§11.1. Сырьевая база

262 Раздел второй. Промышленные химико-технологические процессы

С точки зрения использования сырья характерными особеннос­

тями химического производства являются:

многовариантность сырьевой базы, включающей в себя сырьевые ресурсы, добываемые из недр (фосфатное сырье, калийные соли, сера, природный газ, нефть, уголь), сельскохозяйственную про­ дукцию, воздух и воду, а также продукты переработки природного

сырья в химических производствах (фторсодержащие газы, суль­ фаты, фосфогипс и др.) и в смежных отраслях (например, отходя­

щие газы цветной металлургии, нефтепереработки, коксохимии);

широкие возможности комплексного использования одних и тех

же видов сырья для получения различных химических продуктов;

многообразие методов химической переработки, позволяющих получать из одного и того же сырья разнообразные химические

продукты. Например, из бензола могут быть получены каучук, по­ листирол, капролактам, ядохимикаты и другие продукты. В то же

время один и тот же продукт может быть получен из различного

сырья. Так, для производства ацетилена используют природный

газ, газы нефтепереработки, попутные газы нефтедобычи, карбид кальция; для производства капролактамабензол, фенол, ани­

лин или толуол.

Большинство химических продуктов может быть получено не­ сколькими путями. Известны, например, контактный и башен­ ный способы производства серной кислоты. Этиловый спирт можно получить методами парафазной и сернокислотной гидратации и т. п.

Химическая промышленность использует в качестве сырья продукты горнорудной, нефтяной, газовой, лесной и целлюлозно­ бумажной промышленности, черной и цветной металлургии. Так, черная металлургия поставляет ароматические углеводороды, наф­ талин, антрацен, фенолы, крезолы, тиоцианат натрия, диоксид се­

ры, являющийся ценным сырьем для производства серной кис­

лоты. Особенно большие количества диоксида серы выделяют из отходящих газов цветной металлургии, образующихся в процессе обжига медных, цинковых, свинцовых руд и концентратов. Ис­ пользование отходящих газов имеет большое народнохозяйствен­

ное значение, так как позволяет, например, на каждую тонну меди

получить свыше 10 т серной кислоты без специальных затрат на обжиг серосодержащего сырья.

Химическая промышленность потребляет также некоторое ко­

личество сельскохозяйственного сырья, однако объем его потреб­

ления постоянно снижается.

Успехи химии и химической технологии позволяют все боль­

шее число видов пищевого сырья заменять частично или полнос­

тью непищевыми (или синтетическими) материалами. Например,

Глава 11. Сырьевая и энергетическая базы химической промышленности 265

В свою очередь минеральное сырье включает в себя рудное (ме­

таллическое), нерудное и горючее (органическое) сырье. Рудное

сырье - это железные, медные, хромовые, титановые и другие

руды, содержащие в основном оксиды и сульфиды металлов. Руды,

в состав которых входят соединения разных металлов, называют

полиметаллическими. Нерудное сырьеповаренная соль, фос­

фориты, апатиты, гипс, известняк, песок, глина, асбест, слюда, сера и др. Горючие ископаемыеторф, бурые и каменные угли,

сланцы и природный газ. Они состоят из органических соедине­

ний и используются в качестве сырья и энергоресурсов.

Растительное (подсолнечник, картофель, сахарная свекла, дре­

весина, хлопок, лен, конопля, каучуконосы, стержни початков ку­

курузы, подсолнечная, рисовая, хлопковая лузга и т. п.) и живот­ ное сырье (шерсть, натуральный шелк, пушнина, кожа, масла, жиры, молоко и т. п.) персрабатывают в продукты питания (пище­ вое сырье) или в продукты бытового и промышленного назначе­ ния (техническое). Так, твердые и жидкие растительные масла

используют в производстве мыла, лакокрасочных материалов,

вспомогательных веществ для отделки изделий легкой промышлен­

ности, а крахмалопродукты потребляются в текстильной промыш­ ленности. Стержни початков кукурузы, подсолнечная, рисовая и хлопковая лузга широко используются в микробиологической

промышленности в качестве сырья для производства кормового

белка, фурфурала и ксилита.

