Технологические предпосылки рационального использования природно-сырьевых ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологические предпосылки рационального использования природно-сырьевых ресурсов

Б.А. Омарова

При помощи технологических систем общество может извлекать и перерабатывать природно-сырьевые ресурсы, а затем потреблять изготовленные на их основе продукты труда. Несовершенство взаимоотношений «технология-потребление» породило современный экологический кризис. Для того чтобы изменить цель развития общества и осуществить переход от расточительного к рациональному природопользованию, необходимо изменить технологический уклад промышленности.

Анализ возможных изменений технологического уклада промышленности позволяет систематизировать основные направления перехода от расточительного к рациональному природопользованию:

-- совершенствование техники и технологии;

-- максимальное извлечение ресурсов при добыче и их переработке;

-- разведка и освоение новых месторождений;

-- комплексное использование ресурсов;

-- рационализация структуры потребления и экономии ресурсов;

-- повышение качества продукции;

-- замена исчерпаемых ресурсов на нетрадиционные;

-- ликвидация потерь ресурсов;

-- использование отходов производства и потребления;

-- строительство очистных сооружений.

В топливно-энергетическом комплексе Казахстана существует значительное отставание применяемых технологических систем от лучших мировых образцов. Кроме того, ухудшение горногеологических условий, например, средняя глубина нефтяных скважин составляет более 2300 м, при низком технологическом уровне заметно сказывается на удорожании и эффективности горнодобывающих работ. Глубина переработки нефти составляет в Италии и во Франции -- 68 %, Германии и Великобритании -- 79, США -- 91, в то время как в Казахстане -- не более 50 %. Благодаря этому при перегонке нефти получается недопустимо большое количество мазута, который по стоимостной эффективности применения не сравним ни с автобензином, ни с моторными маслами и т.д.

В газовой промышленности наметились перемены от преимущественно топливного использования газа к увеличению доли технологической переработки, но, тем не менее, до сих пор на нефтегазовых скважинах попутный газ в большинстве случаев сжигается.

В угольной промышленности за последнее время выросла зольность добываемого угля, которая повысилась по Карагандинскому бассейну с 31, 6 до 36, 2 %. Увеличение зольности угля вызвало уменьшение примерно на 10 % теплоты сгорания на ТЭС и соответствующий рост пылегазообразных выбросов. Для уменьшения этих негативных последствий требуется увеличение уровня переработки углей на обогатительных фабриках, который повысился в Казахстане с 25 до 36 %. Тем не менее уровень переработки угля ведущими странами составляет более 60 % -- в США, 75 -- в Австралии, 80 -- в Германии, 90 % -- в Великобритании.

В строительной промышленности производство цемента прогрессивным «сухим» способом, обеспечивающим существенную экономию топливно-энергетических ресурсов, по сравнению с «мокрым» способом, составляет в стране всего 15 %, в то время как в США -- 56, Японии -- 78, Германии -- 90 %. Отсутствие качественных технологий вынуждает нести огромные энергозатраты на производство цемента с низкой конечной результативностью.

Наиболее полное извлечение минерально-сырьевых ресурсов из разрабатываемых месторождений является актуальной задачей в горно-добывающей промышленности. В отличие от стадий переработки сырья и производства готовой продукции, где образующиеся отходы могут быть достаточно эффективно использованы, в горно-добывающей отрасли потери минерального сырья являются в большинстве своем безвозвратными. В минерально-сырьевом комплексе при добыче сырья теряется: угля до 30-40 %, руд цветных и черным металлов -- 20-25, газа -- 50, нефти -- 70 %. Данный уровень потерь является, по существу, дополнительным источником сокращения запасов полезных ископаемых. Поэтому при построении вероятных прогнозов истощения природно-сырьевых ресурсов необходимо раздельно учитывать ежегодную добычу минерального сырья и потери при разработке месторождений. В результате расчетов запасов некоторых видов природных ресурсов может хватить всего лишь на два-три десятилетия.

