Материалы оснований резисторов
Общие сведенья о старении
Старение - это необратимое изменение свойств материалов под действием внешних и внутренних факторов. По статистике в среднем для резисторов изменение контактного сопротивления происходит в год на 1%.
Причины старения процессы, происходящие в реальных условиях эксплуатации ЭА такие как: кристаллизация, электрохимическое окисление, электромиграция, обрыв связей в молекулах, сорбционные процессы и др.
Сорбция - поглащение материалом разных веществ извне.
Абсорбция - поглащение объемом различных веществ.
Адсорбция - поглощение поверхностью различных веществ.
Наиболее устойчивы к старению резисторы, содержащие неорганические материалы и РЭ из проволоки. Среди непроволочных резисторов более менее старятся тонкопленочные, не содержащие, как правило, органических добавок. А менее стойкие это композиционные с органическим диэлектриком – лакосажевые.
Изменение сопротивления последующего резистора зависит от соотношения между разными компонентами по скорости старения. Для тонкопленочных резисторов обычно сопротивление при старении увеличивается, у толстопленочных старение определяется стабильностью связующих диэлектрических материалов, входящих в состав резистивной пасты (композиции). Старение проволочных резисторов определяется устойчивостью резистивных сплавов к окислительным процессам, кроме температуры, влаги и излучения. На старение влияет атмосферное давление более 3 атмосфер. При пониженном давлении, из-за снижения электрической прочности воздуха, нужно уменьшать рабочее напряжение на резисторах, во избежание их перегрева (за счет ухудшения теплоотвода).
В качестве диэлектрических оснований резистора используется органические и неорганические материалы.
Преимущества органического материала:
У органического материала, самая высокая технологичность. Технологичность - совокупность свойств, объекта производства обеспечивающих минимальную стоимость объекта (простой и дешевый синтез при температуре < 1000 0 С). Органический материал является дешевым сырьем, возможность варьировать свойства, путем введения в массу добавок, как органических, так и неорганических.
Недостатки органического материала:
Невысокая нагревостойкость, у полиимида и фторопласта нагревостойкость составляет +250 0 С. Также недостатком органических материалов является невысокая теплопроводность.
Из органических материалов в качестве основания резисторов используют стеклотекстолит (стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой с модификаторами). Модификаторы придают органической смеси пластичность, вибропрочность и другие свойства по назначению, нагревостойкость составляет +150 0 С.
Также используются текстолиты (ткань х/б, пропитанная феноло-формальдегидной смолой с необходимыми добавками) нагревостойкость составляет +105 0 С.
В качестве органических материалов используют и гетинакс – бумага, пропитанная фенольной смолой, нагревостойкость составляет +100 0 С. Последние два материала, используются для резисторов в микромощных цепях.
3.1. Органический синтез и производство полимеров
1) органический синтез (получение органических продуктов на основе окиси углерода, метановых, этиленовых, ацетиленовых и ароматических углеводородов);
2) производство полимеров и материалов на их основе (целлюлоза, волокна, каучуки, лаки, краски, клеи, пластмассы, резинотехнические изделия);
Отходы органического синтеза не имеют такого значения, как отходы других органических производств. Причина проста: несмотря на то, что в отдельных случаях они достигают значительных объемов, выброс их за пределы предприятия остается минимальным, поскольку они подвергаются практически 100%-ной рекуперации и утилизации. Но это относится только к «штатным» предприятиям. Те же заводы и цеха, которые не производят, а только используют органические вещества, имеют намного меньший уровень использования органических отходов. К сожалению, до сих пор их обезвреживание сводится к сжиганию в неприспособленных для этого печах, т.е. в печах, не снабженных системами гарантированного дожига любой органики до CO 2 и H 2 O (заметим, что даже и в таких приборах не исключено образование исключительно устойчивых диоксинов).
Отходы производства полимерных материалов - это чаще всего мономеры, которые стараются в максимальной степени рекуперировать. Что же касается переработки указанных материалов, то она связана с образованием как химических, так и механических отходов, которые необходимо утилизировать.
3.1.1. Отходы производства хлорированных углеводородов
Подавляющую часть производимого Cl 2 (около 80%) потребляет промышленность хлорорганического синтеза, причем из-за специфики реакций хлорирования органических соединений (RH + Cl 2 = RCl + HCl), коэффициент использования хлора на хлорирование органики не превышает 50% , остальной поступает в отходы в виде абгазной соляной кислоты. Последняя получается в таких количествах, что ее улавливание составляет не менее 10% от общего производства.
3.1.1.1. Утилизация абгазной соляной кислоты
Абгазная соляная кислота – это газообразный отход, содержащий, помимо HCl, также Cl 2 , CO, CO 2 , O 2 , N 2 , H 2 и пары летучих органических соединений.
Наиболее распространенными способами утилизации абгазной HCl являются:
1) абсорбция HCl водой или концентрированной кислотой;
2) абсорбция органики подходящими раствориталями
Особое место в технологии утилизации абгазной HCl занимают методы ее окисления с целью рекуперации Cl 2 . Это наиболее грамотный и экономичный подход, особенно в случае окисления в газовой фазе кислородом в присутствии катализатора (смесь FeCl 3 и KCl):
4HCl + O 2 ® 2H 2 O + 2Cl 2
Можно использовать и пиролюзит по реакции
4HCl + MnO 2 = MnCl 2 + 2H 2 O + Cl 2
при условии регенерации марганца и соляной кислоты:
2MnCl 2 + 0,5 O 2 + 2H 2 O = Mn 2 O 3 + 4HCl .
Регенерированная абгазная кислота полностью соответствует требованиям ГОСТа на техническую HCl , но для целей электролиза она не годится из-за повышенного содержания органики и применяется только для получения хлорорганических соединений, в основном, хлоралканов, для разложения фосфоритов и для обработки бедных руд и шламов.
3.1.1.2. Обезвреживание сточных вод производства поливинилацетата
Исходным сырьем служит винилацетат СН 3 СООСНСН 2 , полимеризацию которого ведут в растворах метанола, этанола и ацетона
в присутствии инициатора (перекиси бензоила). При этом развивается высокая температура, и для охлаждения полученного полимера и его промывки используется вода. В результате промывная вода аккумулирует исходный мономер, растворители и некоторое количество продукта (поливинилацетата). Это так называемая. технологическая вода. Частично её можно использовать для получения водных дисперсий ПВА, используемых для получения клеящих веществ, -в производстве красителей.
Но большую часть СВ необходимо рекуперировать и вернуть промежуточные продукты в производство. И здесь возникает проблема улавливания ценных продуктов, связанная с необходимостью разделения полимера и воды. Последнее представляет весьма сложную задачу, связанную с наобходимостю преодоления противоречия между стремлением технологов получить максимально устойчивые дисперсии и стремлением экологов их разделить. Эту задачу решают путем нагревания СВ и добавления электролитов. После отделения полимера в воде остаются спирты, растворители, мономеры, уксусная кислота. Все эти соединения обезвреживаются в проточных аэротенках, комбинированных с вторичными отстойниками. В результате аэробного окисления образуются многочисленные органические кислоты – конечные продукты жидкофазного окисления органических примесей. Их нейтрализуют известью при рН=11, полученные соли коагулируют и отделяют от раствора. Иногда СВ подвергают прямой дистилляции или ректификации, но кубовые остатки при этом приходится растворять, разбавлять и затем очищать биохимически.
При получении поливинилацетатных дисперсий (ПВАД) часто используют поливиниловый спирт (ПВС, СН 2 СНОН n). Он делает дисперсии настолько устойчивыми, что они не разделяются даже при многократном разбавлении. В этом случае в СВ добавляют коагулянты (FeCl 2 , Al 2 (SO 4) 3) в количестве 100 – 200 мг/л, доводят рН до 7, отделяют коагулят, определяют величину химического поглощения кислорода (ХПК), которая не должна быть выше 500 мг/л, и направляют воду на биологические очистные сооружения.В настоящее время выпускаются суперустойчивые ПВАД, полученные с помощью стабилизаторов типа С-10. В этом случаях схема утилизации полимеров и рекуперации воды оказывается сложнее:
Исх.СВ ® усреднение ® нейтрализация ®(СВ)*® нагрев ® добавление коагулянтов ® коррекция рН ® добавление полиакриламида (ПАА) ® флокуляция ® отстаивание ® верхний слив ® активированный уголь ® регенерация угля ® выделение органической фазы. Нижний продукт отстойников направляют на шламовое поле, а очищенную воду – на БОС.
