з одного боку, призводить до посилення викидів С0₂ в атмосферу, а з другого — до знищення «природних лабораторій», в яких здійснюється фотосинтез, тобто поглинається вуглекислий газ (вирубування лісів, масова загибель фітопланктону тощо). Отже, нині проблема охорони навколишнього середовища, у тому числі й повітря, дуже гостра, без її розв'язання людство не зможе вижити.

Карбон у природі Масова частка елемента Карбону на Землі порівняно незначна, становить 0,1 %. Проте його значення в житті природи виключно велике. На відміну від Силіцію він зустрічається в природі як у вільному стані у вигляді простих речовин (алмаз, графіт), так і у зв'язаному — у вигляді численних мінералів: карбонатів, нафти, торфу, природного газу, сланців, вугілля тощо. Карбон міститься в атмосферному повітрі у вигляді вуглекислого газу (об'ємна частка С0₂ 0,03 %). Окрім того, всі рослинні й тваринні організми складаються з речовин, в утворенні яких головна роль належить Карбону. У гідросфері оксид карбону(IV) С0₂ у розчинному вигля-ді міститься в деяких мінеральних водах (Свалява, Лужанська, Єсентуки, Боржомі). Отже, цей елемент — один із найпоширеніших на Землі — в літо-сфері,атмосфері,гідросфері, хоча загальний вміст його й невеликий.

Сполуки, що містять у своєму складі Карбон, заведено називати органічними.

Виняток становлять оксиди карбону, карбіди, карбонатна кислота, карбонати та деякі інші сполуки Карбону, що вважаються неорганічними.

Різноманітність і величезна кількість органічних речовин зумовили виділення хімії сполук Карбону, тобто органічної хімії, в окремий розділ сучасної хімії, вивчення якого ви починаєте.

Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь

1. Як відбувається колообіг Карбону в природі?

2. Яку роль у процесі колообігу відіграє фотосинтез?

3. Що таке «парниковий ефект»? Які заходи потрібні, щоб протидіяти цьому явищу? Відповідь мотивуйте.

4. Як відбувається колообіг Оксигену в природі?

5. Як відбувається колообіг Нітрогену в природі?

ЛІТЕРАТУРА

[1(114-120), 3(18-19,76-78,99-102,106-107),6(103-110)]

2 Метали і сплави в сучасній техніці, розвиток

металургійної промисловості. Охорона довкілля

Мета роботи : ознайомити студентів з історією вивчення клітини, розглянути основні методи цитологічних досліджень та особливості їх використання для вивчення різних типів клітин.

Студенти повинні знати: сплави та галузі їх застосування.

Базові поняття й терміни :сплави, металургія,

Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.

Більшість металів у земній корі перебуває у вигляді сполук з іншими елементами. У самородному стані трапляються тільки благородні метали, (золото, платина, платинові метали, частково срібло, мідь і ртуть). Мінерали або їх суміші, придатні для промислового добування металів, називаються рудами. Рудами є суміші благородного металу або його сполуки з різними силікатами. Найважливішими рудами є оксидні та сульфідні. Пустою породою називаються домішки, що супроводжують метал або його сполуку в руді. Найчастіше в земній корі трапляються малорозчинні у воді та стійкі проти окиснення мінерали.

Сплави.

Метали в розплавленому стані розчиняються один в одному і при охолодженні утворюється твердий розчин – або сплав. Сплави – це системи із двох або більше металів, а також металів і неметалів. Основою сплавів служать такі метали як залізо, мідь, алюміній, магній, титан. Із неметалів важливими компонентами є вуглець, бор, кремній та ін. Сплави за фізичними властивостями відрізняються від вихідних металів: вони тверді, гірше проводять електричний струм і теплоту. Як правило домішки знижують температуру плавлення твердих тіл, тому сплави плавляться при нижчій температурі, як чисті метали. Домішки металів затрудняють переміщення вільних електронів внаслідок чого знижується електропровідність металів. Сплави бувають тверді та м’які, тугоплавкі, легкоплавкі, жаростійкі, кислотостійкі, стійкі до дій лугів. а) види сплавів. Сучасна техніка використовує більше 5000 сплавів.

