Pojem průmyslový
zdroj
a současné rysy, charakter
průmyslových surovin a
zdrojů surovin
Nerostné suroviny
grafit
štěrk
fluorit
diamanty
zlato
Fe-Mn konrece
Victoria Goldfields,
3,6kg
high variability in forms, compositions, places in/on the crust, …
Oxidová keramika – aluminiumtitanát (Al2TiO5)
www.ceramtec.cz
CERMET
 vznikají působením různých
přírodních procesů
 všechny přírodního původu?
– i syntetické
měď
ropa
Suroviny, zdroje – hlavní rysy
 zajištění – potřeba (1.potraviny+suroviny)
 surovinová politika
 zajištění surovin nemá nic společného s oficiální
politikou
 příklad: Evropa – Libye, socialistické státy – Libye,
Rusko – ostatní státy….
 potřeba jistých, rychlých a „dlouhotrvajících“ zdrojů
 obchod
 globalizace
Libye
Závislost na Libyi
Arktida – nové možnosti
Arctic region – new
hopes, potential, …
Používání surovin
 změny v čase (kámen – keramika – kov – … ?)
 zdroje surovin – základ rozvoje lidské civilizace/člověka
 pestrost forem a nepravidelný výskyt –
1.nacházení, 2.vyhledávání
 běžné suroviny
 tradiční suroviny – má historický aspekt
 netradiční suroviny
Džoserova pyramida v Sakkáře.
Nejstarší dochovanou stavbu z kamene – pětistupňovou
pyramidu v Sakkáře – postavil z vápence a pískovce vezír
Imhotep pro faraona Džosera okolo r. 2900 př. Kr. Napodobil
to, co se dříve stavělo z nepálených cihel, trámů a svazků
rákosu (tradiční stavební materiál).
Potřeba surovin
 sůl
 jantar
 grafit
 kovy
 žernovy (kamenné soukolí
na mletí obilí - mlýnské kameny)
 ...
Sůl. Minimálnídenní dávka je podle lékařů 5-6 g, zhruba 2
kg na rok. Spotřeba je do velké míry dána rolí, jakou sůl v
té které kultuře plnila (koření, symbol blahobytu, léčebný
prostředek, výživa dobytka).
Produkční centra soli v době laténské dosáhla
nadregionálního významu: např. Dürrnberg u Halleinu v
Alpách, oblast říčky Seille v Lotrinsku, Bad Nauheim v
Hesensku, Droitwich v Anglii, získávání soli z mořské
vody na pobřeží Severního i na obou pobřežích
Lamanšského průlivu.
V Čechách v pozdní době laténské (500 př.n.l.-0) očekávat
populaci v řádu statisíců (200 000). Budeme-li uvažovat
spotřebu na jedince 1kg za rok, dojdeme k výsledku, že se
roční import soli do Čech pohyboval v řádu desítek až
stovek tun což znamená 550kg soli denně a to ještě
nepočítáme využití soli při konzervování potravin, výživě
dobytka apod. Odečteme-li dny s nepříznivými přírodními
podmínkami a budeme počítat s 250 dny, zvyšuje se denní
dovoz na 800 kg, což by znamenalo 4 vozy, v hraničních
pohořích spíše karavanu 10 – 20 soumarů a lidský
doprovod minimálně 4 osob. Lodě měly větší kapacitu než
vozy a soumaři, ale vzhledem k absenci pramenů není
určen přesný počet lodí. Takovýto obchod musel být
organizován, musel být ustálený a pravidelný.
(Radka Urbánková)
Obchod
 obchod – vzniká současně s
potřebou surovin
 „solné“ stezky – Egypt aj.
 ?
Solné stezky. Nejstarší z nich spojovala Mezopotámii
s Egyptem. Sůl, bitumen (tmel pro výrobu nástrojů a
člunů) a síra (jako lék) se do Egypta dopravovaly snad
již před 10 000 lety z ložisek doprovázejících mírně
zvrásněné usazeniny okolí Mrtvého moře a předpolí
pásemného horstva v rovinách Mezopotámie. O
důležitosti této obchodní tepny svědčí i skutečnost, že
na ní vzniklo dosud nejstarší známé hrazené město –
Jericho. Ve starověku se obchodovalo se solí ve
východním Středomoří mezi syrskými přístavy a
Perským zálivem, mezi egejskými přístavy a jižním
Ruskem. Sůl z ložisek v severní Indii se vyvážela do
celé jižní Asie. Via salaria (solná cesta) z Ostie do
nitra Apeninského poloostrova je jednou z nejstarších
silnic v Itálii. Sůl byla platidlem v Etiopii, Tibetu i
jinde. Také římští legionáři nějaký čas dostávali žold v
soli (salarium) místo v penězích.