3.1.1.3. Отходы производства поливинилового спирта
Поливиниловый спирт – продукт омыления ПВА в спиртовых растворах в присутствии щелочных или кислотных катализаторов. Получаемые при этом СВ содержат от 500 до 3000 мг ПВС /л, в то время, как на БОС можно направлять растворы с концентрацией не более 50 – 70 мг/л, а ПДК пвс для открытых водоемов составляет 0,5 мг/л.
Лучший способ обезвреживания подобных СВ – высаливание какой-либо неорганической, например, глауберовой солью Na 2 SO 4. 10H 2 O или бишофитом MgCl 2 ..6H 2 O и последующая коагуляция боратами щелочных и щелочноземельных металлов. При этом достигается практически 100% -ная очистка, и воду можно использовать повторно. Однако возникает проблема существенных потерь ПВС, извлечь который из шлама весьма сложно. Поэтому иногда выгодно ограничиться высаливанием, собрать органическую фазу и направить ее на получение ПВАД.
Пенный способ извлечения ПВС из СВ. Технология сводится к продувке СВ подходящим газом и удалению пены, в которую переходит до 90% всего ПВС. Образующаяся в результате такой «самофлотации» пена довольно устойчива, и для ее разрушения необходимо добавлять небольшое количество исходной воды и коагулянт. Очищенная по этому способу СВ даже в одгоступенчатом варианте содержит не более 50 – 70 мг/л ПВС и может направляться непосредственно на БОС или в заводскую систему локальных очистных сооружений, включающую аэротенки, работающие на базе соответствующих бактериальных штаммов при температуре 20 – 37 0 , рН 6 – 8 и очищающие единичный объем СВ за 3 – 7 суток.
3.1.1.4. Отходы производства полистирола
Процесс полимеризации стирола протекает в водной среде, и готовый полимер подвергается водной промывке, поэтому основными отходами-загрязнителями являются маточные растворы и промывные воды. Суммарные СВ представляют собой молочно-белые коллоидные растворы, содержащие, помимо частиц полимера, также смешанный реагент 3Ca 3 (PO 4) 3 .2Ca(OH) 2 – стабилизатор суспензии ПС. Технология очистки и обезвреживания подобных СВ сравнительно проста:
Исх.СВ ® усреднение ® нейтрализация до рН 10 - 11® добавление 0,1% ПАА ® отстаивание (осадок нейтрализуют до рН 7 и направляют в отвал)® верхний слив ® нейтрализация® флокуляция ® фильтрация (осадок в отвал)® фильтрат на БОС.
Время аэрации СВ для аэротенков-смесителей до 50, для вытеснителей – до 5 часов.
Более сложные технологии предполагают использование методов флотации, электрофлотации и электрокоагуляции, что позволяет организовать водооборот до кратности, равной 10. Последняя ограничена накоплением в СВ неорганических ионов, главным образом, натрия и хлора. При этом отмечено, что накапливающиеся Ca 2+ и SO 4 2- не только не вредят, но и полезны для протекания основного технологического процесса. Кстати, и удалить их намного проще, чем Na + и Cl - . Последние можно эффективно удалить только с помощью мембранных технологий.
3.1.1.5. Обеезвреживание атмосферных выбросов производства пластмасс
Наиболее уязвимой перед возжействием атмосферных загрязнителей является тропосфера, которая простирается на 20 км над поверхностью Земли и составляет 85% всей массы атмосферы. Лишь немногие, в основном, наиболее легкие элементы и соединения попадают в более высокие слои, подвергаясь в них различным превращениям, связанным с воздействием космического излучения. В табл. 4 приводятся данные о макросоставе тропосферы, который изменяется медленно и незначительно.
Таблица 4
Макросостав тропосферы, %об.
Компонент N 2 O 2 Ar CO 2 Ne He Kr Xe
В отличие от макросостава тропосферы, ее микросостав, во-первых отличается огромным разнообразием, во-вторых, изменяется с заметной скоростью и, в-третьих, не столь стабилен и зависит от региональных техногенных условий (табл 5).
Таблица 5
Компонент CH 4 H 2 N 2 O CO O 3 NO + NO 2 NH 3 Др. углеводороды
Причинами загрязнения атмосферы выбросами газовыделяющих про-
изводств являются:
Неполный выход основного продукта;
Образование побочных газообразных веществ;
Выброс части сырья, содержащего газообразные компоненты;
Потери вспомогательных газообразных и легколетучих веществ (чаще всего растворителей);
Выделение продуктов горения, окисления, гниения, разложения;
Малое и большое дыхание неполногерметичной аппаратуты (малое – потери за счет разности давлений внутри и снаружи реактора, большое – выбросы во время опорожнения и заполнения реактора жидкими летучими компонентами);
Потери при протекании периодических процессов или отдельных стадий;
Потери за счет переналадки, переоснащения, профилактики и ремонта аппаратуры;
По степени токсичности, выражаемой уровнем ПДК в рабочей зоне (ПДК р.з.) газовые выбросы делятся на 4 категории:
· чрезвычайно токсичные – ПДК р.з < 1 мг/м 3 ;
· высоко токсичные - 1 < ПДК р.з. < 10;
· умеренно токсичные - 10 < ПДК р.з. < 100;
· малотоксичные - ПДК р.з. > 100;
В промышленности пластмасс наиболее токсичными являются выбросы фтористых соединений, стирола, нитрила акриловой кислоты, бензола, этилбензола, винилхлорида, фенола, формальдегида, метанола, винилацетата и др.
3.1.1.5.1. Методы утилизации газовых выбросов
Исходным набором данных, определяющим применимость того или иного метода улавливания, являются физические и химические свойства газа, его токсичность, роль в данном технологическом процессе, а также дефицитность, стоимость и некоторые другие показатели.
1. Рассеяние. Это метод пассивного обезвреживания, преследующий цель снижения средней концентрации газа до безопасного уровня, определяемого величиной его ПДК. Основной прибор, обеспечивающий рассеяние – труба с естественным или принудительным газопотоком. Высота трубы, позволяющая осуществить рассеяние, определяется расчетом на основе соответствующих исходных данных и условий (постоянство агрегатного состояния, химическая инертность, постоянная входная концентрация, постоянная фоновая концентрация, двумерность зоны рассеяния и др.). К сожалению, рассеяние часто применяют, не считаясь с необходимостью выполнения всех этих условий, и это дискредитирует простой, надежный и дешевый метод..
2. Обеспыливание . Сухое производится в пылевых камерах, акустических пылеуловителях (частота 3 – 5 кГц), мокрое – в полых и насадочных скрубберах и в циклонах с пристеночной водяной пленкой. Применимость этого метода определяется в основном теми же условиями, что и в случае использования метода рассеяния. Олнако, поскольку метод предполагает наличие достаточно сложной и дорогой аппаратуры, то обеспыливание стремятся совместить с операциями очистки и обезвреживания газа.
3. Абсорбция . Ее применяют на заключительных стадиях очистки, используя абсорбенты, заряженные подходящими активными группировками.
4. Адсорбция . Применяется для финишной очистки обеспыленных и очищенных от наиболее активных компонентов газовых выбросов. Речь идет об удалении таких относительно менее реакционноспособных молекулах, как низшие оксиды азота, СО, метановые углеводороды и т.п. Для этого применяют большой набор регенерируемых и нерегенерируемых адсорбентов, таких, как уголь, силикагели, алюмогели, цеолиты, кокс, глины, торф, бокситы, пеностекло, пеношлакоситаллы, смолы, а также синтетические неорганические сорбенты на основе оксидов кремния, алюминия и циркония.
В наиболее развитом варианте технологическая схема процесса адсорбционной очистки газа включает узел адсорции и десорбции (могут осуществляться как в одном и том же, так и в разных аппаратах) и узел переработки десорбата, включающий аппаратуру для отстаивания, вакуумной отгонки, дистилляции, ректификации и экстракции.
Если адсорбент и адсорбат недефицитны, то их подвергают огневому рафинированию, которое, однако, имеет известные ограничения. Если же они являются ценными компонентами, то десорбцию совмещают с регенерацией адсорбента и ведут либо с помощью водяного пара, парообразного или жидкого органического растворителя, либо даже в токе инертного газа.
3.1.1.6. Некоторые особенности абсорбционной очистки газов
Улавливание растворимых газов и паров жидкостями подчиняется известному закону Генри:
с г = к. Р г,
где с г - концентрация газа в смеси, кг/м 3 ; к - постоянная, зависящая от температуры, а также от свойств газа и жидкости; Р г - парциальное давление газа, МПа.
