Гума і гумові технічні вироби
Гума є важливим конструкційним матеріалом для виробництва технічних виробів. У машинобудуванні гумові вироби застосовують для рухомих пристроїв, (шин, приводних пасів, транспортних стрічок), у магістралях для транспортування рідин, газів, (напірні і всмоктувальні рукави, сполучні шланги, трубки), як опори, буферів, ізоляції, ущільнювачів (сальники, манжети, прокладкові пластини, кільця) і ін.
Найважливіша властивість гуми — висока еластичність (пружне подовження), яке при розтяганні досягає 700-800%, гарна вибр о стійкість (поглинання коливань), водостійкість, підвищена хімічна стійкість проти кислот і їхніх розчинів, достатня механічна міцність. Ці властивості досягаються вулканізацією гумових сумішей (сирої гуми).
Вихідні матеріали для гумових виробів. Гумові суміші складаються на основі каучуку, вміст якого в різних виробах змінюєся від 5 до 95%. Суміші містять також пом'якшувачі, наповнювачйі що вулканізуючі речовини, протистарителі, барвники.
Каучук. Розрізняють натуральний і синтетичний каучуки. Натуральний каучук одержують із молочного соку каучукогених рослин. Синтетичний каучук — речовина, за властивостями близька до натурального. Його одержують синтезом органічних речовин. Промислові види синтетичного каучуку, яких нараховується кілька десятків, розрізняються між собою як за вихідною сировиною і способами виробництва, так і зі складом і фізико-механічними властивостями. Виробництво синтетичного каучуку складається з двох основних процесів: одержання каучуко-генів (бутадієн, стирол, хлоропрен, акрилонітріл, ізобутилен і ін.) і наступна полімеризація в каучукоподібний продукт. Сировиною для одержання каучукогенів є нафтопродукти, природний газ, ацетилен, деревина та ін. При полімеризації каучукогени з низькомолекулярних речовин перетворюються у високомолеку-лярні з'єднання з типовими для натурального каучуку фізико-ме-ханічними і технологічними властивостями. Виробництво технічного каучуку вперше у світі розроблено російським хіміком С.В. Лебедєвим в 1910 р.
Пом'якшувачі (стеарин, олеїновая кислота) підвищують пластичність сирої гуми і м'якість гумових виробів.
Наповнювачі підвищують твердість і міцність гумових виробів. До них відносяться сажа, окис цинку, крейда, каолін і ін., а також рукавні тканини, кордові тканини (бавовняні, віскозні, капронові, найлонові), застосовується також корд зі сталевих дротиків.
Як вулканізуючу речовину звичайно застосовують сірку. Для вулканізації відформовані напівфабрикати із сирої гуми нагрівають до температури близько 140 °С. При цьому сіра вступає в з'єднання з каучуком і напівфабрикат утрачає пластичність і стає еластичним. Формування може сполучатися з нагріванням. Сірка, взаємодіє з каучуком, викликає утворення сітчастої (просторової) структури макромолекул каучуку, прискорювачі вулканізації (каптакс, тіурам і ін.) разом з оксидом цинка не тільки скорочують час вулканізації, але і забезпечують можливість вулканізації, при кімнатній температурі. Для виготовлення м'якої гуми (автомобільні камери, м'ячі й ін.) у каучук вводиться (1...3)% сірки; при вмісті сірки (4...7)% виходить тверда гума.
Протистарителі (парафін, вазелін і ін.) уповільнюють процес окислювання каучуку, підвищують стійкість і подовжують терміни служби гумових виробів.
Виготовлення гумових виробів складається з готування гумових сумішей (сирої гуми), вулканізації й обробки виробів. Змішування компонентів забезпечує рівномірний розподіл у каучуку всіх складових частин, воно виробляється на вальцях чи в закритих змішувачах. Отримана сира гума уявляє однорідну пластичну масу, якій легко придають потрібну форму. Для одержання листової гуми сиру гумову суміш обробляють на каландрах, робочим органом яких є пустотілі нагріті прокатні вальці з видбіленного чавуна. На каландрах також здійснюють обкладку тканин сирою гумою, стиснення аркушів гуми і промазаних гумою тканин, обробка просоченого корду, тощо. З листової заготівлі при потребі роблять розкрій на різальних машинах або на вирубних пресах.
Гумові профілі (трубки, шнури, тощо) одержують шприцюванням — видавлюванням сирої гуми на черв'ячному пресі через матрицю. Вироби складної форми одержують методом пресування і лиття під тиском. Отримані напівфабрикати піддають вулканізації й обробці.
Ебоніт. При збільшенні кількості сірки до 35% виходить твердий матеріал ебоніт. Він широко застосовується для виготовлення електротехнічних виробів, особлив о стійких до дії кислот, наприклад акумуляторних баків, а також у хімічній промисловості.
Таблиця 10.1.