Неполное извлечение сырья при разработке месторождений полезных ископаемых и их дальнейшей переработке является результатом технологического несовершенства материального производства. При обогащении безвозвратно теряется в среднем около 26 % железной руды, что обусловлено неустранимым на сегодня несовершенством технологии ее обогащения. С учетом всех переделов теряется около 60 % металла, из которых 25 -- приходится на добычу, 26 -- на обогащение, 7-8 -- на доменный передел, 3-5 -- на сталеплавильное производство, 2-4 % -- на прокатное производство.

Следует отметить, что процесс повторной добычи недоизвлеченных природных ресурсов является дорогостоящим мероприятием. Так, например, издержки по добыче вторичной нефти в США составляют: при закачке пара 153-204 долл./т, внутрипластовом давлении -- 183-263 долл./т, закачке углекислого газа -- 190-285 долл./т, закачке полимеров -- 219-336 долл./т, в то время как себестоимость первичной добычи нефти -- 7-70 долл./т. В угольной промышленности на каждые 10 м увеличения средней глубины разработки расход электроэнергии на подъем угля по вертикальным стволам увеличивается на 15 %. Увеличение глубины шахты с 200 до 600 м приводит к росту расхода электроэнергии на 1 т угля на 13 кВт/ч, а с 600 до 1000 м -- более чем на 30 кВт/ч. В цветной металлургии недоизвлечение полезных компонентов оборачивается большими затратами, поскольку на каждую тонну металла приходится добывать от 1 до 5 тыс.т вскрышных пород, а при обогащении руд цветных металлов образуется от 30 до 100 т отвальных хвостов.

Поиск и разработка новых месторождений позволяют расширить перспективы общественного производства в использовании природных ресурсов. Несколько десятилетий назад открытие новых месторождений давало толчок развитию всего народного хозяйства, поскольку многие месторождения обладали крупными запасами, залегали на небольшой глубине, требовали относительно невысоких затрат на освоение и транспортировку к основным потребителям и т.д. Сегодня ситуация прин- ципиально изменилась, так как поиск месторождений ведется не столько для того, чтобы дать импульс развитию народного хозяйства, сколько из-за многократно возросших потребностей в природных ресурсах. Причем разработка новых месторождений сопровождается другим уровнем затрат в связи с ухудшением горно-геологических условий и уменьшением общего количества крупных и уникальных по своим запасам месторождений полезных ископаемых.

Вторым отличием является ухудшение горно-геологических работ. По нефти средняя глубина добычи за последние 40 лет выросла почти в 3 раза, добыча природного газа ведется с глубины в 4 км. В угольной промышленности более половины шахт имеют глубину разработки от 700 до 1000 м, в черной и цветной металлургии средняя глубина карьеров увеличивается соответственно на 10-12 и 20-30 метров ежегодно.

Третьей отличительной чертой геолого-разведочных работ являются высокие затраты на поиск и освоение новых месторождений. Например, в США в условиях значительного истощения запасов нефти, когда в среднем на десять разведочных скважин приходится одно месторождение нефти и газа, считается экономически выгодной разработка запасов сырья уже менее 100 тыс.т на одно месторождение. Между тем масштабы и запасы месторождений существенно сказываются на эффективности как поисковых, так и добывающих работ. Например, по некоторым данным, увеличение запасов месторождения с 5 до 50 млн.т. нефти или эквивалентного количества природного газа приводят к уменьшению издержек добычи почти в 3 раза, с 50 до 100 млн.т. -- на 20 %, со 100 до 200 млн.т -- на 10 % [1]. На издержках по добыче нефти и газа сказываются не только величина запасов месторождения, но и условия залегания. Так, при глубине залегания от 1 до 2 км издержки добычи возрастают в 1, 6 раза, с 2 до 4 км -- вдвое, с 4 до 8 км -- в один раз. Хотя в нефтегазовом комплексе считается эффективным соотношение, когда один вложенный доллар дает около 10 долларов дохода, тем не менее различные условия эксплуатации месторождений могут существенно сказаться на снижении результативности горно-добывающих работ.

