Загальна характеристика сировини, її класифікації та споживання

Основою будь-якого виробництва є сировина, без якої жодне виробництво не може функціонувати.

Сировина – це природні або інші матеріали, які економічно вигідно переробляти в готову продукцію.

Сировину одержують або з природних ресурсів, або в якості сировини використовують відпрацьовані в процесі експлуатації вироби, придатні для подальшого використання.
Природними ресурсами називають елементи природи (матеріальні і енергетичні), які застосовуються людиною у виробничій діяльності для отримання готової продукції.
До матеріальних відносять водні ресурси, а також рослини, тварин, корисні копалини; до енергетичних – енергію Сонця, вітру, води, теплову енергію надр (гейзери, теплоту нижніх шарів земної кори та ін.)

За характером поновлювальності природні ресурси поділяють на групи:

• Вичерпні непоновлювані (кам’яне вугілля, нафта, рудні корисні копалини);
• Вичерпні відновлювані (ґрунт, рослинність, тваринний світ);
• Невичерпні (теплова та світлова енергія Сонця, енергія води, вітру, припливів і відливів, водні ресурси в цілому та ін.)

Важливою складовою частиною природних ресурсів є корисні копалини – матеріали, які добуваються з надр Землі.

За складом розрізняють рудні і нерудні корисні копалини.

Рудними корисними копалинами називають речовини, що видобуваються з надр Землі, які є сировиною для отримання металів або металевих сплавів. До них відносяться магнезит, червоний залізняк, сидерит, з яких отримують чавун, сталь або чисте залізо.

Нерудні корисні копалини застосовуються для отримання будь-яких продуктів неметалевоо характеру. Це нафта, кам’яне вугілля, вапняк, мармур, мергелі та інші корисні копалини.

Слід зазначити, що корисні копалини є складовою частиною природних ресурсів, утворюючи матеріальні ресурси, з яких можна або витягувати енергію (природний і попутний газ, кам’яне вугілля, частково нафта), або отримувати сировину для виробництва різної продукції. Потрібно пам’ятати, що корисна копалина стає сировиною тільки після його видобутку і часткової переробки (наприклад, багато руди потребують збагачення; здобуту корисну копалину необхідно доставити до місця виробництва, подрібнити і т. д.). Важливо відзначити, що сировиною для одержання деяких видів продукції є готова продукція інших виробництв, наприклад з металів отримують сплави, які в свою чергу використовують для виготовлення машин і устаткування.

Існує кілька класифікацій сировини

За складом сировину поділяють на:

• Мінеральна (утворена неорганічними речовинами, іноді з домішкою органічних, наприклад кам’яне вугілля);
• Органічна – складається з органічних речовин, але може включати як домішки і неорганічні речовини.

Органічну сировину поділяють на рослинну (насіння злакових та олійних рослин тощо) і тварину (м’ясо та шкури тварин, шерсть та ін.) До органічної сировини можна віднести нафту, природні та попутні гази, але ці сполуки та їх суміші добувають з надр і вони можуть утворюватися як з рослинних, так і з тварин організмів або мати неорганічне походження (за однією з теорій походження нафти).

Мінеральну сировину (як і корисні копалини) ділять на рудну і нерудну.

За характером джерела сировину поділяють на:

Первинною сировиною називають такі речовини, які вперше використовуються у виробничому циклі. Так, первинною сировиною є кокс, руда і флюси в доменному процесі, переробний чавун при варінні сталі, целюлоза, одержувана з деревини ялинових рослин, застосовувана у виробництві паперу.

Вторинною сировиною називаються речовини, які містяться у відпрацьованих виробах, що використовуються для отримання нової продукції. Так, використаний папір (газети, книги і інша макулатура) є сировиною для отримання нового паперу спеціального призначення і додається до целюлози, застосовуваної вперше; залізний лом вносять в переробний чавун при варінні сталі, з сала (різні обрізки, відходи) тварин одержують мило та т. д. Вторинна сировина є додатковим джерелом, що дозволяє економити корисні копалини та інші джерела первинної сировини.

Вторинна сировина буває мінеральна і органічна.

Рослинну і тваринну сировину (як первинну сировину) поділяють на харчову і технічну, але цей поділ відносний і умовний, так як часто харчову сировину використовують і в технічних цілях. Наприклад, рослинне масло, отримане з насіння соняшнику, застосовують для приготування оліфи, мила та інших технічних продуктів. В даний час вчені вирішують проблему заміни харчової сировини нехарчовою, що є одним з шляхів вирішення Продовольчої проблеми людства.

