Сырье. виды сырья

Сырьем называют природные материалы, используемые в производстве промышленной продукции. Сырье – это главный элемент производства, от которого зависят его экономичность, выбор технологии, аппаратуры и также качество продукции. Полупродуктом называют сырье, прошедшее обработку на одной или нескольких стадиях производства, но не являющееся товарным целевым продуктом. Полупродукт может быть сырьем следующей стадии производства. Побочным продуктом называют вещество, образующееся в процессе переработки сырья параллельно с целевым продуктом, но не являющееся целью данного производства. Отходами производства называют остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующихся в производстве, которые не могут быть исполь -зованы в качестве товарных продуктов, частично или целиком утратившие свои качества.

Классификация сырья Химическое сырье классифицируют по происхождению, химическому состоянию, ресурсам и агрегатному состоянию. По агрегатному По химическому По видам запасов состоянию Твердое Жидкое Газообразное По происхождению Минеральное, в том числе: Неорганическое Возобновляемое – рудное, – нерудное, – горючее Растительное Органическое Невозобновляемое и животное Вода Воздух

Классификация сырья Химическое сырье подразделяется на первичное и вторичное: первичное сырьё извлекают из природных источников; вторичное сырьё – это промежуточные и побочные продукты промышленного производства и потребления. При этом следует отметить, что капитальные вложения в переработку вторичного сырья в среднем в четыре раза меньше, чем для переработки первичного сырья. В промышленно развитых странах повторное использование металлов и сплавов составляет: стали – 70; меди – 55; алюминия и олова – по 45; цинка – 21 % масс. Еще один принцип классификации сырья предполагает его деление на природное и искусственное (полученное при промышленной обработке природного сырья).

Общие требования к сырью Сырьё должно обеспечивать: Ø малостадийность производственного процесса; Ø агрегатное состояние системы, обеспечивающее минимальные затраты энергии для создания оптимальных условий протекания технологического процесса; Ø минимальные потери подводимой энергии в окружающую среду; Ø минимальные потери энергии с продуктами процесса; Ø возможно более мягкие условия процесса (время контакта, температура, давление) и минимальный расход энергии на изменение агрегатного состояния реагентов и осуществление технологического процесса; Ø максимальный выход целевого продукта.

Рациональное использование сырья Доля сырья в себестоимости товарной продукции является основной и достигает 70 %. Химическая промышленность использует в качестве сырьевых источников соединения более 80 элементов. Эти элементы, главным образом, входят в состав земной коры и распределены в ней крайне неравномерно и по природе, и по концентрации, и по географическому положению. Доля, приходящаяся на тот или иной элемент, содержащийся в земной коре, называется кларком. Элемен О Si Al Fe Ca Na Mg K H т Кларк, 49, 13 26, 0 7, 45 4, 20 3, 25 2, 40 2, 35 1, 00 % На девять элементов приходится 98 % массы земной коры. Доля всех остальных элементов составляет всего 1, 87 %. Из них кларк углерода, составляющего основу жизни, равен 0, 35 %.

Рациональное использование сырья Все ресурсы химического сырья делятся на запасы, т. е. выявленные и изученные, и на потенциальные ресурсы. В свою очередь по степени изученности и пригодности к эксплуатации запасы сырья делятся на три категории: Ø категория А – это запасы, детально разведанные и подготовленные к разработке; Ø категория В – это запасы, установленные в результате геологоразведочных работ; Ø категория С – это запасы, определенные по результатам геофизической разведки и изучения по естественным выходам на поверхность.

Рациональное использование сырья Возможность использования сырья для промышленного производства определяется его ценностью, доступностью и концентрацией полезного компонента. Ценность сырья зависит от уровня развития технологии и задач, стоящих перед производством, и может меняться со временем. К примеру, уран, ранее являвшийся отходом при получении радия, теперь является важнейшим стратегическим сырьем. Доступность сырья для добычи определяется географией месторождения, глубиной залегания, разработанностью промышленных методов извлечения, наличием людских ресурсов для его эксплуатации. Существенным фактором, определяющим возможность использования запасов сырья, является концентрация целевого элемента.

Рациональное использование сырья На долю России приходится мировых запасов (в масс. %): газа – 40, ископаемых углей – 23, нефти – 6 -8, древесины – 30, торфа и калийных солей – более 50, различного минерального сырья – около 20, в том числе железа и олова более – 27, никеля – 36, меди – 11, кобальта – 20, свинца – 12, цинка – 16, металлов платиновой группы – 40. По запасам золота Россия занимает третье место в мире. К этому следует добавить, что на территории России сосредоточено 20 % мировых запасов пресной воды.

Подготовка минерального сырья В химической промышленности эффективность технологического процесса в значительной степени зависит от вида сырья, качества и от его стоимости. Перед использованием минеральное сырьё подвергается специальной подготовке, которая включает два этапа: Ø очистка от примесей, которые отрицательно влияют на дальнейший ход химического превращения, этот этап является основной операцией в подготовке сырья; Ø увеличение концентрации ценного компонента, так концентрированное сырьё экономически и технологически эффективнее.

Подготовка минерального сырья Процесс очистки и разделения твёрдого сырья называют обогащением. Для жидкого и газообразного сырья используют термин концентрирование. Обогащение минерального сырья основано на использовании различия физических, физико-химических и химических свойств компонентов. Методы обогащения разнообразны и принципиально отличаются для твёрдого, жидкого и газообразного сырья. В результате обогащения получают следующие составные части: Ø концентрат – это фракция, обогащённая полезным компонентом; Ø хвосты – это пустая порода. Способы обогащения разделяются на механические, физические и физикохимические.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Рассеивание (или грохочение) – это разделение твёрдой породы, основанное на различной прочности компонентов. Измельчённое сырьё пропускается последовательно через грохоты, которые представляют собой металлические сита с отверстиями различных размеров. При грохочении образуются зёрна различной величины, в результате происходит разделение на фракции, обогащённые определённым минералом.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Гравитационное обогащение основано на различной скорости падения частиц измельчённого материала, имеющего различную плотность, форму и размеры. Такое разделение проводят либо в потоке жидкости (мокрое гравитационное обогащение), либо в потоке газа или под действием центробежных сил.

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения

Подготовка минерального сырья Механические способы обогащения – рассеивание и гравитационное разделение. К аппаратам мокрого гравитационного обогащения относится гидроциклон, принцип работы которого основан на действии центробежной силы.

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Электромагнитная сепарация и электростатическая сепарация основаны на различиях в магнитной проницаемости или электрической проводимости компонентов сырья. Электромагнитное обогащение применяют для разделения магнитовосприимчивых частиц от немагнитных, а электростатическое обогащение для разделения электропроводящих веществ от диэлектриков. Разделение осуществляется в электромагнитных или электростатических сепараторах, имеющих сходный принцип работы.

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Схема электромагнитного сепаратора:

Подготовка минерального сырья Физические способы обогащения – электростатическая и электромагнитная сепарация, термический метод. Термическое обогащение твёрдого сырья основано на различии температур плавления компонентов сырья. Например, нагреванием серосодержащей породы отделяют легкоплавкую серу от пустой породы, состоящей из более тугоплавких известняков, гипса и других минералов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Флотация является одним из самых крупномасштабных технологических процессов обогащения и разделения твёрдого минерального сырья. Различают пенную, плёночную и масляную флотацию. В основе всех видов флотации лежит различие в смачиваемости жидкой фазой частиц пустой породы и ценного извлекаемого материала.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Основы флотации рассмотрим на примере пенной флотации. Предварительно измельчённый материал интенсивно перемешивается в воде, образуется пульпа, через которую барботируется воздух. Обычно частицы ценного материала плохо смачиваются водой, захватываются пузырьками воздуха и в виде пены выносятся на поверхность воды. Затем эта пена механически удаляется и поступает на дальнейшую переработку, а хорошо смачиваемая пустая порода переходит в воду.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Минерализованную пену (пенный продукт) называют флотационным концентратом. Как правило, он представляет собой ценный компонент обогащаемого сырья. Частицы, которые хорошо смачиваются и остаются в пульпе, образуют камерный продукт (или хвосты). Как правило, это пустая порода. Смачиваемость минералов характеризуется краевым углом смачивания, который образуется вдоль линейной границы раздела Т – Ж – Г:

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения создают условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов. Для повышения эффективности процесса флотации (для повышения селективности, ускорения и создания устойчивой пены) во флотатор добавляют так называемые флотореагенты. Расход флотореагентов невелик и может составлять сотню граммов на тонну сырья. Это позволяет использовать даже сравнительно сложные и дорогостоящие поверхностно-активные вещества для тонкого регулирования поверхностных свойств разделяемых материалов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Собиратели (или коллекторы) – способствуют образованию гидрофобных плёнок на поверхности гидрофильных частиц. Гидрофобизированные частицы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность пульпы в пену и удаляются вместе с ней в виде флотационного концентрата. Собирателями служат поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащие полярную и неполярную группу. Например, жирные кислоты и их мыла (олеиновая кислота, нафтеновая кислота), а также ксантогенаты, чаще ксантогенат калия.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Пенообразователи – обеспечивают устойчивость пузырька, достаточную для доставки частиц на поверхность флотатора. Минерализованная пена должна быть умеренно устойчивой, плотной и подвижной. Слой пены должен содержать как можно меньше воды с тем, чтобы облегчить дальнейшую переработку. В качестве пенообразователей используют ПАВ, образующие адсорбционные плёнки на поверхности пузырьков воздуха. К наиболее эффективным пенообразователям относятся сосновое масло, фракции каменноугольной смолы, алифатические спирты.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. К флотореагентам относятся: Ø Подавители (или депрессоры) – применяют для повышения смачиваемости минеральных примесей, они способствуют переходу этих примесей в хвосты (или камерный продукт). В качестве подавителей выступают электролиты (известь, цианиды, сульфиты, цинковый купорос, силикат натрия). Ø Активаторы – способствуют усилению адсорбции коллекторов. Часто их используют для разделения хвостов и устранения действия подавителей. В качестве активаторов выступают медный купорос, серная кислота, сульфид натрия. Регуляторами среды являются известь, сода, серная кислота и другие вещества.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Различают коллективную и селективную флотацию. Коллективная флотация – процесс, при котором получают концентрат, содержащий все полезные компоненты, и пустую породу. Коллективный концентрат затем разделяют на отдельные составляющие компоненты. Это разделение осуществляется с помощью избирательной (или селективной) флотации. В этом случае кроме собирателей и пенообразователей в процесс вводят депрессоры. Они способны усиливать гидрофильность определённых минералов, препятствуя их всплыванию. В последующем вносят активаторы, которые снимают действие депрессоров и способствуют всплыванию минералов.

Подготовка минерального сырья Физико-химические способы обогащения – флотация и экстракция. Экстракция – это процесс избирательного извлечения одного или нескольких компонентов из водной среды в жидкую органическую. При этом предполагается, что органическая фаза практически не растворяется в водной. После разделения фаз извлекаемый компонент вновь переводят в водную фазу. Этот процесс называют реэкстракцией. При этом экстрагент регенерируется. Хорошими экстрагентами являются карбоновые или нафтеновые кислоты, амины, четвертичные аммониевые основания, хорошо растворимые в керосине или гексане. Требования к экстрагентам: Ø лёгкость регенерации; Ø нетоксичность; Ø низкая стоимость.

Подготовка газообразного сырья Газообразное сырьё бывает природного и промышленного происхождения. Природное сырьё представлено углеводородными газами (природный газ) и воздухом. В качестве газообразного сырья промышленного происхождения используются газы коксохимического производства (коксовый газ), газы нефтепереработки (попутный газ), газы металлургических производств, газы переработки твёрдого топлива (генераторный газ). Методы обогащения газообразных многокомпонентных систем (или очистка и разделение газовых смесей) основаны на различии свойств компонентов смеси (например, на различии температур кипения, растворимости в каком-либо растворителе, сорбционной способности).

Подготовка газообразного сырья Разделение газов: Ø разделяют воздух на азот и кислород; азот используется в производстве аммиака, а кислород – как окислитель в химической промышленности и в металлургии. Кроме того, из воздуха выделяют аргон; Ø из коксового газа выделяют аммиак в виде сульфата аммония; водород, используемый далее для получения азотоводородной смеси; и сероводород, который используется для получения серной кислоты. Очистка газов: Ø природный газ, применяемый в производстве аммиака, очищают от серо -содержащих соединений; Ø конвертированный газ производства аммиака очищают от диоксида углерода; Ø перед колонной синтеза аммиака азотоводородную смесь очищают от следов кислородсодержащих соединений.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø метод конденсации заключается в том, что при охлаждении газовой смеси более высококипящие компоненты конденсируются первыми и отделяются в сепараторах. В производстве синтетического аммиака методом конденсации отделяют аммиак от непрореагировавшей азотоводородной смеси. Из коксового газа фракционным охлаждением выделяется водород.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø сорбционные методы основаны на различной сорбционной способности компонентов каким-либо поглотителем. В сорбционных процессах выделяют: адсорбцию и абсорбцию. Адсорбция – это процесс поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси твёрдой поверхностью адсорбента. Процесс поглощения осуществляют в аппаратах, называемых адсорберами. Адсорберы бывают: с неподвижным слоем адсорбента, с движущимся слоем, а также с кипящим слоем. Адсорбер работает в режиме «адсорбция ↔ десорбция» . В качестве адсорбентов используют: активированный уголь, цеолиты, пористые стёкла.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø сорбционные методы основаны на различной сорбционной способности компонентов каким-либо поглотителем. В сорбционных процессах выделяют: адсорбцию и абсорбцию. Абсорбция – это избирательное поглощение одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбентов обычно используются органические и неорганические растворители. Очистка и разделение газовой смеси проходит в двух аппаратах. В одном (абсорбере) протекает абсорбция какого-либо компонента охлаждённым абсорбентом, в другом (регенераторе) – десорбция, при этом выделяется поглощённое вещество из раствора и регенерируется абсорбент.

Подготовка газообразного сырья Основные методы разделения газовых смесей: Ø мембранный метод очистки газовых смесей основан на разделении с помощью микропористых перегородок (или мембран), проницаемых для молекул одного вида и непроницаемых для молекул другого вида. Мембранный метод разделения наиболее совершенный, так как исключены высокие давления и низкие температуры. В мембранных аппаратах разделяют воздух на азот и кислород, метан и водород, метан и гелий. Газы очищают также от пыли и влаги.

Что является основным сырьём для получения чугуна в доменной печи?

Выплавка чугуна происходит в доменной печи. Сырьем для производства являются железные руды. Состав железной руды следующий: рудное вещество и пустая порода. Рудное вещество составляют окислы, силикаты и карбонаты железа. А в основе рудной породы находятся кварцит или песчаник. Существует несколько видов железной руды для производства чугуна.

Красный железняк

Окраска красного железняка варьируется от темно-красной до темно-серой. Железо, находящееся в составе красного железняка имеет вид безводной окиси. Содержание железа в данном виде руды составляет 45-65%.

Бурый железняк

Железо, находящееся в составе бурого железняка имеет вид водных окислов. Процент железа составляет варьируется от 25-50. Окраска может быть от желтой до буро-желтой.

Магнитный железняк

Железо представляет собой закись-окись. Процент его содержания в руде - 40-70. Данный вид железняка обладает ярко выраженными магнитными свойствами.

Шпатовый железняк

Железо в шпатовом железняке имеет вид углекислой соли. Содержание железа составляет 30-37%. Цвет желто-белый или серый.

Марганцевые руды

Марганцевые руды в процессе выплавки используются для повышения количества марганца и добавляются в шихту.

Для чего предназначен флюс в доменном процессе?

Флюсами называются добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой породы шихтовых материалов и придания доменному шлаку необходимого состава и Физических свойств, обеспечивающих очистку чугуна от серы и нормальную работу печи.

В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные, кислые и глиноземистые.

Наиболее широко и часто применяется основный флюс, т.е. породы и материалы, содержащие СаО и и обладающие необходимыми физическими свойствами.

В доменном производстве практически единственным видом основного флюса является известняк , представляющий собой природную форму минерала кальцита - СаСO 3 .

Вредными примесями известняка являются сера и фосфор, однако содержание серы обычно низкое, и она удаляется в процессе плавки, в то время как фосфор полностью переходит в чугун и поэтому более опасен.

Известняк является прочным, плотным материалом, который можно загружать в доменную печь после отсева мелких фракций.