Основні властивості пластмас
Найменування пластмас | Густина кг/м | Ударна вязкість КС, н/дм | Межа міцності при розтяганні , н/мм | Відносне подовження при розриві, % | Твердість за Брінелем, НВ | Теплостійкість за Мартеном С | Водо-поглинання за 24 год, г/дм | |
Полиетілен | - | 50...60 | 0,01 | |||||
Поліпропілен | - | 300...350 | 500...700 | - | температура плавління 160-170° | - | ||
Поліізобутилен | - | 15...20 | - | 0,00 | ||||
Полістирол | 16-22 | 15...20 | 0,95 | |||||
Фторопласт-4 | 140...200 | 250...500 | 3...4 | 0,00 | ||||
Фторошіаст-3 | 20-30 | 350...450 | 70...200 | 10...13 | 0,0 | |||
Вініпласт листовий | 160-180 | 0,02 | ||||||
Пластикат листовий | - | - | - | |||||
Органічне скло 1,2 | 3,0 | 0,3 | ||||||
ІІоліформаль дегід | 6-12 | 0,4 | ||||||
Преспорошок загального призначення | 5,0 | 300...450 | - | 20...25 | 0,1 | |||
Гетинакс листовий | - | 0,5 | ||||||
Текстоліт листовий | 500...800 | - | - | 0,3-0,6 | ||||
Асботекстоліт | - | 30...45 | 2,0 | |||||
Стеклотекстолит | 45-125 | 1100...2700 | - | - | 2,0 | |||
Деревношарові пластики | - | - | - | до 25 | ||||
Амінопласти, преспорошки | 0,5 | 0,6 | ||||||
Шпаруваті амінокислоти | - | - | - | - | 3-4 | |||
Капрон | до 160 | 500...800 | 150...200 | 10...12 | 1.5-5 | |||
Целулоїд технічний | 100-125 | 360...470 | .10...17 | 2...2,5 |
Способи одержання виробів з ебоніту ті ж, що і для гуми. Ебоніт добре обробляється на металорізальних верстатах. Основні властивості полімерних виробів наведено в табл. 10.1.
Виробництво добрив
Для нормальниго росту та розвитку рослин необхідно, щоб у грунті була достатня кількість азоту, фосфору, кальцію, калію, магнію, заліза, бору, йоду, цинку, молібдеру, марганцю, міді тощо. Недостача, як і надлишок цих елементів у грунті, впливає на розвиток рослин, а через них і на людський організм.
(Мінеральними добривами називають солі, які містять елементи, необхідні для нормального росту рослин, мінеральні добрива вносять у грунт для отримання стійких і якісних урожаїв сільськогосподарських культур. За рахунок внесення мінеральних добрив у грунт урожай сільськогосподарських культур збільшуєть на (50...70)%. Крім того, добрива поліпшують якість продукції — збільшують вміст цукру в цукрових буряках і винограді, крохмалю в картоплі, білка в зерні, збільшують міцність волокон льону, конопель і бавовни. Поряд з цим мінеральні добрива поліпшують стійкість рослин до засухи, холоду та захворювань.
Сировина для виробництва мінеральних добрив — природні мінерали, відходихімічної та металургійної промисловості. Мінеральні добрива виробляють із природніх фосфатів, солей калію тощо. Джерелом сировини для виробництва азотних добрив є атмосферний азот.
В основі класифікації мінеральних добрив покладено такі ознаки: агрегатний стан, вид поживного елемента, фізико-хімічні властивості тощо.
За агрегантим станом. Усі добрива поділяються на рідинні та тверді.
До рідинних добрив належить амоніачна вода. Тверді добрива виробляють у вигляді гранул і дрібних кристалів. Добрива у вигляді кристалів мають ряд недоліків: легко вимиваються водою, злежуються під час зберігання тощо. Гранульовані добрива мають Достатню міцність, повільно розчиняються в ґрунтових розчинах.
Добрива — це неорганічні й органічні речовини, застосовувані в сільському господарстві і рибальстві для підвищення врожайності культурних рослин і рибопродуктивності ставків. Мінеральні добрива, добуті з надр чи промислово отримані хімічні
сполуки, містять основні елементи живлення (азот, фосфор, калій) і важливі для життєдіяльності мікроелементи (мідь, бор, марганець і ін.). їх підрозділяють на прості (одинарні, однобічні, однокомпонентні) і комплексні. Прості мінеральні добрива містять тільки одні з головних елементів живлення. До них відносяться азотні, фосфорні, калійні добрива і мікродобрива. Комплексні добрива містять не менш двох головних живильних елементів. У свою чергу, комплексні мінеральні добрива поділяють на складні, складні-змішані і змішані.
