Свердловинний cnoci6 добування корисних попалим

Вода

3 yсix природних видів сировини вода має найважливіше значения в житті та діяльностi людини, особливо прісна, якої на Землі лише 3,5%. Воду використовують в yсix сферах людської діяльності. Вода є сировиною, розчинником, теплоносієм або охолодником. Її використовують для передавання тиску, руйнування грунту, добування корисних копалин, транспортування твердих речовин, приготування їжі, для пиття тощо. Чиста вода - це прозора безбарвна рідина. Природна вода забруднена як механічними, так і хімічними домішками, містить мікроорганізми, має колір, запах, смак. Механічні домішки - це частинки піску, глини тощо, хімічні - розчинені солі та гази. Загальні властивості води визначаються твердістю, загальним вмістом солей, прозорістю, наявністю домішок, мікроорганізмів тощо. Твердість води зумовлена солями кальцію та магнію. Вода має тимчасову, постійну та загальну твердість.
Тимчасова твердість води спричинена гідрокарбонатами кальцію (Са(НСО₃)₂) та магнію (Mg(НСОз)₂), які під час кип'ятіння перетворюються на солі, нерозчинні у воді й осідають на внутршні поверхні посуду у вигляді накипу.
Постійна твердість води спричинена наявністю у ній хлоридів і сульфатів кальцію (СаСl₂, СаS0₄) та магнію (МgСl₂, МgS0₄). Ці солі після кип'ятіння води не зміцнюються і залишаються у розчині. Загальну твердість води складають солі обох видів твердості: тимчасової та постійної.

Загальний вміст солей у воді визначають сухим залишком, який утворюеться після випаровування 1 л води та висушування залишку за температури 105-110°С. Загальну кількість солей виражають в міліграмах на літр. Прозорість води визначають товщиною шару води в циліндрі, через який видно зображення предмета, що перебувае на дні. Прозорість води визначають візуально, тобто на око, або за допомогою фотоелемента.

Кількість завислих у воді твердих частинок визначають фільтруванням проби через стандартний фільтр і виражають в міліграмах на літр. Максимальну кількість домішок, яка допускається у воді, визначають характером виробництва і встановлюють за відповідними стандартами.

2.2.2 Класифікація вод

Води поділяють за походженням і призначенням.

1. За походженням. За цією ознакою води поділяють на атмосферні, поверхневі та підземні. Атмосферні води випадають на поверхню Землі у вигляді дощу, снігу та граду. Ці води насичені сірководнем, оксидом азоту та іншими газами, якими забруднена атмосфера, особливо у промислових районах. Крім промислових газів вода насичена також киснем. Атмосферна вода не містить солей кальцію та магнію.
До поверхневих вод належать води річок, озер, морів, океанів, каналів і водосховищ. У цих водах крім домшок, які є в атмосферній воді, містяться солі та інші речовини. Води річок і озер самоочищаються: під впливом сонячної енергії та дії корисних мікроорганізмів шкідливі мікроби, що перебувають у воді, гинуть. Підземні води - це води джерел, артезіанських колодязів, копалень. Їх склад залежить від грунтів, через які вони просочуються. Ці води в більшості випадків прозорі й позбавлені микроорганізмів. Води копалень часто містять солі кольорових і рідкісних металів, йод, бром, сірководень тощо. Підземні води є унікальною сировиною для хімічної промисловості. Так, воду, в якій розчинений хлористий натрій, використовують для отримання хлору, їдкого натру, водню. Із підземних розсолів отримують бромисті, йодисті та інші солі. Деякі з цих вод мають лікувальні властивості. Широко відомі води Трускавця, Миргорода та ін.

2. За призначенням. За цією ознакою воду умовно поділяють на питну та промислові; у кожній з цих вод вміст домішок регламентується відповідними стандартами. Питна вода згідно із вимогами стандарту має бути безпечною для вживання. Вона не повинна мати запаху, присмаку та забарвлення. Ця вода не повинна мітити більше ніж встановлено нормою домішок, оскільки їх надмірність шкідлива для живих організмів. Промислові води містять домішки згідно з допустимою нормою, яка встановлюється залежно від підприємства, на якому використовуеться вода. Так, вода, яку використовують в парових казанах мусить бути очищена від газів (кисню та діоксиду вуглецю), оскільки вони спричиняють корозійне руйнування казанів. Вміст солей не повинен перевищувати 0,2-0,3 мг/л сухого залишку, оскільки солі осідають на внутршній поверхні казанів у вигляді накипу, що спричиняє зменшення теплопровідності стінок, призводить до їх перегрівання та прискорює руйнування казанів. Особливі вимоги ставлять до води, яку використовують в процесі виробництва напівпровідників, люмінофорів тощо.

Перед використанням воду очищають. Для очищения води використовують відстоювання, фільтрування, знезараження, зм'якшення, знесолення, дегазацію та мембранізацію. Спосіб очищения вибирають залежно від призначення води. На водоочисних станціях найчастіше користуються комбінованими способами.

1. Відстоювання води. Цим способом воду очищають від завислих у ній частинок органічного та мінерального походження. Воду відстоюють у великих бетонованих резервуарах. Для прискорення осідання дрібних частинок до води додають коагулянти (лат. «coagulantes» від «coagulo» - спричиняю згортання, згущення) - сульфата заліза або алюмінію. Одночасно з виведенням цих домішок у воді знижуеться вміст солей, які зумовлюють тимчасову твердість.