Какое топливо применяется в доменной печи?

Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо – древесный уголь, кокс.

Древесный уголь

Древесный уголь практически утратил свое значение из-за низкой прочности.

Кокс

Кокс является единственным видом твердого топлива для доменной плавки во всей мировой практике черной металлургии.

Исходным сырьем для получения кокса являются особые сорта каменных углей, называемых коксующимися. Подготовка углей к коксованию заключается в дроблении, обогащении для снижения зольности и усреднении.

Кокс получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах, представляющих собой узкую камеру шириной около 0,5 м, высотой 4 – 5 м и длиной около 15 м, объединенных в батареи. Число печей в батарее может достигать 60 – 70 штук.

Подготовленная шихта загружается в камеру через специальные отверстия. Обогрев печи осуществляется с боков через стенки огнеупорного кирпича путем сжигания газа в обогревательных простенках.

Флюсы

Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств.

Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы рудной части шихты и золы кокса в шлак, обладающего определенными физическими свойствами.

Топливо, используемое для доменной плавки, выполняет три основные функции:

· тепловую, являясь источником тепла при разогреве шихтовых материалов до высоких температур и обеспечивая интенсивное протекание химических реакций при плавлении чугуна и шлака;

· химическую, являясь основным химическим реагентом-восстановителем оксидов железа и других элементов;

· физическую, обеспечивая высокую газопроницаемость столба шихты.

Многостадийные процессы

Многостадийные процессы представляют собой процессы, в которых металл перемещается из одной емкости в другую, причем в каждой емкости совершается одна или несколько технологических операций (рисунок 26). В первых двух камерах проводят удаление серы пылевидной известью в струе азота. В последующих камерах удаляют кремний, фосфор рудой и известью в струе кислорода. Реагенты вводятся с помощью водоохлаждаемых фурм. Образующийся шлак удаляется через шлаковые летки, а газы отводятся через специальные отверстия.

После удаления примесей металл поступает в камеру обезуглероживания, где его продувают кислородом. Обезуглероженная сталь направляется в камеру легирования и затем собирается в ковше.

Одностадийные процессы

Одностадийные процессы представляют собой процессы, в которых все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь, протекают одновременно (рисунок 27).Вокруг падающей струи чугуна создается кольцевая кислородная струя, увлекающая подаваемую в нее тонкоизмельченную известь и разбивающая металл на капельки. Поверхность контакта между металлом, кислородом и флюсом оказывается очень большой, и выгорание примесей происходит мгновенно.

Процесс заключается в том, что струя чугуна, непрерывно поступающая на установку, обрабатывается тонкоизмельченными флюсами и кислородом. Капельки металла и шлака подают вниз, металл собирается под пенящимся шлаком, отстаивается и непрерывно выпускается в ковш. Последующие капельки металла проходят через шлаковый слой, который является дополнительным средством рафинирования металла. Отработанный шлак непрерывно стекает в шлаковую чашу. В окислительной атмосфере струи и при прохождении через слой окисленного шлака интенсивно окисляются углерод, кремний, фосфор. Очень развитая реакционная поверхность позволяет также окислять значительное количество серы.

Меняя состав и интенсивность введения в струю металла флюса, изменяя режим подачи кислорода, состав и температуру чугуна, можно оказать необходимое воздействие на протекание нужных реакций и получать сталь требуемого состава.

Разливка стали.

Процесс разливки стали и последующего ее охлаждения оказывает существенное влияние на получение высококачественного металла. Существует разливка стали в изложницы и непрерывная разливка.

Изложницы -это металлические (обычно чугунные) формы с круглой, многоугольной или квадратной формой поперечного сечения. Форма сечения изложницы зависит от дальнейшего использования слитка; квадратные изложницы применяют для проката и поковок; шести- и восьмигранные - для поковок; прямоугольные - для прокатки листов; круглые - для прокатки цельнотянутых труб; специальные профили -для различных назначений.

Разливка стали в изложницы может производиться в каждую имеющую дно изложницу отдельно сверху или одновременно в несколько изложниц, не имеющих дна, снизу сифоном. В последнем случае металл из ковша заливается в общий литник 1, из которого по горизонтальным каналам 3 поддона он расходится по изложницам 2, поставленным по нескольку штук на металлический поддон (рис. 7).

Рис. 7. Сифонная разливка стали

Первый способ применяют при получении крупных слитков (до 100 т) и при разливке так называемой «спокойной стали», т. е. полностью раскисленной в печи или в ковше и застывающей в изложнице спокойно. «Кипящая» сталь, раскисленная неполностью в печи, при заливке в изложницы бурлит в результате выделения окиси углерода при охлаждении стали. Разливку «кипящей» стали производят сифонным способом, который применяют и при изготовлении мелких и средних слитков (до 100 шт.) одновременно.

При разливке сверху усадочная раковина, образующаяся под коркой, получается меньше, так как горячий металл поступает в верхнюю часть слитка.

При сифонном способе одной струей можно заливать несколько изложниц; поверхность слитков получается более чистой.

Рис. 8. Схема непрерывной разливки стали

Наиболее совершенный способ разливки стали (изобретенный в СССР) - непрерывная разливка, заключающаяся в том, что жидкий металл из ковша 1 (рис. 8) через промежуточную емкость 2 непрерывно поступает в кристаллизаторы 3, охлаждаемые водой. Далее затвердевающий металл формируется прокаткой между валками 4 и потом разрезается на куски газорезками 5. Куски стали кантователями укладываются на элеваторы.

Рассмотренный способ разливки стали имеет следующие достоинства:

1) при получении заготовок небольшого сечения исключается необходимость применения дорогостоящих обжимных станов (блюмингов);

2) исключается необходимость в изложницах, поддонах и т. д.;

3) отсутствуют прибыльные части слитков, что позволит съэкономить до 20% металла.

Таким образом, слитки из сталеплавильных цехов при применении непрерывной разливки стали могут направляться в горячем состоянии непосредственно в прокатку, что обусловливает значительную экономическую эффективность такого непрерывного цикла производства стали.

Формовочные песчано-глинистые смеси, их состав. Требования к формовочным смесям.

Формовочные смеси. Для изготовления форм и стержней применяются разнообразные формовочные и стержневые смеси, состав которых зависит от способа формовки, рода сплава, характера производства, вида литья и технологических средств и материалов, имеющихся в распоряжении производства.

Формовочные смеси классифицируют:

– по назначению (для отливок из чугуна, стали и цветных металлов);

– по составу (песчано-глинистые, содержащие быстротвердеющие крепители, специальные);

– по применению при формовке (единые, облицовочные, наполнительные);

– по состоянию форм перед заливкой в них сплава (сырые, сухие, подсушиваемые и химически твердеющие).

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы.

Основными исходными материалами являются песок и глина, вспомогательными – связующие вещества и добавки. Кроме исходных материалов для приготовления формовочных смесей используют отработанные (бывшие в употреблении) смеси.

В зависимости от назначения различают формовочные и стержневые смеси. Правильный выбор смеси имеет большое значение, так как около половины брака отливок возникает из-за низкого качества формовочных материалов и смесей.

Песок – основной огнеупорный компонент формовочных и стержневых смесей.

Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема SiO 2 .

Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью.

В формовочные и стержневые смеси вводят в небольших количествах (1…3 %) дополнительные связующие. Их подразделяют на органические и неорганические, растворимые и нерастворимые в воде (сульфидно-спиртовая барда, битум, канифоль, цемент, жидкое стекло, термореактивные смолы и др.).

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых форм – припылы ; для сухих форм – краски .

В качестве припылов используют: для чугунных отливок – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц.

Требования:

Смеси должны обладать рядом свойств:

· прочностью – способностью смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации;

· поверхностной прочностью (осыпаемостью) – сопротивлением истирающему действию струи металла при заливке;

· пластичностью – способностью воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму;

· податливостью – способностью смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава;

· текучестью – способностью смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика;

· термохимической устойчивостью или непригарностью – способностью выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия;

· негигроскопичностью– способностью после сушки не поглощать влагу из воздуха;

· долговечностью– способностью сохранять свои свойства при многократном использовании.

При литье металлических сплавов, имеющих высокую температуру плавления, используются только огнеупорные формовочные смеси, не разрушающиеся при нагревании. Эти материалы должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Не разрушаться и не плавиться при нагревании до температуры, превышающей температуру плавления металла на 200-250°С.