Как правило, все природные ресурсы являются многокомпонентными по своему химическому составу, поэтому с позиций рационального природопользования ориентация производства на извлечение монопродукта не представляется дальновидной. Так, например, в добываемой нефти наряду с углеродом и водородом присутствуют сера, азот и кислород, составляющие 5-7 % от всего объема нефти. Помимо этого, в нефти обнаружено более 40 химических элементов, таких как железо, хром, марганец, ванадий, кобальт, никель, титан, стронций и т.д. В газовой промышленности из-за низкого уровня комплексного использования сырья ежегодно теряется до 9 млн.т ценного углеводородного сырья (этана, пропана, бутана), около 1 млн.куб.м гелия и 0, 4 млн.серы. В химической промышленности из природного и попутного газов производят аммиак, метанол, сажу, ацетон, этилен, пропилен, серу и т.д.

В угольной промышленности на 1 т добываемых углей приходится в среднем 7 куб.м чистого метана (в Карагандинском бассейне на 1 угля -- 19 куб.м метана). Помимо этого, в угольной промышленности объем учтенных отвалов составляет около 10 млрд. куб.м, представляющих значительный интерес для производства строительных материалов и дорожных работ. В добываемых углях содержится до 10 млн.серы, а при их переработке на 1 т шихты образуется: коксового газа -- 300-350 куб.м, смолы -- 30-35 кг, сырого бензола -- 15 кг. Из 1 куб.м коксового газа получают 100-120 г смолы, 30-40 бензольных углеводородов, 8-13 г аммиака, 5-30 г сероводорода, 250-450 г водяных паров, до 10 г нафталина.

В энергетике, по некоторым данным, только при сжигании угля с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния -- в 1, 5 раза, молибдена -- в 3 раза, мышьяка -- в 7, урана, титана -- в 10, алюминия, йода, кобальта -- в 15, ртути -- в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония -- в сотни раз, гелия, германия -- в тысячи раз, иттрия -- в десятки тысяч раз больше [2].

В цветной металлургии из месторождений многокомпонентных руд извлекается более 70 элементов, из них почти все серебро, висмут, платина, более 20 % золота, 30 -- серы, 10 -- цинка, свинца. Высокую эффективность представляет переработка отходов глиноземного производства, так называемых красных шламов, которые содержат: железа -- 30-33 %, оксида алюминия -- 12-30, диоксида титана -- 2-4, диоксида ванадия -- 0, 2, а также цирконий, гелий, ниобий, скандий и т.д.

Внедрение и использование ресурсосберегающих технологий в промышленности, особенно на заключительных стадиях изготовления продукта, могло бы оптимизировать существующую структуру потребления природных ресурсов. Так, например, если принять себестоимость 1 т железной руды за единицу, то в чугуне будет овеществлено труда в 2, 5 раза больше, в стали -- в 3, 5 раза, в прокате -- в 6-7 раз, а в машинах и оборудовании -- в 50-100 раз больше. Следовательно, экономия металла в машиностроении всего лишь на несколько процентов за счет внедрения достижений научнотехнического прогресса оборачивается сокращением потребления природных ресурсов по всему технологическому циклу.

Использование природных ресурсов в народном хозяйстве и продуктов их переработки поставило проблему качества производимой продукции на первый план. Повышая качество всего спектра товаров, удается не только увеличить долговечность их службы, но и уменьшить потребности общества в природных ресурсах и сократить загрязнение окружающей среды. Например, трубы, изготовленные для нефтепроводов, подвергаясь сильному воздействию серы, обычно служат не более 2-3 лет, после чего они требуют замены. Трубы, сделанные с учетом эксплуатации в агрессивной среде, используются до 20 лет, а некоторые новые виды труб, изготовленных из пластмасс, могут не выходить из строя до 100 лет. Таким образом, при повышении качества продукции в несколько раз автоматически удается сократить потребность в полезных ископаемых.