От растворимости данного газа зависит расход поглотительной жидкости.
В основе расчета технологического процесса абсорбции лежит уравнение материального баланса газа:
Q (Y* н - Y* в) = L (X* н - X в *),
где Q - расход поглощаемого газа, кг/с;
Y* н и Y* в - концентрации поглощаемого газа в газовом потоке в нижней и верхней точках аппарата, кг/м 3 ;
Х* н и Х* в - концентрации поглощаемого газа в поглощающей жидкости в нижней и верхней точках аппарата, кг/м 3 .
В качестве абсорбента может быть использована любая жидкость, в которой данный газ достаточно хорошо растворим. Но для эффективного использования в конкретном технологическом процессе поглотитель должен обладать следующим набором качеств:
· высокая поглотительная способность;
· селективность действия по отношению к данному газу (абсорбтиву);
· устойчивость к термическому разложению;
· химическая устойчивость;
· низкая летучесть при данных технологических условиях;
· низкая вязкость;
· низкая коррозионная активность;
· хорошая способность к регенерации;
· низкая стоимость по сравнению с извлекаемым компонентом;
· низкая токсичность, а по возможности – безвредность.
Этим условиям в оптимальной степени соответствуют вода и водные растворы кислот, солей, щелочей, окислителей, восстановителей, комплексообразователей, а также некоторых органических водорастворимых жидкостей, таких, как спирты, ацетон, диметилсульфоксид и др.
Основной недостаток абсобционных методов – образование шламов, забивающих аппаратуру и обвязку. Чтобы этого избежать, абсорбции должны предшествовать более дешевые методы очистки газа.
3.1.1.7. Твердые отходы производства пластмасс
Производство пластиков в мире удваивается каждые 5 лет, в то время, как период удвоения производства других материалов составляет 10, 15 и даже 20 лет. Отсюда катастрофический рост объема твердых отходов в развитых странах, который, несмотря на все усилия, не снижается за пределы 1% от объема производства и составляет в США - 6, в Японии - 4, в Германии - 1,5, в Англии - 1 и в остальных странах 0,5 млн. тн.
В целом отходы пластмасс четко подразделяются на 4 вида:
1) отходы производства;
2) отходы переработки;
3) отходы промышленного потребления;
4) отходы бытового потребления.
Доля каждого вида в общем объеме возрастает от 1 к 4, например, в Японии первая позиция составляет 5, вторая - 10, третья - 20, четвертая - 65%. Парадоксально, но объемы утилизации в большинстве стран-производителей пластиков возрастают, наоборот, от 4 к 1, что еще больше усиливает крутизну кривой роста в прямом направлении. Основная проблема здесь состоит в том, что чем глубже степень переработки, тем сложнее процессы утилизации. Здесь правомерно говорить о качестве отходов с точки зрения их способности к утилизации и признать, что отходы пластмасс с этой точки зрения самые сложные. Поэтому в настоящее время развиваются два технологических направления, призванных разрешить проблему отходов пластмасс:
Совершенствование технологии производства и переработки пластмасс, обеспечивающее минимизацию отходов;
Совершенствование технологии переработки отходов полимерных материалов.
Эти направления развиваются в основном в применении пластмасс производственного назначения, которые в меньшей степени подвергаются рассеянию. Степень рассеяния отходов пластмасс бытового потребления обратно пропорционально числу людей в данной местности, сконцентрировать их намного труднее. К тому же и качественные показатели их сильно различаются из-за стремления фирм повысить их декоративность, привлекательность, что связано с введением добавок, затрудняющих утилизацию.
Поэтому в отношении пластмасс бытового назначения развиваются методы производства фото-, хемо-, био- и радиоразрушаемых пластмасс, срок службы которых ограничивается сроком их использования.
3.1.1.7.1. Измельчение отходов пластмасс
В технологии утилизации отходов пластмасс есть один сложный аспект, связанный с операцией, которая предшествует любому последующему процессу их переработки. Речь идет об их измельчении, и сложность здесь в том, пластмассы в большинстве своем – вязкие, вязко-упругие, пластичные, мягкие, часто пеноподобные, волокнистые или пленочные материалы.
Для их измельчения чаще всего используют ножевые дробилки, снабженные устройствами для охлаждения материала и деталей аппарата и позволяющие получить минимальный размер до 2 мм.
По измельчаемости полимеры располагаются в следующий ряд:
Полистирол(ПС)>Полиэтилен низкого давления(ПЭн.д.) >Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)> Полипропилен (ПП)> Полиамид (ПА)>Полиэтилен высокого давления (ПЭв.д.)>Полиуретан (ПУ)>Политетрафторэтилен (ПТФЭ) .
Особое место среди способов измельчения пластмасс занимают криогенные технологии, применяемые для дробленияи и измельчения трудноизмельчаемых пластиков – ПУ и ПТФЭ в среде жидкого азота (Т кип =77 К).
В отдельных случаях измельчение удается исключить. Например, индивидуальные (однородные) отходы термопластичных полимеров перерабатывают на типовом оборудовании в изделия менее ответственного назначения. Коллективные отходы подвергают гидроэкструзии (выдавливанию через узкие отверстия), при которой наблюдается саморегулирование вязкостных характеристик отдельных типов полимеров. Используется также двухканальная гидроэкструзия, при которой внутренние слои полимера представляют собой отходы, а тонкий наружный слой формируется из первичного высококачественного пластика.
Значительную часть отходов пластмасс перерабатывают в пеноизделия, используя для вспенивания смеси карбонатов с лимонной кислотой. Часто совмещают литье и вспенивание расплавов с диамидом азодикарбоновой кислоты, который получают по следующей схеме:
С - С Þ С - С Þ C - N = N - C Þ N 2
¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯
НО ОН Н 2 N NН 2 H 2 N NH 2
Дикарбо- Диамид ди- Диамид азодикарбоновой
новая к-та карбоновой к-ты к-ты
В целом необходимо учитывать, что механические характеристики вторичных изделий, как правило, хуже, чем первичных, но все же экономичность вторичной переработки остается достаточно высокой из-за улучшения экологических показателей среды, дешевизны сырья, простоты технологии и экономии энергии. Кроме того благодаря дешевизне вторичных материалов из них можно изготавливать малые архитектурные и строительные формы, герметичные емкости и контейнеры для захоронения ядовитых веществ.
Наименее квалифицированное применение твердые отходы пластмасс находят в строительстве в качестве заменителей битумов, но их можно также использовать для производства плит, погонажа и других полимердревесных изделий.
Совершенно иное направление утилизации твердых отходов пластмасс складывается на основе процессов термодеструкции полимеров, позволяющих получить низкомолекулярные полимеры, а также газообразные и жидкие продукты глубокого пиролиза.
3.2. Отходы резинотехнических изделий
В зависимости от количества введенной при вулканизации серы резины можно разделить на мягкие (2 – 8% S), полумягкие (8 – 12%), полутвердые (12 – 20%) и твердые (25 – 30%).
Отходы резинотехнических изделий (РТИ) , как и пластмасс, образуются в 4 основных сферах: первичное производство полимеров; производство РТИ; промышленное потребление; бытовое использование.
Основная масса РТИ потребляется в сфере промышленного производства. Важнейшие виды РТИ – это автомобильные покрышки и другие формовые изделия, конвейерные ленты, приводные ремни, шестерни, различные детали трения, половые и кровельные покрытия, сырая резина, прорезиненные ткани, техническая пластина, футеровочные и гидроизоляционные материалы.
Отходы РТИ делятся на невулканизированные и вулканизированные. Первые могут быть возвращены в первичное производство, вторые подвергают механической или химической переработке. Вторичная механическая переработка позволяет получить ряд ценных изделий и материалов: плиты, шифер, антивибрационные, гидро- и электроизоляционные прокладки, блоки для окантовки дамб, причалов, волнорезов, противооползневых ограждений. Кроме того, во всех случаях из отходов вулканизированных резин могут быть получены наполнители для изготовления многих видов первичных изделий.
3.2.1. Отходы шинной промышленности
Шины – один из самых многообразных и многочисленных видов РТИ. Масса 1 покрышки колеблется от 1 до 1000 кг. Эффективная переработка покрышек – дело будущего. А пока что это один из самых крупномасштабных видов твердых отходов мирового производства искусственных материалов.