2. Фільтрування води. Воду фільтрують через фільтри, які знизу доверху пошарово складаються з каменю, гравію та піску. Висота фільтра досягае 3,5 м, з них 1 м - товщина шару піску. Такий фільтр затримуе навіть до 80% кишкових паличок.
Після відстоювання і фільтрування вода стае прозорою.

3. Знезараження води. Очищения води від шкідливих мікроорганізмів називають знезараженням. Знезараження є обов'язковим при очищенні питноі води. Хвороботворні мікроорганізми знищують хлоруванням, озонуванням або кип'ятінням води. Знезаразити воду можна за допомогою йонів срібла, ультрафіолетового проміння, ультразвукових коливань тощо. Для хлорування використовують хлорне вапно або хлор. Надвишок хлору з води виводять, пропусканням її через вугільні фільтри. Інтенсивне хлорування питної води призводить до появи у воді дуже небезпечних для живих організмів сполук хлору. Останнім часом питну воду знезаражують за допомогою озону, який отримують дією електричного розряду на повітря або на повітря, збагачене киснем. Під час знезараження води озон розкладається, внаслідок чого виділяеться атомарний кисень, який вбивае мікроорганізми й окислюе органічні домішки.

Пошуки нових очисників води призвели до використання природних речовин, якими є мінерали цеолит і шунгіт. Ці мінерали очищають воду не лише від кишкових паличок, а й від йонів металів, радіонуклідів, фенолу, сільськогосподарських хімікатів тощо. 3 часом природні мінерали повністю заміняють дороге активоване вугілля та мембрани якими сьогодні доочищають питну воду.

4. Зм'якшення та знесолення води. Це дуже важливі процеси
підготовлення промислових вод. Якщо воду очищають від солей кальцію
та магнію, то процес називають зм'якшенням, якщо виводять із води
всі солі - знесоленням. Способи зм'якшення поділяють на фізичні, хімічні та фізико-хімічні.

а) Фізичні способи зм'якшення води. До них належать кип'ятіння, дистиляція, виморожування та мембраніація. Кип'ятінням води позбуваються тимчасової твердості під час кип'ятіння води гідрокарбонати кальцію та магнію перетворюються на нерозчинні карбонати, які осідають на стінки посуду чи обладнання:
(Са,(Mg)(HCO₃)₂ => (Са, Mg)СO₃↓ + Н₂O + СO₂↑. Цей спосіб не застосовують для зм'якшення великої кількості води, оскільки він дуже повільний і дорогий.

б) Хімічні способи зм'якшення води. Ці способи грунтуються на додаванні до води хімічних реагентів, які взаємодіють із солями, що містяться у воді з утворенням нерозчинних у ній солей. Утворені солі випадають в осад. Назва способу походить від вибраного реагента. Наприклад, якщо реагентом є гашене вапно (Са(ОН)₂), то спосіб зм'якшення води називають вапняним, якщо їдкий натр (NаОН), то - натронним. При додаванні до води фосфату натрію (Na₃РО₄)- спосіб зм'якшення води називають фосфатним, а соди (Na₂СО₃) - содовим. Найчастіше застосовують комбіновані способи зм'якшення води, оскільки за їх допомогою можна позбутися як постійної, так і тимчасової твердості. Це економічно вигідно. Найчастіше застосовують вапняно-содовий і фосфатний способи зм'якшення води. Вапняно-содовий спосіб. При використанні цього способу зм'якшення до води спочатку додають гашене вапно (Са(ОН)₂) у вигляді вапняного молока, а потіж соду (Na₂СО₃).
Вапняне молоко добре очищае воду від солей, що зумовлюють тимчасову твердість, а сода - постійну:

Са (HСO₃)₂ +Са (ОН)₂ =>2СаСO₃ + 2Н₂О;

Мg (НСО₃)₂ +2Са (ОН)₂ =>2СаСО, Мg (ОН)₂ + 2Н₂О;

СаСl₂ + Na₂СО₃=> СаС0₃ + 2NaСl;

МgSO₄ +Na₂СO₃ =>MgСO₃ + Na₂SO₄.

Цей спосіб зм'якшення води застосовують дуже широко, оскільки він дешевий. Однак він не повністю зм'якшує воду. Фосфатний спосіб. У разі застосування цього способу зм'якшення до води додають фосфат натрію (Na₃РО₄), який одночасно очищає воду від солей, які спричиняють тимчасову та постійну твердость, наприклад:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ => Ca₃(PO₄)₂ + 6NaHCO₃;

3CaCl₂ +2Na₃PO₄ => Ca₃(PO₄)₂ + 6NaCl;

3CaSO₄ +2Na₃PO₄ => Ca₃(PO₄)_{2 +} 3NaSO_4.

Фосфатний спосіб зм'якшення води дуже дорогий. Його застосовують головним чином у комбінованих способах, коли основної маси солей позбуваються за допомогою вапняного молока або соди. У кінці процесу зм'якшення до води додають фосфат нaтpiю.

в) Фізико-хімічні способи зм'якшення води. До цих способів належить йонообмінний, який широко застосовують у промисловості. В основі цього способу зм'якшення води лежить властивість деяких речовин - йонітів - обмінювати своі йони на йони, які є у воді. Йоніти поділяються на катйоніти й анйоніти.
Катйоніти містять pyxoмi йони натрію або водню. Їх називають відповідно Na-катйонітами та Н-катйонітами. Прикладом Na-катйонтів є алюмосілікат (Na₂О- Al₂О₃- 2SiО₂-nН₂О). Прикладом Н-катйонітів - сульфоване вугілля. Анйоніти містять рухому гідроксильну групу ОН, тому їх називають ОН-анйонітами. До ОН-анйонтів належать штучні смоли, наприклад карбамідні. Очищеняя води з використанням йонітів відбуваеться таким чином. Воду пропускають через катйоніти, наприклад алюмосілікат складу (Na₂О-Al₂О₃-2SiО₂-nН₂О) Між солями, що перебувають у воді й алюмосілікатом проходить реакція обміну:

Na₂О [кат.] + СаСl₂ => СаО [кат.] + 2NaCl,

де [кат.] - частина молекули Na-катйоніту (Na₂О- Al₂О₃- 2SiО₂-nН₂О), яка не бере yчасті в реакції.