2. Иметь высокую степень дисперсности, позволяющую получать чистые и гладкие поверхности изделия.

3. Жидкие пасты из огнеупорных смесей должны иметь хорошую жидкотекучесть, способность смачивать восковые модели, накладываться на них без образования воздушных полостей.

4. Обеспечивать прочность и целостность литейной формы, ее газопроницаемость во время литья.

5. Не оказывать какого-либо отрицательного действия на структуру или свойства материала отливки.

6. Обладать термическим расширением, способным компенсировать усадку отливки.

7. Быть безвредным для человека при работе с ними.

17) Стержневые смеси, требования к ним, состав стержневых смесей.

Стержневые смеси соответствуют условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь более высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

Огнеупорность смеси – способность смеси и формы сопротивляться растяжению или расплавлению под действием температуры расплавленного металла.

Газопроницаемость смеси – способность смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению).

В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом.

Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут с последующим выстаиванием в бункерах.

Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, являются песок и глина. Однако большое количество глины, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины входят крепители. К ним относятся различного рода масла, канифоль, каменноугольный пек, сульфитно-спиртовая барда, декстрин, жидкое стекло и другие специальные материалы.

В зависимости от применяемого связующего стержневые смеси делятся на песчано-глиинстые, в которых связующим является глина, и песчано-масляные, в которых связующим являются органические вещества - заменители масел. Песчано-глииистые смеси имеют достаточную прочность в сыром состоянии; их применяют для стержней простых форм художественных отливок, изготовляемых по-сырому. Песчано-масляные смеси применяют для стержней кусковых форм, заливаемых после сушки.

К стержневым смесям предъявляются следующие требования:

1) Пластичность, т. е. способность хорошо формоваться - легко воспринимать и отчетливо сохранять определенную форму. Пластичность улучшается прежде всего при увеличении влажности и количества глины в смеси.

2) Прочность, т. е. способность сохранять форму при воздействии внешних сил, как-то: толчков, неизбежных при изготовлении формы, струи металла, стремящейся размыть форму, и др. Прочность зависит также от содержания глины и влажности, причем каждому составу смеси соответствует определенная влажность, при которой прочность является наивысшей.

3) Податливость, т. е. способность сжиматься под давлением отливки, уменьшающейся в размерах при усадке. Если смесь не будет достаточно податливой, то возможны трещины отливки, особенно около выступов. Лучшей податливостью обладает крупный речной песок; глина ухудшает податливость. Для улучшения податливости в формовочные смеси вводят выгорающие при сушке форм добавки, например опилки.

4) Огнеупорность - способность смеси противостоять действию высокой температуры заливаемого в форму металла. Формовочные и стержневые смеси не должны оплавляться или размягчаться от соприкосновения с расплавленным металлом, а также пригорать к поверхности отливки. Кварцевый песок и белая глина имеют высокую огнеупорность.

5) Газопроницаемость - способность пропускать газы. 11ри контакте горячего металла с влажными формами выделяются пары воды и газы, которые должны свободно выходить из формы через ее стенки. Кроме того, из формы должен выходить воздух, находящийся в ее полости. Если газопроницаемость смеси недостаточна, в отливках образуются газовые раковины. Хорошую газопроницаемость имеют смеси, содержащие крупный речной песок; глина ухудшает газопроницаемость.

Газоплавильная резка

Сварочная газовая горелка в крайнем случае может быть использована не только для сварки, но и для резки металла, путём выплавления его из полости реза. Этот способ может быть применён для резки легкоплавких металлов, например свинца; могут быть также разрезаны и более тугоплавкие металлы небольшой толщины, например стали, В этом случае для ускорения процесса резки пламя может быть отрегулировано на значительный избыток кислорода, который, с одной стороны, повышает температуру пламени, с другой, усиливает окисление и сжигание металла; таким образом, к тепловому действию пламени присоединяется и химическое воздействие избытка кислорода на металл. Способ применяется весьма редко, при отсутствии возможности произвести резку лучшими средствами.

Дуговая резка

Дугой можно производить не только сварку, но и резку металла, выплавляя его из полости реза и предоставляя возможность свободного вытекания. Резка может быть произведена как угольным, так и металлическим электродом. Резка угольным электродом на постоянном токе даёт лучшие результаты. Применяется нормальная или прямая полярность, т. е. на электрод даётся минус, а на основной металл плюс. Электроды лучше применять графитные, так как для заданной силы тока они дают возможность пользоваться электродами меньшего диаметра и, таким образом, снижать ширину реза; кроме того, графитные электроды медленнее обгорают при работе и расход их получается значительно меньшим по сравнению с расходом электродов из аморфного угля. Основное внимание при резке угольной дугой нужно обратить на возможность быстрого, свободного и удобного вытекания расплавленного металла из полости реза.

На фиг. 217 приведены некоторые примеры резки угольной дугой. Для резки угольной дугой желательны большие токи, обычно применяются токи от 400 до 1500 а. На толщинах.металла до 10-12 мм резка угольной дугой может дать достаточно высокую производительность, не уступающую производительности кислородной резки. С увеличением толщины металла производительность быстро падает, и на толщинах свыше 15 мм кислородная резка всегда производится быстрее. По качеству резки, чистоте кромок и ширине реза дуговой способ значительно уступает кислородному.

Резка может производиться и на переменном токе, но качество реза при этом получается хуже и производительность для той же силы тока - ниже. Резка угольной дугой может быть целесообразна, например, для чугуна и цветных металлов, так как эти металлы не поддаются обычной кислородной резке. Дуговая резка может быть иногда целесообразна и для стали, например при разборке старых конструкций из материала толщиной не свыше 20-30 мм, когда не требуется особой чистоты реза и стоимость процесса должна быть минимальной. Угольной дугой можно резать металл, сильно загрязнённый, покрытый ржавчиной, краской и т. п. без всякой подготовки, в то время как для кислородной резки требуется предварительная очистка поверхности металла вдоль линии реза. К резке угольной дугой приходится прибегать также при отсутствии кислорода на месте работ или особой его дефицитности. При резке металлическим стальным электродом для стержня электрода пригодна любая, даже непригодная для сварки, проволока малоуглеродистой стали; загрязнения металла проволоки не имеют особого значения.

Выполнение процесса резки металлическим электродом показано на фиг. 218. В этом случае, как и при резке угольным электродом, основное внимание необходимо уделять удобству удаления расплавленного металла из полости реза. Резка металлическим электродом

даёт рез меньшей ширины и с более чистыми краями по сравнению с резкой угольным электродом.

К преимуществам резки металлическим электродом относится также возможность успешного выполнения работы на переменном токе с питанием дуги от нормальных сварочных трансформаторов, обладающих высоким к. п. д. и широко распространённых на производстве. Недостатком является довольно значительный расход электродов, быстро возрастающий с увеличением толщины разрезаемого металла. Резка металлической дугой обычно ведётся стальным электродом диаметром 5-6 мм при силе тока 300-400 а.

Резка металлическим электродом довольно широко применяется на производстве как вспомогательное средство при отсутствии кислорода на месте работ или при нежелании иметь специальное оборудование и специалиста газорезчика при общем незначительном объёме работ по резке.

Резка металлическим электродом производится от нормальных сварочных трансформаторов электросварщиком и может быть выполнена теми же электродами, которые применяются и для сварки. Таким образом, небольшие работы по резке электросварщик производит, не прибегая к специальному оборудованию или материалам. Металлическим электродом, например, прожигаются дыры для крепительных болтов при сборочных работах, перерезается фасонный материал, уголки, швеллеры, двутавры и т. п., вырезаются отверстия в листах и т. д. По производительности дуговая резка может конкурировать с кислородной резкой малых толщин металла (примерно до 10-15 мм). С дальнейшим увеличением толщины металла производительность дуговой резки быстро падает и начинает сильно отставать от производительности кислородной резки. Поэтому дуговая резка стали значительных толщин (свыше 15-20 мм), как правило, нецелесообразна. Существенным недостатком дуговой резки, по сравнению с газокислородной, является увеличенная ширина реза и меньшая чистота поверхности его кромок.

