Характеристика мінеральної сировини хімічного виробництва

Будь-яке хімічне виробництво починається із сировини (схема 1), що за походженням може бути як мінеральною, рослинною так і тваринною. У хімічній промисловості найчастіше використовується мінеральна сировина, тобто природні мінерали, що добуваються з земних надр. Мінеральна сировина поділяється на рудну, нерудну і паливну.

Рудна сировина, чи руда, служить для одержання металів. Наприклад, руди заліза, мангану, титану складаються головним чином із сульфідів і оксидів відповідних металів.

Нерудна мінеральна сировина — це гірські мінерали чи породи, що є джерелом одержання неметалевих хімічних продуктів. Наприклад, апатит, фосфорит, гіпс, вапняк, лосняк (слюда), натрій хлорид тощо.

Паливна мінеральна сировина — копалини, що можуть застосовуватись як паливо (кам'яне it буре вугілля, нафта, природний газ тощо). Цей вид сировини іноді називають органічним внаслідок органічного походження. В останні роки такі копалини щоразу частіше використовують не як паливо, а як сировину для хімічної промисловості [7].

Як основну особливість, що характеризує сировину, варто вказати на величезні масштаби її видобутку й переробки. У наш час у світі щорічно добувається і переробляється понад 100 млрд. т гірських порід. Але ж в якості сировини, що піддається хімічній переробці, використовуються не тільки гірські породи. Щоб уявити собі масштаб цього роду людської діяльності, досить найпростішого розрахунку: на кожну людину, включаючи дітей і старих, щодня припадає 100 кг добутих гірських порід.

Схема 1.

Проблема сировини істотна тому, що самі природні копалини розподілені у світі дуже нерівномірно. Майже 95% світових вугільних запасів зосереджені в надрах країн Північної півкулі, зокрема 63% — в Азії, 26% — у Північній Америці і близько 6% — у Європі. Аналогічна чи ще контрастніша нерівномірність розподілу в літосфері характерна родовищам нафти й газу, фосфатів і бокситів тощо. Значна частина світових запасів багатьох найважливіших видів мінеральної сировини зосереджена в надрах країн, що розвиваються: нафта майже 90%, природний газ — близько 70%, боксити — 74%, оливо — 87%, кобальт — 90%. мідь — понад 65%, фосфорити — 75%, нікель, сурма та апатити — 60%.

Отже, в умовах щораз більшого дефіциту сировини необхідний пошук нових резервів. До них належать:

• а) розробка нових джерел і методів добування сировини в літосфері, гідросфері та атмосфері;
• б) розробка нових ефективних методів рециркуляції, тобто багаторазового використання металів та інших видів сировини;
• в) розробка нових технологій, здатних працювати на сировині з меншими витратами ресурсів;
• г) використання альтернативних матеріалів.

Невичерпними джерелами сировини є промислові й побутові відходи, так звана вторинна сировина. Досить сказати, що на відвалах і сховищах розміщується 1,6 * 10¹² м³ гірських порід і відходів переробки корисних копалин, і на кожну людину на рік утворюється 400 кг побутових відходів. Метали як вторинну сировину (так званого скрапу) використовують уже тепер досить широко: біля половини світового виробництва сталі базується на скрапі. Він же покриває від 20 до 60% потреб у найважливіших металах [18].

Інший шлях збільшення видобутку металевої сировини є гірничопромислові роботи під водою. З так званих розкиданих родовищ, що розташовані на глибині 130 м, можна добувати збагачені морські відкладення, у яких містяться коштовні важкі метали — олово, золото, платина, залізо, вольфрам, хром та ін. У морських відкладеннях і мулах Червоного моря, у японських та індонезійських водах, у червоних глинах океанських глибин, що зберігають найбільші кількості алюмінію на нашій планеті, і, можливо, навіть у підводних скелях сховані значні запаси різної металевої сировини. Зразки підводного ґрунту, що підіймаються з дна океану величиною з квасолю чи ріпу (так звані залізні й манганові тихоокеанські конкреції) містять близько 25% мангану й заліза, а також нікель, мідь, кобальт і титан у концентраціях від 1,5 до 3,5%. Загальні запаси таких конкрецій мають становити понад 1 500 млрдт., причому щорічно додатково це дасть 10 млн. т металів. Існує думка, що в цих невеликих зразках морської землі нікелю, мангану й кобальту міститься більше, ніж у всіх разом узятих відомих родовищах цих металів на суші.

У морських водах нашої планети розчинено 4,5 млрд. т урану, приблизно по 3 млрд. т мангану, ванадію й нікелю, 6 млрд. т золота (по 1,5 т на кожного мешканця Землі!). Концентрація окремих складових частин, щоправда, мінімальна, але якщо в майбутньому в промислових масштабах почнуть опріснювати морську воду, то залишки солей, збагачені в 3 — 4 рази, стануть придатною сировиною для одержання важких металів з води.