У процесі очищения води йоніти забруднюються i перестають діяти. Їх регенерують анйоніти промивають лугом (4%-м розчином NaOH). а катйоніти - розчином сірчаної кислоти (H₂SО₄) або кухонної солі (NaCl). На практиці воду очищають так: спочатку пропускають її через Н-катйонітний фільтр, де вона очищаеться від йонів кальцію, магнію та натрію, a потім через ОН-анйонітний фільтр, у якому обмінюються ОН-йони на анйони солей. Цей cпoci6 очищения води характеризується компактністю, простотою обладнання та обслуговування. Biн краще очищае воду від розчинених у ній солей i, що найголовніше, дешевий порівняно з деякими хімічними способами, особливо з вапняно-содовим.

5. Дегазація води. Дегазацією називають выведения з води розчинених у ній газів.

Дегазацію проводять фізичним i хімічним способами. Під час фізичного способу воду нагрівають у вакуумі, під час хімічного до води додають хімічні реагенти, які взаємодіють із газами, і продукти реакції вилучають з води. Наприклад, від СО₂ воду очищають таким чином: її пропускають через фільтр, заповнений гашеним вапном (Са(ОН)₂), або додають до води вапняне молоко (розчин Са(ОН)₂ у воді). В обох випадках утворюється СаСОз, який випадає в осад.
Підготовлення води до використання підвищує її собівартість. Так, після фільтрування собівартість води збільшується у 2,5 рази порівняно з річковим очищениям; часткове зм'якшення води у 8 разів підвищує її собівартість, а знесолення та повне зм'якшення - 10-11 разів.

2.2.4. Очищения стічних вод

Швидкі темпи розвитку промисловості призвели до того, що деякі річки перетворились у каналізаційні стоки, разом з тим забруднені моря й океани. Особливої шкоди водним ресурсам нашої Планети завдають добувна, хімічна, металургійна та
нафтопереробна промисловості. З'являються нові види забруднень стічних вод, для яких існуючих способів очищения недостатньо. До цих видів забруднення належать синтетичні мийні засоби, отрутохімікати, які широко використовують у побуті та сільському господарстві. Промислові та побутові стічні води містять різні органічні й неорганічні речовини. Особливо небезпечними є сполуки фосфору, хлору, арсену, свинцю, міді. Якщо такі води злити у водойми (річки, озера, моря), то загине все живе.
У зв'язку з розвитком атомної енергетики та застосуванням радіоактивних ізотопів виникла проблема очищати радіоактивні стічні води. Для цього потрібні складні очисні споруди із застосуванням спеціальних способів очищения. Пам'ятаймо, що не можна впроваджувати у виробництво ті способи виготовлення продукції, які допускають викидання шкідливих речовин у стічні води. Адже жодний з відомих способів очищения води не може повністю очистити її.

Способи очищения стічних вод. Перед випусканням стічних вод у водойми їх очищають механічними, фізико-хімічними, хімічними і біологічними способами.

1. Механічні способи очищения стічних вод. До них належать відстоювання та фільтрування води. У результаті застосування цих способів механічні домішки осідають на дно або залишаються на фільтрі.

2. Фізико-хімічні способи очищения стічних вод. В основі цих способів лежать масообмінні процеси. Адсорбція й екстракція, які використовуються для очищения стічних вод, потребують дорогих реагентів і порівняно складного обладнання, їх доціально застосовувати для очищення води, яка містить невелику кількість розчинених у ній шкідливих речовин. Так, адсорбцією з використанням адсорбента -активованого вугілля із стічних вод кольоровоі металургії вилучають цинк, мідь, свинець, нікель та інші метали. Від фенолу воду очищають екстракцією з використанням мінеральних мастил або бензолу. Для очищения води використовують йоніти. У такий спосіб очищають воду від солей міді, які є дуже шкідливими для життя людей і тварин, коли їх кількість у воді перевищуе 1 мг/л. Вода придатна для життя риб, повинна містити цих солей менше як 0,01 мг/л.

3. Хімічні способи очищения стічних вод. Вони грунтуються на взаємодії спеціально доданих до води хімічних реагентів із домшками, які є у воді. У результаті реакції (нейтралізації, окиснення, відновлення) шкідливі речовини перетворюються на нешкідливі або випадають в осад, який відокремлюють механічними способами.

4. Біохімічні способи очищения стічних вод. На сьогодні ці способи є надійними і ефективними. Суть очищения води полягає в окисненні домішок, які містяться у воді за допомогою мікроорганізмів-бактерій. Бактерії розкладають жири, білки та інші сполуки на діоксид вуглецю, воду та мінеральні солі. Біохімічне очищення проводять у спеціальних басейнах, на дні яких прокладено труби. По цих трубах до басейну, де міститься вода, яку треба очистити, безперервно подають повітря, необхідне для життя та розмноження бактерій. Поживою для бактерій є органічні речовини, які містяться у воді. 3 часом кількість бактерій збільшується, а домішок – зменшується. Воду очищають від бактерій дуже просто: оскільки бактерії важчі за воду, то й осідають на дно басейну у вигляді мулу. Частину мулу використовують для очищения води, а решту висушують і використовують на полях. Очищену воду хлорують або озонують і випускають у річки. Біохімічні способи застосовують для очищения, головних чином, фекальних вод, тобто стічних вод великих міст.