Аналогичные проблемы стоят перед металлургическими и машиностроительными предприятиями, где за счет современных методов обработки металла удается повысить антикоррозийный срок его службы с 5-6 до 20-30 лет и более. Замена черных металлов цветными также позволяет обеспечить эффективное их использование. Огромное значение для охраны окружающей среды имеет повышение качества продуктов переработки природного сырья. В угольной промышленности вследствие высокой зольности добываемого угля наличие обогатительных фабрик, где осуществляется отделение угля от породы, позволяет поднять значительно коэффициент полезного действия тепловых станций и снизить объемы перевозок пустой породы железнодорожным транспортом, но и обеспечить сокращение выбросов десятков миллионов тонн золы в окружающую среду. Обогатительное производство в металлургии позволяет также поднять уровень концентрации металла, что благоприятно сказывается на эффективности работы доменных печей и уменьшении вредных выбросов в природную среду.

Ввиду высокой потребности в сырье и наличия проблемы исчерпаемости замена традиционных видов ресурсов на альтернативные касается прежде всего энергетического сырья. Поиск заменителя нефти и газа происходит вследствие нехватки традиционного сырья и высокой нагрузки на окружающую среду. В соответствии с классификацией ООН к альтернативным источникам энергии относятся следующие: солнечная, геотермальная, ветровая, приливная, энергия морских волн, тепловая энергия океана, энергия продуктов переработки биомассы, дрова, древесный уголь, мускульная энергия животных, торф, горючие сланцы, битуминозные пески, гидроэнергия.

Энергетический потенциал альтернативных источников превышает потенциал традиционных источников энергетического сырья во много тысяч раз. Так, например, годовой приход только солнечной энергии на Земле составляет 120 трлн.т у.т, в то время как мировые запасы органического топлива равны 6 трлн.т у.т. Другой положительной чертой альтернативных источников энергии является значительно меньшая нагрузка на окружающую среду. Основным недостатком новых энергетических ресурсов считается непостоянство выработки энергии вследствие прихода, например, солнечной энергии на Землю только днем, когда нет облаков, или ветроустановок, работающих при наличии ветра.

Вторым главным недостатком альтернативных источников энергии является высокая стоимость на выработку 1 кВт.ч. Хотя за последние годы себестоимость электроэнергии, полученной за счет использования новых источников энергии, понизилась во много раз, все же она не является конкурентоспособной с получением энергии традиционными способами. Тем не менее в США для отопления зданий действует около 400 тыс. гелиоустановок, в Японии -- более 150 000. В Дании используется более 3, 5 тыс. ветроагрегатов, которые вырабатывают 2, 3 % всей производимой энергии в стране, использование гидропотенциала позволяет Норвегии 99 % всей энергии получать за счет ГЭС, в Бразилии -- 87, Канаде -- 67 % и т.д.

Потери природно-сырьевых ресурсов имеются на всех стадиях их использования и переработки. В своей основе эти потери имеют неустранимые на сегодня технологические причины, но, тем не менее, представления о дополнительных возможностях, полученных за счет уменьшения величины потерь, представляются весьма значительными. Так, например, потери полезных ископаемых при добыче в процентах от погашенных запасов составляют: уголь -- 12, железная руда -- 3, 6, хромовая руда -- 27, 6, горючие сланцы -- 28, 6, калийные соли -- 60, 6, фосфоритная руда -- 6, 1 %. Потери указанных видов природных ресурсов являются безвозвратными, поскольку при добыче они, перемешиваясь с пустой породой, теряют свое значение в связи с понижением концентрации основного компонента. Повторная переработка может иметь место только в том случае, если в отвалах горно- обогатительного комбината концентрация основного компонента станет превышать показатели добычи на месторождении. Огромные потери природных ресурсов происходят при транспортировке и их доставке до конечного потребителя. Доставка угля до потребителя по железной дороге вызывает потери вследствие его выдувания. Транспортировка электроэнергии по линиям электропередач, например, в 5 млн.км, приводит к потерям 10 % на каждую тысячу километров, что эквивалентно добыче дополнительно 40-45 млн.т топлива для производства электроэнергии.

Существенные размеры технологических потерь закладываются на стадиях обогащения сырьевого компонента и его дальнейшей обработки в металлургическом переделе. Так, если обогащение угля вызывает потери в размере около 1 %, то в металлургии она на несколько порядков выше. В настоящее время основные потери металлов в процессах горно-металлургического производства допускаются: при добыче -- до 15-20, при обогащении -- до 60-70 и в металлургическом переделе -- до 15-20 %. К примеру, при обогащении железа безвозвратно теряется 25 % сырья, меди -- 13, никеля -- 10, свинца -- 20, олова -- 36, марганца -- 25 %. В металлургическом производстве при производстве металла теряется железа -- 9 %, меди -- 4, никеля -- 6, цинка -- 5, олова -- 4, марганца -- до 40 %. Поэтому сокращение потерь всех видов природных ресурсов представляет собой важную задачу, позволяющую повысить эффективность использования сырья в процессе производства, уменьшить объемы извлечения природных ресурсов из недр.

Объемы перерабатываемого минерального сырья в народном хозяйстве достигли такого уровня, что отвалы предприятий, предназначенные для хранения образующихся отходов, уже давно превратились в настоящие месторождения полезных ископаемых. По оценке отечественных специалистов, только в отходах цветной металлургии содержится меди около 2 млн.т, свинца -- 1, 4 млн.т, цинка -- 27, 7 млн.т, серебра -- 3, 4 тыс. т. Сегодня представляется выгодной переориентация части объемов геолого-разведочных работ с поиска и открытия новых месторождений на подробное изучение вещественного содержания отвалов предприятий различных отраслей. Находящиеся там отходы являются продуктом переработки в производственном процессе и имеют высокую концентрацию полезных компонентов, которая не уступает, а часто и превышает по качеству полезные ископаемые в природных месторождениях. Не случайно, у ведущих стран так высока доля вторичных ресурсов в производственных процессах. Так, в США доля вторичных металлов при производстве алюминия составляет 25, 2 %, меди -- 48, свинца -- 56, 8, цинка -- 37; в Японии -- 38, 3; 35, 7 и 38 % соответственно [3]. Повторное использование металлов в Японии составляет 98 %, шлаков -- 75, золы -- 45 %. В Казахстане перерабатывается не более 2 % всех накопленных твердых отходов горнометаллургического комплекса, а переработка золошлаковых отходов составляет 3, 7 %.

Использование вторичных ресурсов в промышленном производстве характеризуется значительным экономическим эффектом. Затраты на подготовку металлического лома к утилизации в 4-5 раз ниже, чем затраты на производство чугуна. Утилизация 1 т лома позволит сэкономить 5, 3 т сырой железной руды, 1, 5 т коксующихся углей, 7, 5 тыс.кВт.ч электроэнергии, способствуя сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу в 7, 5 раза, загрязнению воды -- в 4 раза, загрязнению воздуха -- на 86 %, количества образующихся отходов -- в 16 раз.

Список литературы

ресурсосберегающий технология промышленность сырьевой

1. Проблемы геолого-экономической оценки ресурсов нефти и газа. -- М.: Наука, 1989. -- 48 с.

2. Фурсов В.И. Экологические проблемы окружающей среды. -- Алма-Ата, 1991. -- 106 с.

3. Сатыбалдин О.Б, Лагунов В А. Ресурсосбережение и эффективность горно-металлургического производства Казахстана. -- Алма-Ата: КазНИИНТИ, 1989. -- С. 180.

Размещено на Allbest.ru