Сырье, применяемое в химико-технологических процессах, должно удовлетворить ряду требований, в частности обеспечить:

минимальное число стадий переработки в конечный продукт;

минимальные энергетические и материальные затраты на под­

готовку сырья к химическому превращению и в целом на осущест­

вление процесса;

минимальное рассеяние исходной энергии, т. е. характеризо­

ваться максимумом эксергии;

возможно более низкие температуры, давления, расход энер­

гии на изменение агрегатного состояния реагирующих веществ;

максимальную концентрацию целевого продукта в реакцион­

ной смеси.

Вторичные материальные ресурсы. Существенным источником

химического сырья являются вторичные материальные ресурсы

(ВМ Р). К ним относятся отходы производства, отходы потребле­

ния и побочные продукты.

Отходами проuзводства называют остатки сырья, материалов

и полупродуктов, образующиеся в процессе производства продук­

ции, которые частично или полностью утратили свои качества

Вторичные материальные ресурсы полностью или частично заменяют первичное сырье и материалы в производстве необходи­ мой народному хозяйству продукции . Химическая промышлен­

ность, таким образом, выступает не только как потребитель при­

родных ресурсов, но и как отрасль, сберегающая природное сырье. На нефтехимических предпринтиях вторичными ресурсами являются различные углеводородные компоненты, отработанные катализаторы и реагенты. В результате их использования эконо­ мия сырья и материалов составляет до 25% общего потребления. К числу крупнотоннажных отходов производства и потребле­ ния относятся фосфогипс, nиритные огарки, шлаки •Jерной ме­

таллургии, зола и шлаки тепловых электростанций, лигнин, маку­ латура, стеклобой , яблочные выжимки и др.

В промышленно развитых странах повторное испол ьзование

стали составлнет 70%, меди- 55 %, алюминия- 45 %, олова-

45%, цинка- 21%.

Необходимо отметить, что энергоемкость производства алю­ миния из вторичного сырья в 20 раз, а стали в 10 раз ниже, чем энергоемкость их производства из первичного сырья. Капиталь­ ные вложения при переработке вторичного сырья примерно в 4 ра­ за меньше, чем при переработке первичного.

§ 11.2. Рациональное и комплексное использование

сырьевых ресурсов

Современная промышленность потребляет огромное, непре­

рывно возрастающее количество природного минерального сырья.

За последние 90 лет из недр Земли было извлечено полезных

ископаемых во много раз больше, чем за всю nредьщущую исто­

рию цивилизации. На ХХ в. nриходится свыше 85% добычи меди,

87%- железной руды, 90%- угля, 99 ,5%- нефти.

Общее количество добываемой и персрабатываемой горной

массы измеряется многими миллиардами тонн. Например, в Рос­ сии только для производства цветных металлов ежегодно добы­ валось и персрабатывалось более 2 млрд т горной массы. Мировое производство в 1988 г. достигло (млн т): нефти (включая газовый конденсат) - 2925; угля - 4689; природного газа (млрд м3) - 1908; цемента ( млн т) - 1113; стали - 779; минеральных удобрений

в псрес•1ете на 100% nитательного вещества - 155; синтетиче­

ских смол и пластических масс - 91; химических волокон и нитей- 19 1 •

1 См. Статистический ежегодник. М. : Финансы 11 статистика, 1989 . С. 687.

268 Раздел вmopou. Промышлепные химико-технологические процессы

Пока еще в конечном продукте утилизируется лишь примерно

10% массы используемых природных ресурсов, а остальные 90%

безвозвратно теряются.

Высокие темпы роста производства различных продуктов ис­

тощают невозобновляемые естественные источники минерально­

го сырья. Во многих случаях эксплуатируются месторождения сы­

рья с большими глубинами залегания, в отдаленных, необжитых

районах. Вследствие увеличения объема горно-подготовительных

работ и других факторов затраты на 1 руб. товарной продукuии

возрастают. Например, если по фосфатному сырью, используемому

в производстве фосфатных удобрений, для получения 1 т Рр5

нужно было переработать в 1970 г. 26,7 т горнорудного сырья, то

в 1985 г. - 41 ,6 т.