2.2.5 Раціональне використання води

Вода є одним з найважливіших видів природної сировини. Щоденно потреби у воді зростають. Витрати води на деяких сучасних промислових підприємствах становлять кілька мільйонів кубічних метрів на добу. До таких підприємств належать заводи, на яких виробляють хімічні волокна, пластмаси, папір тощо. Наприклад, для виробництва капронового волокна витрачається стільки води, скільки її потрібно для міста з населенням 120 тисяч. Поряд з цим дані підприємства є джерелами сильного забруднення стічних вод. Саме тому основним завданням для кожного підприємства є створення замкнених систем використання води для своїх потреб, суть якого полягає в очищенні води, яку вже використовували у технологічному процесі, з метою подальшого її використання. Таку воду називають оборотною. Основним завданням усіх підприємств, які використовують воду, є раціональне її використання. Для цього треба вибирати такі технології й обладнання, які потребують найменше свіжої води і не забруднюють довкілля; регламентувати витрати води на виробництво одиниці продукції (1 т, 1 м, 1 л тощо); розширити використання оборотних вод; підвищити ефективність очищения стічних вод; вдосконалити технології з метою повнішого використання відходів, - щоб зменшити потреби в очисних спорудах. Це дуже важливо, оскільки затрати на побудову очисних споруд становлять майже п'яту частину кошторисної вартості будівництва промислових підприємств. Крім того, під їх побудову виділяють величезні делянки родючих земель.

2.3. Повітря

Повітрям називають невидиму суміш газів, яка оточуе Землю.
Основними складовими повітря є азот (76,16%) і кисень (20,9%). Крім них до складу повітря входять аргон (0,93%), гелій, неон, криптон, ксенон та інші інертні гази.
Тепер до складу повітря входить велика кількість газів-викидів промислових підприємств. Вони забруднюють повітря.У технології повітря виконує роль сировини, теплоносія та охолодника. За допомогою стисненого повітря перемішують рідини та пульпи (лат. «риlра» - м'якоть; суміш твердих частин, завислих у рідини), розпилюють рідини у реакторах тощо. Якщо повітря є сировиною, його ретельно очищають від пилу, промислових газів та отруйних речовин. Виділений з повітря чистий кисень використовують у процесі отримання металів і сплавів (повітряно-кисневе дуття при виробництві чавуну, кисневе дуття при виробництві сталі), випалювання сульфідних руд кольорових металів, окиснення метану, отримання кислот, спиртів, білково-вітамінних концентратів, очищення стічних вод, в енергетиці, медицині тощо. Використання кисню в технології сприяє зменшенню витрат палива та підвищенню продуктивності агрегатів. Так, заміна повітря киснем - при виробництві білково-вітамінних концентратів сприяла збільшенню продуктивності агрегатів у 3,5 рази.
Азот є сировиною, з якої виробляють мінеральні добрива, амоніак, штучні та синтетичні волокна. У середовищі рідинного азоту подрібнюють тверді речовини. Подрібнення твердих речовин за таких умов захищає утворені частники від окиснення. Використовують рідинний азот також у надпровідних системах, які можуть застосовуватися в електроніці, електротехніці, транспорті при освоєнні нових способів зберігання та передавання енергії тощо. Такі складові повітря як азот, кисень, аргон, гелій та інщі використовують у кріогенній техніці для отримання низьких температур, тобто великого холоду. Аргон, гелій, неон, криптон і ксенон все частіше використовують як захисне середовище в металургійній, машинобудівній та інших галузях промисловості.

2.4. Корисні копалини та способи їх добування

Корисними копалинами називають речовини, які знаходяться у надрах
Землі чи на її поверхні та використовуються людьми для задоволення своїх
потреб.

Ці речовини використовують без або після перероблення.
Поряд із корисними копалинами в земній корі залягають породи.
Породою називають речовину, яка не містить основного компонента корисної копалини.

Наприклад, у залізних рудах основним компонентом є залізо, яке міститься у руді у вигляді оксидів та інщих сполук заліза. Порода в залізних рудах складається, в основному, з піску та глини. Підземні комори України багаті на корисні копалини. У них є майже все або більшість із того, що потрібно для розвитку промисловості та інших галузей.

Є у підземних коморах України руди (залізні, мідні, манганові cвінцеві, цинкові, титанові, ванадієві, ypaнові та ін.), золото, вугілля, горючі сланці, торф, нафта, газ, озокерит, прісні та мінеральні води, коштовне каміння, графіт, сірка, солі (харчова, кам'яна та ін.), гіпс, каолін, апатити, глини (червоно-бурі, вогнетривкі та ін.), вапняки, пісок, каміння, пірофілітові сланці (єдине у світі родовище на Житомирщині). 3 пірофілітових сланців виробляють сигнальні світильники для морських маяків. Маємо інші мінерали.

Природні скупчення корисних копалин у надрах Землі називають родовищем.
Залежно від характеру робіт і виду корисної копалини, яку добувають з родовища, останнє має певну назву, яка склалася вторично. Наприклад, залізні, мідні та ініші руди, кам'яне вугілля, золото, солі добувають у копальнях, вапняк, пісок, глину - в кар'єрах, камінь, граніт - у каменоломнях.