Механическая переработка шин мало чем отличается от переработки других вулканизированных материалов и связана с решением ряда проблем сбора, сортировки, измельчения, хранения, транспортировки – проблем, которые в ряде случаев делают механическую переработку нерентабельной. Некоторые страны в этом вопросе пошли по пути так называемого отложенного спроса, предоставив потомкам решать эту сложную технологическую задачу. В результате возникли хранилища и склады, в которых скопились миллионы покрышек.
Химическая переработка шин включает следующие методы:
1) водная термохимическая автоклавная девулканизация, которая включает измельчение, обработку водой при температуре180 0 и давлении 0,5 Мпа в течение 6 – 8 часов и последующее использование образовавшегося девулканизата для получения вторичных РТИ;
2) щелочная эмульгационная девулканизация с получением водных дисперсий, пригодных для изготовления пленок, пропиток, покрытий, кровельных и футеровочных материалов и др.
3) высоко- и низкотемператйрный пиролиз.
Способы 1 и 2 – это скорее рекуперация, нежели утилизация, поскольку они предусматривают получение девулканизатов – латексов и сырых резин, которые возвращаются в первичное производство. Третий способ представляет классический пример утилизации, т.е. совокупности технологий, позволяющих получить на базе отходов новые продукты, в данном случае целую гамму новых ценных веществ.
3.2.1.1.Технология высокотемпературного пиролиза покрышек
Пиролиз, или сухая перегонка органических веществ, возник как один из методов переработки природных жидких и твердых топлив. . Он осуществляется путем нагревания продуктов в закрытых аппаратах без доступа или с ограниченным поступлением воздуха. При этом могут протекать: а) физические и б) физико-химические процессы разделения компонентов по температурам плавления и кипения и в) химические процессы деструкции сложных веществ с образованием более простых, низкомолекулярных жидких и газообразных продуктов.
Реакционный аппарат представляет вертикальную печь с верхней загрузкой, отапливаемую горючими газами самого процесса пиролиза и продуваемую горячим воздухом. Покрышки через шлюзовой затвор загружаются в верхнюю часть аппарата, подвергаются первоначальному нагреву, подсушиваются отходящими газами и продвигаются в зону нагрева и далее в реакционную зону, в которой и происходит основной процесс пиролиза. Летучие продукты пиролиза и пиролизные газы, содержащие 50% H 2 , 25% СН 4 и 25% высококипящих веществ, поступают в аппарат для отделения сажи и далее в ректификационную колонну, в которой происходит окончательное разделение продуктов на горючие газы, а также на легкую, среднюю и тяжелую фракции, представляющие собой смеси жидких и твердых при обычной температуре продуктов. При этом на 100 тонн покрышек получают 40 тонн дефицитной зажи, возвращаемой на шинные заводы и на производство пластмасс, 25 тонн масел высокого качества, 25 тонн горючих газов и 10 тонн стали. Производительность аппарата может достигать 10 тыс. тонн покрышек в год.
Для пиролиза смесей более мелких фракций РТИ, а также органических составляющих мусора применяют барабанные вращающиеся печи типа цементных, недостатком которых являются значительные выбросы газзообразных веществ в атмосферу из-за невозможности надежной герметизации загрузочных и разгрузочных узлов.
3.3. Утилизация нефтеотходов
В 2000 году добыча нефти составила около 5 млрд. тонн. Ее уровень определяется не техничекими возможностями, а экономическими интересами основных стран-производителей. По пути к местам переработки часть ее неизбежно теряется, попадая в разряд транспортных потерь (испарение, утечки, проливы, неполносливы, обводнение, аварийные сбросы и т.п.). Эти отходы трудно даже учесть, не говоря об утилизации.
Прочие нефтеотходы (НО) подразделяются на 2 группы – отходы переработки и отходы потребления. Первые – топлива, масла, смазки, растворители – обычно относят к механическим отходам, подвергают механической рекуперации и присоединяют к соответствующим видам продукции напосредственно в ходе технологических процессов. Вторые – отходы и выбросы соответствующих отработанных нефтепродуктов – теряются или утилизируются в ходе эксплуатации соответствующих машин и агрегатов. Их можно назвать эксплуатационными отходами. Отношение масс транспортных, механических и эксплуатационных отходов в США равно 1: 1: 15. Можно полагать, что и среднемировой баланс нефтеотходов мало отличается от этого соотношения.
Соответственно распределяются и резервы повышения коэффициента использования НО: он определяется, в основном. уровнем утилизации эксплуатационных отходов. При этом необходимо разделить все виды эксплуатационных потерь на неизбежные при данном уровне развития технологии и на те, которых можно избежать за счет ее усовершенствования. Например, угар топлива и масел в двигателях внутреннего сгорания неизбежны, хотя и могут быть минимизированы, но мойка и обезжирка замасленных деталей растворителями должны быть категорически запрещены. Только за счет замены этих жидкостей эффективными и пожаробезопасными моющими средствами можно сохранить для более квалифицированного использования около 1 млн. тн. нефтепродуктов, что составляет, однако, не более 10% от возможной экономии этих материалов только по России.
Нефтеотходы загрязняют все три агрегатных составляющих биосферы, но все же большая часть их попадает в водную среду, уровень загрязнения которой непрерывно растет и для индустриальных зон может колебаться от 0,1 до 100 мг/л. Это не удивительно, если учесть, что до 25% чистой водопроводной воды в России пиратски используется на технические нужды, а на большинстве предприятий сети технического водопровода вообще отсутствуют.
Расчетные исходные нормы загрязнения нефтеотходами воды, поступающей на очистные сооружения, составляет для производственных СВ 800, а для ливневых – 200 мг/л (СНиП - II – 93 – 74).
Следует, однако, отметить, что небольшие количества НО довольно легко поглощаются естественной гидробиологической средой (ЕГБС), не загрязненной другими отходами, подавляющими развитие бактерий.
ЕГБС очень своеобразно усваивает нефтеотходы:
® Г ® ® Ж - верхние слои водоема
НО ЕГБС ¯
® Ж ® ® Т - донные отложения
На схеме показано, что все виды газообразных и жидких НО в конечном итоге образуют донные отложения водоемов, биопревращения которых протекают намного медленнее из-за уменьшения концентрации кислорода. В результате накопления донных отложений фон загрязнения воды может достигать 2 мг/л. Особенно страдают северные водоемы, в которых дополнительными аккумуляторами нефтезагрязнений являются снег и лед (содержание НО в них составляет 0,3 – 0,6 кг/м 3), при таянии которых наблюдаются пики содержания НО в воде.
3.3.1. Классификация отходов нефтепереработки
Основную часть НО составляют токсичные промышленные отходы органического типа с минеральными и дисперсными металлическими примесями. Номенклатура НО включает 5 типов:
· автомобильные и энергетические топлива;
· смазочные и охлаждающие масла;
· топливные и смазочные присадки;
· растворители и разжижители;
· смазочно-охлаждающие жидкости.
В среднем отходы всех этих пяти типов НО составляют около 10% от объема продукции нефтепереработки. Утилизация их, как правило, не вызывает затруднений, Некоторые виды НО принимаются на переработку заводами-изготовителями. Однако, существует проблема, ограничивающая масштабы развития квалифицированных технологий утилизации, - смешивание различных видов НО. Поэтому необходимо различать виды и группы НО, их фазовые состояния и способы переработки (табл. 5, принятые сокращения: НССВ – нефтесодержащие сточные воды; Т – твердое; Ж – жидкое, ПЖ – полужидкое, П – пастообразное, ВЛ – влажность, М – маслообразное, С – суспензия, Э – эмульсия, ОС – осадки, ШЛ – шламы, СЛ – сливы, ЛОС – локальные очистные сооружения, КОС – кустовые очистные сооружения, КОК – крупные очистные комплексы, НПЗ – нефтеперерабатывающие заводы, СОЖ – смазочно-охлаждающие жидкости, Р – растворители, ПРЖ – промывочные жидкости, ФК – флотоконцентраты, КГ – кислые гудроны, ПАВ – поверхностно-активные вещества).
3.3.2.1. Пассивное и активное обезвоживание нефтеотходов
Пассивное обезвоживание осуществляют в прудах-испарителях, в полях-шламонакопителях и в резервуарах-уплотнителях, активное – в сгустителях, фильтрах, циклонах и центрифугах. Пассивные, без механического воздействия, методы обезвоживания требуют для своей реализации значительные площади и затраты на поддержание режима подачи разделяемых материалов. Обезвоженные этими методами шламы направляют на окончательную обработку с целью выделения и очистки нефтяных фракций.