Дисковая резка

Известно, что быстро вращающийся диск, со значительной окружной скоростью на наружной грани обладает особыми режущими свойствами. Например, диск из плотной чертёжной бумаги перерезает карандаш без повреждения кромки бумажного диска. Диск из мягкой малоуглеродистой стали или меди свободно перерезает твёрдую высокоуглеродистую сталь. На этом явлении основано действие фрикционных пил, широко распространённых в нашей промышленности. Пила представляет собой быстро вращающийся тонкий диск обычно из малоуглеродистой стали. Диск легко перерезает фасонный материал, трубы, листы и т. п. и даёт чистый рез с гладкими кромками, как бы отполированными трением диска. Давно возникла естественная мысль повысить производительность фрикционного диска созданием мощного электрического разряда между кромкой диска и разрезаемым металлом, Схема подобного устройства показана на фиг. 219.

Стальной диск, обычно диаметром около 1 м, толщиной около 3 мм, снабжённый зубчатой насечкой по окружности, вращается быстроходным электромотором с таким расчётом, чтобы получить скорость на окружности диска около 100-120 м/сек.

На валу диска посажены контактные кольца; через эти кольца и неподвижные щётки диск присоединён к одному полюсу низковольтной обмотки трансформатора, дающего ток в несколько тысяч ампер. Другой конец обмотки трансформатора соединён с разрезаемым металлом,

При вращении между краем диска и основным металлом возникает мощный электрический разряд, промежуточный между искровым и дуговым. Тепло, выделяемое разрядом, размягчает основной металл, в то же время металл диска мало нагревается разрядом ввиду того, что каждая точка окружности диска находится в зоне действия разряда очень короткое время, а остальное время данная точка диска проходит в окружающем холодном воздухе и успевает охладиться. Таким образом, разряд, размягчая основной металл, почти не действует на металл диска. В результате, основной металл размягчается и диск выбрасывает его из полости реза в виде искр и мелких брызг. Проведённые эксперименты показали возможность получить скорость резки, например, листовой стали толщиной 20 мм до 70--100 м/час. Дисковые машины, ввиду их громоздкости и необходимой значительной мощности, пока не получили заметного распространения в нашей промышленности. Выдвигалась идея ускорения обработки металла резанием путём создания мощного электрического разряда между режущим инструментом и основным металлом, причём для режущего инструмента одной из подходящих форм является быстро вращающийся диск, аналогичный диску рассмотренной дисковой пилы. Этот способ обработки металлов находится ещё в стадии предварительных лабораторных опытов.

Печная сварка стальных труб

Данная технология подразумевает высокотемпературное воздействие на стальные штрипсы - полосы металла, являющиеся заготовкой для будущей сварной трубы.

Данная технология подразумевает высокотемпературное воздействие на стальные штрипсы - полосы металла, являющиеся заготовкой для будущей сварной трубы. Штрипса направляется в специальную туннельную печь и прогревается там до 1300°C. На выходе из печи боковые кромки штрипсы обдуваются направленным потоком воздуха, в результате которого их температура повышается до 1400°C. Одновременно с этим происходит очистка кромок от окалины, которая могла бы ухудшить качество сварного шва.

Далее полученная горячая заготовка пропускается через настроенный под определенный диаметр формовочно-сварочный стан, придающий будущему изделию необходимую форму. После второй обдувки воздухом кромки штрипсы свариваются под действием высокой температуры и заданного давления. Получившаяся заготовка еще раз протягивается через печь и формовочные валики, дополнительное обжатие которых призвано улучшить качество получившегося сварного шва. Трубы, изготовленные методом печной сварки, относятся к классу горячедеформированных.

Резка на ножницах

В цехах крупносерийного и массового производства применяют прессножницы, работающие по принципу кривошипных прессов. Резку на этих машинах ведут по регулируемому упору как в холодном, так и в горячем состоянии. При резке заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей в местах среза вследствие смятия возникают большие напряжения, поэтому во избежание появления трещин металл перед резкой подогревают до температуры 350-550° С. Низкоуглеродистые мягкие стали сечением до 200X200 режут в холодном состоянии.

Типовые конструкции разделительных штампов : а - на стационарном блоке с неподвижным съемником; б-пакетный штамп с неподвижным съемником; в-на стационарном блоке с верхним прижимом; г-на стационарном блоке совмещенного действия; д - блок универсальный; е - сменный штамп с неподвижным съемником; ж - то же с верхним прижимом; з - то же совмещенного действия

Штампы с неподвижным направляющим съемником обеспечивают более высокую производительность штампов в результате удаления детали через провальное окно. Это дает возможность автоматизации процесса и работы на быстроходных прессах-автоматах, а также широкого применения многорядной и многопереходной штамповки. Однако при штамповке на провал имеется некоторое нарушение плоскостности детали. Штампы с верхним прижимом обеспечивают лучшую плоскостность деталей и качество поверхности среза.

Однако наличие верхнего прижима снижает жесткость штампа и требует установки дополнительных средств сопряжения, усложняющих конструкцию штампа; несколько ухудшаются условия безопасности работы. Стоимость таких штампов выше по сравнению со штампами с неподвижным съемником. Штампы с верхним прижимом применяются при многошаговой штамповке деталей из материалов толщиной менее 0,5 мм.

Штампы совмещенного действия применяются при штамповке деталей повышенной точности с жесткими допусками на взаимное расположение отверстий относительно контура (менее ±0,1 мм для размеров до 20 мм и ±0,15 мм для размеров от 20 до 50 мм). Элементы деталей должны соответствовать параметрам,

Объемная холодная штамповка применяется для изготовления деталей сложной формы, но малых размеров из металлов, обладающих высокой пластичностью.

Горячая штамповка. Применяется главным образом в производст­ве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения.

КОВКА. Технологический процесс, разновидность штамповки, отличается тем, что при ковке нельзя придать детали точной формы, как при штамповке. Существует два способа ковки: горячий и холодный. При горячей металл нагревают до белого или красного каления, и с помощью молота, кувалды или молотка ему придается нужная форма. В горячем состоянии металл делается наиболее ковким, вязкость его облегчает этот процесс. Холодная ковка также производится ударами молота, молотка, но металл перед этим не нагревается. Ковку применяют при изготовлении металлических коронок (этот процесс еще можно назвать чеканкой), при расплющивании проволоки для кламмеров, изготовлении металлических капп, ортодонтических аппаратов и др. Процесс ковки обычно предшествует процессу штамповки металла.

Станы двукратного волочения

Двукратные волочильные станы выполняют процесс волочения в два прохода, иначе говоря, когда достаточно двух протяжек. Это необходимо для обеспечения заданного размера проволоки или, когда объемы производства небольшие. На материал при двух протяжках подается четырехкратное обжатие.

Рис. 4. Дифференциальный стан двукратного волочения

Наипростейший вариант такого стана заключается в использовании двухступенчатого барабана. На первой ступени барабан имеет меньший диаметр, здесь обеспечивается скольжение проволоки. Разный износ валков дают возможность устанавливать вытяжку на 1-2% выше, чем вытяжка, обусловленная разностью диаметров ступеней.

Скольжение происходит на нижней ступени, в противном случае может иметь место разрыв проволоки. Здесь нет возможности давать высокие обжатия.

Дифференциальные двукратные волочильные станы работают на обеих ступенях без скольжения, однако допускают высокие наряду с низкими обжатиями. Дифференциальный стан, работающий по принципу двукратного волочения, мы видим на рис. 4. Он имеет два волочильных барабана, расположенных на одной оси.

Многократные станы

Станы многократного волочения представляют собой оборудование, на котором заготовка протягивается через несколько волок одновременно. Делается это с целью увеличения вытяжки обрабатываемого материала. Волоки расположены одна за другой последовательно.

Для определения кратности волочения существенное значение имеют размеры обрабатываемого материала, его сечение, заданный размер конечного продукта и его механические свойства. Обычно кратность устанавливают в пределах 2 - 25, но можно установить и более.

Чем прочнее материала, тем сложнее он протягивается. За последней волокой не хватает натяжения, чтобы одновременно протянуть материал через все волоки многократной линии. Для этого используют после каждой волоки отдельный тянущий барабан. Тянущий барабан вращается, протягиваемый материал, покидая волоку, наматывается на барабан, одновременно сматываясь, и переходит к следующей волоке.