У родовищах корисні копалини залягають у вигляді пластів, жил, гнізд тощо. Пласти та жили можуть бути горизонтальними, пологими та похилими (рис. 1).

Горизонтальні пласти обмежені двома паралельними площинами: верхню називають покрівлею (2), нижню - основою (3). Для інших пластів покрівлею буде висячий бік 2, а основою -лежачий 3.

Для проведения підземних виробок використовують вибухові речовини, у разі вибуху яких відділяється незначна кількість газів і не виникає полум'я. Це дуже важливо, особливо при добуванні вугілля, оскільки у підземні виробки надходить з породи велика кількість газу метану, який може вибухнути або загорітися, що спричинить аварію, а можливо і людські жертви. Використовувати вибухові речовини для проведения наземних виробок безпечніше, ніж для підземних. У цьому разі використовують речовини, які мають велику руйнівну силу. Слід пам'ятати, що всі вибухові речовини небезпечні при користуванні. Корисні копалини добувають наземним, підземним, свердловинним і геотехнологічним способами.

2.4.2. Наземний спосіб добування корисних копалин

Наземним способом корисні копалини добувають тоді, коли вони залягають неглибоко під поверхнєю Землі. Таким способом добувають пісок, глину, каміння, гальку, буре вугілля, руди тощо.

Добуванню корисних копалин передують підготовчі роботи, які полягають у вирубуванні лісів, чагарників, висушуванні боліт, відведені води тощо. Ці роботи проводять у paзі потреби. Наприклад, якщо є болото, то, його висушують. Потім зрізують шар грунту та породу, які лежать над корисною копалиною, i транспортують їх до окремих звалищ. Для цього використовують конвеєри та гідротранспортери. При гідротранспортуванні породу подрібнюють i разом з водою подають трубами до звалища.

Добувні роботи складаються з виимання корисної копалини та породи, їх навантаження на транспортні засоби, транспортування до місця перероблення та розвантаження.

Кар'єром називають сукупність відкритих виробок, обладнаних для видобування корисних копалин. Згори кар'єр виглядае як величезна яма-лійка, схили якої нагадують сходинки (рис. 2). Цi сходинки називають уступами. Ширина уступів досягає кількох десятків метрів. На уступах прокладають автомобільні або залізничні дороги, іноді монтують потужні стрічкові конвеєри. Уступи з'єднані між собою з'їздами, по яких транспортом вивозять із кар'єру на поверхню породу, корисні копалини та непотрібне обладнання. Корисні копалини добувають за допомогою потужних машин.

Ocновнi недоліки іназемного способу добування корисних копалин -руйнування родючих земель на великій території та забруднення-пилом довкілля. Останнім часом практикуют рекультивацію земель, тобто їx відновлення та повторне використання на території колишнього кар'еру.

2.4.3.Підземний спосіб добування корисних копалин

Підземним способом добувають корисні копалини, які залягають глибоко у Землі. Цим способом добувають кам'яне вугілля, руди різних металів, солі. Копальнєю називають гірниче підприємство, на якому видобувають корисні копалини у закритих виробках. На території, яку займає родовище корисної копалини, може бути одна або кілька копалень. Площу родовища, яка розробляється однією копальнею, називають копальняним полем. Воно може бути довільноі форми, але найчастіше у вигляд прямокутника. Розмір поля залежить від потужності пласту (m) та кута його падіння (α). Не можна добувати корисні копалини під будівлями, спорудами та водоймами. Про це слід пам'ятати, встановлюючи тepмін служби копальні, який визначається обсягом запасів i запроектованою продуктивністю копальні. У разі побудови копалень в одному районі економічно вигідно мати централізоване господарство на поверхні землі для обслуговування кількох копалень, до якого належать компресорні, механічні майстерні, збагачувальні фабрики тощо. Підготовлення копальняного поля до видобування корисної копалини починається з розкриття пласта. Для цього на місці залягання корисної копалини, а якщо пласти похилі - на незначній віддал від нього, виконують гірничі роботи, внаслідок яких отримують вертикальні виробки. Ocтаннi доходять до пласта корисної копалини. Щоб запобігти руйнуванню виробок, їх укріплюють дерев'яними (деревина хвойних порід), металевими та залізобетонними конструкціями. Укріплені вертикалью виробки називають стовбурами. Копальня може мати два або більше стовбурів. Їх кількість залежить від потужності підприємства, глибини розроблення корисних копалин, poзмірів копальняного поля тощо. Стовбури поділяють на головні (cкiпoвi, клітьові), вентиляційні та комбіновані.

У головному стовбурі кліттю або скіом (англ. «skip»,- буквально стрибок,-саморозвантажувальний короп (кліть) для сипких вантажів) піднімають на поверхню корисні копалини та породу.

Стовбури можуть мати відділення, оснащені клітями, якими тільки спускають і вивозять з копальні людей. Kрім cкіпів i клітей у стовбурі poзміщенi труби для випомповування підземних вод, кабелі для подання електричної енергії та драбини для виходу людей на поверхню на випадок аварії. Через вентиляційний стовбур потужними вентиляторами подають у копальню свіже повітря. Цим стовбуром можна опускати в копальню людей. Під час проходження повітря по підземних виробках склад його змінюється внаслідок дихання людей, гниття деревини тощо. Kpiм того в підземну атмосферу надходить велика кількість природних газів i газів, які утворилися під час вибухових poбіт. Усе це погіршує умови праці, a iноді спричиняє чисельні жертви.