Вторинна сировина є основою вторинних матеріальних ресурсів, тобто речовин, які раніше піддавалися обробці, але за рахунок втрати споживчих властивостей або невідповідності визначеним стандартам не включені в процес використання за призначенням.

Розрізняють декілька груп вторинних матеріальних ресурсів.

• Відходи виробництва – залишки вихідної сировини, допоміжних матеріалів і напівфабрикатів, що утворюються в результаті технологічного процесу, які втратили (хоча б частково) свої споживчі властивості (наприклад, цегляна крихта, цегляний лом, відпрацьовані каталізатори, сучки, тріска та ін.);
• Відходи споживання – вироби і матеріали, які в процесі експлуатації втратили свої споживчі властивості (наприклад, порвані поліетиленові пакети, макулатура, залізний лом, зношені одяг та взуття, використана тара, харчові відходи – нез’їдена їжа; відходи, що утворюються в процесі приготування їжі – очищення, шматочки некондиційного м’яса і жиру є відходами виробництва);
• Побічні продукти – речовини, отримувані з вихідної сировини, що володіють високими споживчими властивостями, але не є метою даного виробництва (наприклад, хлорид кальцію у виробництві кальцинованої соди, фосфогіпс, що утворюється при виробництві фосфорних добрив, плодова продукція, яка не відповідає кондиції та ін.)

У реалізації виробничої діяльності велику роль відіграють і енергетичні ресурси, які, як і матеріальні, ділять на первинні та вторинні.

Первинні енергетичні ресурси поділяють на традиційні і нетрадиційні.

До традиційних енергетичних ресурсів відносять:

• атомну (ядерну) енергетику;
• теплову енергетику;
• гідроенергетику.

Підприємства, на яких здійснюється отримання енергії (атомні електростанції – АЕС, теплові електростанції – ТЕС та гідроелектростанції – ГЕС), виробляють практично всю ту кількість енергії, яка забезпечує виробничі та побутові потреби населення Землі.

Частину енергії отримують, використовуючи нетрадиційні джерела, до яких відносяться:

• геліоенергетика (станції виробляють електроенергію за рахунок сонячної радіації);
• електростанції, що працюють за рахунок енергії морських течій і припливів;
• геотермальна енергетика використовує енергію гарячих підземних вод (на цьому заснована енергетика в Ісландії);
• вітрова енергетика (колись широко застосовувалася, наприклад, при роботі вітряних млинів);
• моретермальна енергетика – чекає свого застосування.

До вторинних енергетичних ресурсів відносять:

• використання енергії у вигляді тепла відхідних газів (так, суміш азоту, водню і аміаку, що виходить з колони синтезу, нагріває суміш азоту і водню, що надходить в колону синтезу);
• використання тепла гарячої води, отриманої у виробничому процесі за рахунок охолодження обладнання, в побутових та інших цілях;
• енергію, отриману за рахунок спалювання відходів виробництва (наприклад, уловлені з домни гази, що відходять, можна використовувати як сировину для отримання енергії, так як ці гази містять СО, при спалюванні якого виділяється енергія), і т. д.

Розглядаючи питання, пов’язані з використанням ресурсів у виробництві, важливо розуміти, що роль оптимального їх використання велика як з економічної, так і з екологічної точок зору. Тому виникає проблема комплексного використання сировини, енергетичних ресурсів, побічних речовин і відходів так, щоб завдати мінімальної шкоди природному навколишньому середовищю.

Класифікація відходів

Відходи поділяються на тверді та рідкі, промислові та побутові, виробництва та споживання.

Відходи виробництва—усе те, що утвориться в процесі виробництва чи після завершення його циклу, крім продуктів у вигляді енергії чи речовини — предметів виробництва. Відповідно до цього визначення до відходів виробництва відносяться залишки багатокомпонентної природної сировини після витягу з неї цільового продукту, наприклад, порожня рудна порода, розкривна порода гірських розробок, шлаки і пил теплових електростанцій, доменні шлаки і горіла земля металургійного виробництва, металева стружка машинобудівних підприємств і т.д. Крім того, до них відносяться значні відходи лісової, деревообробної, текстильної й іншої галузей промисловості, дорожньобудівельної індустрії і сучасного агропромислового комплексу (невикористані хімічні добрива і пестициди, необладнані цвинтарі загиблих під час епідемій тварин і ін.).У принципі відходами виробництва є і речовини, що містяться в технологічних газах, що відходять, (димові) чи в стічних водах підприємств, що використовують воду в технологічних процесах. Ці газоподібні і рідкі види відходів звичайно розглядаються в рамках екологічних проблем забруднення атмосферного повітря і водного басейну Землі і їх охорони.