Более эффективными разделителями фаз являются отстойники. Но скорости отстаивания отдельных категорий НССВ резко различаются, и в целом остаются весьма невысокими. При этом конечные продукты отстаивания (ШЛ) содержат значительны количества воды. Остаточная влага составляет, 60 - 80% (сказывется отрицательное влияние нефтеглинистых фракций). Поэтому для их разделения необходимо применять интенсивные методы обезвоживания, прежде всего фильтрацию с предшествующей коагуляцией. Нефтепесковые смеси отстаиваются хорошо, и осадки содержат не более 30% остаточной влаги.
Таблица 5
Происхождение и способы переработки нефтеотходов
Каждая наука насыщена понятиями, при не усвоении которых основанные на этих понятиях или косвенные темы могут даваться очень трудно. Одними из понятий, которые должны быть хорошо усвоены каждым человеком, который считает себя более-менее образованным, есть разделение материалов на органические и неорганические. Не важно, сколько человеку лет, эти понятия в списке тех, с помощью которых определяют общий уровень развития на любом этапе человеческой жизни. Для того чтобы понять, в чем отличия этих двух терминов, сначала нужно выяснить, что собой являет каждый из них.
Органические соединения – что это
Органические вещества – группа химических соединений с неоднородной структурой, в состав которых входят элементы углерода , ковалентно связанных между собой. Исключение составляют карбиды, угольные, карбоновые кислоты. Также одними из составляющих веществ, кроме углерода, есть элементы водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, галогена.
Такие соединения формируются благодаря способности атомов углерода перебывать в одинарных, двойных и тройных связях.
Сферой обитания органических соединений являются живые существа. Они могут быть как в составе живых существ, так и появится в результате их жизненной деятельности (молоко, сахар).
Продуктами синтеза органических веществ являются продукты питания, лекарства, элементы одежды, материалы для строения, различное оборудование, взрывчатки, различные виды минеральных удобрений, полимеры, добавки для пищи, косметика и другое.
Неорганические вещества – что это
Неорганические вещества – группа химических соединений, которые в своем составе не имеют элементов углерода, водорода или химических соединений, составляющим элементом которых является углерод. Как органические, так и неорганические являются составляющими клеток. Первые в виде дающих жизнь элементов, другие в составе воды, минеральных веществ и кислот, а также газов.
Что общего между органическими и неорганическими веществами
Что может быть общего между двумя, казалось бы, такими понятиями-антонимами? Оказывается, общее и у них имеется, а именно:
- Вещества как органичного, так неорганического происхождения состоят из молекул.
- Органические и неорганические вещества можно получить в результате проведения определенной химической реакции.
Органические и неорганические вещества – в чем разница
- Органические более известны и исследованы в науке.
- Органических веществ в мире числится намного больше. Количество известных науке органических – около миллиона, неорганических – сотни тысяч.
- Большинство органических соединений связаны между собой с помощью ковалентного характера соединения, связь неорганических между собой возможна с помощью ионного соединения.
- Присутствует отличие и по составу входящих элементов. Органические вещества составляют углеродные, водородные, кислородные, реже – азотные, фосфорные, серные и галогенные элементы. Неорганические – состоят из всех элементов таблицы Менделеева, кроме углерода и водорода.
- Органические вещества намного значительнее поддаются влиянию горячих температур, могут разрушаться даже при незначительных температурах. Большинство неорганических менее предрасположены к воздействию сильного нагревания из-за особенностей типа молекулярного соединения.
- Органические вещества являются составляющими элементами живой части мира (биосферы), неорганические – неживой (гидросферы, литосферы и атмосферы).
- Состав органических веществ является по своему строению сложнее, чем состав неорганических.
- Органические вещества отличаются большим разнообразием возможностей химических превращений и реакций.
- Из-за ковалентного типа связи между органическими соединениями химические реакции по времени продолжаются несколько дольше, чем химические реакции в неорганических соединениях.
- Неорганические вещества не могут быть продуктом питания живых существ, даже более того – некоторые из этого типа сочетаний могут быть смертельно опасны для живого организма. Органические вещества являются продуктом, произведенным живой природой, а также элементом строения живых организмов.
Теперь рассмотрим условия сохранения. При некоторых обстоятельствах археологический материал доходит до нас в исключительном состоянии. При очень благоприятных условиях сохраняются очень многие артефакты, включая непрочные, такие как кожаные коробочки, корзинки, деревянные наконечники стрел и мебель. Но при обычных условиях сохраняются самые прочные предметы. Обычно объекты, найденные на памятниках, можно разделить на две обширные категории: неорганические и органические материалы.
К неорганическим материалам относятся камень, металлы и глина. Доисторические каменные инструменты, такие как ножи, изготовленные человеком 2,5 миллиона лет назад, сохранились в превосходном состоянии. Режущие кромки столь же остры, как и тогда, когда их потеряли изготовители. Глиняные горшки относятся к самым прочным артефактам, особенно если они были правильно обожжены. Это не просто совпадение, что большая часть доисторических эпох реконструируется по хронологическим последовательностям гончарных стилей. Фрагменты (осколки) хорошо обожженных глиняных сосудов практически неразрушимы, в некоторых японских памятниках они пролежали приблизительно 10 000 лет.
ПРАКТИКА АРХЕОЛОГИИ
АРФА ИЗ УРЫ, ИРАКРаскопки царского кладбища в Уре, на юге Ирака, в 1931 году проводил британский археолог Леонард Вулли, за несколько лет до этого он обнаружил в этом царском могильнике золотые артефакты. Почти пять лет он умышленно ждал, пока не овладеет нужными навыками и не подготовит специалистов для раскрытия могильника и его ритуальных артефактов. В ходе раскопок выявились замечательно полные детали царского захоронения 2900 года до н. э., но величайшим триумфом Вулли было открытие деревянной арфы, несмотря на то, что ее деревянные части сгнили в земле.
Проводя раскопки могилы принца Пу-аби, Вулли заметил небольшое вертикальное отверстие и фрагменты мозаики из слоновой кости. Подозревая, что это ценный артефакт, он приготовил смесь гипса и воды и залил в отверстие, так, чтобы раствор заполнил все отверстия под землей. После того как раствор затвердел, он вытащил пласт почвы вокруг таинственного артефакта для тщательного изучения в лаборатории. В Лондоне, в Британском музее, Вулли осторожно снял почву со слепка, регистрируя положение каждого самого маленького фрагмента мозаики. Этот гипсовый слепок воспроизвел деревянные части роскошной арфы с деревянной декой, украшенной слоновой костью и выложенной полудрагоценными камнями. Она лежала на телах трех женщин, возможно, музыкантов, уложенной на них после их смерти. В итоге вдохновенной археологически-детективной работы Вулли смог в точности восстановить один из самых древних музыкальных инструментов в мире (рис. 4.1).
Царский могильник в Уре, как и гробница египетского фараона Тутанхамона, дал редкую возможность изучить ритуальные артефакты, некоторые из которых, возможно, передавались по наследству, так как они лежали в первичной гробнице. В случае с Пу-аби Вулли восстановил весь процесс похорон, начиная с выкапывания глубокой погребальной траншеи и совершения там массового самоубийства царского двора. К сожалению, сохранившиеся материалы раскопок в Уре не позволяют нам проверить точность замечательной истории Вулли о царских похоронах 5000 лет назад.
Органические материалы - это предметы, сделанные из веществ растительного или животного происхождения - дерева, кожи, кости, хлопка. В археологическом материале они редко сохраняются. Но если сохраняются, то тогда можно получить намного более полную картину доисторической жизни, чем та, что дают неорганические находки.
Органические вещества и археологический материал
В большинстве археологических памятников по всему миру неорганических остатков сохраняется чуть больше, чем остальных. Иногда, однако, при особенно благоприятных условиях «выживают» чрезвычайно информативные органические материалы. Влага и экстремальные температуры способствовали сохранению многих памятников.
Подтопленная среда и заболоченные почвы
Условия подтопленной среды или торфяных болот особенно хороши для сохранения дерева или растительных остатков, будь климат субтропический или умеренный. Тропические ливни, такие как в бассейне Амазонки или Конго, далеко не благоприятны для деревянных артефактов. В противоположность этому, значительное количество археологических памятников встречаются возле родников или болот, там, где уровень подводных вод достаточно высок и затопление культурного слоя произошло сразу после того, как памятник был покинут обитателями (Коулс и Коулс - Coles and Coles, 1986, 1989; Парди - Purdy, 1988). При кораблекрушениях сохраняется много источников информации, так как под водой сохраняются даже незначительные артефакты. Корабль «Мария Роза» английского короля Генриха VIII дал бесценную информацию о конструкции и вооружении кораблей времен Тюдоров, так же как и скелеты стрелков, их оружие, различные повседневные предметы, большие и маленькие. Корабль времен бронзового века, погибший у Улубуруна на юге Турции, позволил получить уникальную картину торговли на востоке Средиземноморья 3000 лет назад, а деревянные детали корабля многое скажут о древнем кораблестроении (см. рис. 1.11 и главу 16).