Особливо виділяються алюмінієві сплави:

1) дюралюміни. Дюралюміни в своєму складі можуть містити: Cu; Mg; Mn; Zn; Fe; Ti, іноді Si. Дюралюміни міцні і легкі, теплопровідні, корозійно стійкі використовують в авіабудуванні для виготовлення деталей турбореактивних двигунів;

2) магналії – сплави алюмінію з великим вмістом Mg, Mn, Ni, Be, Ti, Zr іноді Zn. Магналій відрізняються високою міцністю і стійкістю до корозії в прісній і навіть в морській воді, стійкі до кислот. Застосовують для виготовлення арматури будівельних споруд, деталей холодильних установок, декоративних побутових предметів, в авіа-, судно- і машинобудуванні;

3) силуміни – сплави на основі алюмінію з високим вмістом Si. До складу силумінів входять: Si, Cu, Mg, Mn, Ni іноді Zn, Cr, Ti та ін. Силуміни використовують в авіабудуванні, вагонобудуванні, автомобілебудуванні, будівництві сільськогосподарських машин, деталі коліс, корпусів і деталей приладів;

4) САП – сплав Al і Al₂O₃ (20–22 %) володіє підвищеною стійкістю до окиснення, незмінний там, де температура експлуатації перевищує 400 °C. Широко застосовуються сплави на основі міді – латуні і бронзи. Латунь містить до 45 % цинку (проста латунь). Спеціальні латуні крім міді і цинку містять залізо, алюміній, олово, кремній. З неї виготовляють труби для конденсаторів і радіаторів, деталі механізмів, в суднобудуванні завдяки високій корозійній стійкості. Латунь з високим вмістом міді через свою подібність до золота використовують для ювелірних і декоративних виробів. Бронза – це сплави міді з іншими речовинами: Cu–Sn, Cu–Al (5–10 %), Cu–Pb (33 %), Cu–Si (4 %) використовують для виготовлення деталей машин, посуду. б) застосування сплавів

Для авіації застосовують легкі сплави на основі магнію, титану, алюмінію. Для металообробної промисловості з використанням вольфраму, кобальту, нікелю. В електротехніці – сплави на основі міді. Потужні магніти – продукти взаємодії Кобальту, Самарію та інших рідкоземельних елементів. Для машинобудування необхідні сплави легкі, нерозчинні в кислотах, стійкі в агресивних газових середовищах, теплопровідні, магнітні або немагнітні. Для медицини, зокрема хірургії і протезування, крім стійкості до мікроорганізмів, окиснення, сплави повинні «зростатися» з людським організмом. в) Чавун і сталь. Найбільше значення у сучасній техніці мають сплави заліза з вуглецем, а не чисте залізо. Залежно від кількісного вмісту вуглецю сплавам дали назви чавун або сталь. Чавун – це сплав заліза, в якому міститься більше 1,7 % Карбону, а також домішки Силіцію, Мангану, Сульфуру, Фосфору. Він твердіший за залізо, крихкий, не піддається куванню і прокатуванню і розбивається внаслідок удару. Розрізняють два види чавуну: сірий і білий.

Сірий чавун (ливарний) містить Карбон у вигляді графіту і на зломі має сірий колір. У техніці він застосовується для відливання важких частин машин, маховиків, плит, труб, ґрати для мостів, хімічної апаратури.

Білий чавун (переробний) містить Карбон у складі цементиту Fe₃C світліший за сірий. Цей чавун переробляють на сталь.

Домішки Сульфуру надають чавуну червоноломкість (виникнення тріщин при гарячій механічній обробці), а Фосфору – холодноломкість (крихкість при обробці за звичайних умов).

Сталь – це сплав заліза, вміст Карбону в якому від 0,3 до 1,7 %. Сталь на відміну від чавуну легко піддається куванню і прокатуванню. При швидкому охолодженні вона виходить дуже твердою, при повільному – м’якою. М’яку сталь легко обробляти. Розрізняють конструкційні, інструментальні та леговані сталі. Конструкційні сталі мають високу міцність і пластичність, добре обробляються тиском, різанням, зварюються. Інструментальні сталі мають високу міцність, твердість, стійкі до корозії. З них виготовлять деталі газових турбін, реактивних двигунів, ракетних установок. З магнітних сталей роблять магнітне обладнання.