Grafitová cesta. Spojovala od mladší doby bronzové
bavorskou a jihočeskou grafitovou (tuhovou) oblast
přes Černou, Mokrou, Hořici na Šumavě, Kájov,
Český Krumlov, Zlatou Korunu a oppidum Třísov.
Tuhu potřebovali obyvatelé jižních Čech,
zvláště Keltové, k barvení keramických nádob.
Zlatá stezka, zbytek středověké cesty, 1km severně od
Horské Kvildy
Z Pasova do Čech
„Zlatá stezka", soustava obchodních cest vedoucích z
Pasova do Čech, po kterých se intenzivně přepravovalo
zboží především od druhé poloviny 14. století do počátku
17. století. Prachatická větev je doložená od roku 1010
Vimperská větev byla využívána přibližně od roku 1300
Kašpersko Horská větev vznikla jako poslední kolem roku
1356
Sůl - Evropa
Produkce soli v době železné ve střední Evropě a pravděpodobná
síť cest její distribuce (Stöllner 2002). – Fig. 1. Salt production in
Iron Age Europe and its likely distribution network (Stöllner
2002).
neolitic period
iron age
Jantarová stezka
Brennerský
průsmyk –
významná
cesta
cca 90% zásob
v okolí
Kaliningradu
severojižní cesty
Obchod - současnost
průmyslové zdroje surovin – obchod – doprava
Vynálezy, inovace – vliv na suroviny a zdroje
Římský císař Claudius (10 před n.l./+54) se zasloužil o vynález cementu (Vesmír 77, 328, 1998/6). Při
stavbě přístavu v Ostii se nedařilo zúžit vjezd umělým ostrůvkem. Císaře napadlo, že by se v těch místech
mohla potopit loď naplněná vápnem, to však pod vodou netuhlo. Proto dal svému staviteli příkaz, aby do
10 dnů našel vhodnou příměs. Nejlépe se osvědčil prach z lomů na sopečný tuf v Puteoli. Obsahuje
mnoho amorfního SiO2 (opálu), který snadno, bez výpalu a za studena reaguje na složky cementářské
směsi. Spolu s nehašeným vápnem a horninovou drtí tak vznikla směs požadovaných vlastností. Z
podobného cementu, jaký Claudius použil v Ostii, dal císař Hadrián r. 123 postavit v Římě Panteon a o
něco později rodinnou hrobku (nyní Andělský hrad).
puzzolánová aktivita: amorf.SiO2 + CaOH2, H2O → CSH, CAH (křemičitany, hlinitany)
Asi před 30 lety se začal ultrajemně rozemletý vápenec používat jako plnivo papíru i nátěrová hmota.
Společnost English China Clay z Cornwallu, největší vývozce kaolinu, za nepatrnou sumu koupila haldy
carrarského mramoru v Toskánsku, jenž se začal těžit za císaře Augusta a těží se podnes. Totéž učinila s
haldami po těžbě pentetikonského mramoru blízko Athén. Společnost mramor drtí a mele nedaleko
těžených hald a prodává papírnám v celé jižní Evropě.
Odpad – plnivo (inovace, snaha o využití všech vytěžených
materiálů)
Vynálezy - cement puzzolánová reakce
Globalizace
... provázanost všeho dění na naší planetě, vychází ze zdokonalené komunikační techniky,
z obchodu bez hranic, z volného pohybu zboží, pracovních sil i nadnárodního kapitálu
v bleskových transakcích. Důsledkem globalizace je vystupňovaná konkurence a
investování v zahraničí s levnější pracovní silou. Vlivem racionalizace dosud nevídaného
rozsahu se produktivita práce zvyšuje.