Азотні добрива. Виробництво азотних добрив базується на синтезі аміаку з молекулярного азоту і водню. Азот одержують з повітря, а водень із природного газу, нафтових і коксових газів. Азотні добрива уявляють собою білий чи жовтуватий кристалічний порошок (крім ціанаміду калію і рідких добрив), добре розчинні у воді, поглинаються чи слабко поглинаються ґрунтом. Тому азотні добрива легко вимиваються, що обмежує їхнє застосування восени як основне добриво. Більшість з них має високу гігроскопичність і вимагає особливого упакування і збереження.
За випуском і використанням в сільському господарстві найголовніші з цієї групи — аміачна селітра і сечовина, що складають близько 60% всіх азотних добрив. Азотні добрива використовують під усі сільськогосподарські культури.
Найбільш розповсюджені азотні добрива і їхні властивості наведено в таблиці 10.2.
Фосфорні добрива. Фосфор — один з найважливіших елементів живлення рослин, тому що входить до складу білків. Якщо азот у ґрунті може поповнюватися фіксацією його з повітря, то фосфати — тільки внесенням у ґрунт у виді добрив.
Таблиця 10.2.
Склад і властивості азотних добрив
Добриво | Хімічний склад | Вміст азоту. % | Форма азоту | Вплив на грунт | Гігроскопічність |
Натрієва селітра | NaNO | Не менш 16 | Нітратна | Підлужує | Слабка |
Аміачна селітра | NH NO | Нітратна і ямояійня | Підкисляє | Дуже | |
Ca(NO ) | Не менш 17,5 | Нітратна | Підлужує | Дуже сильна | |
Аміак рідкий | NH | Амонійна | Підкисляє | Дуже сильна |
Головні джерела фосфору — фосфорити, апатити, вивіаніти і відходи металургійної промисловості — томасшлак, фосфат-шлак. Усі фосфорні добрива — аморфні речовини, білувато-сірого чи жовтуватого кольору. Основні з них — суперфосфат і фосфоритне борошно.
За мірою розчинності ці добрива підрозділяють на такі групи:
1) Розчинні у воді, легкодоступні для рослин — суперфосфати простий і подвійний, амонізований, збагачений;
2) Важкорозчинні (не розчинні у воді і майже не розчинні в слабких кислотах), вони не можуть безпосередньо використовуватися рослинами — це фосфоритне і кісткове борошно.
Фосфоритне борошно — тонко розмелений природний фосфорит, з'єднання якого важкодоступні рослинам. Це добриво застосовують на кислих підзолистих, торф'яних, сірих лісових ґрунтах, а також на деградованих і вилужених чорноземах і червоноземах.
Найбільш розповсюджені фосфорні добрива і їхні властивості наведено в таблиці 10.3.
Таблиця 10.3.
Фосфорні добрива та їх властивості
Добриво | Хімічний склад | Форма фосфорної кислоти | Вплив на грунт |
Суперфосфат простій Гранульо-ваний | Са(Н РО ) + 2CaSO + Н О | Водорозчинна | Підкисляє |
Суперфосфат подвійний Гранульо-ваний | Са(Н РО ) +Н О | Водорозчинна | Підкисляє |
Преципітат | СаНРО ) +Н О | Розчиняється в лимонно- кислому | Слабко нейтралізує кислотність |
Калійні добрива. Калій — необхідний елемент для рослин. В основному він знаходиться в молодих зростаючих органах, клі-
тинному соку рослин і сприяє швидкому нагромадженню вуглеводів.
Багато калійних добрив уявляють собою природні калійні солі, що використовуються в сільському господарстві в розмеленому виді. Значні розробки їх знаходяться в Західній Україні.
Значна кількість хлору в багатьох калійних добривах негативно впливає на ріст і розвиток рослин, а взміст натрію (у калійній солі і сильвініті) погіршує фізико-хімічні властивості багатьох ґрунтів, особливо чорноземних, каштанових і солонцевих.
На бідних калієм легких ґрунтах і торфовищах усі без винятку сільськогосподарські культури мають потребу в калійних добривах. Недолік калію в ґрунті заповнюється головним чином внесенням гною. Калій не застосовують на солоних і солонцюватих ґрунтах, тому що він погіршує їхні властивості. Калій легко розчиняється у воді і при внесенні поглинається колоїдами ґрунту, тому він малорухомий, однак на легких ґрунтах легко вимивається.
Калійні добрива підрозділяються на три групи:
1) Концентровані, що є продуктами заводської переробки калійних руд — хлористий калій, сірчанокислий калій, калійно-магнієвий концентрат, сульфат калію-магнію (калімагнезія);
2) Сирі калійні солі, що являють собою розмелені природні калійні руди — каініт, сильвініт;
3) Калійні солі, що одержані змішуванням сирих калійних солей з концентрованими, звичайно з хлористим калієм — 30-ти і 40%-ві калійні солі.
Як калійні добрива використовують також трубну золу і цементний пил.