Наявність у підземному повітрі метану та кам'яновугільного пилу (у процесі видобування вугілля) може спричинити пожежу та вибух. Для дотримання нормальних умов праці необхідно, щоб склад повітря, яке є у копальні, наближався до атмосферного, тобто, щоб кисню було не менше як 20%, а вуглекислого газу - не більше від 0,5%. Для цього у копальню безперервно подають очищене свіже повітря.
Після розкриття родовища та проведения підготівельних виробок, приступають до виконання очисних poбіт. Встановлений порядок i cпосіб проведення підготівельних i очисних виробок у просторі та часі називають системою розробки. Гірнічні роботи виконують за трьома типами багатьох систем розробки: суцільною, стовповою i комбінованою. У копальнях корисні копалини транспортують за допомогою конвеєрів або у вагонетках, які тягнуть електровози, потім у скіпах або клітях їx вивозять на поверхню, де перевантажують у залізничні вагони або автомобілі-самоскиди i відправляють до споживача чи на збагачувальну фабрику. Породу вивозять на поверхню i зсипають у звалища. У звалищах порода може самозайматися, горіти й забруднювати довкілля. Останнім часом породу все частіше залишають під землею i закладають нею вибрані ділянки. Підземні води збираються у відстійнику, звідси їх випомповують на поверхню потужними помпами.

Свердловинний cnoci6 добування корисних попалим

Корисні копалини, які у родовищах перебувають у рідинному та газовому станах (вода, нафта, розсоли, природний газ) видобувають свердловинним способом. Суть його полягає в тому, що напроти родовища корисної копалини бурять свердловину. Як
тільки свердловина доходить до пласту, з надр Землі на поверхню виривається потік чи фонтан корисної копалини, яку спрямовують у труби або резервуари (франц. «reservoіr» від лат. «reservo» - зберігаю).

1. Добування нафти. У родовиищі нафта перебуває під великим тиском. Розроблення родовища нафти починається з буріння свердловини та укріплення її сталевими трубами. Із свердловини нафта виходить на поверхню у вигляді фонтана. Її збирають у спеціальні резервуари. Вихід нафти на поверхню можна регулювати введенням в дію оптимальної кількості свердловин. Добувати нафту можна без підтримування тиску на пласт нафти i з підтримуванням. За допомогою раціонального вибору розроблення нафтового родовища видобувають заплановану кількість нафти при найменших витратах. У paзi розроблення нафтового родовища без підтримування тиску на пласт нафта виходить із свердловини у вигляді фонтана. Її збирають у спеціальні резервуари. 3 часом тиск нафти у родовиии зменшується до атмосферного або стає ще меншим, i свердловину переводять на механічні способи добування нафти: компресорний або помповий.

У paзi використання компресорного способу нафта з родовища виходить на поверхню за рахунок енергії стисненого повітря або природного газу чи інших речовин, які нагнітають через спеціальну свердловину за допомогою компресора (лат. «compressor» - стискач від «comprіmо» - стискаю). У разі використання помпового способу нафту випомповують з надр Зеллі за допомогою потужних помп. Добуту нафту подають на очищения i перероблення.

2. Добування газу. Із свердловини газ виходить з дуже великою швидкістю, що може спричинити пожежу та руйнування обладнання. Щоб запобігти цьому потік газу перекривають сталевими засувками i з їx допомогою регулюють тиск газу. Потім газ спрямовують трубами до споживачів, віддалених на десятки й тисячі кілометрів від місця добування.

2.4.5.Геотехнологічні способи добування корисних копалин

Наземний і підземний способи добування корисних копалин мають певні недоліки, уникнути яких можна, використовуючи хімічні, фізико-хімічні, біохімічні та мікробіологічні способи добування корисних копалин, які об'єднані назвою геотехнологічні способи добування корисних копалин або геотехнологія.
Геотехнологічні способи добування корисних копалин полягають у добуванні корисних копалин без побудови копалень і кар'єрів.

В основі геотехнології лежить свердловинний спосіб добування корисних копалин. Суть геотехнологічних способів добування корисних копалин полягає в тому, що у Земній корі напроти родовища бурять свердловину, в яку заливають спеціальні речовини.

Цими речовинами можуть бути холодна або гаряча вода, водяна пара, розчини кислот, лугів, бактерії тощо. Під дією цих речовин корисна копалина може перейти у пару, розчин, розплав або гідросуміш, яку випомповують з тих самих свердловин, або із свердловин розташованих поруч. Геотехнологія охоплює багато способів добування корисних копалин. Назва кожного із них залежить від речовини, яку подають у свердловину.

Якщо цією речовиною є гаряча вода чи водяна пара, то спосіб називають теплофізичним. Таким способом можна видобувати сірку, важку нафту, бітум, озокерит тощо (рис. 3,а).

При гідравлічному способі у свердловину під тиском подають воду. Вода подрібнює мінеральні корисні копалини, які разом з водою випомповують на поверхню. Таким чином добувають золотоносні піски та фосфорити.

2.5. Підготовлення сировини до перероблення

Кожний вид сировини перш ніж з нього почнуть виготовляти продукцію потребує відповідного підготовлення. Так, тверду мінеральну сировину насамперед подрібнюють, потім отримані куски сортують за розмірами та збагачують, а в разі потреби укрупнюють (агломерують або грудкують). Сировину рослинного і тваринного походження також готують до перероблення. При потребі її подрібнюють, сортують за розмірами кусків, очищають від домішок тощо.