Для добування легованих сталей, до них додають легуючі елементи, які надають сталі певних властивостей, підвищують твердість і температуростійкість. Так, хромомолібденові і хромованадієві сталі застосовують для виготовлення трубопроводів і деталей компресорів у реактивних двигунах, що працюють при високому тиску і температурі. З хромовольфрамових сталей виготовляють інструменти, які працюють при великих швидкостях і високих температурах. Марганцевисті сталі дуже стійкі до тертя та удару. Хромонікелеві сталі мають високу механічну міцність, жаростійкі та стійкі проти корозії, з них виготовляють деталі машин та предмети домашнього вжитку.

Застосування сплавів

• Літако–, ракето–, авто–, суднобудування.

• Виготовлення швидкоріжучих інструментів, конструкційні матеріали стійкі до агресивних середовищ, феромагнітні вироби.

• Виготовлення дробильних установок, залізничних рейок, автомобільних осей.

• Виготовлення монет, предметів домашнього вжитку, золочення, виробництво дзеркал, ювелірні вироби, зубні протези.

•  Виготовлення трансформаторів, хімічної апаратури, лабораторного посуду, декоративно-прикладні вироби, скульптури.

• Виготовлення ниток електроламп, деталей електронагрівачів.

Металургія.

Добуванням металів з руд займається галузь промисловості – металургія. Розрізняють чорну і кольорову металургію.

Сферою чорної металургії є виробництво чавуну, сталі, сплавів на основі заліза, а кольорової – добування інших металів.

Для добування металу з його сполуки, що міститься у руді, потрібно його відновити. Відновниками в металургії слугують вуглець (кокс), карбон (ІІ) оксид, водень, активні метали. Для добування металів також використовують постійний електричний струм. Якщо метал добувають за високої температури, то відповідна галузь металургії називається пірометалургією, якщо за допомогою реакцій у водному розчині – гідрометалургією, а якщо з використанням електролізу – електрометалургією. При здійсненні реакцій за участю коксу або активних металів утворюються метали в розплавленому стані – металотермія. Відновлення оксидів газами СО і Н₂ – порошкова металургія (здебільшого добувають металічні порошки.

Чорна металургія – потужне джерело забруднення навколишнього середовища. Негативно впливають на природу підприємства зі збагачення руди. Пуста порода здебільшого залишається на земній поверхні й не використовується, а пил потрапляє в атмосферу.

Не зважаючи на те, що залізо добувати важко, варіння його для наших пращурів було звичайною справою, так стверджують археологи.

Виробництво заліза на території України відоме з VII–V ст. до н.е. За часів Київської Русі набув поширення так званий сиродутий процес добування заліза способом безпосереднього відновлення залізних руд деревним вугіллям у горнах. Одну з найбільших домн XIII століття розкопали поблизу Бердичева. У XIV–XVIII ст. на Поліссі, Київщині, у Прикарпатті й Галичині здійснювалось виробництво у горнах і примітивних домницях. На Поліссі наприкінці XVIII ст. з’явилися перші невеликі доменні печі, в яких із місцевих болотних руд виплавляли ливарний чавун.

Заводське виробництво чорних металів в Україні набуло розвитку наприкінці XIX ст. одночасно з промисловою розробкою покладів кам’яного вугілля у Донбасі і залізних руд у Криворізькому і Керченському басейнах. Перша доменна піч, що працювала на кам’яному вугіллі, була споруджена на початку XIX ст. в Луганську, а перший металургійний завод став до ладу у 1872 р. в Юзівці (Донецьк). На Україні діяло 42 доменні і 72 мартенівські печі, 28 конвертерів.

Видобутком з надр землі корисних копалин займається гірничодобувна промисловість. На металургійних заводах з руд добувають метали або сплави у вигляді, зручному для дальшого використання. Швидкий ріст металургії почався після промислового перевороту. Розвиток машинного виробництва викликав підвищений попит на метали, насамперед на чавун і сталь.