Заболоченные ландшафты - однообразные и покрытые водой - далеки от привлекательности. В древние времена такие земли часто использовались только для охоты или через них просто приходилось прокладывать тропы. Реже они использовались для земледелия, в качестве пастбищ, для заготовки соломы, еще реже - там жили. Чрезмерно увлажненные почвы отличаются бесконечным многообразием, каждый тип таких земель формировался посредством уникального процесса отложения осадков, и они сохраняют чрезвычайно разнообразный археологический материал. Такие почвы были хорошо защищены от разрушительных действий животных и людей и от мощных естественных процессов, которым подвергаются более открытые местности. В некоторых случаях, как, например, в Сомерсетской долине на юго-западе Англии, археологам удалось реконструировать целые ландшафты, пересеченные деревянными путями; при реконструкции использовались аэрофотосъемка, радары и бурение (Коулс и Коулс - Coles and Coles, 1986).
Сомерсетская долина, Англия . Между 6000 и 1500 лет назад Сомерсетская долина была заливом рядом с рекой Северн, заполненным толстыми слоями торфа (Coles and Coles, 1986). Условия в долине постоянно менялись, поэтому местные жители построили деревянные тропы вдоль своих привычных маршрутов (рис. 4.2). Строителям эпохи неолита нужно было соединить приподнятой над поверхностью дорожкой два острова на болотах. Эта тропа получила название Свит Трэк - Добрая тропа. Строители рубили лес на сухих местах, подготавливали его и перетаскивали к краю болота. Затем они укладывали длинные столбы конец к концу вдоль предполагаемого пути по болоту. Обычно использовались стволы ольхи и лещины, крепившиеся к грунту с помощью кольшков крепкими стеблями через каждый метр. Кольшки вбивались наискосок через бревна в форме буквы V. Затем поверх бревен укладывали доски или бруски, образовывавшие дорожку длиной 1,6 километра и шириной 40 сантиметров и приблизительно на такой же высоте над бревнами.
Раскопки Свит Трэк дали уникальную возможность создания реконструкции древней окружающей среды и условия для дендрохронологического анализа. Хронология по древесным остаткам показала, что все деревья были срублены в одно время и тропа использовалась в течение 10 лет. Исследования были столь тщательными, что было показано, что часть тропы над самым влажным участком несколько раз ремонтировалась. Строители пользовались деревянными клиньями и деревянными молотками, доски вырубались каменными топорами. В щелях дорожки нашли и другие артефакты - каменные наконечники для стрел со следами крепления древка, луки из орешника и привезенные из других местностей каменные топоры.
Толлундский человек, Дания . В датских озерах было найдено много оружия с деревянными ручками, одежды, украшений, ловушек и даже целые тела людей. Например, толлундский человек (Глоб - Glob, 1969). Тело этого несчастного было найдено в 1950 году двумя добытчиками торфа. Он лежал в своем коричневом торфяном ложе с безмятежным выражением лица и крепко закрытыми глазами (рис. 4.3). На нем была остроконечная кожаная шапочка и пояс, больше ничего. Нам известно, что он был повешен, так как на шее у него была затянута веревка. Телу толлундского человека около 2000 лет, и оно относится в датскому железному веку. Целая группа медицинских экспертов изучала это тело. Входивший в группу палеоботаник установил, что последней пищей толлундского человека была каша из ячменя, льняных семян, смеси нескольких диких трав и семян, которую он съел за 12–24 часа до смерти. Причина его казни или принесения в жертву неизвестна.
Озетт, штат Вашингтон . Ричард Доэрти из Государственного университета штата Вашингтон работал на памятнике Озетт на полуострове Олимпия на северо-западном побережье Тихого океана более 10 лет (Кирк - Kirk, 1974). Впервые этот памятник привлек его внимание в 1947 году, когда он изучал прибрежные поселения. Озетт был заселен индейцами мака еще 20 или 30 лет назад, обвалившиеся дома можно было увидеть на вершине большой мусорной кучи. Но только в 1966 году Доэрти смог начать раскопки памятника, которому угрожало уничтожение из-за действия волн и грязевых оползней. При пробном раскопе обнаружилось большое количество китовых костей, радиоуглеродным методом датировки определили их возраст - 2500 лет. И самое главное - слои грязи сохранили следы деревянных домов и органические остатки в них. В 1970 году звонок из Совета племени мака оповестил Доэрти о новых открытиях. Высокие волны дошли до мусорной кучи и вызвали оползание почв, при этом открылись деревянные дома, погребенные под древним обвалом.
Доэрти со своими коллегами более десяти лет работали над вскрытием остатков четырех домов из кедра и того, что там было (рис. 4.4). Во время раскопок было много трудностей. Для удаления грязи с хрупких деревянных предметов использовались распылители высокого давления. Затем все находки обрабатывались специальными химикатами для сохранности и только потом подвергались окончательному анализу. Влажная грязь, накрывшая дома, окутала дома плотным покрывалом, под которым сохранилось все, кроме плоти, перьев и кожи. Дома сохранились превосходно. Один, раскрытый в 1972 году, был размером 21 метр на 14 метров. Там имелось несколько очагов и платформ для приготовления пищи, свешивающиеся циновки и низкие стенки разделяли помещения на части. Во время раскопок нашли 40 000 артефактов, включая конические головные уборы из корней ели для защиты от дождя, корзины, деревянные чаши с тюленьим жиром, циновки, рыболовные крючки, гарпуны, гребни, стрелы и луки, даже фрагменты тканых изделий, листья папоротника и кедра. Среди находок был также плавник кита, вырезанный из красного кедра и инкрустированный семьюстами зубами морской выдры (см. рис. 11.17).
Памятник Озетт является классическим примером того, как много может быть раскрыто на затопленном памятнике. Но Озетт важен еще и с другой стороны. Потому, что у индейцев мака, живших здесь, была материальная история, уходившая вглубь веков на, по крайней мере, 2000 лет до прихода европейцев. Устные традиции и письменные документы мака датируются не далее чем 1876 годом н. э. Народ мака покинул Озетт только в современные времена, в 1920-х годах, чтобы быть поближе к школе. Археологические раскопки позволили проследить непрерывность этого селения охотников на китов и рыболовов на протяжении длительного времени, уходящего далеко в прошлое, что дает сегодня народу мака новое чувство исторической идентичности.
Очень сухие условия, как, например, на американском юго-западе или в долине Нила, даже более благоприятны для сохранности артефактов, чем подтопленные местности. В пещерах североамериканского Большого бассейна при сухом климате сохранились такие органические находки, как мокасины (рис. 4.5).
Гробница Тутанхамона, Египет . Одним из самых знаменитых археологических открытий является гробница Тутанхамона (приблизительно 1323 год до н. э.), раскопки которой произвели лорд Карнарвон и Говард Картер в 1922 году (Г. Картер и другие - H. Carter and others, 1923–1933; Ривз - Reeves, 1990). Когда двери ранее не открывавшейся гробницы распахнулись, то вся обстановка в ней находилась точно в том состоянии, в котором ее оставили присутствовавшие на похоронах царя. Позолоченные деревянные сундуки, одежды, шкатулки из слоновой кости, копии колесниц и кораблей, сама мумия - все замечательно сохранилось, как и изумительные украшения и картины, сияющие так же ярко, как в тот день, когда они были написаны, в них даже чувствуется некоторая поспешность художника. Гробница Тутанхамона дает нам такой живой взгляд на прошлое, какой мы еще вряд ли когда-нибудь сможем получить (см. фото на заглавной странице первой главы и рис. 4.6).
Мумии чинчорро, Чили . Культура чинчорро процветала в Южной Америке на южном побережье Перу и Чили еще в 7000 году до н. э. Это сообщество охотников-собирателей существовало за счет прибрежной рыбной ловли и сбора диких растений (Ариацца - Arriazza, 1995). Они оседло жили в поселениях и своих усопших хоронили на кладбищах, подобных памятнику Эль Моро возле Арика. Свыше 280 удивительно хорошо сохранившихся мумий было раскрыто на прибрежных кладбищах в этом одном из самых сухих мест на земле. Начиная с 5000 года до н. э. в этом племени расчленяли умерших, снимали кожу и извлекали внутренности, затем тела набивали растительным материалом и укрепляли палочками. Затем части тела сшивали с помощью человеческих волос и иголок кактуса. На черепа, подобно шлемам, посредством красной клейкой массы прикрепляли парики из человеческих волос, лица мумий часто окрашивали в черный цвет. Иногда на тело и ноги, как бинты, наносили куски кожи. Мумифицированные тела выставляли напоказ и заботились о них, в конце концов, их заворачивали в саваны, сплетенные из тростника, и хоронили в неглубоких могилах, иногда семьями по шесть человек и более. Практика мумификации в народе чинчорро прекратилась приблизительно в 1500 году до н. э., то есть за века до того времени, когда Тутанхамон правил Египтом. Химический анализ костей и кишечников мумий чинчарро показал, что при жизни у этих людей преобладала пища морского происхождения, имелись следы заражений ленточным червем и что они болели экзостозом слухового канала, вызванным нырянием на большие глубины.
Чрезвычайно холодные условия на арктических памятниках также превосходно сохраняются остатки прошлого. Приполярные районы Сибири и Америки являются гигантскими холодильниками, в которых процесс разрушения останавливается на тысячи лет. Вблизи Северного Ледовитого океана сохранились десятки замороженных тел мамонтов. Самым известным из них является Березовский мамонт, который завяз в трясине у берегов сибирской реки 10 000 лет назад. Ученые российской экспедиции, обнаружившие мамонта, сочли его мясо настолько хорошо сохранившимся, что накормили им своих собак. Прекрасно сохранилась шерсть мамонта, а остатки его последней пищи были найдены на языке и в желудке (Дигби - Digby, 1926).
«Ледяной человек», итальянские Альпы . Благодаря сочетанию сухого ветра и чрезвычайного холода сохранилось тело человека эпохи бронзового века возрастом 5300 лет, найденное в 1991 году на леднике Симилаун в европейских Альпах (Барфилд - Barfield, 1994; Шпиндлер - Spindler, 1994). Тело сорокалетнего мужчины сначала засушил холодный ветер, а затем его засыпало снегом и льдами. В наше время в теплую погоду ледник подтаял, и тело было найдено. У мужчины при себе имелся медный топор с деревянной ручкой, колчан с 14 стрелами с деревянными и костяными наконечниками, запасные наконечники и воскообразное вещество для их крепления. На нем были кожаные башмаки, обвязанные сеном для утепления, каменное ожерелье, кожаные и меховые предметы одежды. На колене и спине оказались небольшие татуировки. Причина смерти стала предметом многих размышлений. Недавно глубоко в правом плече обнаружился наконечник стрелы, а левая рука была искалечена колотой раной, полученной, возможно, во время рукопашной схватки. Вполне вероятно, что, тяжело раненный, он смог уйти от врага или врагов, но потерял силы и умер в небольшом овраге, где и был впоследствии найден. Международная группа специалистов изучает тело, расшифровывает ДНК, анализирует состояние соединительных тканей. Радиоуглеродная датировка показала, что Симилаунское тело относится к 3350–3300 годам до н. э.
Жертвоприношения инков в горах Перу и Аргентины . Инки приносили человеческие жертвы высоко в Андах, так как считали эти горы священными. К счастью для науки, жестокий холод горных высот сохранил мумии мальчиков и девочек в почти совершенном состоянии. Антрополог Йохан Райнхард (Johan Reinhard) (1996) и его коллега из Перу Мигель Зарате нашли мумию девочки на высоте 6210 метров в южной части перуанских Анд. Четырнадцатилетнюю девочку из племени инков принесли в жертву 500 лет назад и похоронили на вершине священной горы Невадо Ампато (рис. 4.8). Ее хорошо сохранившееся тело было завернуто в грубую верхнюю ткань - поверх ткани из белой и коричневой полосок. Под ними на ней были тонко сотканное платье и шаль, скрепленная серебряной брошью. Ноги обуты в кожаные мокасины, но голова была непокрытой. Возможно, первоначально на ней был убор из перьев, который мог упасть во время обвала в горах, когда сама мумия скатилась с горы. Компьютерная томография черепа показала наличие переломов над правым глазом. Она умерла из-за обширного кровоизлияния, полученного в результате сильного удара по голове. Кровь из раны сместила мозг к одной из сторон черепа.
Позднее Райнхард (1999) нашел еще три мумии - двух девочек и мальчика - в аргентинских Андах в таком хорошем состоянии, что их внутренние органы были невредимыми. Исследователи видели даже тоненькие волосы на руках жертв. Замерзшая кровь еще была в сердце одной из мумий. В момент смерти детям было от 8 до 14 лет, хотя причина смерти не установлена. Жертвы были в одежде, вместе с ними положили почти 40 золотых, серебряных и перламутровых ритуальных фигурок, половина из них в одежде. Кроме того, с детьми были украшенные ткани, мокасины, глиняные сосуды, некоторые из них с пищей. Этих детей принесли в жертву на вершине вулкана в 200 км от ближайшего селения.
Трагедия в Утгиагвик, Аляска . Еще одно эффектное открытие, на этот раз на берегу Северного Ледовитого океана возле города Бэрроу, штат Аляска. Здесь тоже произошла трагедия, но не так давно. Две женщины из племени Инупиат, одной - за сорок, а другой - примерно двадцать лет, спали в маленьком доме, сделанном из сплавного леса и дерна и стоявшем на берегу океана. В ту ночь приблизительно в 1540-х годах океан штормило (Холл и другие - Hall et al., 1990). Рядом с женщинами спали мальчик и две девочки. Высокие волны крошили лед о берег. Неожиданно огромную глыбу выбросило на берег, и тонны льда обрушились на дом. Крыша рухнула, и все обитатели дома мгновенно погибли. На рассвете соседи обнаружили следы трагедии и оставили дом покоиться подо льдом. Позднее родственники достали оттуда кое-какие вещи, остатки пищи, торчащие бревна, все остальное в том же виде находилось подо льдом 400 лет, этакое замороженное свидетельство доисторической трагедии.
Четыре века назад Утгиагвик был немаленьким поселением, в нем было, по крайней мере, 60 домов-землянок (house mounds). Но сейчас он покоится под разросшимся Бэрроу. В 1982 году обнаружились остатки дома и тела двух женщин народа инупиат, все еще замороженные. Как пол, так и стены дома были сделаны из отесанного сплавного леса, дерево крепилось замерзшей землей, крышу соорудили из дерна. Хорошо сохранившиеся тела женщин подверглись аутопсии, и выяснилось, что у обеих было сравнительно хорошее здоровье, хотя в легких имелись затемнения из-за антракоза, вызванного вдыханием дыма и копоти масляных ламп в плотно закрытом на зиму помещении. Они питались в основном жирной пищей - китовым и тюленьим мясом, что вызвало атеросклероз и сузило сосуды. За два месяца до трагедии старшая из женщин рожала и еще кормила грудью своего ребенка. Обе иногда страдали от недоедания и болезней. Старшая недавно болела пневмонией и только что избавилась от болезненной мускульной инфекции, называемой трихинозом, возможно полученной из-за потребления сырого мяса белого медведя. На женщинах ничего не было, кроме ночных рубашек, возможно, для того, чтобы избежать конденсации влаги на другой одежде, которая замерзла бы на открытом воздухе.
На улице они носили парки из меха северного оленя карибу, защитные очки, рукавицы, влагонепроницаемые башмаки из кожи тюленя. Все это было найдено во входном туннеле в дом. Большую часть своего времени они занимались изготовлением и ремонтом одежды, охотничьих приспособлений, которые хорошо сохранились в развалинах дома. Там также нашли костяные наконечники для гарпунов, применявшихся при охоте на тюленей и других морских млекопитающих, остатки бола - метательного приспособления из сухожилий, утяжеленного костями для ловли птиц. Рядом с домом нашли деревянное ведро, части которого крепились китовым усом, и нечто вроде кирки из костей и дерева для расчистки снега.