1. Подрібнення сировини. Подрібненням називають розділення великих кусків твердої сировини на менші або на порошок. Подрібнюють сировину для того, щоб збільшити поверхню взаємодію реагуючих речовин (складових сировини). За таких умов час перетворення сировини на продукцію зменшується. Мінеральну сировину подрібнюють розколенням, розбиванням, розтиранням. Розколенням і розбиванням подрібнюють тверді та крихкі речовини, розтиранням - пластичні. Сировину рослинного та тваринного походження подрібнюють різанням і меленням.

Подріблення проводять на дробарках, млинах, різаках і різальних машинах.
Дробарки використовують для отримання великих (300-100 мм), середніх (50-10 мм) і малих (10-2 мм) кусків. Конструкції дробарок різні. Схему дробильних вальців, на яких подрібнюють тверду мінеральну сировину зображено на рис. 4, де 1 - вальці, 2 - сировина. Млини використовують для подрібнення сирбвини. Для подрібнення твердої мінеральної сировини найчастіше використовують кульові млини (рис. 5).

У кульових млинах сировина подрібнюється за допомогою металевих куль 2, які разом з сировиною 3 засипають в обертовий пристрій 1 млина. Пристрій обертається, кулі падають від одної стінки до іншої, подрібнюючи та розмелюючи сировину.
При подрібнені сировина може бути сухою та мокрою. При мокрому подріненні до сировини додають рідину, найчастше воду. Пульпа містить до 70% твердої речовини, решта рідина. Мокре подрібнення екологічно чисте, оскільки дрібні частини не викидаються в повітря і не забруднюють довкілля.

2. Сортування сировини за розмірами кусків. Для нормального ходу технологічного процесу необхідно, щоб поверхня кусків реагуючих речовин (складових сировини) була оптимальною. Так, у процесі виробництва чавуну оптимальну поверхню мають куски руди розміром 10-80 мм. Якщо розмір кусків менший від 10 мм, то вони виносяться з печі разом із домновим газом; якщо розмір перевищує 80 мм, то продовжується час перебування сировини в печі, а це значно впливає на продуктивність печі та собівартість чавуну. Саме тому подрібнену сировину сортують за розмірами кусків.

Сортуванням називають розділення подрібненої сировини на окремі фракції за допомогою решіт і сит. Фракцією (від лат. «fraktio» - розламування) називають певного розміру частинки твердої сировини. Фракції великих за розміром кусків отримують розділенням подрібненої сировини на решетах, малих на ситах. У першому випадку кажуть решетування, у другому - просіювання або ситування. Для розділення подрібненої сировини на фракції решета та сита ставлять одне над одним. У наслідок розділення отримують на одну фракцію більше, ніж встановлено решіт і сит.

3. Збагачення сировини. Збагаченням називають очищения сировини від речовин, непотрібних для отримання запланованої продукції. Тверді речовини - збагачують промиванням водою, гравітацією, магнетацією та флотацією. Ці способи збагачення грунтуються на фізичних властивостях складових частин сировини, таких як густина, здатність намагнечуватися, тощо.

Промиванням водою збагачують, наприклад, залізну руду, внаслідок чого вимивається глина. Гравітіційне збагачення грунтується на різній швидкості падіння кусків мінералів у воді або повітрі, оскільки вони мають різну густину.
Магнетацією збагачують руди, до складу яких входять мінерали, які мають магнітні властивості. Суть цього способу збагачення полягає в тому, що подрібнену руду (куски розміром до 0,1 мм) подають у пристрій, в якому є магнітне поле. Під дією магнітного поля куски руди, що мають магнітні властивості притягуються, інші опадають. У промисловості використовують магнітні сепаратори (лат. «separator»- відокремлювач) стрічкового та обертового типів. Сировина може бути- сухою або мокрою. Найперспективншим є обертовий сепаратор, яким збагачують мокру сировину, оскільки менше забруднюється довкілля (рис. 6).

Подрібнену сировину у виглядіа пульпи 3 подають на поверхню обертового барабана 1. При обертанні барабана немагнетні куски 4 осипаються, магнітні 5, затримуються до виходу з поля дії електромагніта 2.

Флотаційне (англ. «floatatioп», буквально - плавания) збагачення - найуніверсальніший і найдосконаліший спосіб збагачення. Ним збагачують майже всі мінерали. Суть цього способу полягає у різних поверхневих властивостях складових мінералів. Одні складові краще змочуються водою і повністю занурюються в неї, інші - гірше і спливають на поверхню. Для прискорення процесу розділення використовують спеціальні речовини, які називають флотореагентами, наприклад ялицева олія при збагаченні мідної руди. Збагачення проводять у флотаційних машинах. Для прикладу розглянемо збагачення мідної руди. Подрібнену руду (куски розміром до 0,1 мм) разом із водою і флотореагентом, якого додають 50-300 г на 1 тонну руди, подають у флотаційну машину (рис. 7) через отвір 1. Пульпу (подрібнена руда, вода, та флотореагент) продувають повітрям через дно машини 2, виготовлене з пористого матеріалу. Бульбашки повітря підхоплюють змочені флотореагентом куски руди, що містять мідь і виносять їх на поверхню 3. Куски, які не мають потрібного елемента міді (порода), осідають на дно, звідки їх випускають отвором 4. Нещодавно запатентовано універсальну флотаційну машину, у якій пристрій, за допомогою якого подають повітря, вібрує. Цей захід дав змогу збільшити швидкіть флотації у 5-8 разів, зменшити витрати енергії у 6-8 разів, повітря - у 2-3 рази, а вміст міді в концентраті збільшити вдвічі.

