Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Как обстоит дело с сырьем в ГДР?

Сырьевое обеспечение народного хозяйства ГДР характеризует малая доля отечественного сырья, используемого для производства конструкционных материалов, импорт более чем 50% всего сырья, незначительная степень обогащения многих видов отечественного сырья и недостаточный уровень использования вторичного сырья и отходов промышленного производства.

Для непрерывного и быстрого роста народное хозяйство должно быть обеспечено сырьем на длительную перспективу, а этого нельзя гарантировать без освоения и применения новых научных и технических знаний, без реализации их в производстве, а также без экономии сырья и материалов. Необходимо, чтобы потребление сырья росло медленнее, чем промышленное производство, доля отечественного сырья и прежде всего вторичного повышалась, уменьшалось количество бесполезных промышленных отходов. В 1975 г. в ГДР были приблизительно следующие пропорции в потреблении отдельных видов сырья (табл. 3).

Ниже представлены некоторые виды сырья важные для производства материалов в ГДР.

Железо-фаворит на все времена?

Чугун и сталь до настоящего времени являются наиболее многосторонними и ценными из конструкционных материалов. В ближайшие годы материалы на основе железа сохранят за собой это ведущее место, хотя темпы роста производства других материалов выше.

В то время как основная часть потребляемого в ГДР железа импортируется из СССР уже в облагороженной форме, другая его часть продолжает поступать также из СССР в виде железной руды. Остальные потребности нашего народного хозяйства в рассмотренном объеме удовлетворяются за счет металлолома, в частности он составляет примерно половину сырья для стального проката.

На нашей территории имеются железорудные месторождения, но из-за большой глубины залегания, малой мощности и малого содержания железа в руде их пока не разрабатывают. Из такого вторичного сырья, как зола бурого угля, прокатная окалина и т. п., можно будет получать железо только тогда, когда разработают относительно простые и экономичные технологические методы его извлечения.

Алюминий следует за железом

Алюминий стоит на втором месте в потреблении после стали среди всех металлических материалов. Потенциальные резервы сырья для алюминия больше, чем для железа.

Дефицит цветных металлов требует внедрения алюминия прежде всего там, где с его помощью могут быть достигнуты экономические и технические преимущества. Ограничение на использование алюминия накладывает высокая стоимость его производства, в которой затраты на энергию составляют 25%. Возможности для изменения структуры сырьевой и материальной базы с помощью внедрения алюминия состоят прежде всего в разработке новых методов использования отечественного сырья.

Главной проблемой при получении алюминия является производство чистого глинозема (А12О3). Далее следует электролитическая переработка его расплава в металлический алюминий.

В ГДР глинозем получают из импортного боксита. Способы производства были разработаны более 50 лет назад. Одним из них является метод известкового прокаливания. В ПНР этим способом уже получают в год 30000 т первоклассного глинозема. Преимущество этого метода состоит в том, что получение глинозема возможно на базе исключительно отечественного сырья, причем одновременно производится высококачественный цемент. Недостатком способа является, прежде всего, более высокий уровень энергозатрат в сравнении с переработкой боксита. В настоящее время оптимальность различных методов проходит практическую проверку.

Из чего производить полимеры?

Выбор сырья для производства полимерных материалов обусловливается их химическим составом, который включает углерод, водород и в меньшей степени кислород, азот и хлор. Основной элемент углерод является одновременно главнейшим носителем энергии. По этой причине бурый уголь, природный газ и нефть, которые содержат названные элементы, одновременно служат исходными веществами для производства полимеров и энергии.

Так как непосредственное превращение бурого угля в углеводороды ограничено, параллельно развиваются способы обогащения угля и переработки нефти. Для равного выхода конечной продукции около 6,5 млн. т нефти может заменить ПО млн. т бурого угля. При химическом обогащении угля отделении полуфабрикатов: смолы, средних и легких масел возможно более эффективное его использование по сравнению с продуктами нефтехимии.

Имеющиеся в ГДР запасы бурого угля используются в первую очередь для производства электроэнергии и теплоснабжения, а также брикетов кокса и городского газа. Запасов бурого угля достаточно, чтобы в будущем наладить производство основных веществ углехимии на основе собственной сырьевой базы. В области использования бурого угля почти ничего не изменяется, однако стоимость разведки, добычи и обработки постоянно возрастает.

В ГДР запасов нефти, пригодных к промышленной добыче, очень мало, поэтому нефть почти исключительно импортируется. Некоторую часть ароматических соединений и олефинов получают при крекинге нефти в результате отделения горючего, мазута, сжиженного газа. На 1 т нефти приходится около 10 кг бензола, 12 кг толуола и 12 кг ксилола. В среднем приблизительно 40% бензола, 80% толуола и 90% ксилола применяется для синтеза полимеров. Почти с тем же эффектом, что и нефть, в качестве сырья для полимеров может быть использован природный газ. Однако природный газ, все в большем количестве добываемый на территории ГДР, благодаря высокому содержанию азота применим также для производства других продуктов, например удобрений. Природный газ для полимеров преимущественно импортируется.