Вулканический пепел
Все слышали о римских городах Геркуланум и Помпеи, полностью погибших во время извержения Везувия в 79 году н. э. Вулканическая лава и пепел погребли под собой оба города. При этом сохранились «слепки» тел пытавшихся спастись людей (см. рис. 2.1). Такие случаи редки, но когда делаются подобные открытия, то обнаруживаются замечательные находки. Приблизительно в 580 году н. э. извержение вулкана в Сан-Сальвадоре погубило небольшую деревню народа майя в местечке Серен (Шитс - Sheets, 1992). Ее обитатели уже поужинали, но еще не легли спать. При начале извержения они, спасаясь бегством, бросили дома и все пожитки. Пепел покрыл не только селение, но и близлежащие поля с урожаями кукурузы и агавы. Пейсон Шитс и его многодисциплинарная исследовательская группа раскрыли жилые помещения и надворные постройки, множество артефактов в них. Все осталось в том виде, в каком их бросили, потому что слой пепла был слишком толстым и ничего из под него достать было невозможно.
В каждом хозяйстве в Серене имелось строение для приема пищи, сна, склад, кухня, а также помещения для других видов деятельности (см. рис. 4.9). Большие соломенные крыши, выступающие за пределы стен, создавали не только крытые переходы из одного строения в другое, но и пространства для обработки зерна и его хранения. В каждом хозяйстве рядом с домом выращивались маис, какао, агава и другие культуры, высеваемые аккуратными рядами. Зерновые хранились в глиняных сосудах с плотно притертыми крышками. Небольшое количество кукурузы и перца подвешивали к крышам, инструменты держали в стропилах. Во время раскопок раскрыли три общественных здания, одно из которых было, вероятно, общинным центром. Также были обнаружены поля маиса, на которых растения были согнуты - колосья пригибались к стеблю. Такая техника «хранения» до сих пор применяется в некоторых частях Центральной Америки. Созревший маис указывает на то, что извержение произошло в конце вегетационного периода, то есть в августе.
Археологические раскопки в Серене позволили получить необычайно полную картину жизни в скромном поселении майя, расположенном далеко от больших церемониальных центров, в которых жила элита. Это место замечательно своим полным набором инструментов, запасов пищи. Сохранились даже самые мелкие детали архитектуры поселения. Мы даже знаем, где эти люди прятали свои острые ножи от любопытных детей - в стропилах своих домов.
Заключение
Процессы формирования памятников или трансформационные процессы - это факторы, создающие исторические или археологические материалы, естественные или культурные составляющие, изменяющие археологический материал с того момента, как памятник был заброшен.
Существует два основных типа процесса формирования памятников. Культурные трансформации - трансформации, при которых действия человека изменили археологический материал посредством перестройки домов или повторного использования артефактов. Естественные процессы - это события или процессы в природной окружающей среде, воздействующие на археологический материал, такие как химические свойства почвы и природные явления вроде землетрясений или ветров.
В дальнейшем действия человека могут радикально повлиять на археологическую сохранность. Человек может выборочно отбросить какой-то артефакт или выборочно же сохранять другие, многие переменные (составляющие) могут повлиять на планировку поселений и т. д. Некоторые народы, такие как индейцы юго-запада, повторно использовали бревна и другие материалы, искажая археологический материал. Повторно используются сами памятники, часто нарушаются нижние слои. Но последующие поколения могут и сохранять важные строения, например храмы, в течение многих веков. Современные войны, промышленная активность, интенсивное земледелие и выращивание скота могут повлиять на сохранность археологических остатков.
Условия сохранения главным образом зависят от почвы и климата в районе нахождения памятника. Неорганические объекты, такие как камень и обожженная глина, могут сохраняться почти бесконечно. Но органические материалы - кость, дерево, кожа - сохраняются только в исключительных условиях, при сухом климате, в зонах вечной мерзлоты, в затопляемых регионах.
Подтопленные и заболоченные места создают условия, благоприятные для сохранения дерева и растительных остатков. В этом контексте мы рассматривали Сомерсетскую долину, датские болота и поселение Озетт в штате Вашингтон.
При сухих условиях могут сохраняться почти любые артефакты, лучшими примерами этого являются замечательно сохранившаяся древняя египетская культура и находки, обнаруженные в пещерах пустынь запада США и Южной Америки.
При арктическом холоде органические остатки могут заморозиться в почве. Мы описывали «Ледяного человека», найденного в Альпах; жертвы религиозных обрядов инков в горах Южной Америки; захороненную подо льдом семью эскимосов на Аляске и современные находки, сделанные при выяснении судьбы экспедиции Франклина. В вулканическом пепле сохранилась деревня майя Серен в Сан-Сальвадоре. При внезапном извержении селение покрыл такой толстый слой пепла, что совершенно неповрежденными сохранились дома со всей утварью, сады и огороды.
Ключевые термины и понятия
Археологические данные
Археологический материал
Естественные процессы
Культурные трансформации
Матрица
Неорганические материалы
Органические материалы
Процессы формирование памятников
Трансформационные процессы
BEATTIE, O., and J. GEIGER. 1986. Frozen in Time: The Fate of the Franklin Expedition. London: Bloomsbury. The fascinating story of the Franklin burials told for a popular audience. An excellent case study of the difficulties of working in a cold environment.
COLES, BRYONY, and JOHN M. COLES. 1986. Sweet Track to Glastonbury. New York: Thames and Hudson. An exemplary account of the Coles’s excavations in England’s Somerset Levels. Excellent illustrations.
REEVES, NICHOLAS. 1990. The Complete Tut-ankhamun. London: Thames and Hudson. All you need to know about this most famous of archaeological discoveries, superbly illustrated.
SCHIFFER, MICHAEL B. 1987. Site Formation Processes of the Archaeological Record. Tucson: University of Arizona Press. A synthesis of site-formation processes in archaeology and some of the research problems associated with them. Comprehensive bibliography.
SHEETS, PAYSON D. 1992. The Ceren Site: A Prehistoric Village Buried by Volcanic Ash. New York: Holt, Rinehart & Winston. A short case study of this Maya village buried by volcanic ash. Ideal for readers unfamiliar with archaeological methods.
В последнее десятилетие мы все чаще слышим об этих продуктах и товарах. Поначалу мы относились к ним как к чему-то экзотическому, но сейчас считаем уже первой необходимостью. Они меняют нашу жизнь и взгляды. В чем философия Organic и почему она так популярна?
В переводе английское слово Organic означает не что иное, как “естественный, экологически чистый, здоровый”. Истоки Organic, как образа жизни, уходят в 20-е годы прошлого века. Наблюдая всеобщую индустриализацию, многие ученые того времени обратили свои взгляды к природе.
Так, немецкий философ Рудольф Штайнер сформулировал теорию гармоничного бытия, когда человек не противостоит природе, а составляет её часть. Идеи Штайнера воплотились в жизнь на некоторых фермах Германии, а затем стали популярны и в других странах Европы. Правда, экологически чистое хозяйство того времени ассоциировали с идиллией, не придавая большого практического значения.
На время Второй Мировой войны идеи Штайнера были забыты, возродившись лишь в 70-е годы в США. В этот период неуклонный рост числа хронических заболеваний стали связывать с качеством питания, тут-то и выяснилось, что привычное таит много опасностей. На смену ему стали использовать экологически чистое , а в магазинах впервые появились товары с маркировкой “Organic”
Чтобы оценить преимущества экологически чистого хозяйства, сначала полезно заглянуть на обычную ферму.
Чтобы растения были более плодовитыми, крупными, используют генетические модификации, а почву от души удобряют химическими соединениями. Для защиты от вредителей будущий урожай опрыскивают пестицидами (в эту группу химических соединений входят всем известные гербициды – они уничтожают сорняки, инсектициды – защищают от насекомых, а также множество других веществ).
Эти химические соединения попадают в стволы, листья и плоды растений, а в конечном итоге, подсоленные по вкусу, оказываются в тарелке с вашим любимым супом.
Доказано, что у людей, которые работают с химическими удобрениями и пестицидами, повышается риск развития раковых заболеваний. Неудивительно, что все меньше потребителей хотят покупать продукты привычного земледелия.
Кроме того, генетики экспериментируют с генами человека, вживленными в растительные организмы. Такой урожай, хотя и будет большим, вряд ли окажется по вкусу многим покупателям. Заботливые родители, будущие мамы, пожилые люди все чаще выбирают продукцию Organic.
Такие растения выращены без использования генетических модификаций, пестицидов, гормонов и химических удобрений. Селекция экологически чистых растений проводится естественным путем, без внедрения чужеродных генов. В качестве удобрений применяют навоз и ограниченный список минеральных удобрений. Для уничтожения вредителей используют их естественных врагов, а для борьбы с сорняками – только неядовитые вещества.