Волочение широко применяется для производства: проволоки от 0,1 до 8 Мм в диаметре; калиброванного металла и точного фасонного профиля; труб повышенной точности от малых диаметров (капилляров) до 200 Мм в диаметре, стальных калиброванных прутков диаметром от 3 до 150 Мм

В некоторых случаях посредством волочения производят отделку профильного сортамента.

Сущность сварки плавлением

Сущность сварки плавлением (рис. 1) состоит в том, что образующийся от нагрева посторонним источником жидкий металл одной оплавленной кромки самопроизвольно соединяется (в какой-то мере перемешивается) с жидким металлом второй оплавленной кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После охлаждения металла сварочной ванны получается металл шва. Металл шва может образоваться только за счет переплавления металла по кромкам или дополнительного присадочного металла, введенного в сварочную ванну.

Источниками местного нагрева при сварке плавлением могут быть электрическая дуга, Тазовое пламя, химическая реакция с выделением теплоты, расплавленный шлак, энергия электронного излучения, плазма, энергия лазерного излучения.

Образование межатомных связей в кромках соединяемых деталей при сварке плавлением достигается благодаря тому, что металл по кромкам (каждый в отдельности) первоначально расплавляется, а потом вновь оплавленные кромки смачиваются и заполняются расплавленным металлом из сварочной ванны.

Рис. 2. Соединение деталей сваркой давлением без внешнего нагрева:

а - детали перед сваркой, б - после сварки (макроструктура соединения алюминия), в - оптимальная зависимость между температурой нагрева и давлением для железа

Сущность сварки давлением

Сущность сварки давлением (рис. 2) состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей. Пластическое деформирование по кромкам свариваемых частей достигается статической или ударной нагрузкой. Для ускорения получения пластически деформированного состояния металла по кромкам свариваемых частей обычно сварку давлением выполняют с местным нагревом. Благодаря пластической деформации металл по кромкам подвергается трению между собой, что ускоряет процесс установления межатомных связей между соединяемыми частями. Зона, где образовались межатомные связи соединяемых частей при сварке давлением, называется зоной соединения.

Источником теплоты при сварке давлением с нагревом служат: печь, электрический ток, химическая реакция, индукционный ток, вращающаяся электрическая дуга и др.

Характер процесса сварки давлением с нагревом может быть и другим. Например, при стыковой контактной сварке оплавл

Классификация сырья

Понятие о сырье. Виды и классификация сырья

Упрощенно технологическую схему химического производства можно представить в виде:

В химическом производстве на различных стадиях переработки можно выделить следующие материальные объекты: исходное вещество или собственно сырье, промежуточные продукты (полупродукты), побочные продукты и отходы.

Сырьём называются природные или промышленные материалы, которые используются в производстве для получения промышленной продукции.

Сырье – это основной из элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.

СЫРЬЕМ называют исходные материалы, на получение и доставку которых был затрачен труд, и которые обладают поэтому стоимостью. Часто применяются несколько видов сырья.

ШИХТА – смесь, состоящая из нескольких видов твердых материалов.

ПУЛЬПА – полужидкая смесь нескольких материалов

ШЛАМ – вязкая, малотекучая смесь нескольких материалов

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРОДУКТ (полупродукт, полуфабрикат) – продукт, получаемых в какой-либо промежуточной стадии.

ОТХОДЫ производства –образующиеся наряду с целевым конечные продукты.

ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ – используемые отходы производства

ОТБРОСЫ – неиспользуемые отходы производства.

Полупродуктом называется сырье, подвергшееся обработке на одной или нескольких стадиях производства, но не потребленное в качестве готового целевого продукта. Он может быть использован на последующих стадиях производства. Например, каменный уголь→ коксовый газ→ водород→ аммиак.

Побочным продуктом называется вещество, образовавшееся в процессе переработки сырья, наряду с целевым продуктом, но не являющееся целью данного процесса. Например, аммиачная селитра, мел в производстве нитроаммофоски.

Отходами производства называются остатки сырья, материалов, полупродуктов, образующихся в производстве и полностью или частично утратившие свои качества. Например, фосфогипс в производстве суперфосфата.

Часто готовый продукт одного производства служит сырьем или полупродуктом для другого . Например, синтетический аммиак и азотная кислота (готовые продукты) могут служить сырьем для производства аммиачной селитры, а чугун – для выплавки стали.

Химическое сырье принято делить на:

– первичное (извлекаемое из природного источника;

– вторичное (промежуточные и побочные продукты);

– природное;

– искусственное (полученное в результате переработки природного сырья).

Всё химическое сырьё подразделяется на группы по происхождению , химическому составу , агрегатному состоянию , предназначению .

По своему происхождению сырьё делится на три группы:

- минеральное;

- растительное;

- животное .

!!! Минеральным сырьём называют добываемые из земных недр минералы .

Минеральное сырьё делится на:

- рудное;

- нерудное;

- горючее .

2.1.1.1. Рудное минеральное сырьё

Рудное сырьё или руда служат для получения из неё металлов . Металлы в руде представлены, главным образом, в виде оксидов (Mt n O m ) или сульфидов (Mt n S m ).

Руды цветных металлов довольно часто содержат в своём составе соединения нескольких металлов . Это могут быть сульфидысвинца , меди , цинка , серебра .

Такие руды называют полиметаллическими рудами.

2.1.1.2. Нерудное минеральное сырьё

Нерудное минеральное сырьё - это горные породы или минералы , которые используют для:

- производства неметаллов - серы , хлора , фосфора ;

- других химических продуктов - удобрений , соды , щелочей , кислот .

Нерудные ископаемые условно делят на несколько групп .

1. Строительные материалы - это минеральное сырьё , используемое в строительстве (гравий , песок , глины , строительные камни , кирпич , цемент ).

2. Индустриальное сырьё - полезные ископаемые , используемые без химической переработки в различных отраслях промышленности (графит , слюда , асбест ).

3. Химическое минеральное сырьё - полезные ископаемые , которые подвергаются химической переработке (сера , селитра , фосфоритная мука , поваренная и калийная соли ).

4. Драгоценное, полудрагоценное и поделочное сырьё : алмазы , изумруды , рубины , малахит , яшма , мрамор .

2.1.1.3. Горючее минеральное сырьё

Горючее минеральное сырьё - это ископаемые, которые могут служить в качестве топлива (каменный и бурый угли , горючие сланцы , нефть,природный газ ).

Топливом называют естественные или искусственные горючие органические материалы, служащие источником тепловой энергии и сырьём для химической промышленности.

По агрегатному состоянию все виды топлива делят на твёрдое, жидкое и газообразное.

2.1.1.4. Сырьё растительного и животного происхождения

Сырьё растительного и животного происхождения является продуктом сельского хозяйства (животноводства , земледелия , растениеводства ), рыбного и лесного хозяйства .

По своему назначению эти виды сырья делятся на пищевое и техническое сырьё.

К пищевому сырью относятся животное и растительное сырьё, перерабатываемые в продукты питания .

Техническим сырьём называются те продукты , которые для пищевых целей непригодны , но после механической и химической обработки используются в промышленности и быту (дерево , хлопок , лён , кожа , шерсть , пушнина ).

Подразделение сырья животного и растительного происхождения на пищевое и техническое достаточно условно . Пищевое сырьё нередко перерабатывается на технические продукты :

- картофель и другие продукты перерабатываются на этиловый спирт ;

Некоторые животные и растительные масла перерабатываются на мыло и косметические средства .

Ценность сырья зависит от уровня развития техники. Например, хлористый калий в 19 веке был используемым отходом при извлечении хлористого натрия из сильвинита. В н.в. хлористый калий – исходное сырье в минеральных удобрениях. К веществам, используемым в качестве химического сырья, предъявляется ряд общих требований.

Сырье для химического производства должно обеспечить:

– мало стадийность производственного процесса;

– агрегатное состояние системы, требующее минимальных затрат энергии для создания

– оптимальных условий протекания процесса;

– минимальное рассеяние подводимой энергии;

– возможно более низкие параметры процесса;

– максимальное содержание целевого продукта в реакционной смеси.

Для удовлетворения данных требования сырье (особенно минеральное, извлеченное из природной среды) подвергают ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ.

Основные операции подготовки сырья:

Классификация (разделения однородных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих их частиц).

Обезвоживание материала достигается методами стекания, отстаивания (жидкая система) и сушки.