globalizace - nejvýznamnější rys průmyslu nerostných
surovin
- rychlá komunikace
- konkurence
- investice
- produktivita
- nezaměstnanost
2. část
 2a. těžba surovin
 2b. vlastnosti surovin
2a. Světová těžba
 celkem asi XX miliard tun nerostných surovin za rok, z toho:
 nerudní suroviny (industrial minerals)
 uhlí, ropa (fossil fuels)
 rudy (Fe-slitiny, ostatní kovy)
 drahé kovy (Au, Pt)
významná část zdrojů a těžby surovin je mimo Evropu, v současné době
programy ke snížení evropské závislosti na dovozu (RMI, 2008,
Euromines)
http://www.wmc.org.pl/?q=node/49
World mining congres
2016
Světová těžba – WMC 2016
Těžba ~= spotřeba
Hlavní kovy – zásoby a těžba
Mineral Uses
World Reserves Major Producing
Resources (Metric Tons)
Countries
Bauxite!? Ore Of Aluminum 21,559,000 Australia, Jamaica, Brazil
Chromium Alloys, Electroplating 418,900 India, South Africa, Turkey
Copper Alloys, Electric Wires 3,21,000 Chile, USA, Canada
Gold Jewellery 42 South Africa, USA, Australia
Iron Ore Iron and Steel 64,648,000
Brazil, Australia, China,
Canada and Venezuela
Lead Solder, Pipes 70,440 USA, Mexico, Canada
Manganese Iron and Steel 812,800
South Africa, Gabon,
Australia and France
Nickel Stain Less Steel 48,660
Canada, Norway and
Dominican Republic.
Silver Jewellery 780 Mexico, USA, Peru, Canada
Tin Tin Cans, Alloys 5,930 China, Brazil, Indonesia
Zinc Iron and Steel 143,910
Canada, Australia, China,
Peru, Mexico and Spain
One Metric is equal to approximately 1.102 British Tons.
The following table shows the important minerals reserves and major producing countries in the world.
Natural resources - CIA
 https://www.cia.gov/library/publications/r
esources/the-world-factbook/
Au – netradiční použití
al
The resulting spread, encased in a
custom-made crystal jar valued at
£1,100, would cost £76 to cover a
single slice of toast.
Niob - šperky
Anodizing, or anodising in British English, is an electrolytic passivation process used to
increase the thickness of the natural oxide layer on the surface of metal parts
Anodic films are most commonly applied to protect aluminium alloys, although
processes also exist for titanium, zinc, magnesium, niobium, and tantalum.
Periodická tabulka
Které prvky nepotřebujeme? ... a minerály, sloučeniny
2b. Užitné vlastnosti
 fyzikální a chemické vlastnosti
 vycházející ze struktury minerálů a hornin
 požadavky (průmysl) versus nabídka
vlastností (výzkum)
CERMET
Bonded material containing ceramics and metal, widely used in jet engines and nuclear reactors. Cermets
behave much like metals but have the great heat resistance of ceramics. Tungsten carbide, titanium,
zirconium bromide, and aluminium oxide are among the ceramics used; iron, cobalt, nickel, and chromium
are among the metals.
A class of particle-strengthened composite materials consisting of two components, one of which is an
oxide, carbide, boride or similar inorganic compound and the other is a metallic binder.
čistota surovin ↔ kvalita koncentrátů!
Kaolín – příklad čistého produktu
příklad velmi přesné
výroby – čistý produkt
odseparování i
nejjemnějších
nečistot: Ti, Fe
vysokointenzitní elektromagnetická separace
- Sedlecký kaolin a.s.
Rozvoj – inovace!
- zásoby rud a surovin – udržují/rozšiřují je technologické inovace!
- Rozvoj nových hmot a nových průmyslových odvětví, jež jsou v pozadí postindustriálních změn a globalizace světa, by
nebyl možný bez pokročilých technologií, vycházejících z nového zpracování známých nerudních surovin nebo z osvojení
surovin nových. Jsou to například whiskery, cermety, technická keramika a keramické supravodiče.
Whiskery jsou monokrystalová tenká vlákna o tloušťce 1–30 mikronů a délce 0,25–25 mm, která ve spojení s plastickou matricí mají mimořádné vlastnosti. Například
grafitová vlákna mají bod tání 3650 °C, hustotu 1,66 a nejvyšší modul pružnosti ze všech vláknitých materiálů. Díky nim bylo zkonstruováno letadlo, jež unese
pětinásobek vlastní váhy. Whiskery se používají též pro vyztužování cermetů.