Суміші рідинних речовин збагачують випаровуванням розчинника, виморожуванням, виведенням домішок в осад тошо. Суміші газових речовин розділяють на складові послідовною конденсацією газів при їх стисненні та пониженні температури і за допомогою мембран.

4. Агломерація та грудкування. Дуже подрібнена сировина має зменшену газопроникність, що позначається на техніко-економічних показниках обладнання. Крім того вона виноситься з печей чи реакторів і забруднює довкілля. Щоб запобігти цьому дрібну сировину агломерують або грудкують.

Агломерацією (від лат. «agglomero» - нагромаджую, приєдную) називають спікання дрібних порошкових речовин, непридатних для використання у грудки оптимального розміру. Під час спікання сировину продувають повітрям, завдяки чому продукція стає пористою, її називають агломератом. При агломерації залізних руд до складу шихти входять подрібнена залізна руда, кокс, флюс (вапняк) та вода. Отриману масу опікають за температури 1500°С на агломераційному стрічковому конвеєрі. Під час спікання шихта очищається від сірки (на 85-90%) й арсену; частково відновлюється залізо. Отриману продукцію називають офлюсованим агломератом. Використання офлюсованого агломерату для виробництва чавуну спрощує ведения технологічного процесу, підвищує продуктивність домнової печі.

Грудкуванням називають виготовлення грудок з подрібненої руди, пилу, невеликої кількості глини або вапняку та води з наступним висушуванням та випалюванням.

Це новий прогресивний спосіб підготовлення сировини у чорній металургії, який поліпшує якість продукції та полегшує процес отримання чавуну та сталі.
Подрібнену руду, пил і глину або вапняк, які виконують роль зв'язки, перемішують, зволожують водою та подають в обертовий пристрій, який називають гранулятором. У процесі обертання гранулятора шихта пересипається з одного місця на інше, злипається, утворюючи грудки діяметром 20-30 мм. Отримані грудки висушують за температури 200-400°С і випалюють в печах за температури 1200-1400°С для надання їм міцності. Грудки випалюють у відновній атмосфері, яка частково відновлює оксиди заліза. Використання грудок при виробництві чавуну збільшує продуктивність домнової печі.

2.6. Якість сировини та її вплив на якість продукції

Якість сировини зумовлюється сукупністю її фізичних, механічних, хімічних і технологічних властивостей. Вибір і якість сировини визначають режим роботи та продуктивність обладнання, впливають на якість і собівартість продукції. Так, для виробництва чавуну використовують руди з різним вмістом заліза. У разі великого вмісту заліза з руди зменшуються затрати на підготовлення руди до перероблення та витрата палива (коксу або природного чи іншого газу), зростає продуктивність домнової печі і навпаки, якщо вміст заліза малий, то збільшуються затрати на підготовлення руди та витрати палива і зменшується продуктивність печі. При використанні руд з великим вмістом домішок (фосфор, сірка та інші) і породи, збільшуються витрати палива, флюсу, зменшується продуктивність печі та погіршується якість чавуну.

У процесі виробництва сірчаної кислоти використовують сірку, сірчисті мінерали та викиди газів кольорової металургії тощо. Кислоту найліпшої якості отримують із сірки.

Для виготовлення якісної продукції необхідно дотримуватися таких вимог: якісна сировина та паливо; досконале обладнання (агрегата, верстати, печі, апарати тощо) та відповідна новітня технология. Усі ці вимоги взаємопов'язані.

2.7. Раціональне використання сировини

Аналіз роботи підприємства показує, що економіка виробництва залежить від раціонального (лат. «гаtionalis», - розумний) та комплексного використання сировини. Відомо кілька шляхів раціонального використання сировини. Найважливішими з них є належний вибір сировини, добре збагачення, комплексне перероблення та максимальне використання відходів.

Вибір сировини визначає тип технологічного обладнання, тривалість її перероблення та впливає на техніко-економічні показники роботи підприємства. Сучасні технології дають змогу одну і ту саму продукцію виробляти з різних видів сировини. Наприклад, деякі деталі для машин виготовляють з металів, пластмас; сірчану кислоту виробляють із сірки, сірчистих мінералів і викидних газів кольорової металурії.

Собівартість сировини визначає собівартість продукції. Великі темпи зростання виробництва різної продукції збідніють поклади мінеральної сировини. У багатьох випадках експлуатуються родовища корисних копалин з мізерним вмістом потрібного елемента або родовища, які залягають дуже глибоко. Внаслідок цього збільшуються затрати на добування, підготовлення та транспортування сировини до місця перероблення. Саме тому дуже важливо повністю використовувати мінеральну сировину: вилучати всі її компоненти та використовувати відходи.

Такий підхід до використання мінеральної сировини забезпечує отримання найбільшого економічного ефекту з найменшим забрудненням довкілля.
Комплексне використання сировини застосовують у процесі перероблення твердих видів палива, нафти, руд кольорових металів, рослинної та тваринної сировини тощо. Так, при переробленні руди кольорових металів, отримують кадмій, індій, селен, телур, реній та ін., а з викидних газів виробляють сірчану кислоту.

До комплексного використання сировини залучають одразу кілька підприємств. Наприклад, при конверсії природного газу разом з воднем, який потрібний для синтезу амоніаку, отримують діоксид вуглецю, який не використовується у виробництві амоніаку, тому виробництво амоніаку суміщають із виробництвом карбаміду (сечовини). Для виробництва карбаміду використовують діоксид вуглецю:

2NH₃+CO₂ => CO (NH₂)₂+H₂O

При комплексному використанні сировини зменшуються витрати на транспортування, не забруднюються довкілля та зменшується собівартіть основної продукції.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: