Характеристика структури та будови матеріалів

Для производства строительных материалов наиболее ценным сырьем из отходов химической промышленности являются шлаки электротермического производства фосфора, гипссодержащие и известковые отходы.

К отходам зимико-технологических производств можно отнести изношенную резину и вторичное полимерное сырье, а также ряд побочных продуктов предприятий строительных материалов: цементную пыль, осадки в водоочистительных аппаратах асбестоцементных предприятий., бой стекла и керамики. Отходы составляют до 50% всей массы перерабатываемой древесины, большая часть из них в настоящее время сжигается или вывозится в отвал.

Предприятия строительных материалов, расположенные вблизи гидролизных заводов, могут успешно утилизировать лигнин - один из наиболее емких отходов лесохимии. Опыт работы ряда кирпичных заводов позволяет считать лигнин эффективной выгорающей добавкой. Он хорошо смешивается с другими компонентами шихты, не ухудшает ее формировочных свойств и не затрудняет резку бруса. Наибольший эффект его применения имеет место при сравнительно небольшой карьерной влажности глины. Запрессованный в сырец лигнин при сушке не горит. Горючая часть лигнина полностью улетучивается при температуре 350…400є С, зольность его составляет 4…7%. Для обеспечения кондиционной механической прочности обыкновенного глиняного кирпича лигнин следует вводить в формировочную шихту в количестве до 20…25% ее объема.

В производстве цемента лигнин можно использовать как пластификатор сырьевого шлама и интенсификатор измельчения сырьевой смеси и цемента. Дозировка лигнина в этом случае составляет 0,2…0,3%. Разжижающееся действие гидролизного лигнина объясняется присутствием в нем веществ фенольного характера, хорошо снижающих вязкость известняково-глинистых суспензий. Действие лигнина при помоле заключается главным образом в уменьшении слипания мелких фракций материала и их налипании на мелющие тела.

Древесные отходы без предварительной переработки (опилки, стружка) или после измельчения (щепа, дробленка, древесная шерсть) могут служить заполнителями в строительных материалах на основе минеральных и органических вяжущих, эти материалы характеризуются невысокой объемной массой и теплопроводностью, а также хорошей обрабатываемостью. Пропиткой древесных заполнителей минерализаторами и последующим смешиванием с минеральными вяжущими обеспечивается биостойкость и трудносгораемость материалов на их основе. Общие недостатки материалов на древесных заполнителях - высокое водопоглащение и сравнительно низкая водостойкость. По назначению эти материалы делятся на теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные.

Главными представителями группы материалов на древесных заполнителях и минеральных вяжущих являются арболит, фибролит и опилкобетоны.

Арболит - легкий бетон на заполнителях растительного происхождения, предварительно обработанных раствором минерализатора. Он применяется в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в виде панелей и блоков для возведения стен и перегородок, плит перекрытий и покрытий зданий, теплоизоляционных и звукоизоляционных плит. Стоимость зданий из арболита на 20…30% ниже чем из кирпича. Арболитовые конструкции могут эксплуатироваться при относительной влажности воздуха помещений не более 75%. При большой влажности требуется устройство пароизоляционного слоя.

Фибролит в отличие от арболита в качестве заполнителя и одновременно армирующего компонента включает древесную шерсть - стружку длинной от 200 до 500 мм., шириной 4…7 мм. и толщиной 0,25…0,5 мм. Древесную шерсть получают из неделовой древесины хвойных, реже лиственных пород. Фибролит отличается высокой звукопоглащаемостью, легкой обрабатываемостью, гвоздимостью, хорошим сцеплением со штукатурным слоем и бетоном. Технология производства фибролита включает приготовление древесной шерсти, обработки ее минерализатором, смешиванием с цементом, прессование плит и их термическую обработку.

Опилкобетоны - это материал на основе минеральных вяжущих и древесных опилок. К ним относятся ксилолит, ксилобетон и некоторые другие материалы, близкие к ним по составу и технологии.

Ксилолитом называется искусственный строительный материал, полученный в результате твердения смеси магнезиального вяжущего и древесных опилок, затворенной раствором хлорида или сульфата магния. В основном ксилолит применяется для устройства монолитных или сборных покрытий пола. Преимущества ксилолитовых полов - относительно небольшой коэффициент теплоусвоения, гигиеничность, достаточная твердость, низкая истираемость, возможность разнообразной цветной окраски.

Ксилобетоны - разновидность легкого бетона, заполнителем которого служат опилки, а вяжущим - цемент или известь и гипс, ксилобетон при объемной массе 300…700 кг/мі и прочности на сжатии 0,4…3 МПа применяют как теплоизоляционный, а при объемной массе 700…1200 кг/мі и прочности на сжатие до 10 МПА - как конструктивно-теплоизоляционный материал.