Що до мінеральної сировини, то вона, як правило, піддається попередній обробці, після якої властивості сполук задовольняли б вимоги відповідного технологічного процесу.

Така обробка складається із сукупності механічних, хімічних і фізико-хімічних операцій: здрібнювання, збагачення (флотація), зневоднювання, укрупнення. Флотація ґрунтується на різному змочуванні водою компонентів мінеральної сировини: корисних і порожньої породи. Наприклад, флотацією поліметалічних сульфідних руд одержують концентрати, відокремлюючи при цьому порожню породy [18].

Станом на січень 2006 р. мінерально-сировинна база України включає близько 20 010 родовищ, у яких знайдено біля 113 видів корисних копалин, з яких 7 829 родовищ мінеральної сировини мають промислове значення та враховуються Державним балансом України. У вартісному обчисленні розвідані протягом другої половини XX сторіччя запаси цих родовищ оцінюються в 7 — 7,5 трлн. дол. США. До промислового освоєння залучено від 40 до 75% розвіданих запасів основних видів корисних копалин.

Запаси залізних руд становлять понад 14% загальносвітових, манганових — понад 43%. Україна посідає провідне місце із запасів титану, цирконію, урану, літію, графіту, каоліну, вогнетривких глин, сірки, калійних солей, декоративного каменю тощо. Україні належать і провідні позиції у світі з видобутку багатьох видів мінеральної сировини: вугілля, манганових і залізних руд, титану, графіту, каоліну тощо. Створений на основі сировинної бази мінерально-сировинний комплекс України є однією з найвагоміших складових національної економіки.

В Україні виробляється близько 5% світового обсягу мінерально-сировинних ресурсів, а щороку гірничо-видобувна промисловість випускає продукції на 25−28 млрд. дол. США (у цінах світового ринку). В Україні вугілля видобувається у межах території вугільних басейнів — у Донбасі, Львівсько-Волинському басейні (кам'яне вугілля) й Дніпровському буро-вугільному басейні. На складний екологічний стан вугільних гірничо-видобувних регіонів впливає те, що кожна третя шахта експлуатується понад 50 років. Гірничо-видобувні роботи ведуться на глибинах до 1 400 м. Загальна площа вугільних басейнів становить близько 160 000 км² (26% території України), зокрема Донбас — 50 000 км² при загальній площі гірничих виробок 13 000 км², яких у Донбасі — близько 12 000 км². На Україні найбільша смертність припадає на підприємства вугільної промисловості. На 1 млн. т видобутого вугілля припадає 4,4 загиблих шахтарі [7].

Видобуток залізних руд в Україні здійснюється на Криворізькому, Кременчуцькому та Білозірському родовищах; манганових руд — на Нікопольському родовищі. Державним балансом України враховано запаси нафти, газу й газового конденсату 323 родовищ. Основна їх кількість (191) зосереджена в Східному регіоні, 96 — у Західному, 36 — у Південному. Обсяг щорічного видобутку вуглеводнів за останні роки пересічно становив 4 млн. т нафти з конденсатом і 18 млрд. м³ газу, що дорівнює відповідно 10 і 20% обсягів цих видів сировини, які щороку споживає країна.

Родовища самородної сірки в Україні розташовані в межах Львівщини, а також частково в Івано-Франківській області. Від початку 50-х років XX ст. розроблялося Роздільське родовище, від 60-х — Подорожненське, а від 70-х років — Язівське та Немирівське родовища. Нині видобування сірки кар'єрним способом припинено через низку економічних та екологічних проблем. Розробляється тільки два родовища, до того ж використовують тільки метод підземного виплавлення.

У більшості регіонів України ресурси підземної гідросфери є важливим фактором стабілізації водно-екологічної ситуації. Прогнозні ресурси прісних підземних вод України становлять 61 689,2 тис м³/добу, з них 57 499,9 тис м³/добу — з мінералізацією до 1.5 г/дм³ придатних для питного технічного водопостачання. Станом на січень 2007 року розвідано 373 родовища підземних вод, які містять 977 ділянок родовищ з експлуатаційними запасами, затвердженими ДКЗ СРСР, УТКЗ та ДКЗ України, у кількості 15 829,8 тис м³/добу. На сьогодні мінеральні води в Україні розвідані із затвердженням запасів 152 ділянок родовищ. їх загальні експлуатаційні запаси становлять 64 865,7 м³/добу. Родовища мінеральних вод є в усіх, крім Івано-Франківської та Сумської, областях, України.

Станом на січень 2007 року в Україні детально розвідано два родовища термальних вод (підземні води з температурою понад 20⁰С) — Берегівське в Закарпатській області та Новоселівське в АР Крим. Запаси термальних вод в Україні в Берегівському родовищі становлять 0,871 тис м³/добу.