Доступность сырья определяется географическим расположением запасов, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов извлечения. Отсутствие эффективных методов (цианидного, ртутного) не позволяло в прошлом успешно извлекать золото из рассеянных месторождений.
Существенное влияние на возможность использования запасов сырья оказывает концентрация полезного элемента. Многие элементы при относительно высокой концентрации в земной коре рассеяны, что затрудняет их использование в качестве химического сырья. Тем не менее в промышленности в целом и химической – в частности, характерна историческая тенденция использовать всё более распространённое сырьё, выраженная в правиле Вернадского, согласно которому «кларки промышленности стремятся к кларкам планеты».
Запасы основных видов сырья в СССР в % от мировых запасов выражались следующими цифрами: торф 60, калийные соли 60, фосфаты 33, древесина 33, ископаемые угли более 50, нефть 6 – 10, различное минеральное сырьё 25. В настоящее время на долю РФ падает 45% мировых запасов газа и 23% ископаемых углей. Существенным недостатком сырьевой политики России является сохранение структуры экспорта, в которой 40,2% составляет топливо и 10,5% рудное сырьё, и всего 4,1 % продукты переработки сырья, хотя известно, что стоимость продукции прогрессивно возрастает с учётом с углублением переработки сырья.
Высокая доля сырья в себестоимости химической продукции, быстрое истощение запасов сырья (мировая добыча минерального сырья за первую половину ХХ века выросла в 3,4 раза), удорожание процессов добычи его (за последние годы себестоимость добычи нефти выросла в 2 раза, угля в 1,5 раза, природного газа в 2,5 раза) выдвинули две задачи:
- разработку объективной оценки скорости исчерпывания запасов химического сырья;
- рациональное использование химического сырья.
1. Количественной характеристикой скорости исчерпывания запасов сырья предложено считать «индекс использования резервов» (ИИР), который представляет процент расходования данного вида сырья в год. Чем выше ИИР, тем, очевидно, больше скорость расходования сырья, т.е.
tисчерп. = 100/ИИР,
где: tисчерп – время исчерпывания запасов сырья в годах.
ИИР зависит от численности населения и возрастает с его увеличением. В табл. 2 представлены значения ИИР и соответствующее им время исчерпывания ресурсов основных видов химического сырья, рассчитанные для численности населения 3,56 · 109 человек (графа I) и 10 · 109 человек (графа II).
Табл. 2 Индекс использования ресурсов и время использования ресурсов.
| Вид ресурса | ИИР | Время, год | ||
| I | II | I | II | |
| Уголь | 0,05 | 0,10 | 2000 | 1000 |
| Нефть | 3,10 | 18,90 | 32 | 5,3 |
| Фосфаты | 0,06 | 0,30 | 1650 | 333 |
| Железо | 0,40 | 1,20 | 250 | 83 |
| Алюминий | 0,90 | 2,50 | 111 | 40 |
| Уран | 2,30 | 5,80 | 43,5 | 17,3 |
Из данных таблицы следует, что разведанные запасы многих видов сырья могут быть исчерпаны уже при жизни ближайших поколений.
2. Основными направлениями рационального использования химического сырья являются:
- применение более дешёвого сырья (местного, с минимальными затратами на добычу);
- использование вторичных материальных ресурсов (отходов производства и потребления, побочных продуктов других производств);
- использование менее концентрированного сырья (бедных руд);
- комплексная переработка сырья, т.е. метод, при котором в максимальной степени извлекаются и используются все ценные компоненты, содержащиеся в сырье.
Комплексное использование сырья позволяет приблизиться к решению важнейшей задачи химической технологии – свести к минимуму технологические потери сырья и полностью использовать отходы производства. Это позволяет расширить сырьевую базу, увеличить, объём производимой продукции, снизить затраты сырья и энергии, а также в значительной степени снизить загрязнение окружающей среды промышленными выбросами. Комплексное использование приводит к сокращению капитальных вложений в производство, снижению себестоимости продукции и улучшению всех технико-экономических показателей производства.
Рециркуляция сырья, т.е. вторичная переработка выработавших срок эксплуатации, вышедших из строя и морально устаревших изделий. Наиболее успешно рециркуляция осуществляется для металлов в виде переплавки скрапа, электрохимического извлечения ценных металлов из лома электронной аппаратуры и др. Значительно труднее поддаются рециркуляции полимерные материалы, в том числе каучуки и пластмассы. Как правило, они перерабатываются в изделия вторичного назначения.
Рециркуляция сырья позволяет значительно снизить скорости исчерпания природных ресурсов при том же значении ИИР. Так, например, если время исчерпания железа без рециркуляции составляет 250 лет, то при степени рециркуляции 50% оно возрастает до 580 лет, а при степени рециркуляции 80% уже до 1330 лет. Для большинства металлов степень рециркуляции колеблется от 5 – 10% (вольфрам, алюминий) до 30 – 45% (медь, железо, свинец, серебро) и зависит от эффективности используемой технологии регенерации.
Основные технико-экономические показатели химических процессов
Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технический, но и тесно связанный с ним экономический аспект, от которого зависит нормальное функционирование и развитие производства. Этот аспект рассматривает экономика химической промышленности, т.е. наука, изучающая уровень использования всех видов ресурсов химического производства и разрабатывающая на уровне его анализа наиболее эффективные пути и методы его организации и развития.
Важнейшим критерием, характеризующим совершенство химического производства, является его экономическая эффективность. Она зависит от мощностей технологических установок, используемых в производстве, на которых вырабатывается продукция, и от научного и технического уровня, на котором осуществляется технологический процесс.
Технико-экономический уровень химического производства определяется совокупностью технико-экономических показателей (ТЭП). К ним относятся расходные коэффициенты по сырью и энергии, селективность процесса, производительность, интенсивность работы аппарата, качество продукции, производительность труда, себестоимость продукции.
ТЭП производства зависят от ряда факторов, характеризующих состояние производства. К ним относятся: возраст предприятия (величина физического и морального износа), техническое состояние оборудования, степень автоматизации производства, квалификация кадров, уровень организации труда, прогрессивность используемых технологий.
ТЭП отражают возможность предприятия выпускать продукцию заданной номенклатуры и качества, удовлетворяющей требованиям заказчика (ГОСТ, ОСТ, ТУ), и в заданном количестве. Они являются критериями, позволяющими установить экономическую целесообразность организации данного производства и его рентабельность, а также сравнить по эффективности различные производства одного профиля. ТЭП используется для текущей оценки состояния производства, его планирования и обновления технической базы предприятия.
Расходным коэффициентом (РК) называется количество сырья и энергии каждого вида, затрачиваемое на производство единицы массы или объёма готовой продукции. По сырью РК выражается в т/т, нм3/нм3; по энергии, соответственно, в кВт·ч/т, кВт·ч/нм3.
Выход готового продукта определяется как отношение массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его производство. Для одностадийного производства, протекающего по схеме А → В, выход равен:
ηВ = mВ / mА
Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для много стадийного процесса по схеме А → В → D суммарный выход всего процесса равен произведению выходов кажлой стадии:
ηS = ηА · ηВ …. · ηn
Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для необратимых реакций выход определяется как отношение массы, полученной на практике mв(пр) к массе, теоретически возможной по стехиометрическому уравнению (mв(теор))
η = mв(пр) / mв(теор)
Выход для обратимой реакции определяется как отношение практически полученной массы продукта к максимально возможной массе его, которая может быть получена в данных условиях производства.
Степенью превращения сырья (конверсии) называется отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение, за время t, к исходной массе его (mа0)
Ха = mа0 – mat / mа0