Существенно усложняется и удорожается добыча и других по­

лезных ископаемых. В частности, нефть и природный газ, состав­ ляюшие сейчас основу энергетики всей химии и сырьевую базу

производства азотных удобрений и почти всех органических ве­

ществ, добываются ныне в значительной мере в отдаленных север­

ных районах, на большой глубине, на дне моря.

Из-за геохимической природы почти все месторождения по­ лезных ископаемых являются комплексными и обычно содержат

ряд полезных компонентов, извлечение которых является эко­

номически uелесообразным. В месторождениях нефти полезными

компонентами являются попутный газ, сера, йод, бром, бор; в мес­ торождениях газаконденсаты , гелий, сера, азот; в ископаемых угляхметан, колчедан, сера, германий, каолины, бокситы, кар­ бонатное сырье, горный воск; в месторождениях железных руд

часто присутствуют титан, ванадий, кобальт, uинк, сера, фосфор,

иногда германий и нерудные минералы; в месторождениях поли­

металлических руд в различных соотношениях находятся олово,

медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден, золото, серебро, пла­ тинаилы и uелый комплекс редких металлов.

Раuиональное и комплексное использование сырьевых ресур­ сов предусматривает наиболее полное извле•!ение из недр полез­

ных ископаемых, максимально возможное извлечение всех uен­

ных компонентов из добытого минерального сырья на всех стадиях

его переработки, более полное использование отвалов горных по­ род и отходов обогатительных фабрик, тепловых электростанuий,

металлурги•1еских и химических производств и охрану окружаю­

щей среды.

Комплексная переработка сырья увеличивает степень его ис­ пользования утилизаuией побочных продуктов и отходов и превра­

щения их в полезные продукты, а также совмещением нескольких

270 Раздел второй. Промыщленные химико-технологические процессы

черной металлургии), а также цветные, редкие и благородные ме­ талльi. Золашлаковые отходы можно использовать для производ­ ства цемента, кирпича, добавок в бетон и для других строительных

целей. Шлаки черной металлургии являются хорошим сырьем для

производства цемента, минеральной ваты, шлаковой пемзы и дру­

гих материалов.

При комплексной переработке апатито-нефелиновых руд по­ мимо фосфатного сырья можно получить глинозем, содопродукты, фториды, портландцемснт, диоксид титана, соединения редкозе­

мельных элементов.

В последние годы благодаря развитию науки и техники номен­

клатура используемых отходов в химической промышленности

постоянно расширяется.

В настоящее время частично или полностью используется бо­ лее 250 видов отходов, в том числе таких многотоннажных, как огненно-жидкий шлакотход фосфорной промышленности, при­

меняемый для получения гранулированного шлака, шлаковаты,

пемзы, ситаллов, шебня и других продуктов; фторсодержащие

растворы - отходы производства простого и двойного суперфос­

фата, экстракционной фосфорной кислоты. Эти растворы приме­

няют для получения кремнефтор~;~дов и фторидов (фторида алю­

миния и фторида натрия), заменяя при этом природнос сырье - nлавиковый шпат. Такие отходы, как абгазная соляная кислота, хлороводород, раствор гидросульфита, отсев фосфорита, отходы производства полиамидных, полиэфирных и полиакрилонитриль­

ных волокон, пенополиуретана, используются полностью.

Отходы химических производств широко применяются не только внутри отрасли, но и в других отраслях вместо дефицитных материалов и сырья. Абгазная соляная кислота может заменить в других отраслях дефицитную синтетическую соляную кислоту. Значительная часть железного купороса, мела мелких фракций,

отходов содового и других химических производств ежегодно пе­

редается для удовлетворения производственных нужд предприя­

тиям промышленности строительных материалов, сельскому хо­

зяйству, мелиорации.

Рациональное и комплексное использование сырья, включая

вторичные ресурсы, имеет важное значение в удовлетворении по­

требностей экономики во многих видах основной и попутной про­ мышлеиной продукции и дает значительный экономический эф­

фект, выражающийся в сокрашении потерь, расширении сырьсвой

базы, повышении технико-экономических показателей, улучше­

нии использования земельных ресурсов.