У промисловій екології під відходами виробництва розуміють відходи, що знаходяться у твердому агрегатному стані (деякі газоподібні і рідкі відходи можуть переходити у тверду фазу, наприклад, у фільтрах чи відстійниках). Те ж відноситься і до відходів споживання — промисловим і побутовим.

Таблиця 4.7 Класифікація промислових відходів за гігієнічною ознакою

відходів за видом

Річне накопичення до всієї маси відходів %

Рекомендовані методи утилізації або знищення

Використання для різних робіт

Органічна речовина, яка

Складування або переробка

разом з твердими

Складування разом з

Спалювання, у тому числі,

разом з твердими

Складування на полігоні промислових відходів

Токсичні, у тому

Зняття токсичності на спеціальному устаткуванні, потім використання

Відходи споживання

Відходи споживання – вироби і матеріали, що втратили свої споживчі властивості в результаті фізичного (матеріального) чи морального зносу.

Промислові відходи споживання — машини, верстати й інше застаріле обладнання підприємств.

Побутові відходи – відходи, що утворюються в результаті життєдіяльності людей і які вони викидають як небажані чи марні. До твердих побутових відходів відносять картон, газетний, пакувальний чи споживчий папір, усіляку тару (дерев’яна, скляна, металева), що вийшли з ужитку чи втратили споживчі властивості, предмети і вироби з дерева, металу, шкіри, скла, пластмаси, текстилю й інших матеріалів, зламані чи застарілі побутові прилади – сміття, а також сільськогосподарські і комунальні харчові відходи – викиди.

Велику небезпеку для навколишнього середовища представляють токсичні відходи, у тому числі частина безпечних на стадії їхньої появи відходів, що здобувають токсичні властивості під час збереження.

Відходи виробництва

Видобуток і переробка сировини, необхідної для виробництва енергії, різних матеріалів і в остаточному підсумку задоволення тих чи інших потреб суспільства, веде до виснаження природних ресурсів Землі, руйнування природних екосистем, порушення біосферних процесів і небаченого забруднення навколишнього середовища, у тому числі в результаті нагромадження відходів виробництва.

Характерне для сучасного світу розширення індустріального виробництва супроводжується використанням величезної кількості сировини й енергетичних ресурсів, спрямованих на виробництво матеріальних благ. При цьому діє сформований століттями стереотип, що саме екстенсивне зростання промислового виробництва визначає добробут суспільства; промислове виробництво вважається основою економічного розвитку і соціально-економічного рівня життя суспільства, а обсяг споживаних сировини і ресурсів розцінюється як показник економічного процвітання.

Структурна перебудова економіки розвинутих країн в останній чверті XX століття (розвиток високотехнологічних галузей промисловості, що випускають електронну техніку, комп’ютери, фармацевтичні препарати і т.д.) призвела до зниження темпів споживання сировини (воно потрібно в основному для заміни устаткування, а не для створення нової інфраструктури) і енергії. У той же час різко підвищилися рівні споживання сировинних ресурсів у країнах, що розвиваються. Однак, обсяг сировини, що надходить в економічну систему, нічого не говорить ні про його кінцеве використання, ні про його внесок у добробут людей. Але цей показник дозволяє однозначно оцінити збиток, який наноситься навколишньому природному середовищу як на початковій, так і на завершальній стадії виробничого циклу.