Клееная древесина относится к наиболее эффективным строительным материалам. Она может быть слоистой или полученной из шпона (фанера, древеснослоистые пластики); массивной из кусковых отходов лесопиления и деревообработке (панели, шиты, брусья, доски) и комбинированной (столярные плиты). Преимущества клееной древесины - низкая объемная масса, водостойкость, возможность получения из маломерного материала изделий сложной формы, крупных конструктивных элементов. В клееных конструкциях ослабляется влияние анизотропности древесины и его пороков, они характеризируется повышенной глиностойкостью и низкой возгораемостью, не подвержены усушке и короблении. Клееные деревянные конструкции по срокам и трудозатратам при возведении зданий, стойкости при возведении агрессивной воздушной среды часто успешно конкурируют со стальными и железобетонными конструкциями. Их применение эффективно при возведении сельскохозяйственных и промышленных предприятий, выставочных и торговых павильонов, спортивных комплексов, зданий и сооружений сборно-разборного типа.

Древесно-стружечные плиты - это материал, полученный горячим прессованием измельченной древесины, смешанной со связующими веществами - синтетическими полимерами. Преимуществами этого материала являются однородность физико-механических свойств в различных направлениях, сравнительно небольшие линейные изменения при переменной влажности, возможность высокой механизации и автоматизации производства.

Строительные материалы на основе некоторых отходов древесины могут изготавливаться без применения специальных вяжущих. Частицы древесины в таких материалах связываются в результате сближения и переплетения волокон, их когезионной способности и физико-химических связей, возникающих в процессе обработки пресс-массы при высоких давлении и температуры.

Без применения специальных связующих получают древесно-волокнистые плиты.

Древесно-волокнистые плиты - материал, формируемый из волокнистой массы с последующей тепловой обработкой. Примерно 90% всех древесно-волокнистых плит изготовляют из древесины. Исходным сырьем служат неделовая древесина и отходы лесопильного и деревообрабатывающего производств. Плиты можно получать из волокон лубяных растений и из другого волокнистого сырья, обладающего достаточной прочностью и гибкостью.

В группу древесных пластиков входят: Древесно-слоистые пластики - материал из листов шпона, пропитанных синтетическим полимером резольного типа и склеенных в результате термической обработки давлением, лигноуглеводные и пьезотермопластики, производимые из древесных опилок высокотемпературной обработкой пресс-массы без ввода специальных вяжущих. Технология лигноуглеводных пластиков состоит из подготовки, сушки и дозировки древесных частиц, формования ковра, холодной его подпрессовке, горячего прессования и охлаждения без снятия давления. Область применения лигноуглеводных пластиков такая же, как древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит.

Пьезотермопластики могут изготавливаются из опилок двумя способами - без предварительной обработки и с гидротермальной обработкой исходного сырья. По второму способу кондиционные опилки обрабатываются в автоклавах паром при температуре 170…180є С и давлении 0,8…1 МПа в течении 2 ч. Гидролизованная пресс-масса частично высушивается и при определенной влажности последовательно подвергается холодному и горячему прессованию.

Из пьезотермопластиков выпускают плитки для пола толщиной 12мм. Исходным сырьем могут служить опилки или измельченная древесина хвойных и лиственных пород, льняная или конопляная костра, камыш, гидролизный лигнин, одубина.

г) Утилизация собственных отходов в производстве строительных материалов

Опыт предприятий Крымской автономной республики, разрабатывающих известняк-ракушечник для получения стенового штучного камня, показывает эффективность изготовления из отходов камнепиления ракушечно-бетонных блоков. Блоки формируются в горизонтальных металлических формах с откидными бортами. Дно формы покрывается раствором из ракушечника толщиной 12..15 мм для создания внутреннего фактурного слоя. Форма заполняется крупнопористым или мелкозернистым бетоном из ракушечника. Фактура внешней поверхности блоков может создаваться специальным раствором. Ракушечно-бетонные блоки применяют для кладки фундаментов и стен при строительстве производственных и жилых зданий.

В производстве цемента в результате переработки тонкодисперсных минеральных материалов образуется значительное количество пыли, Общее количество улавливаемой пыли на цементных заводах может составлять до 30% всего объема выпускаемой продукции. До 80% всего количества пыли выбрасывается с газами клинкерообжигательных печей. Пыль, выносимая из печей, является полидесперсным порошком, содержащим при мокром способе производства 40…70, а при сухом - до 80% фракций размером менее 20мкм. Минералогическими исследованиями установлено, что в составе пыли содержится до 20% клинкерных минералов, 2…14% свободной окиси кальция и от 1 до 8% щелочей. Основная масса пыли состоит из смеси обожженной глины и неразложившегося известняка. Состав пыли существенно зависит от типа печей, вида и свойств применяемого сырья, способа улавливания.

Основным направлением утилизации пыли на цементных заводах является использование ее в самом процессе производства цемента. Пыль из пылеосадительных камер возвращается во вращающуюся печь вместе со шламом. Основное же количество свободной окиси кальция, щелочей и серного ангидрида. Добавка 5…15% такой пыли к сырьевому шламу вызывает его коагуляцию и уменьшение текучести. При повышенном содержании в пыли щелочных окислов также снижается качество клинкера.