С увеличением объема перерабатываемых полимеров возрастает (как и для других материалов) количество отходов и отслуживших свой срок изделий. Структура органических макромолекул не позволяет ожидать кругооборота полимеров подобного использованию металлолома. Однако уже имеется путь решения задачи реализации вторичного сырья из термопластичных материалов. Отсортированные пластмассовые отходы снова перерабатываются при производстве пластмассовых изделий, в текстильной промышленности, упаковочной технике и т. д. ( 11). Что касается несортированных отходов и пластмассовых изделий, бывших в индивидуальном потреблении, то сегодняшний уровень знаний еще не позволяет повторно использовать эту продукцию из относительно дорогого и преимущественно импортного сырья. В этой области нам предстоит еще решение таких задач как окисление полимеров, использование биологических процессов в качестве источника энергии и средства улучшения почвы и др.

По добыче бурого угля (250 млн. т в год) ГДР занимает первое место в мире. Открытые разработки находятся преимущественно в окрестностях Галле, Лейпцига и Котбуса.

Получение бурого угля в открытых разработках предъявляет значительные требования к технике добычи, особенно если учесть, что на каждую тонну добываемого угля приходится около 5—7 тонн вскрышных пород. В этих породах, однако, содержится ценное сырье, например песок, глина, гравий. Достигнутая степень механизации в открытых разработках с транспортным отвальным мостом от 45 до 60 м не допускает выборочного получения минеральных веществ. Вместе с тем отдельные содержащиеся в породе партии формовочного песка, песка для варки стекла, специальной глины могут быть легко разделены, что позволяет в первую очередь использовать их в народном хозяйстве. В имеющихся условиях и после 2000 года обеспечение ГДР бурым углем в качестве сырья для энергетического хозяйства и частично для химической промышленности будет иметь большое значение.

В ближайшие десятилетия не приходится рассчитывать на добычу нефти на территории ГДР в размерах, характерных для главных нефтеперерабатывающих районов мира. Значение природного газа для энергетики и химической промышленности возрастает. В мировом масштабе темпы роста добычи природного газа в три раза больше, чем для других первичных источников энергии. Главные сферы применения природного газа -домашнее хозяйство, промышленность и особенно химия.

Сырье для стекла и керамики

Уже сегодня стекло и керамика являются важными материалами почти для всех отраслей промышленности, хотя потребление их в сравнении с другими конструкционными материалами значительно ниже. Разработка новых материалов из стекла, особенно для замены традиционных имеет большое значение потому, что доля отечественного сырья для этого производства составляет 95%.

Для производства стекла, грубой и тонкой керамики необходимо большое количество чистого мелкозернистого песка почти со 100% содержанием SiO2, а также каолина, полевого шпата, известняка, доломита и глины. Разведанных запасов много, но несмотря на это необходимо расширять поиски песка для производства стекла и одновременно развивать экономичные методы переработки силикатного сырья.

Для тонкой керамики и огнеупоров в первую очередь необходимы сода, стекло, оксид магния и карбид кремния. Богатые запасы этих видов сырья также имеются в ГДР. Наряду с ролью массового сырья возрастает также потребность в высокоценных добавках. В производстве стекла это борная кислота, соединения лития, лантана и циркония, в керамической промышленности - оксид цинка. Обеспечение этими веществами приведет к росту производства высокопрочного стекла и специальной керамики.

Одновременно с возрастанием потребления стекла и керамики нужно ожидать увеличения количества отходов в виде битого стекла и фарфора, остатков огнеупорных материалов. Внедрение вторичного сырья уже сегодня осуществляется, в зависимости от вида изделий, на уровне от 5 до 30% используемой массы. В соответствии с современными знаниями и уровнем развития технологии использование вторичного сырья ограничивается производством тары и предметов домашнего хозяйства.

Все идет в дело при строительстве

Для производства строительных материалов, которое должно в первую очередь развиваться на отечественной сырьевой базе, уже сегодня необходимо 50 млн. т сырьевых ресурсов различного вида. Кроме металлов и древесины, сырьем для строительной промышленности считают прежде всего известняк, глину, гравий, песок, щебень и мелкий галечник.