Найбільш розповсюджені калійні добрива і їхні властивості наведено в табл. 10.4.
Таблиця 10.4.
Калійні добрива та їх властивості
Добриво | Хімічний склад | Гідроскопічність | Вплив на ґрунт |
Калій хлористий | з NaCl | Малогідроскопічна | Підкисляє |
Калій сірчанокислий (сульфат калію) | K SO | Негідроскопічна | Підкисляє |
Комплексні добрива. їх підрозділяють за складом: подвійні (азотно-фосфорні, азотно-калійні, фосфорно-калійні) і потрійні (азотно-фосфорно-калійні); за способом виробництва: складні, складно-змішані (комбіновані) і змішані добрива. До складних добрив промислового виробництва відносять (калієва селітра, амофос, діамофос). їх одержують при хімічній взаємодії вихідних компонентів, складно-змішані (нітрофос, нітрофоска, нітроамо-фос, нітроамофоска, фосфорно-калійні, рідкі комплексні й ін.) — у єдиному технологічному процесі з простих чи складних добрив. Змішані добрива одержують змішуванням простих.
Складні і складно-змішані добрива характеризуються високою концентрацією живильних речовин, тому застосування таких добрив забезпечує значне скорочення витрат господарств на їхнє транспортування, змішування, збереження і внесення.
До числа недоліків комплексних добрив відноситься те, що пропорції у вмісті NPK у них варіюють у незначних межах. Тому при внесенні, наприклад, необхідної кількості азоту, інших живильних елементів вноситься менше чи більше, ніж потрібно.
У незначній кількості застосовують і багатофункціональні добрива, що містять, крім основних живильних елементів, мікроелементи і біостимулятори, що специфічно впливать на грунт і рослини.
Органічні добрива — це перегній, торф, гній, пташиний послід (гуано), різні компости, органічні відходи міського господарства (стічні води, опади стічних вод, міське сміття), сапропель, зелене добриво. Вони містять найважливіші елементи живлення, в основному в органічній формі, і значну кількість мікроорганізмів. Дія органічних добрив на врожай культур позначається протягом (3...4) років і більше.
Гній — основне органічне добриво в усіх зонах країни. Він уявляє собою суміш твердих і рідких виділень сільськогосподарських тварин з підстилкою і без неї. У гної містяться всі живильні речовини, що необхідні рослинам, і тому його називають повним добривом. Якість гною залежить від виду тварин, складу кормів, кількості і якості підстилки, способу нагромадження і умов її збереження.
В залежності від способів розміщення худоби розрізняють гній підстілковий (твердий), що одержаний при розміщенні худоби на підстилці, і безпідстілковий (напіврідкий, рідкий).
Підстилковий гній містить близько 25% сухої речовини і близько 75% води. У середньому в такому гної 0,5% азоту, 0,25% фосфору, 0,6% калію і 0,35% кальцію. У його склад входять та-
кож необхідні для рослин мікроелементи, зокрема (ЗО...50) мг марганцю, (3...5) мг бора, 3-4 мг міді, (15...25) мг цинку, (0,3-0,5) мг молібдену на 1 тн.
Крім живильних речовин, гній містить значну кількість мікроорганізмів (в 1 т (10... 15) кг живих мікробних кліток). При внесенні гною ґрунтова мікрофлора збагачується корисними групами бактерій. Органічна речовина служить енергетичним матеріалом для ґрунтових мікроорганізмів, тому після внесення гною в ґрунті відбувається активізація азотфіксующих і інших мікробіологічних процесів.
Гній має багатобічну дію як на ґрунт, так і на рослину. Він підвищує концентрацію вуглекислого газу в ґрунтовому і приґрунтовому повітрі, знижує кислотність ґрунту і рухливість, підвищує насиченість його підставами. При систематичному його внесенні збільшується зміст гумусу і загального азоту в ґрунті, поліпшується його структура, краще поглинається й утримується волога.
Безпідсітілковий {рідкий) гній накопичується в значній кількості на великих тваринницьких фермах і комплексах при безпідстильному утриманні худоби і застосуванні гідравлічної системи збирання екскрементів. Такий гній уявляє собою рухливу суміш калу, сечі, залишків корму, води і газоподібних речовин, що утворяться в період збереження. За змістом вологи його розділяють на напіврідкий (до 90%) та рідкий (90...93%).
Кількість і якість безпідстилочного гною залежить від виду і віку тварин, типу годівлі, способу розміщення худоби і технології нагромадження гною. Значна частина живильних речовин у цьому добриві знаходиться в легкодоступній для рослин формі (до 70% азоту в аміачній формі), що обумовлює більш сильну його дію в порівнянні з підстилковим гноєм у рік внесення і слабке в наступні роки. Фосфор і калій з підстилкового гною засвоюються рослинами так само, як і з мінеральних добрив.
