Курсовая работа: Методика проведення факультативного курсу з хімії

З огляду на те, що масштаб виробництв в останні десятиліття значно зріс, а саме виробництво як у нашій країні, так і за її межами розвивалося за екстенсивною схемою, виникла серйозна проблема виснаження, природних джерел сировини. Уразі збереження нинішніх темпів споживання, нафта, газ, уран-235, легкі кольорові метали (крім алюмінію) можуть бути вичерпані до середини наступного сторіччя.

1.1.3 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 itбуре 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 XXсторіччя 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 XXст. 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 61689,2 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 20⁰ С) — Берегівське в Закарпатській області та Новоселівське в АР Крим. Запаси термальних вод в Україні в Берегівському родовищі становлять 0,871тис м³ /добу.

1.2 Екологічні наслідки хімічних виробництв

Сьогодні Україна поступово розв'язує складні проблеми екологічної рекультивації більшості гірничо-видобувних районів, сформованих унаслідок попереднього екстенсивного розвитку промислових, галузей та ресурсомістких технологій. Екологічні проблеми, що зумовлені застарілими технологіями та критично зношеними основними фондами, полягають у нагромадженні величезних обсягів виробничих відходів, що перетворюються на техногенний ресурс, значних втратах мінеральної сировини (у надрах залишається до 70 % запасів нафти, до 50 % солей, до 28 % вугілля, до 25 % металів), великому антропогенному навантаженні на довкілля, порушенні стійкості геологічного середовища, гідрогеологічних та гідрологічних умов на тлі досить обмежених водних ресурсів.

Всі відомі технологічні процеси хімічного виробництва супроводжуються утворенням великої кількості відходів у вигляді шкідливих газів та пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічні компоненти, які забруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.

Хімічна промисловість спричиняє значні забруднення метаном, амоніаком, пилом. Загальні обсяги промислових викидів у повітряний простір колосальні. Найбільш небезпечними забруднювачами атмосфери є кислотоутворюючі оксиди - нітрогену, сульфуру, а також вуглекислий газ, чадний газ, амоніак, фтор, хлор та промисловий пил. Їх надходження в повітря помітно змінило склад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом [18].