Cermety jsou kompozitní materiály vyráběné lisováním a spékáním směsi keramických a kovových prášků. Mají třikrát až čtyřikrát větší hutnost než samotný kov,
jehož bývá v cermetu 30–70 %. Některé cermety jsou vysoce žáruvzdorné. Dělají se z nich tepelné štíty kosmických lodí, trysky raket či různé nástroje.
Technická keramika na bázi nitridu křemíku, karbidu boru a karbidu křemíku se používá v elektronice, ale i ve strojírenství, v automobilovém průmyslu, letecké a
kosmické technice. Tyto hmoty jsou pevné, snášejí vysoké teploty a odolávají korozi i abrazi. Karbid křemíku snáší teploty nad 2600 °C.
To vysvětluje snahu automobilového průmyslu vyvinout keramický motor s plynovou turbínou za použití karbidu křemíku, popřípadě oxidu zirkonia.
Nitrid křemíku byl již vyzkoušen v konstrukci Dieselova motoru. Vysoce žáruvzdorné keramické suroviny (slinuté oxidy hořčíku, zirkonia, thoria a zirkoničitany
vápníku, stroncia a barya) přispějí k vytvoření magnetohydrodynamických generátorů pro přímou přeměnu tepelné energie v elektrickou.
Keramické supravodiče. Jejich objev umožnil zvýšit teplotu z 5 K na 98 K, tj. na poměrně snadno dosažitelnou teplotu kapalného dusíku. Díky supravodičům lze
zachovat rozměr elektrického generátoru, a přitom zvýšit jeho výkon na dvojnásobek. Díky supravodivým magnetům budou jezdit vlaky pohybující se rychlostí 500
km/hod, postaví se lodě na elektromagnetický pohon, uvažuje se o elektromobilech.
Osmdesátá léta představovala pro přístroje na bázi supravodivosti totéž co padesátá léta pro polovodiče. Výchozí surovinou pro výrobu supravodičů je čistý
křemen. Ten se stal základem počítačů. Telekomunikační použití optického vlákna na bázi kysličníku křemičitého nebo fluoridu zirkonia šetří barevné
kovy, snižuje ztráty energie a redukuje počet zesilovacích stanic. (M.Kužvart, Vesmír 78, 1999)
požadavek vysoké čistoty vstupních surovin
„kategorie“ syntetických surovin (nepřírodní)
„Keramické“ materiály
funkční keramika BaTiO3
Pb(ZrxTi1-x)O3-La2O3
feroelektrikum,
paměťové prvky
konstrukční
keramika
Si3N4
pevnost, nízká
hustota, chem.
inertní, pevnost
při vysokých T
tvrdost
SiC
cermety (N, B, C) houževnatost,
řezná keramika
TiCN, Al-Cr
baze, Th-Mo
baze, …, Zr, Al
biokeramika Ca, Na, Si, P, Mg
Structure of TiC-(Ni-alloy) cermet.
TiC-(Ni-alloy) cermet, typical “ring-shaped” structure.
Biokeramika
Zdeněk Urban, Zdeněk Strnad,
Publikováno: Vesmír 79, 130, 2000/3
Biokeramika
Není snad příliš šťastné, že se
„nebiologické“ náhradě „biologické“ kosti
říká biokeramika, proto je třeba vysvětlit, že
se tím myslí keramika biotolerantní, tedy
taková, kterou živé tkáně dobře snesou.
Podle toho, jak materiál na živou tkáň
působí, rozlišujeme biokeramiku inertní,
resorbovatelnou a bioaktivní (na ni
organizmus reaguje, jako kdyby byla
skutečně živá).
„Opravy – servis“
Srůst s implantátem
Bioaktivní skla však mají nízkou
mechanickou pevnost, proto se příliš
nehodí pro klinické využití. Naproti
tomu bioaktivní sklokeramické
materiály na bázi apatitu a wollastonitu
mají vynikající mechanické vlastnosti,
které se uplatní například v ortopedii,
neurochirurgii nebo čelistní a
obličejové chirurgii.
Současný průmysl
nerost. surovin
 dostupnost surovin
 působení vlád a vliv politických situací
 zpracování a produkce
 kvalita a kvantita
 vývoj nových aplikací, použití, náhrady
 minimum odpadů: těžba, výroba,
 spotřeba → recyklace
 ekologie
 doprava
 informace
 globalizace a snižování nákladů
shrnutí:
3. zajištění potřeb a spotřeba
 burza (LME, ...) – obchod na otevřeném trhu (globalizace)
 spot price – okamžitá cena, v dané chvíli
 spot market – (or cash market is a public financial market in
which financial instruments or commodities are traded for
immediate delivery)
 „futures“ – budoucí obchody/dohody
 změna zdrojů – důsledek nedostupnosti nebo pokroku (?)
 vývozní cla
 ekonomické soupeření – nutnost zajištění zdrojů
 produkce technologicky náročných výrobků (nové produkce v
Číně, Asii)
 RMI – surovinová inciativa EK, výzva k dohledávání přístupných
zdrojů surovin v Evropě a dostupnost z jiných částí světa
RMI
Raw Materials Initiative
In 2008 the Commission launched the "Raw Materials Initiative" (RMI)
which established an integrated strategy to respond to the different
challenges related to access to non-energy and non-agricultural raw
materials. The RMI is based on three pillars:
• ensuring a level playing field in access to resources in third countries;
• fostering sustainable supply of raw materials from European sources, and
• boosting resource efficiency and promoting recycling.
Nové zdroje surovin
 síra z úpravy uhlovodíků
 sádrovec z odsiřovacích technologií
 …
 asteroid mining
hledání nových zdrojů
tradičních i
netradičních, ...
vzorkování asteroidů
- možný
extraterestrický
zdroj? (Ni, Fe, ...)
netradiční zdroje
Příklad netradičního
průmyslového zdroje.
Principem odsiřování je vypírání plynného oxidu siřičitého (SO2), obsaženého ve spalinách vodní vápencovou suspenzí (CaCO3 + H2O) za vzniku roztoku
hydrogensiřičitanu vápenatého Ca(HSO3)2. Tento proces je možné vyjádřit souhrnnou chemickou rovnicí:
2SO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HSO3)2 + CO2
Hydrogensiřičitan vápenatý Ca(HSO3)2 je poměrně dobře rozpustná sůl, kterou lze snadno oxidovat již v odsiřovacím reaktoru a tak získat dihydrát síranu vápenatého,
energosádrovec. Proces oxidace vyjadřují dvě rovnice:
Ca(HSO3)2 + 0,5O2 +2 H2O ---- CaSO4 x 2H2O + H2SO3
Ca2
+ + HSO3
- + OH- + 0,5O2 + H2O ----- CaSO4 x 2H2O
Čistota energosádrovce je vysoká, protože jde o krystalizaci z roztoku. Aby popsaný princip zdárně fungoval a produktem odsiření byl žádoucí energosádrovec, je
nutné ve vodní suspenzi odsiřovacího zařízení udržovat "kyselé prostředí" s hodnotou pH pohybující se v rozmezí 3, 5 až 5,0. Toto prostředí je jednou z rozhodujících
skutečností, majících za následek silné korozní napadání ocelových částí odsiřovacího zařízení a jejich znehodnocování. Ochrana zařízení stojí značné úsilí i
prostředky.
„Energosádrovec“
Zdroje informací – tisk, e-mail
 Industrial Minerals and Rocks
 Minerals Yearbook
 Mineral Facts and Problems
 Minerals Commodity Profiles
 Industrial Minerals
 Mining Journal
 Mining Magazine
 Engineering and Mining Journal
 Mineral Pricewatch
 Metals & Minerals Annual Review
 Mining Annual Review
 Hornická ročenka
 Surovinové zdroje České republiky, Nerostné suroviny (Geofond)
hlavně rychlé
informace !!!
(periodika,
monografie –
rozsáhlé
zpracování tématu:
z technologie
(kyanizace),
ekonomiky, ...
Zdroje informací – internetové
 http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/
 www.ihned.cz
 http://www.gov.bc.ca/em/
 http://www.gfms.co.uk/
 http://www.infomine.com/welcome.asp
 http://www.minecost.com/links.htm
 …