Пташиний послід. Це швидкодіюче органічне добриво. Живильні речовини в ньому добре засвоюються рослинами. Курячий послід містить (0,7... 1,9)% азоту, (1,5...2)% Р НРО , (0,8... 1)% і 2,4% СаО.
Пташиний послід використовують як підгодівлю зернових і технічних культур, розчиняють його в (8... 10) частинах води і вносять у ґрунт культиваторами-рослиноживильниками.
Торф. Це добриво уявляє собою суміш напіврозкладених в умовах надлишкового зволоження залишків рослин, в основному
болотних. Торф може бути низького ступеня розкладання (до 20%), середнього (20...40)% і високого (більш 40%). Широко застосовують його у сільському господарстві як добриво. Розрізняють три типи торфу: верхівковий, низинний і перехідний.
Верховий торф утворюється на бідних живильними речовинами піднесених позначках рельєфу (мохи, пухівки, шейхцерия болотна, підбел, багно, осока болотна й ін.). Верховий торф характеризується підвищеною кількістю органічної речовини, високою кислотністю, значною поглинальною здатністю і хМалим змістом живильних речовин. Застосовують цей торф головним чином як підстилку і для компостування.
Низинний торф утворюється на багатих живильними речовинами знижених частинах рельєфу (осоки, гіпнові мохи, очерет, хвощ, таволга, шабельники тощо.). Низинний торф містить більше живильних речовин і менше органічної речовини, чим верхівковий. Найбільше доцільно його використовувати для готування різних компостів.
Перехідний торф займає проміжне положення між верхівковим і низинним. За кількістю золи торфи підрозділяють на нормальні (до 12%) і високозольні (більш 12%).
Торф'яні компости. Торф застосовують в основному для готування компостів. При компостуванні з гноєм торф швидше розкладається і повніше використовується рослинами. Добре компостується торф (верхівковий і перехідний) з вапном. Гарні результати одержують при додаванні до торфу 20 кг фосфоритного борошна на 1т торфу. Торфофосфоритні компости особливо ефективні на супіщаних ґрунтах, а торфовапнові — на кислих.
Торф використовують на полях зрошення, де його компостують з осадом стічних вод. Широко застосовують також торфофекальні компости. Ці компости вважаються сильнодіючими.
Осади стічних вод. їх одержують при очищенні стічних вод міст на очисних спорудах. Вологість свіжого осаду складає близько 97%. Для зниження вологості до 80% вони проходять етап природного сушіння на мулових майданчиках і маханічного зневодження на вакуум-фільтрах із застосуванням реагентів (хлорне залізо і вапно), а для зниження вологості до (25...30)% — проходять термічне сушіння в барабанних печах.
Осади з мулових майданчиків можна використати під усі культури, але найбільше доцільно їхнє застосування під овочеві і силосні культури, цукровий буряк. Осади після термічного
сушіння, що містять більше вапна і заліза, бажаніше вносити під чуйні на вапно культури.
Сапропель {прісноводний мул) — уявляє собою відкладену в прісноводних водоймах суміш землі з напіврозкладеними рослинними і тваринами залишками. Містить органічні речовини (до 15...30)% і більше, азот, фосфор, калій, вапно, мікроелементи, деякі вітаміни, антибіотики, біостимулятори. Найбільша кількість живильних речовин спостерігається в мулі водойм, що знаходяться біля населених пунктів. Сапропелі застосовують як у чистому виді, так і у виді компостів із гноєм, фекаліями і гнойовою рідотою.
Зелене добриво. Воно уявляє собою зелену масу рослин-сиде-ратів, що заорюється в ґрунт у щілинах, збагачення її живильними речовинами, головним чином азотом, поліпшенням водяного, повітряного і теплового режимів. Найбільше значення зелене добриво має на малопрлодуктивних дерново-підзолистих, піщаних, суглинних і супіщаних ґрунтах, а також на зрошуваних землях і у вологих районах.
Найважливіша умова підвищення ефективності зеленого добрива — це правильне сполучення його з іншими органічними і мінеральними добривами і хімічною меліорацією ґрунтів. Такий спосіб добрива широко застосовується, тому що він дешевий (часто не вимагає транспортних засобів), і за хімічним складом зелене добриво близьке до гною.
Бактеріальні добрива. Препарати, що містять корисні для рослин бактерії, відносяться до бактеріальних добрив. Вони здатні поліпшувати живлення сільськогосподарських культур.
Виробництво мінеральних добрив містить у собі виробництво азотних, калійних і фосфатних добрив. Мінеральні добрива є найбільш ефективним способом підвищення продуктивності сільськогосподарського виробництва. У той же час, в Україні з — за неплатоспроможності споживачів, мінеральні добрива вносяться у ґрунт в 6 разів менше, ніж у більшості країн Європи (близько 50 кг на гектар). Потреба агропромислового комплексу України в мінеральних добривах складає (у перерахуванні на 100% корисної речовини), по азотних добривах — близько 3 млн. т. у рік, фосфорних — 2, 3 млн. т. калійних — 1,9 млн. тонн, мікродобривах — від 0, 35 тис. тонн молібдену до 48, 6 тис. тонн цинку.
Азотні добрива. З усіх продуктів хімічної промисловості України аміак й азотні добрива (карбамід, аміачна селітра, сульфат амонію) мають найбільший експортний потенціал. Домінуюче
місце в експортних постачаннях хімічної продукції із України багато років займає карбамід (84...86%).Україна постачає на світовий ринок близько 10% карбаміду. Випуск азотних добрив зосереджений на шести підприємствах: ОАО "Азот" (Черкаси), ОАО "Дніпроазот" (Дніпродзержинськ), ОАО "Стірол" (Горлівка), ОАО Ровенському "Азот", Північнодонецькому державному виробничому об'єднанні "Азот" і Одеському припортовому заводі. Основною сировиною для виробництва є природний газ, що поставляється в основному з Росії (РАО "Газпром") і Туркменіста-ну (була "ITERA"). Потреба галузі в природному газі оцінюється в 6847 млрд. куб. м. Потужності по виробництву азотних добрив складають 3, 6 млн. т. Було зроблено 2, 9 млн. т. при потребі 3,4 млн. т., у тому числі для сільського господарства 2,1 млн. т.
Калійні добрива. Потужність України по виробництву калійних добрив складає 245, 4 тис. т. Обсяг виробництва в 1996 році — 41,8 тис. т. Експортується калімагнезій і нітроамофос (Росія, країни СНД) і імпортується хлористий калій (Білорусія). Основним споживачем, більше 90% продукції калійної промисловості є сільське господарство, що використовує її як добрива, на рівні 5-10% — у хімічній і інших галузях промисловості. Потреба сільського господарства України в калійних добривах складає за деякими оцінками 1310 тис. т. оксиду калію на рік. На сьогодні ця потреба забезпечується тільки на 12, 8%. І це при тому, що Україна має достатню сировинну базу. Калійні руди в Україні зосереджені тільки в Прикарпатті. Зараз експлуатуються два калійний родовища: Калуш — Голинське (Івано-Франківськая область) — використовуються потужності калійного заводу концерну "Оріана" і Стебніковське (Львівська область) — державне горно-хімічне підприємство "Сірка". Промислово освоєно тільки близько 30% розвіданих запасів. Запаси калійних солей на розвіданих і развідуємих площах складають близько 7, 2 млрд. т. Найбільші з них — Стебніцьке (1, 2 млрд. т.), Марково-Розсель-нянське (1 млрд. т.), Бориславське (1 млрд. т.), Белина Велика (384 млн. т.) — яке може розроблятися відкритим способом. Прогнозні запаси руди складають більш 15 млрд. т., тобто Україна має значні запаси для виробництва калійних добрив. Калійний завод концерну "Оріана" (Івано-Франківська обл.) здійснює комплексну переробку всіх компонентів сировини. Комбінат робить крім мінеральних добрив аеросил, соляну кислоту, гіпохлорит, хлор, карбомідні смоли, хлористий магній, карналіт. Сировиною
для Калушського концерну "Оріана" служать полімерні руди Ка-луш-Голинського родовища. Концерн "Оріана" поєднує дев'ять юридично самостійних підприємств, що знаходяться в місті Калуш. Головним підприємством концерну є завод з виробництва хлористого вінілу. Крім нього в концерн входять завод калійних добрив; завод побутової хімії і товарів народного споживання завод каустичної солі і хлору, завод хімічного захисту рослин, ремонтно-механічний завод, завод будматеріалів. В серпні 1997 року були відкриті два нові підприємства в складі концерну: фабрика по виробництву поліпропіленової нитки і завод з виробництва поліетилену. Державне горно-хім)ічне підприємство "СІРКА" (Стебніковський калійний завод) випускає 400 тис. т. меленого каініту зі змістом 10% оксиду калію. У 1991 році був освоєний випуск композиційного калійно-магнієвого добрива. У зв'язку з низьким змістом живильних речовин у каініті (всього 10% ДО2ОБ) збут цієї продукції дуже обмежений.