Сучасний транспорт, особливо повітряний, хімічна промисловість, електротехнічні споруди, радіо, зв’язок, електроніка, автомашина, ядерна техніка, які характеризують нашу епоху, потребують різноманітних металів. Тепер використовують майже всі метали, які зустрічаються в природі.

Однак, металургійні заводи забруднюють навколишнє середовище відходами, пилом, отруйними газами (оксидами Сульфуру, Нітрогену. Карбону), шлаками, стічними водами. Найбільшої шкоди ці підприємства завдають повітряному басейну, спричиняючи кислотні дощі, а також земельним ресурсам, утворюючи кар’єри, відвали, шлаконакопичувачі, а також сильне теплове забруднення (1 га відвалів отруює біля 5га сусідніх земель), недаремно список найбільш забруднених міст очолюють такі металургійні центри, як Дніпропетровськ, Маріуполь, Запоріжжя, Макіївка, Дніпропетровськ, Комунарськ. Підприємства металургії щорічно викидають у повітря 35% усіх забруднень.

Чорна металургія – основний забруднювач води фенолами, нафтопродуктами, сульфатами. Головними забруднювачами довкілля важкими металами, особливо миш’яком і свинцем, є підприємства кольорової металургії.

На сучасних заводах встановлюють фільтри, пило- і газовловлювачі та інші очисні споруди. Деякі відхідні гази використовують як цінне паливо, SO₂ – для виробництва сульфатної кислоти, шлак з високим вмістом Фосфору – для виробництва добрива.

У зв’язку з вичерпуванням багатьох родовищ, розроблені нові технології переробки руд, з низьким вмістом корисних компонентів, які раніше йшли у відвали. Так, до другої світової війни в Криворізькому залізорудному районі залізо добували з руд, що містили не менше 50% цього елемента. Після війни кондиційними стали вважати руди які містили 46% Феруму. У наш час економічно вигідним стало переробляти відвали, в яких міститься цей елемент.

Важливим в економії мінеральної сировини є використання вторинних ресурсів. Наприклад, скло, добуте шляхом переплавки битих скляних виробів вимагає в чотири рази менших затрат, ніж скло отримане з первинних ресурсів (піску, поташу та ін.). Нині в Німеччині з металобрухту виплавляється близько 75% сталі. Така сталь у 7–12 разів дешевша, за ту, яку отримували із первинної сировини – залізної руди. Кількість металобрухту в Україні вистачило б на роботу підприємств чорної металургії на десятків років. Все ширше в господарстві починають використовуватися замінники дефіцитних ресурсів. Так, в машинобудуванні 1 т полімерних матеріалів може замінити 3 т бронзи, свинцю. Важкі багатотонні опори, які раніш виготовляли з чавуну, сьогодні з успіхом замінюють бетонними.

Зменшення обсягів видобування мінеральних ресурсів досягається їх комплексним використанням. Практично всі родовища твердих корисних копалин, крім основного компоненту містять цілий ряд супутніх. Наприклад, залізні руди Криворіжжя, крім Fe, містять також V, Cu, Co, Ni, P, S, B, Ta, Zr, Nb. Інколи цінність супутніх корисних компонентів вища ніж основних.

Головним напрямком повинно стати впровадження безвідходних технологій. Суть її полягає в тому, щоб із земних надр треба брати якомога менше, а з того що взято, вилучати якомога більше корисних компонентів. Так, при кар’єрному методі добування корисних копалин накопичується багато «пустих» порід (пісок, глина, крейда). Використання цих порід для виготовлення будівельних матеріалів, вапна, цегли, тощо, дозволяє різко скоротити обсяги відвалів. Їх можна також використати для засипання боліт, ярів і отримувати нові площі корисних земель.

Спосіб прямого без коксового відновлення заліза з руд є прикладом безвідходного процесу в чорній металургії. Цей спосіб передбачає зменшення кількості використаної води, а отже, зменшення кількості стічних вод, припинення надходження твердих відходів і викидів в атмосферу. Залізо добувають з руд, минаючи чавун, замість коксу як відновник використовують водень або природний газ. Одержують залізо дуже чисте.