Слід також зазначити, що енергія, як і природні ресурси, лише засіб людської діяльності, а не кінцева мета. Відомий економіст професор М. Лемешев, що працював експертом ООН по навколишньому середовищу, на найпростішому прикладі показав нераціональний характер використання природних ресурсів, нерозумне і гріховне коло “виробництва заради виробництва”,

“Ми щорічно витягуємо з надр чверть мільярда тонн залізної руди, добуваючи її так званим прогресивним відкритим способом, руйнуємо тисячі гектарів найцінніших чорноземів, обмежуючи зростання виробництва молока, м’яса, хліба. Порушуємо гідрологічний режим великих регіонів, створюємо водний дефіцит. Потім споруджуються найбільші гірничо-збагачувальні комбінати і металургійні заводи. При виплавці металу забруднюється повітря, губляться ріки, озера. Отриманий метал йде на будівництво циклопічних прокатних станів, а на цих станах прокочують профілі гігантських роторних екскаваторів для видобутку залізної руди. При цьому, природно, витрачається величезна кількість енергії. Виходить: руда заради руди, коло в такий спосіб замикається, і починається новий технологічний виток з тим же дуже малим ККД одержання кінцевих споживчих благ для людей і з трагічно великою втратою для природи .Відзначимо в цьому прикладі два моменти. Продуктивність роторного екскаватора складає більше 5 тис. м 3 /год. За 8 год. роботи виймається більш 40 тис. м 3 , це обсяг піраміди з підставою 100 м 2 і висотою в 12 м! При цьому корисні компоненти складають у середньому біля половини обсягу породи, що витягується, а практично використовуються у виробництві лише декілька відсотків.

Видобуток сировини – це не тільки самий руйнівний вид людської діяльності, при якому відбувається переміщення величезної кількості ґрунту і гірської породи, але й основне джерело промислових відходів. Велика частина відходів утворюється на початковій стадії. Для доступу до сировини необхідно видалити шар ґрунту і гірських порід (розкривні породи), при цьому обсяги розкривних порід при відкритому способі видобутку сировини, який зараз широко розповсюджений, значно більші, ніж при підземному способі. Наочний приклад цьому – гори порожньої породи — терикони в районах вуглевидобутку, відвали поблизу кар’єрів при наземному видобутку руди. Після процесу збагачення добутої руди також з’являються гори порожньої породи (“хвости” збагачення). Такі ж гори відходів утворюються на стадії виплавки металу (доменні шлаки, пил, горіла земля).

В основному ці терикони і відвали складаються з відносно інертних компонентів, але в той же час вони містять речовини, які утворюють кислоти, важкі метали й інші небезпечні для навколишнього середовища елементи. Піддаючись інтенсивному фізико-хімічному впливу природних факторів – повітря і води, вони стають джерелами комплексного забруднення навколишнього природного середовища.

Найбільш гостро стоїть питання утилізації відходів, що неухильно накопичуються у вугільній галузі промисловості. На деяких шахтах Донбасу видобуток 1 тис. т. вугілля супроводжується видачею на-гора більш 800 т. породи. На поверхні при участі кисню повітря і деяких видів бактерій, які є в породі, сульфіди окислюються, що є однією з причин самозаймання териконів, утворення кислотних поверхневих водотоків. Еколого-геохімічними дослідженнями встановлений інтенсивний винос дощовими водами з териконів вугільних шахт Донбасу селену, кобальту, міді й інших важких металів. Винос селену такий, що 1 м шлаку досить, щоб концентрація селену 1 л перевищила гранично припустиму.

Підвищена міграційна здатність багатьох хімічних елементів викликає забруднення підземних вод, а високі коефіцієнти біологічного поглинання важких металів призводять до забруднення рослинного покриву прилягаючих територій. Потім забруднення через ланцюги харчування надходить в організм тварин і людини, приводячи до важких захворювань. Повітряна ерозія і локальні самозаймання відвалів і териконів сприяють забрудненню приземної атмосфери. За даними Держкомекології, тільки в 1997 р. у вугільній галузі промисловості утворилося близько 700 млн. т. розкривних порід і відходів збагачення. Частка використання твердих відходів у галузі складає в середньому 50%. Починаючи з 1991 р. спостерігається щорічне зменшення відновлюваних земель. Обсяги рекультивації стримуються недостатнім фінансуванням і забезпеченням відповідною технікою й устаткуванням. Аналогічна ситуація спостерігається й в інших галузях гірничодобувної галузі промисловості, у металургійному виробництві і будівельній індустрії, причому не тільки в нашій країні, але і в усьому світі.

Особливу категорію відходів (головним чином, промислових) складають радіоактивні відходи (РВ), що утворюються при видобутку, виробництві і використанні радіоактивних речовин як пального для атомних електростанцій, транспортних засобів (наприклад, атомних підводних човнів) і інших цілей.