Фосфорні добрива. Для вирощування стабільних врожаїв сільськогосподарських культур необхідно забезпечити внесення фосфорних мінеральних добрив у ґрунт порядку 2, 2 млн. Середньорічна потужність українських підприємств складає близько 1, З млн. т. при виробництві 790 тис. т. Основною причиною недови-користання потужностей є недостатня кількість фосфоровмісткої сировини, складнощі по забезпеченню сировини і збуту продукції при недостатній платоспроможності як постачальників сировини так і споживачів продукції, слабкий рівень технічної оснащеності (морально застаріле і фізично зношене устаткування). При виробництві фосфорних добрив використовується фосфоровмістка сировина: апатитовий концентрат, фосфорне борошно, суперфос-форна кислота; жовтий фосфор, зкстракційна і термічна фосфорна кислота. Жодне з наявних фосфорних родовищ (розташовані в Донецькій, Івано-Франківській, Харківській, Чернігівській і Житомирській областях) — не експлуатуються. Фосфорні добрива в Україні виробляються на чотирьох підприємствах: вінницьке ПО "Хімпром", сумське ПО "Хімпром", Одеський суперфосфатний і Константинівський хімзавод. Константинівський хімзавод випускає крім міндобрив і сірчаної кислоти багато видів іншої хімічної продукції, з них 38% — на експорт. Виробничі потужності використовуються на 50%. Вінницький ПО "Хімпром" випускає суперфосфат для сільського господарства. Одеський суперфосфатний випускає простий і гранульований суперфосфат. Сумський "Хім-
пром" випускає простий і знефторений суперфосфат у гранульованому виді. Для забезпечення роботи цих підприємств необхідно близько 1700 тис. тонн апатитового концентрату, постачальником якого була і залишається Росія.
Переробка органічних відходів в добрива та біогаз. Найбільш перспективне, з точки зору одержання агрохімічної (виробництво добрив), екологічної (знезаражування і дезодорація) і енергетичної (виробництво палива й електроенергії) ефективності, є технологія переробки гною в анаеробних умовах у спеціальних герметичних реакторах — метантенках, виконаних, як правило, з металу. Завдяки діяльності метаноутворюючих бактерій у безкиснево-му середовищі при температурі (39...40) чи (53...55) °С в реакторі відбувається процес збражування гною з утворенням пального газу, основними компонентами якого є метан (60...65)% і вуглекислий газ (35...40)%. З 1 т гною вологістю 92% протягом (10... 15) діб можна одержати близько 20 м біогазу з теплотворною здатністю (23...25) МДж/м. З цієї кількості приблизно 50% витрачається на підтримку заданого температурного режиму роботи метантенка, інше складає товарний біогаз, який можна використовувати на нестатки господарства. Зброжена в метантенку маса уявляє собою легкоусвоююче рослинами і позбавлене збудників хвороб і насінь бур'янів рідке висококонцентроване органічне добриво, що містить макро- і мікроелементи, амінокислоти і фітогормони, що стимулюють ріст рослин. Це добриво застосовується на ґрунтах усіх типів для овочевих, плодово-ягідних, кормових культур, газонів, квітників, декоративних чагарників і т.п. Особливо ефективне застосування зброжених добрив для кореневих і поливальних рослин, підгодівлі овочевих і інших сільськогосподарських культур (при 3...4-разовій підгодівлі, але не частіше одного разу в десять днів), при цьому врожайність підвищується в (2...3) рази.
10.5. Виробництво миючих засобів
10.5.1. Миючі засоби
Природа миючих засобів. Миючими засобами називають складні органічні сполуки, що застосовуються в чистому виді чи з добавками для прання виробів з текстильних волокон і миття різних предметів домашнього побуту. Ці засоби полегшують також відбілювання і фарбування тканин, виготовлення емульсій і суспензій при одержанні харчових товарів, барвистих сполук, очи-
щення і здрібнювання руд і інших природних матеріалів, підвищують антифрикційну здатність мастильних матеріалів, тощо.
Основною (активною) частиною миючих засобів є миючі речовини. Вони уявляють собою органічні сполуки, що мають значну поверхневу активність, здатність створювати піну і напівколоїдний розчин у воді. Завдяки поверхневій активності вони знижують поверхневий натяг води, збільшуючи тим самим її змочувальну здатність. У молекулі миючих речовин мається довгий вуглеводний ланцюг R, що для випадку мила на основі стеаринової кислоти містить 17 атомів вуглецю і коротку частину у виді реакційної солеутворюючої (карбоксильної) групи.
Полярна частина молекули обумовлює розчинність мила у воді, неполярна (гідрофобна) — утрудняє, гальмує розчинення і прагне витиснути молекулу мила з миючого розчину на поверхню. У зв'язку з цим мило в розчині концентрується головним чином на поверхні миючого розчину. При збовтуванні воно утворить піну, що сприяє вилученню забруднень з миючого розчину і характеризує наявність у розчині невитраченої миючої речовини.
На поверхні миючого розчину мило знижує поверхневий натяг води, у результаті чого вода легше змочує інші тіла, проникає в тріщини і сприяє вилученню забруднень. Співвідношення довжини неполярної і полярної частин у молекулі обумовлює різну розчинність миючої речовини у воді. Зі збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга знижується розчинність, але підвищується твердість миючої речовини. Наприклад, мило на основі стеаринової кислоти тверде, має низьку розчинність у воді кімнатної температури. При додаванні жирних кислот з меншою кількістю вуглецевих атомів поліпшується розчинність мила. Миючі засоби містять звичайно від 8 до 20 вуглецевих атомів у неполярній частині, утворюють напівколоїди, тобто знаходяться в розчині як у виді молекул, так і у виді більш великих часток (агрегатів).
Мило містить карбоксильну групу — СООН, здатну взаємодіяти із солями кальцію і магнію, що містяться у твердій воді. Це приводить до утворення нерозчинного "вапняного мила" , що осідає на тканині і негативно позначається на її міцності. При виробництві інших видів миючих речовин карбоксильну групу блокують чи заміняють на іншу реакційну полярну групу. Таким чином, властивості миючих речовин залежать від виду і довжини вуглеводної частини і природи активної групи. Кут-воднева частина миючих речовин може містити радикал аліфа-
тичний (СН - GH -CH ...CH — скорочено алкіл) чи ароматичний, наприклад бензольний залишок (арил). Бензол містить лише шість вуглецевих атомів, тому в ароматичний цикл уводять трохи вуглеводневих груп (алкільний залишок). Миючі речовини з таким радикалом називають алкіларильними.
Миючі речовини в залежності від будови вуглеводного радикала й активної групи поділяють на такі типи:
1. Алкілкарбонати (мила) загальною формулою RCOONa.
2. Алкілсульфати (первинні та вторинні).
3. Алкілсульфонати.
4. Алкиларилсульфонати (бульфонати).
5. Алкіламонійхлориди катіоноактивні миючі речовини. Мило одержують переробкою жирової сировини, сульфати і
сульфонати є синтетичними миючими речовинами. Перелічені миючі речовини називають йоногеними (йоноутворюючими). У водяному розчині вони дисоціюють на іони.
Мило, сульфати і сульфонати є аніоноактивними, тому що утворюють поверхнево-активний негативно заряджений іон. Менш поширені неіоногенні миючі речовини. Вони у воді не дисоціюють, але розчиняються завдяки наявності в молекулі значного числа гідрофільних груп. Неогенні миючі речовини бувають природного походження (сапоніни з мильного кореня, кінського каштана й інших рослин) і синтетичні — препарати отримані з окису етил єна і фенолів, жирних спиртів.
Сутність миючого процесу. Миюча дія обумовлена здатністю миючих речовин адсорбуватися на поверхні води і твердих тіл, підвищувати їх змочення, утворювати піну і стійкі суспензії часток у воді. Як відомо, забруднення уявляють собою суміш твердих часток (пилу, сажі, солі і ін.) і жирових, а також потових плівок, що прилипла до поверхні тканин і інших предметів. Щоб вилучити забруднення необхідно: відокремити забруднення від поверхні, що очищається; перевести грязьові частки в миючий розчин; утримати їх у миючому розчині до його зміни й усунути можливість повторного осадження на очищаємій поверхні.
Труднощі вилучення забруднень водою пов'язано з гідрофобністю поверхні часток забруднень.
Щоб відокремити (відірвати) забруднення миюча рідина повинна мати здатність змочувати, (містити мила чи інший поверхнево-активний миючий засіб). Миюча рідина легко проникає в шпари тканин і інших матеріалів, у тріщинки часток забруднень,
а також між забрудненнями і поверхнею, що відмивається. Частки бруду набухають, дробляться, обволікаються плівкою мила, при цьому зменшуються зчеплення часток бруду між собою і поверхнею, що очищається. При незначному механічному впливі (перетиранні руками чи в пральній машині) частки забруднень легко відокремлюються і переходять у розчин, де знаходяться у взваженому стані. У процесі відриву забруднень від очищаємої поверхні відбувається одночасно їхнє здрібнювання, емульгування (перехід жирової частини забруднення в розчин) і суспензуван-ня (розподіл твердих часток забруднень у миючому розчині).
У процесі прання в миючий розчин попадає значна кількість пухирців повітря. При цьому вони обволікаються плівками мила. Пухирці повітря, укладені в мильну плівку мають малу густину, прагнуть спливти на поверхню. При спливанні на поверхню мильного розчину міцність плівок навколо пухирців повітря збільшується, тому що вони покриваються другим шаром молекул мила, що розташовані на границі роз'єднання води і повітря. Зіштовхуючись, вони створюють піну. Концентрація мила в плівці внаслідок нагромадження молекул мила вище, ніж у миючому розчині. Піна сприяє механічному віднесенню забруднень. При збовтуванні миючого розчину частки забруднень, покриті піною вилучаються із поверхні тканини.
Таким чином миючий розчин добре змочує забруднення, полегшуючи їхнє набрякання, здрібнювання і перехід у зважений стан у розчині. Механічний вплив, підвищена температура і піна полегшують здійснення миючого процесу.