Сушкой называется процесс удаления влаги или другой жидкости из твердых материалов путем ее испарения и отвода образовавшегося пара.

Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья от пустой породы (балласта) с целью повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырье разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы.

Выбор метода обогащения зависит от агрегатного состояния и различия свойств компонентов сырья. Для твердого вещества чаще всего применяют механические способы обогащения :

– рассеивание (грохочение),

– гравитационное разделение,

– электромагнитная и электростатическая сепарация,

– флотация (специальный физико-химический метод).

Химические способы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно растворяют одно из веществ, составляющих смесь, или образуют с одним из веществ соединения, легко отделяемые от других при плавлении, испарении, осаждении раствора. Пример, обжиг минералов для разложения карбонатов, удаление кристаллизационной влаги, выжигание органических примесей.

Кондитерская промышленность выпускает разнообразный ассортимент продукции, насчитывающий сотни наименований.

В зависимости от технологического процесса и вида сырья кондитерские изделия подразделяются на две большие группы, в каждую из которых входит несколько подгрупп:

Сахарные кондитерские изделия

Шоколад и шоколадные изделия

Карамель

Мармеладно-пастильные изделия

Халва и восточные сладости

Мучные кондитерские изделия

Крекеры, галеты

Торты, пирожные, кексы и т. п.

Основное сырье для производства кондитерских изделий

Характеристика

Сырьем для кондитерских изделий являются сахар, глюкоза и патока, мед, жиры, молоко и молочные продукты,

яйца и яйцепродукты, какао бобы, орехи, фруктово-ягодные полуфабрикаты, мука, крахмал, вкусовые и ароматические вещества, химические разрыхлители и др.

Сахар (сахароза). Сахар используется в виде рафинированного сахарного песка или раствора. Содержание сахарозы в сахарном песке в пересчете на сухое вещество 99,75-99,9%. Допускается использование сахарного песка с содержанием сахарозы 99,55%. Влажность сахарного песка не должна превышать 0,14%, а для бестарного хранения - 0,05%.

Перспективно использование водных растворов сахара (сиропа) с содержанием сухих веществ 78-80%. С сахарных заводов целесообразно доставлять сироп в автоцистернах с обогревом. Сливают его в промежуточную емкость, в которой он хранится при температуре 80-85°С.

Глюкоза. Для детского и диетического ассортимента кондитерских изделий вместо сахара (с полной или частичной его заменой) используется глюкоза. Она содержится в патоке и инвертном сиропе. На предприятия глюкоза поступает в виде кристаллического порошка белого цвета, содержит до 9% влаги и не менее 99,5% редуцирующих веществ (на сухое вещество), хранится при относительной влажности воздуха не выше 65%.

Патока . Как антикристаллизатор при производстве сахарных кондитерских изделий используется патока. В производстве мучных изделий патока составляет до 2% к массе сырья. Она сообщает тесту пластичность, а готовым изделиям мягкость, рассыпчатость, способствует приобретению изделиями золотисто-желтого цвета, повышает их гигроскопичность, предохраняя от высыхания.

Патока используется трех видов: карамельная низкоосахаренная марки КН, содержащая редуцирующих веществ в пересчете на сухое вещество 30-34%, карамельная (двух сортов: высшего - марки KB и I сорта -марки К1), содержащая редуцирующих веществ 34-44%, и глюкозная высоко- осахаренная марки ГВ, содержащая редуцирующих веществ 44-70%.

Мед. В кондитерском производстве используется натуральный и Искусственный мед. Натуральный мед в среднем содержит влаги 18%, глюкозы 36%, фруктозы 37%, сахарозы 2%, декстринов и несахаров 4,7% (небольшое количество азотистых и минеральных веществ, органических кислот). В состав меда входят красящие вещества, ферменты, витамины. Искусственный мед представляет собой инвертный сироп, содержащий ароматические вещества. Мед широко используется при производстве пряников, восточных сладостей, начинок, халвы и т. д.

Жиры. Жиры используются для изготовления многих кондитерских изделий: мучных, конфет, карамели с начинкой, шоколада, халвы. Помимо повышения пищевой ценности, жиры в большинстве изделий являются структурообразователями.

В производстве мучных кондитерских изделий используется коровье масло (сливочное и топленое), в производстве конфет и ириса - сливочное масло.

При изготовлении мучных кондитерских изделий используется маргарин кондитерский.

В некоторые сорта кондитерских изделий, начинок для вафель и конфет добавляют гидрогенизированный жир.

Кондитерский жир используется двух видов: 1) для конфет и шоколадных изделий и 2) для вафельных и прохладительных начинок. Первый вид представляет собой гидрогенизирован- ное в специальных условиях арахисовое или хлопковое масло. Такой жир обладает повышенной твердостью, имеет температуру плавления 32-36,5°С. Второй вид жира - смесь гидрожира и кокосового масла, которого вводится не менее 40%. Температура плавления этого вида жира 26-30°С. Кондитерский жир обоих видов содержит не более 0,3% влаги и не менее 99,7% жира.

Для изготовления конфет, начинок для вафель и карамели употребляют кокосовое масло. Температура плавления его 20-28°С. В застывшем виде масло имеет белый цвет.

Молоко и молочные продукты. Эти продукты используются в производстве многих кондитерских изделий. Молоко коровье употребляют натуральное, сгущенное (с сахаром и без него), сухое. Используются также обезжиренное молоко (сгущенное с сахаром, сухое), сливки (свежие, сгущенные с сахаром, сухие), сметана, сыр.

Яйца и яйцепродукты. В кондитерском производстве используются куриные яйца: свежие (освобожденные от скорлупы), замороженные (смеси желтка и белка или отдельно взятые) и сухие (смеси белка или желтка). Употребление других видов яиц (утиных, гусиных) не разрешается.

Какао бобы. Это - основное сырье для производства шоколада и какао порошка. Товарные какао бобы получаются после ферментации и сушки семян, извлеченных из плодов. Какао бобы - зерна массой 1-2 г, состоящие из оболочки, ядра и зародыша. Оболочка какао бобов состоит из клетчатки и не представляет пищевой ценности. На ее долю приходится 12-13% от массы бобов.

Сырые неферментированные какао бобы имеют высокую влажность (до 40%), светлую окраску, горький вяжущий вкус. После ферментации, при которой происходят сложные биохимические процессы, какао бобы приобретают темную окраску, развивается аромат, частично утрачивается горький вкус, теряется способность к прорастанию. В среднем из 100 кг сырых получают около 50 кг ферментированных и высушенных какао бобов. Какао бобы имеют сложный химический состав: влаги 6%, жира 48%, белковых веществ 12%, теобромина и кофеина 1,8%, крахмала 5%, глюкозы 1%, дубильных веществ 6%, пектина 2%. клетчатки 11% (в основном в оболочке), органической краски 2%, кислот свободных 1,5%, кислот связанных 0,5%, минеральных веществ 3,2%.

Орехи и масличные семена. Орехи идут на изготовление конфет, начинок, халвы, шоколадных и мучных изделий. Используют их в очищенном от скорлупы и оболочек виде. Ядра орехов содержат большое количество жира, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре. Каждому виду орехов свойствен свой вкус и аромат.

Миндаль бывает сладким и горьким. Горький миндаль ядовит и для кондитерского производства не пригоден. Сладкий миндаль поступает на фабрики очищенным от скорлупы. Ядро миндаля имеет белый или светло- желтый цвет, содержит до 7% влаги и 50-55% жира.

Другим видом орехов, используемых в кондитерском производстве, являются фундук и лещинные орехи (их называют «шпанским ядром»). Фундук - плоды культивируемого кустарника. Лещинные, или лесные, орехи - плоды дикорастущих кустарников. Вкус и состав лесного ореха очень близки к вкусу и составу фундука. Зрелые ядра этих орехов заключены в твердую скорлупу. На кондитерские фабрики орехи поступают очищенными от скорлупы. Ядро ореха, покрытое тонкой темной кожицей, имеет круглую форму, белый или кремовый цвет. Поступает оно с влажностью до 9%> и содержит жира в среднем 58-67%. Фундук и лещинное ядро используются в основном для приготовления пралине.

Абрикосовые сладкие ядра используются взамен миндаля. Получаются они путем очистки абрикосовой косточки от скорлупы в период переработки абрикосов.