На территории ГДР залегает достаточное количество запасов сырья для строительных материалов всех видов. Однако из-за разбросанности мест залегания транспортные расходы во много раз превышают стоимость их добычи. Так, запасы гравия, известняка, мела и гипса сконцентрированы на юге страны. Транспортировка больших масс в северные районы не только удорожает строительство, но и создает напряженность на транспорте. Залежи гравия и песка находятся поблизости от грунтовых вод, что затрудняет их разработку. Во все возрастающей мере используется вторичное сырье: зола, шлаки и прежде всего песок, гравий и глина, находящиеся во вскрышных породах.

Лес как источник сырья

В ГДР древесина все еще является важнейшим материалом. Его сырьевая база – лес - играет важную роль как в развитии народного хозяйства, так и культуры страны.

Комплексное использование лесных угодий имеет большое экономическое значение для того, чтобы природный прирост лесных массивов способствовал максимально возможному удовлетворению все быстрее растущих потребностей. Для этого необходимо разработать комплексную технологию использования древесины с уклоном ко второй перерабатывающей ступени. Это означает, что господствующие до сегодняшнего дня механические способы переработки (с большим количеством отходов) должны быть замены химическими. Тем самым входящие в состав древесины вещества, используемые до настоящего времени лишь наполовину, можно будет использовать значительно эффективнее. В соединении с полимерами можно было бы открыть абсолютно новые области применения для древесины.

Древесина - один из немногих видов сырья, запасы которого ежегодно обновляются. Однако экстенсивный путь развития ограничен, так как площадь лесов нельзя увеличить. Интенсивный путь развития в форме культивации лесных массивов и комплексного использования всех составных частей дерева, включая пни и отходы лесопилок, предоставляет возможности для улучшения сырьевой базы, которые далеко еще не исчерпаны.

Другие резервы можно открыть с помощью возвращения вторичного сырья на базе древесины. До сих пор вторичное использование проводят лишь для бумаги и некоторых других древесных отходов. В перспективе доля древесины в сырьевой структуре будет снижаться, так как удовлетворить возрастающие потребности народного хозяйства полностью невозможно. В главных областях потребления, таких как целлюлозно-бумажная промышленность, производство мебели, строительство, упаковочная техника, древесина останется основным сырьем. В то же время в производстве одежды (волокна), в горном деле (опоры) и железнодорожном транспорте (шпалы) потребление этого сырья будет снижаться.

Вторичное   сырье - облагороженные отходы?

В то время как первичное сырье имеет низкую степень вещественных изменений, вторичное сырье-это продукт, который на определенной ступени общественного производства или потребления на какое-то время был исключен из кругооборота веществ. Однако по своей материальной составляющей он представляет интерес для народного хозяйства, так что, безусловно, должен возвращаться в производственный процесс. При этом речь идет как о ценном металлическом, так и неметаллическом сырье. В некотором смысле к вторичному сырью могут быть причислены промышленные отходы и побочные продукты. Тенденция к полному использованию первичного сырья (безотходному производству) приводит к снижению доли вторичного сырья. Большая часть научных разработок направлена на расширение замкнутых кругооборотов вещества с минимумом отбрасываемых продуктов, а также включает максимальное использование всех сопутствующих продуктов и запасов месторождений ( 12). Так как до сих пор только незначительная часть образующегося вторичного сырья используется вновь, его запасы представляют собой значительный сырьевой резерв. Использование этих резервов в будущем обусловлено с одной стороны возрастающими потребностями в сырье и необходимостью в связи с этим интенсивного использования всех имеющихся источников сырья, с другой стороны - задачей защиты окружающей среды от засорения (см. гл. «Использовать отходы - значит беречь окружающую среду»).

По этим причинам важнейшей задачей является повышение степени использования вторичного сырья. Для долгосрочного развития материалов особый интерес представляют те из них, которые легко повторно использовать. Это в первую очередь черный и цветной металлолом, а также макулатура, тряпье, битое стекло, кости, отработанное масло. Материалы, повторное использование которых невозможно такие как бетон, или затруднительно, как, например, поливинилхлорид, при постоянно возрастающем объеме их производства замусоривают окрестности городов. Для решения этой проблемы в ближайшие десятилетия необходимо  еще  многое  выяснить.

Для металлолома, макулатуры, отходов резины, стеклянного боя, костей и др. существуют экономические методы реализации. В производстве гофрированного картона, толя, упаковочной бумаги, желатины и животного клея сырьевой базой является почти исключительно вторичное сырье, а в производстве проката, алюминиевого и чугунного литья больше половины потребностей покрывается за счет вторичного сырья.

В связи с необходимостью защиты окружающей среды в будущем возрастает значение таких до настоящего времени недостаточно используемых видов вторичного сырья как основной хлорид магния, промышленные сточные воды, дым, отходы полимеров и др. Целенаправленное использование вторичного сырья вносит все больший вклад в снижение потребностей в первичном сырье.