Асбестоцементные отходы содержат большое количество гидратированных цементных минералов и асбеста. При обжиге в результате обезвоживании гидратных составляющих цемента и асбеста они приобретают вяжущие свойства. Оптимальная температура обжига находится в интервале 600…700є С. В этом температурном диапазоне завершается дегидратация гидросиликатов, разлагается асбест и образуется ряд минералов, способных к гидравлическому твердению. Вяжущие с выраженной активностью можно получить смешиванием термически обработанных асбестоцементных отходов с металлургическим шлаком и гипсом. Из асбестоцементных отходов изготавливают облицовочные плитки и плитки для пола.

Эффективным видом вяжущего в композициях из асбестоцементных отходов является жидкое стекло. Облицовочные плиты из смеси высушенных и измельченных в порошок асбестоцементных отходов и раствора жидкого стекла плотностью 1,1…1,15 кг/смі получают при удельном давлении прессования 40…50 МПа. В сухом состоянии эти плиты имеют объемную массу 1380…1410 кг/мі, предел прочности на изгиб 6,5…7 МПа, на сжатие 12…16 МПа.

Из отходов асбестоцементного можно изготавливать теплоизоляционные материалы. Изделия в виде плит, сегментов и скорлуп получают из обожженных и измельченных отходов с добавкой извести, песка и газообразователей. Газобетон на основе вяжущих из асбестоцементных отходов имеют прочность на сжатие 1,9…2,4 МПа и объемную массу 370…420 кг/мі. Отходы асбестоцементной промышленности могут служить наполнителями теплых штукатурок, асфальтовых мастик и асфальтовых бетонов, а также заполнителями бетонов с высокой ударной вязкостью.

Стекольные отходы образуются как при производстве стекла, так и при использовании стеклоизделий на строительных объектах и в быту. Возврат стеклобоя в основной технологический процесс производства стекла является основным направлением его утилизации.

Из порошка стекольного боя с газообразователями спеканием при 800…900° получают один из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов - пеностекло. Плиты и блоки из пеностекла имеют объемную массу 100…300 кг/мі, теплопроводность 0,09…0,1 Вт и предел прочности на сжатие 0,5…3 МПа.

В смеси с пластичными глинами стекольный бой может служить основным компонентом керамических масс. Изделия из таких масс изготавливают по полусухой технологии, их отличает высокая механическая прочность. Введение стекольного боя в керамическую массу снижает температуру обжига и повышает производительность печей. Выпускают стеклокерамические плитки из шихты, включающей от 10 до 70% боя стекла, измельченного в шаровой мельнице. Массу увлажняют до 5…7%. Плитки прессуют, сушат и обжигают при 750…1000є С. Водопоглащение плиток - не более 6%. морозостойкость более 50 циклов.

Битое стекло также применяют как декоративный материал в цветных штукатурках, молотые стекольные отходы можно использовать как присыпку по масляной краске, абразив - для изготовления наждачной бумаги и как компонент глазури.

В керамическом производстве отходы возникают на различных стадиях технологического процесса, Сушильный брак после необходимого измельчения служит добавкой для снижения влажности исходной шихты. Бой глиняного кирпича используется после дробления как щебень в общестроительных работах и при изготовлении бетона. Кирпичный щебень имеет объемную насыпную массу 800…900 кг/мі , на нем можно получать бетоны с объемной массой 1800…2000 кг/мі, т.е. на 20% легче, чем на обычных тяжелых заполнителях. Применение кирпичного щебня эффективно для изготовления крупно пористых бетонных блоков с объемной массой до 1400 кг/мі. Количество кирпичного боя резко сократилось благодаря контейнеризации и комплексной механизации работ по погрузке и разгрузке кирпича.

Каждого человека, начиная с самого раннего возраста, отличает любопытство - естественное стремление познать окружающий мир. «Любопытство сродно человеку и просвещенному и дикому», - утверждал выдающийся русский историк и писатель Н.М. Карамзин. С возрастом неосознанное любопытство постепенно перерастает в осознанное желание познавать законы, которые управляют природой, научиться применять их в своей трудовой деятельности, предвидя возможные ее последствия. Законы природы и способы их применения отражают концентрированный опыт человечества. Опираясь на него, человек способен защищать себя от ошибок и ему легче достичь желаемых целей. Концентрированный опыт человечества лежит в основе любого образовательного процесса.

Естествознание - и продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обучает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни, повышает благосостояние человека, совершенствует условия быта людей. Благодаря знанию законов природы человек может изменить и приспособить природные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребностям.

Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных существ представлен тремя царствами - грибами, растениями и животными. Каждое и из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, семействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются результатом исторического развития мира живого, его эволюции. Но мир живого имеет еще и структурно- инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью.

При рассмотрении современных экологических проблем раскрывается идея единства человека и природы, а естественно- научный и философский анализы осуществляются во взаимосвязи.

Логическим завершением данной работы служит тема, посвященная рассмотрению перспектив технологии охраны окружающей среды.

52. Естественно-научные проблемы защиты окружающей среды

Проблемы оздоровления среды обитания

Нарушение естественного состояния окружающей среды, ведущее к деградации всего живого и представляющее угрозу здоровью человека -- явление не новое: оно прослеживается с древнейших времен и стало заметно проявляться на самой начальной стадии урбанизации -- с появлением небольших городов. Население земного шара постоянно растет, продолжается стремительный рост городов, появляются города-гиганты -- мегаполисы. Потребление различных материальных ресурсов, товаров и энергии на душу населения непрерывно увеличивается. Рост населения, урбанизация, массовое производство промышленной и сельскохозяйственной продукции неизбежно ведут к активному вторжению человека в окружающую среду. Поэтому защита окружающей среды в настоящее время является чрезвычайно важной задачей. Уже сейчас не которые граждане разных стран вне зависимости от их профессиональной деятельности и политических воззрений заявляют о готовности покупать дорогие, но экологически чистые продукты, платить высокие подоходные налоги ради оздоровления среды обитания.

Вне всяких сомнений, защита окружающей среды должна быть основана на естественно-научных, профессиональных знаниях, позволяющих определить:

--потенциально опасные вещества, содержащиеся в воздухе, воде, почве и пище;

--причину их появления;

--способы полной или частичной защиты окружающей среды;

--степень опасности при длительном воздействии вредных веществ на живые организмы.

Успешное решение этой сложной задачи возможно только с применением чувствительных приборов и современных методов определения концентрации опасных веществ. Для выявления источников загрязнения и их анализа необходима совместная работа химиков-аналитиков, метеорологов, океанографов, вулканологов, климатологов, биологов и гидрологов. Задача их заключается не только в выявлении вредных веществ, но и в разработке способов предотвращения их появления и утилизации.

Влияние вредных веществ на живой организм

Вопрос о допустимой длительности воздействия вредных веществ на живой организм решают медики и другие специалисты. Они собирают информацию и готовят данные о степени риска, обусловленного наличием токсичных веществ, например свинца в воздухе, хлороформа в питьевой воде, радиоактивного стронция в молоке, бензола в атмосфере производственных помещений и формальдегида в жилых домах и т. п. При этом важна объективная оценка риска и издержек, связанных с наличием опасных веществ. Любое решение, в том числе и политическое, тех или иных вопросов сохранения окружающей среды должно основываться на квалифицированной, объективной и всесторонней естественно-научной экспертизе.

Иногда некоторые средства массовой информации, общественные организации и представители власти ставят, к сожалению, знак равенства между обнаруженным вредным веществом и реальной его опасностью. Такое отождествление вытекает из простого заблуждения: вещество, обладающее выраженной токсичностью при определенной концентрации, токсично всегда. Можно привести много примеров, показывающих, что это далеко не так. Например, монооксид углерода СО действительно опасен для здоровья человека, но только при концентрациях, больших 1000 мла долей. Принято считать, что продолжительное воздействие мо-432 нооксида углерода в концентрациях, превышающих только 10 млн. долей, отрицательно сказывается на здоровье человека. Мы живем в окружающей среде, всегда содержащей легко обнаруживаемую концентрацию монооксида углерода -- порядка 1 млн. долей. А это означает, что нет необходимости в полном устранении монооксида углерода из атмосферы! При этом важно знать научно установленную максимальную концентрацию вредных веществ, которая безопасна без применения специальных мер защиты, т. е. нужно определить их предельно допустимую концентрацию. Лишена всякого здравого смысла защита окружающей среды, ориентированная на нулевой риск, означающий достижение абсолютной безопасности при полном уничтожении опасных веществ. В приведенном примере с монооксидом углерода достижение нулевого риска означает полное, до последней молекулы, удаление этого газа из атмосферы. Решение такой задачи потребовало бы громадных капиталовложений без ощутимой пользы и привело бы к нежелательным последствиям в биосфере. Вполне оправдано, целесообразно и полезно вкладывать финансовые ресурсы в организацию всесторонних долговременных естественно-научных исследований окружающей среды и разработку эффективных методов измерений, производимых приборами, которые обладают чрезвычайно высокой чувствительностью, необходимой для определения небольшой концентрации в сложной смеси, содержащей много безвредных, а среди них и вредных веществ.

Легко реагирующие соединения, находящиеся в атмосфере, трудно доставить в сохранившемся составе для анализа в лабораторию. Поэтому возникает необходимость в дистанционном обнаружении и определении химического состава и структуры таких соединений в местах их образования. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что современный метод инфракрасной спектроскопии позволяет анализировать состав воздуха над городом на расстоянии около одного километра. Этим методом удается установить содержание формальдегида, муравьиной и азотной кислот, пероксиацетилнитрата и озона при одновременном их наличии в воздухе в концентрациях, составляющих миллиардные доли. Такая концентрация любых названных веществ слишком мала, чтобы оказать ощутимое вредное воздействие на здорового человека. В то же время она достаточна для заметного влияния на химические процессы в атмосфере. Современные сканирующие лазерные устройства успешно применяются для определения в дыме электростанций, работающих на угле, концентрации диоксида серы (сернистого газа), составляющей миллионные доли. Полупроводниковые лазеры весьма удобны для анализа выхлопных газов автомобилей. Испытания на животных показали, что только один из 22 структурных изомеров тетрахлордиоксина в тысячу раз токсичнее всех остальных. Этот пример подчеркивает важность аналитических методов, позволяющих не только установить концентрацию загрязнителя, но и идентифицировать его химический состав и структуру. Из вышесказанного следует, что все действия, направленные на сохранение окружающей среды, должны основываться на естественно-научных знаниях.

2. Перспективные технологии и окружающая среда

Обновление технической базы различных энергосистем и промышленных предприятий требует внедрения перспективных материалов и новейших технологий, которые прямо или косвенно способствуют сохранению окружающей среды. В настоящее время во всем мире признаны перспективными керамические, композиционные, тонкопленочные и другие материалы, производство которых основано на современных технологиях.

В настоящее время интенсивно развивается наноэлектронная и генная технология, которые включают операции, производимые над различными молекулярными объектами. При сочетании некоторых операций наноэлектронной и генной технологий удалось связать нитями ДНК на-ночастнцы из золота в трехмерную структуру. Кроме того, из отрезков ДНК построен мостик между двумя электродами, на который осаждалось серебро, и в результате получился своеобразный электропроводящий элемент в виде нити диаметром 100 им.

Современные биотехнологии позволяют производить самоконсервирующееся молоко, быстрые в приготовлении сыры, вкусный хлеб, глюкозу и др. Отработана технология производства сахара из кукурузы и пшеницы. Полученный таким образом сахар на треть дешевле тростникового.

Генная технология вторгается в наследственный механизм многих растений. Например, выращены трансгенные сорта картофеля: удароустойчивый (это важно при его транспортировке и хранении), крахмальный и малокрахмальный (для стола), содержащий много ценных протеинов. С применением генных операций удалось создать два новых сорта помидоров: один из них не подвержен быстрому гниению, а другой содержит сравнительно мало воды. Получены не подверженные заболеваниям растения какао, стойкая к заморозкам клубника, кофейные зерна с пониженным содержанием кофеина. Благодаря изменению наследственного аппарата улучшены качества многих сельскохозяйственных культур. Достигнуты успехи и в животноводстве

Генная технология позволила вывести новую породу свиней -- без излишней жирности: свинина становится диетическим мясом. Другое новшество -- корова дает молоко, не скисающее в течение нескольких дней.

В недалеком будущем ученые смогут передать сельскому хозяйству множество трансгенных видов растений и животных, что поможет ре шить важнейшую проблему обеспечения человечества продуктами питания. При этом речь идет не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генных технологий вселяют надежду: люди в XXI в. не столкнутся с голодом.

Изучение свойств вещества на молекулярном уровне дает свои плоды. Современные химические предприятия не отравляют, как раньше, атмосферу выбросами и не заваливают землю ядовитыми отходами. Их продукция содержит гораздо меньше вредных для природы и человека компонентов. Приведем примеры. Долгое время основной составляющей моющих средств были соединения фосфора, которые после отработки попадали со стоком воды в водоемы. Фосфор стимулировал бурный рост водорослей, потребляющих много кислорода из воды, в результате чего она становилась обедненной кислородом и малопригодной для жизни рыбы. Новые моющие средства производятся на безопасной химической основе. Еще один пример. Для окружающей среды опасны хлорорганические соединения, широко применяемые в производстве целлюлозы. Совсем недавно германский популярный еженедельник «Штерн» напечатал весь тираж на бумаге шведской фирмы, произведенной без хлора, -- это первый шаг к облегчению нагрузки на природу и блестящий пример для модернизации гигантской целлюлозно-бумажной промышленности.

Биосфера, образовавшаяся 3,5 - 4,5 млрд. лет назад, представляет собой стройную систему. Любое изменение связей в ней ведет к нарушению ее структуры в целом, а также отдельных звеньев, вплоть до выпадения некоторых из них из состава биосферы.

Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих проявлениях: она непрерывно изменяется и находится в постоянном движении.

Все секреты живого организма заложены природой в клетке зиготе, образующейся от слияния женского и мужского начал. Она обладает функцией создания более 100 других клеток, из которых состоит любой живой организм. Процесс развития живой материи идет в одном направлении - от зарождения к старению и разрушению.

Вершиной творения известной нам природы стало появление на Земле человека. Внедрение человека в природу создало «неожиданную» ситуацию - начала разрушаться окружающая среда. Появились экологические проблемы. Но самая большая опасность наступит тогда, когда экологические процессы примут необратимый характер. У человечества не останется альтернативы для выживания. Поэтому в наши дни проблемы экологии выдвинулись на первый план как глобальные, и необходимо сделать все для того, чтобы не допустить необратимого разрушения среды обитания человека.

В данной контрольной работе были раскрыты проблемы оздоровления окружающей среды, где нельзя было не выделить влияние вредных веществ на живые организмы. Но основным моментом в моей работе необходимо было выделить перспективы технологий охраны окружающей среды.

53. Горюча мінеральна сировина(паливо). Класифікація. Кам*яне вугілля, газ,нафта. хімічний склад палива. Порівняльна характеристика питомої теплоти згоряння

Під мінеральними ресурсами розуміють сукупність розвіданих запасів різних видів корисних копалин, які можуть бути використані за сучасного рівня розвитку продуктивних сил. Мінеральні ресурси, як і лісові та земельні, є основними предметами праці сучасного суспільства.

Розміщення корисних копалин на планеті обумовлено природними законами. Як відомо, вони розміщені досить нерівномірно. В неоднорідній за своїм складом земній корі спостерігається закономірна зміна хімічного складу з глибиною. Літосфера поділяється на три великі зони:

Поверхнева зона -- гранітна, кисла, з такими хімічними елементами: водень, гелій, літій, берилій, бор, кисень, фтор, натрій, алюміній, кремній, калій, рубідій, цирконій, ніобій, молібден, олово, цезій, тантал, вольфрам, радій, родон, торій, уран, а також елементи менш типові -- фосфор, хлор, титан, марганець, золото, рідкоземельні.

Середня зона -- базальтова, основна, з типовими елементами: вуглець, кисень, натрій, магній, алюміній, фосфор, сірка, хлор, кальцій, марганець, бром, йод, барій, стронцій.

Глибинна зона -- перидотитова, ультраосновна, з такими типовими елементами: залізо, титан, ванадій, хром, кобальт, нікель, рутеній-паладій, осмій-платина.

Окрім того, виділяється типова жильна група хімічних елементів з переважанням металів. У жилах переважно концентруються залізо, сірка, кобальт, мідь, нікель, цинк, галій, германій, миш'як, селен, молібден, срібло, кадмій, індій, олово, сурма, телурій, золото, ртуть, свинець, вісмут.

Україна належить до регіонів світу, найбільш насичених мінеральними ресурсами. На її території розвідано 7667 родовищ 94 видів корисних копалин. Із них на державному балансовому обліку знаходяться 5860 родовищ. Експлуатується 3222 родовища 62 видів корисних копалин.

Україна володіє одними з найбільших у світі запасами залізних, марганцевих, титанових, уранових і цирконієвих руд. До розряду високоякісних відносяться вугільні, каолінові, графітові, калійні родовища. Значними є запаси кам'яної солі, самородної сірки, флюсової сировини і вогнетривких глин, скляних пісків, бентонітів, цементної сировини та низки інших видів корисних копалин. До відносно незначних належать запаси газу та нафти.

Залежно від складу та характеру використання в господарстві корисні копалини поділяються на такі групи:

Горючі: нафта, горючий газ, вугілля, торф, горючі сланці.

Нафта на сучасному етапі розвитку суспільства -- найважливіший і найпрогресивніший мінеральний ресурс. Її калорійність значно вища, ніж таких видів палива, як вугілля, торф, сланці. Вона є високоекономічною вуглеводневою сировиною для виробництв, які базуються на хімії органічного синтезу. З нафти одержують високоякісні види пального, різні мастила і широкий асортимент цінних хімічних продуктів. На жаль, розвідані запаси цієї цінної сировини в Україні невеликі.

Нині Україна власним видобутком може задовольнити свої потреби в нафті лише на 10 %, газі -- на 20--25 %. Її частка у світовому видобутку нафти й газу дуже незначна (0,02 % видобутку нафти й конденсату та 0,3 % видобутку газу). В Україні нафти видобувається у 100, а газу -- у 15 разів менше, ніж у США. Частка нашої країни у європейському видобутку цих видів ресурсів теж невисока: нафти -- близько 0,2 %, газу -- 1,6 %. Тимчасом ще донедавна Україна вважалась країною, забезпеченою цими видами палива, і за запасами і видобутком вуглеводнів займала серед республік колишнього Союзу друге місце після Російської Федерації.

В Україні налічується близько 45 нафтових, 78 газових, 45 нафтогазоконденсатних, 4 нафтогазові, 6 газонафтових, 78 газоконденсатних родовищ. Загальні запаси газу за промисловими категоріями перевищують 1133 млрд м3, нафти -- 153 млн т (1990 р.). Основна частина запасів і видобутку зосереджена у небагатьох родовищах. Більшість родовищ нафти в Україні є комплексними (вміщують конденсат, супутний газ) і невеликими за запасами. Газові родовища мають потужні поклади (добовий дебіт свердловин на окремих нових родовищах становить 2 млн м3). Загальний ступінь освоєності родовищ вуглеводнів в Україні перевищує 74 %, запаси нафти освоєні майже на 84 %, а тому відпрацьовані більш як на 67 %.