Как и у миндаля, абрикосовое ядро может быть горьким и не пригодным для использования в кондитерском производстве. Часто при переработке абрикосов смешиваются косточки, а следовательно, и ядра, различных партий абрикосов, это не гарантирует основную массу сладкого абрикосового ядра от присутствия горького. Поэтому в настоящее время использование абрикосового ядра затруднено. На предприятия ядро поступает с содержанием влаги 5-7% и жира 32-36%.

Грецкий орех употребляется для приготовления марципановых масс и для добавок в виде крупки в отдельные конфетные массы. Ядро грецкого ореха используется в ограниченном количестве в связи с быстрым прогорканием его жира. При обжаривании ядро грецкого ореха приобретает неприятный вкус, поэтому для приготовления пралине не используется. Поступает ядро грецкого ореха в очищенном от скорлупы виде. В среднем оно содержит 3-4% влаги и 60-65% жира.

Арахис, или земляной орех, употребляется в основном обжаренный. При использовании в сыром виде ядра подвергают специальной обработке для снижения бобового вкуса. Арахис поступает на предприятия в очищенном от скорлупы виде. В среднем он содержит 5-7% влаги и 45-48% жира.

Орехи кешью поступают очищенными от оболочки, в виде ядер белого цвета, изогнутой формы. Ядро имеет сладкий вкус и специфический аромат, содержит 3-3,5% влаги и 50- 52% жира.

Кунжутное семя используется для получения марципановых конфетных масс, изготовления восточных сладостей и халвы.

Фруктово-ягодные полуфабрикаты. К фруктово-ягодным полуфабрикатам относятся пульпа, консервированное пюре, подварки, припасы, плоды в сиропе, сахаре, спирте. Получают их из свежих плодов на предприятиях консервной промышленности.

Пульпа - свежие фрукты и ягоды в целом или нарезанном виде, законсервированные химическим способом.

Пюре - протертые свежие фрукты и ягоды, законсервированные химическим способом. Фруктово-ягодное пюре должно обладать хорошей желирующей способностью, иметь соответствующую окраску, аромат, вкус и содержать сухих веществ от 8 до 10%.

Пульпа и пюре являются основным сырьем для производства пастило-мармеладных изделий.

Подварки - фруктово-ягодное пюре уваренное с сахаром до остаточной влажности 31%. Используются как вкусовые добавки в конфетном и карамельном производстве.

Припасы - протертые ароматные фрукты и ягоды, стерилизованные в герметической таре, или уваренные с сахаром до остаточной влажности 27- 31%, или смешанные с сахаром в соотношении 1:1,5 с добавлением кислоты. Припасы употребляются для придания кондитерским изделиям натурального фруктово-ягодного вкуса и аромата. Изготавливаются они обычно из малины, клубники, черной смородины, цитрусовых.

Пшеничная мука. Для производства мучных кондитерских изделий используется пшеничная мука высшего, I и частично II сорта с содержанием сырой клейковины (слабой и средней) от 28 до 36%. Мука, предназначенная для производства сырцовых пряников, заварного и слоеного полуфабриката, должна иметь сильную клейковину.

Крахмал. В производстве печенья, тортов, пирожных и кексов употребляется кукурузный и картофельный крахмал. Для сахарных сортов печенья крахмала расходуется до 10% к массе муки, для затяжных сортов - до 7,5%, для тортов и пирожных - до 12-25%. Крахмал придает тесту пластичность, а готовым изделиям хорошую намокае- мость и рассыпчатость.

Соевая мука. Эта мука используется в виде ограниченной добавки (до 5%), главным образом при изготовлении печенья и пряников из пшеничной муки I и II сорта, а также и в производстве некоторых сортов конфет и ириса.

Пищевые кислоты. К пищевым относятся винная, лимонная, яблочная, молочная кислоты- Используются они для подкисления изделий с целью придания соответствующего вкуса. Молочная кислота представляет собой 40-80%- ный раствор, остальные кислоты кристаллические.

Ароматические и вкусовые вещества. Ароматические вещества придают изделиям определенные аромат и вкус. Эссенции представляют собой спиртовые, водно-спиртовые или ацетиновые растворы натуральных или синтетических душистых веществ. Эссенции поставляются однократной, двукратной и четырехкратной концентрации. Поступают они в стеклянных бутылях, упакованных в корзины или ящики.

К ароматическим и вкусовым веществам относятся также вина, коньяки, спирт. Для придания кондитерским изделиям аромата шоколада и кофе применяются полуфабрикаты шоколадного производства и обжаренный молотый кофе (или приготовленный из него экстракт).

Пряности. Пряности представляют собой высушенные части различных растений, содержащих большое количество эфирных масел, определяющих вкус и аромат данного вида растений. К пряностям относятся корица, гвоздика, перец душистый, перец черный, мускатный орех, кардамон, имбирь, бадьян, анис, тмин, ваниль, кориандр, шафран. Пряности используются в чистом виде или в различных смесях (сухие духи).

Химические разрыхлители. Эти вещества используются для разрыхления кондитерского теста. При нагревании разрыхлители разлагаются с выделением газообразных веществ. Разрыхлители бывают щелочные (двууглекислый натрий и углекислый аммоний) и щелочно-кислотные (смесь двууглекислого натрия с кислотами или их солями).

Двууглекислый натрий - NaHC03. Используется один или в смеси с другими разрыхлителями. Разложение протекает по реакции

Углекислый аммоний - (NH 4) 2 CO 3 . Чаще всего этот разрыхлитель используется в смеси с двууглекислым натрием, так как имеет специфический запах аммиака, передающийся изделиям. Разложение протекает по реакции

Двууглекислый натрий и кислый виннокислый калий- КНС 4 Н 4 О 6 .

Сырьевые материалы - это вещества природного и искусственного происхождения, из которых производится промышленная продукция. Они являются предметами труда, претерпевшими определённые изменения под воздействием труда и предназначенные для дальнейшей переработки. Сырьё в процессе производства создаёт вещественную основу готового продукта или полуфабриката, а вся стоимость сырья полностью переносится на стоимость производимой продукции, принимающей товарную форму. Сырьевые материа­лы являются одним из главных компонентов любого технологического и производствен­ного процессов.

По экономическому значению и роли в производственном процессе сырьё имеет много общего с основными материалами. От качества сырья, его доступности и стоимости во многом зависят качественные и количественные показатели производства. Варьирова­ние сырьевых ресурсов позволяет формировать надёжную сырьевую базу для развития производства в зависимости от наличия сырьевых материалов и технико-экономических показателей их использования. В свою очередь, возможность применения того или иного вида сырья зависит от его доступности.

Сырьевые материалы классифицируются (объединяется в группы) по различным признакам:

По происхождению сырьё делится на минеральное, растительное и животное;

По запасам - на возобновляемое (растительное, к которому относятся зерновые и технические культуры, древесина, дикорастущие и лекарственные растения, животное сырьё, включающее мясо, рыбу, молоко, сырые кожи, шерсть, а также вода, воздух) и не- возобновляемое (руды, минералы, горючие ископаемые);

По химическому составу - на неорганическое (руды, минералы) и органическое (нефть, уголь, природный газ);

По агрегатному состоянию - на твёрдое (руды, древесина, уголь), жидкое (вода, растворы, нефть) и газообразное (природный газ, воздух);

По получению - на промышленное и сельскохозяйственное.

Кроме этого, сырьё делится на природное (растительное, минеральное) и искусст­венное (синтетические смолы, волокна, красители, пластмассы). Для ряда производств практическое значение имеет подразделение сырья на первичное и вторичное. Например, в металлургии первичным сырьём является руда, в бумажной промышленности - целлю­лоза, а вторичным - металлолом, макулатура.

Для ряда производств исходным материалом является сырьё, уже подвергшееся об­работке и называемое полуфабрикатом. Так, в производстве химических продуктов разли­чают исходные вещества (сырьё), промежуточные продукты (полупродукты) и готовые продукты. Полупродукты, или полуфабрикаты, образовавшиеся после соответствующей переработки исходного сырья, служат сырьём для получения других веществ и одновре­менно могут быть готовыми продуктами для производства, изготовившего его, и сырьём для предприятия, потребляющего его. Например, капролактам, полученный на одном про­изводстве, является его продукцией и одновременно сырьём для производителей синтети­ческих волокон.