Вугілля відіграє важливу роль у сучасному світовому господарстві завдяки своїм фізико-хімічним властивостям і величезним запасам. За походженням і якістю розрізняють кам'яне та буре вугілля. Світові запаси кам'яного вугілля становлять майже 22 трлн т. Його запаси в Україні величезні. Загальні ресурси України становлять 100 млрд т. Підготовлені до експлуатації родовища мають майже 10 млрд т енергетичного вугілля. Якщо щорічно видобувати 240 млн т, то запасів вистачить на 300--400 років.

Вугілля -- важливе джерело енергії багатьох країн. Споживання його на одного жителя в Польщі -- в 3 рази, у США та ПАР -- майже в 2 рази, у Росії -- у 1,5 рази більше, ніж в Україні.

Органічне паливо містить: горючі речовини, внутрішній баласт, негорючі мінеральні домішки і вологу.

До горючої частини палива відносяться вуглець С, водень Н, сірка S та їх сполуки.

Основне виділення теплоти відбувається за рахунок окислення вуглецю С, але чим більше С в твердому паливі, тим складніше воно запалюється.

Вміст водню Н коливається в межах 2…10%, але при його згоранні виділяється в 4,4 рази більше теплоти, ніж при згоранні вуглецю.

Сірка S поділяється на органічну Sо (зв'язану із воднем, вуглецем, азотом), колчеданну Sк (зв'язану із залізом) і сульфатну. Вміст S у твердому паливі сягає 7…8%, в рідкому - 3…3,5%, а в природному газі - майже відсутня.

Сірка є найшкідливішою складовою палива, оскільки при її згоранні утворюються ангідриди SO2 і SO3 , які агресивно впливають на навколишнє середовище і призводять до низькотемпературної корозії труб хвостових поверхонь котла.

Кисень О і азот N є внутрішнім баластом. Їх вміст зменшує вміст горючих складових палива. Сполуки кисню і азоту з вуглецем і воднем зменшують теплоту згорання палива.

Вологість палива W коливається в діапазоні 5…70%. Вона поділяється на зовнішню (3…10%), капілярну (10…30%), колоїдну (1…10%) і гідратна (до 0,1%). Тільки гідратну не можна виділити при сушці палива. Надлишкова вологість погано впливає на роботу котла.

Зольність палива А складається з Al2О3 , SiO2 , оксидів заліза, карбонатів та сульфатів магнію, кальцію, заліза. Збільшення зольності погіршує вміст горючих речовин, збільшує забруднення поверхонь, стираються труби тощо.

Склад палива, в такому вигляді як воно поступає до споживача, називається робочим складом палива

Cр+Hр+Ор+Nр+Sр+Ар+Wр=100%

У випадку видалення вологи отримуємо склад палива на суху масу

Cc+Hc+Oc+Nc+Sc+Ac=100%

Горюча маса палива визначається після видалення зольності

Cг+Нг+Ог+Nг+Sг=100%

Для перерахунку вмісту речовини з одного складу в інший використовують формули

Ср=Сг·100100?(Аз+Wр),Ср=Сс·100100

?Wр,Сс=Сг·100100

?Ас.(2.4)

va2+b2

Від хімічного складу палива залежать його властивості. Найважли-вішими характеристиками палива є: теплота згорання; вихід летких речовин; склад мінеральних домішок; вологість; сірчистість.

Приромдний газ (англ. gas; нім. Gas n, Erdgas n) -- суміш газів, що утворилася в надрах землі при анаеробному розкладанні органічних речовин. Як правило, це суміш газоподібних вуглеводнів (метану, етану, пропану, бутану тощо), що утворюється в земній корі та широко використовується як високоекономічне паливо на електростанціях, у чорній та кольоровій металургії, цементній та скляній промисловості, у процесі виробництва будматеріалів та для комунально-побутових потреб, а також як сировина для отримання багатьох органічних сполук.

Природний газ є корисною копалиною. Часто є побічним газом при видобутку нафти. Природний газ у пластових умовах (умовах залягання в земних надрах) знаходиться в газоподібному стані у вигляді окремих скупчень (газові поклади) або у вигляді газової шапки нафтогазових родовищ -- це вільний газ, або в розчиненому стані в нафті або воді (у пластових умовах), а в стандартних умовах (0,101325 МПа і 20 °C) -- тільки в газоподібному стані. Також природний газ може знаходитися у вигляді газогідратів.

54. Підготовка сировини до перероблення в різних технологічних процесах: подріблення, сортування, збагачення, агломерація, грудкування

1. Подрібнення сировини -- це процес Поділу великих курсів на менші,часом на порошок. Розміри подрібненої сировини різні при різнихтехнологічних процесах. Подрібнення сировини проводять для нормального ходу технологічного процесу. Мінеральну сировину подрібнюють розбиванням, розколюванням, розтиранням. Для подрібнення використовуютьдробарки, різальні машини, млини (рис. 2).

2. Класифікація (сортування) сировини -- процес при якому сировина поділяється за розмірами на фракції. Для цього використовують грохоти -- машини, які мають декілька сит з різними отворами.

3. Збагачення сировини -- процес відділення корисних елементів від пустої породи. Збагачують тверду, рідку і газоподібну мінеральну сировину. Для збагачення твердих гірських порід застосовують такі способи: флотація, гравітація, магнітна сепарація а також простіші -- рудорозбір та промивання водою.

Рудорозбір грунтується на фізичних властивостях сировини таких як колір, блиск, коефіцієнт тертя та ін. При промиванні водою вимивається глина, пісок.

Агломерація - процес спікання рудного пилу і концентратів у великі пористі куски, які називають агломератом. Рудний пил і концентрати змішують із пиловидним паливом, зволожують і подають стрічку агломераційної машини. Під час руху стрічки суміш підпалюють газовим пальником. При згорянні палива температура підвищується до 1300...1500 С, руда спікається і утворюється міцний пористий агломерат. Якщо при спіканні в агломерат уводять флюси, ти агломерат називають офлюсованим.

Із зволоженого рудного пилу до якого додають невелику кількість вапняку або глини шляхом грануляції, висушення і випалювання при температурі 1200...1300 °С одержують грудки розміром 20...30 мм. Використання таких грудок покращує показники роботи металургійних печей, покращує якість продукції.

Україна за запасами природних ресурсів посідає провідне місце в Європі. Їй належить перше місце за запасами залізних і марганцевих руд. Україна багата на руди з вмістом свинцю, титану, цинку, золотая є також руди з вмістом ванадію.

Грудкування (рос. окускование, англ. aggregation, agglomeration, нім. Sintern n, Stьckigmachen n, Stьckigmachung f, Aggregatbildung f) - процес переробки дрібних класів корисних копалин у грудки (ґранули, брикети). Грудкують матеріали крупністю часток менше 10 мм. Застосовують три способи Г.: аґломерацію, брикетування, обкочування. У результаті Г. часток одержують: при аґломерації - агломерат крупністю 5 -60 мм, при обкатуванні - котуни (обкотиші) в осн. крупністю 9-16 мм, при брикетуванні - брикети різної геометричної форми та необхідних габаритів і маси. Із загального виробництва грудкованої сировини аґломерат займає близько 70%, окатиші 28% і брикети 2%. Г. широко застосовується при аґломерації залізорудних концентратів та брикетуванні вугілля. У зв'язку з безперервним зниженням крупності металургійної і вугільної сировини після подрібнення перед збагаченням, актуальність Г. зростає.

55. Сировинна база виробництва . Класифікація сировини. Дати визначення

Сировинна база -- територія, на якій зосереджені ті чи інші галузі добувної, обробної промисловості або сільськогосподарського виробництва. С. б. є основним постачальником сировини підприємствам.

Сировину класифікують за такими ознаками:

1.3а агрегатним станом сировину поділяють на тверду (камінь, руда, вугілля та ін.), рідку (вода, нафта, кислоти, розчини солей та ін.) і газоподібну (повітря, природний, генераторний гази та ін.).

2.3а походженням сировину поділяють на природну, штучну і вторинну.

Природна сировина (вугілля, нафта, руда, вовна, льон тощо.) -це речовини природного походження. Природна сировина в свою чергу поділяється на мінеральну, рослинну і тваринну. Мінеральну сировину видобувають із надр Землі або на її поверхні. Мінеральна сировина дуже різноманітна і залежно від галузі її використання поділяється на рудну, нерудну, горючу та хімічну. Вона містить як корисні елементи, так і пусту породу.

Штучна сировина є продуктом певного технологічного процесу. Наприклад, чавун є продукцією доменного виробництва, а для отримання сталі він є сировиною.

Вторинна сировина - це відходи і побічна продукція певних виробництв, котру використовують як сировину в інших процесах. Наприклад, при отриманні чавуну побічною продукцією є шлак, який використовують при виробництві цементу.

3. За цінністю під час переробки сировину поділяють на основну і допоміжну. Основна сировина становить матеріальну основу виготовленої продукції (текстильні волокна для тканин, метали і сплави для машин, деревина для меблів та ін.). Допоміжна сировина не є матеріальною основою вироблюваної продукції, вона надає їй відповідних властивостей, якості, забезпечує роботу обладнання, нормальний хід технологічного процесу. Спеції до м'яса, барвники до тканин, вода для охолодження в доменній печі тощо - приклади допоміжної сировини.

Размещено на Allbest.ru