而且回收技术各不相同

2019-03-02 04:08

目前的工科院校也都设有人文教育课程。但遗憾的事专业教育与人文教育能够结合起来进行的人文教育课程微乎其微。大部分还都在各行其道。似乎加入一些诗歌、小说、道家文化、甚至茶道花道这样的选修课就算是人文教育了。实际上,工科学校学生最需要的人文教育是科学技术哲学、工程哲学,尤其是工程价值论。这些内容虽然在他们的公共课自然辩证法概论中也零星涉及,但18个学时又是自然观、科学技术观、又是科学技术方法论、科学技术社会论等等,根本不可能有时间真正展开讲。况且其中还有三个学时是用来考试。很多学校都是5次课就讲完了,很难想象能够向学生讲清楚科学技术的应用到底给人类带来了什么?如何理解科学技术是一把双刃剑?如何才能更好地利用科学技术为人类服务?工程主体与客体的关系如何?如何正确看待工程主体与客体社会历史的统一?例如,小矿问题。到2005年底,我国共有各类矿山12.67万个,其中大矿3279个,中型矿4338个,小矿11.9万个。小矿占到全国矿山总数的93.94%。为国家提供了52.67%的固体矿石量,完成了49.49%的工业产值,解决了500余万人就业问题。但长期以来,我国对于小矿的政策弹性大,稳定性差,鼓励不足,限制有余;管理体制复杂,管理权限模糊;监管手段单一、开采效率低下。由于缺乏技术和管理,矿难问题、污染问题也日益突出。几十年来,整治工作从未间断,小矿开采屡禁屡开。一面是大量矿业专业的大学生因找不到工作而转行,一面是小矿因缺乏技术力量等原因被关闭,如果对于矿山专业人员在学习专业技术知识的同时进行针对性人文教育,唤起他们的同情心和服务社会的意识,加之制定恰当的小矿服务政策,必然能够使得弱势群体脱贫和零散资源利用实现双赢。增长仅仅是物质的扩大,一国经济增长如果不能缓解不平等、失业和贫困,就不能叫发展。再看开采后矿区占地的复垦问题。工业革命以来,科学技术力量使得人类生活发生了翻天覆地的变化。与此同时,环境也受到了严重的破坏。早在第一次工业革命时期,当时的一个英国工程师在形容英格兰西部地区冶铁业的情形时说,整个地球好像从里往外翻,它的内脏全部都被挖出来扔得到处都是。西方文明从根子上就认为人是万物的尺度。在西方人眼里,人“天生”就是其他存在物的目的。基督教认为上帝创造了世界,最后按照自己的样子又创造了人,并且要赋予人管理这个世界的权利。中世纪的托马斯阿奎那明确宣称,在自然存在物中,人是最完美的存在物,上帝为了人本身的缘故而给人提供神恩。上帝虽然也给其他存在物提供神恩,但这仅仅是为了人类的福祉。到了近代,笛卡尔把人有灵魂、康德把人有理性作为的核心依据,继续倡扬人类中心主义。而现代人类中心主义在此基础上继续以人有理性为由,给人自在地就是一种目的的特权,提出人是所有价值的源泉,道德规范只是调节人与人之间关系的行为准则,它所关心的只是人的福利。16世纪以来,西方人高扬理性主义的旗帜一路高歌猛进。以近代科技为利器,向自然开战,征服自然,改造自然,取得了卓有成效的成就,人类中心主义得到了淋漓尽致的发扬。中国古代则不然。在中国人眼里,“天地与我并生万物与我齐一”,“万物各得其和以生,各得其养以成,不见其事,而见其功”尽管现代科学已经高度发达,但对于大自然中生命之间的联系依然了解不多。“生物圈2号”实验的失败就足以证明了这一点。它的失败让我们不得不从内心里敬畏自然,尊重天人合一的自然观。按照这种天人合一的自然观,大自然是有生命的。人体是一个有机体,大自然也是一个有机体。对于人体而言,牵一发而动全身。对于大地而言,开膛破肚后也需要进可能地“缝合”。今天尽管我们也在努力在矿山工程中实现生态补偿。我国2004年11月就有约2亿亩左右的土地被废弃,约占耕地总面积的10%以上,而复垦率不到12%,比发达国家低50多个百分点。而且复垦质量也远不如国外。大工程观要求把工程实践看做一个受多种因素制约的复杂的运作体系,一项具有社会性、综合性和整体性的生产活动来加以思考。如果将人文主义教育与具体工程实践相结合,才能内化到学生的认知结构中,更容易在工程实践中付出努力。无论是小矿问题还是复垦问题,在工程实践中,在“为”与不“为”之间有着很大的弹性空间。因为复杂的客观现实往往可以让人找出许许多多的理由“不为”。成功的人文教育可以促使从业人员以大工程观为指导,心怀对自然的敬畏之情,想方设法呵护自然。如,生态恢复可以和地方经济、社会发展产业结构调整等的结合;生态补偿也可以实现国家补偿、矿山企业等收益者补偿、社会补偿相结合的方式。而社会补偿又可整合全社会的力量,采取多渠道的形式。如成立矿区生态补偿基金组织、民间环保社团、ngo,通过政策补偿、资金补偿(优惠信贷、减免税收)、实物补偿(劳动力、土地等)。总之,针对性人文教育为大工程背景下现代矿业工程教育重要内容之三。

就像建立大学城是为了实现教学资源共享一样,建立工业生态园区是为了实现物质循环和能量循环,最大可能地减少浪费,节约资源和能源。矿石在冶炼过程中也存在着能量循环和物质循环利用问题。以钢铁冶炼为例。煤炭炼钢过程中煤炭燃烧过程中产生焦炭、煤气和1000度的余热,矿石在烧结过程中会产生800度的烧结矿余热。接下来的炼铁过程将产生1500度的高炉渣和煤气。再接下来的炼钢过程中也会产生煤气及1400度的余热。最后的轧钢过程也产生1000度的余热,加热炉还有800度的余热。这里第一用到了煤气回收净化技术。将三种煤气回收起来后通过化工的办法进行除尘净化后,可供钢厂周边的居民的煤气使用。剩余部分还可以用来发电。第二用到了余热的回收利用技术。而且回收技术各不相同。焦化过程中的余热回收利用的是利用惰性气体换热的cdq技术。加热炉800度的余热可以通燃烧过程需要的空气换热。用来预热空气,是空气升温至500度。这样可以节约大量燃料。目前钢铁企业利用预热所发的电可以满足企业内部的用电需求。这里面还不算1500度的高温炉渣里面所含的余热。因为至今还没有解决这部分余热利用的技术问题。可见只是有想法没有技术还是妄谈。过去1000度的余热就可以发电,现在的技术70度便可用来发电。能量循环的关键靠技术。炉渣和余热可以用来生产建筑材料。煤炭在焦化的过程伴生有大量的其它化工原料,煤气和余热以及电力可以用来生产化工产品。钢材还可以经过机械浅加工后再行出厂。所有这些技术都可以作为以矿业工程为王牌专业的工科院校的配套专业。这种发展过程本身就体现了大工程的概念。“大工程观不是指工程规模本身的大,而是指为大型复杂工程提供理论支撑的科学基础知识系统范围的大,涉及各方面学科的交叉与融合,远远突破工程科学知识本身的范围”。矿山水污染问题如果在地球系统科学、生态学、环境科学,则有远比食物链污染更为深远的意义。生态学帮助我们站在人类和物理环境、生物环境、社会环境相互关系的高度,理解人类矿业活动对自然界的影响以及自然环境改变对人类社会发展的作用。环境科学有助于我们站在环境的各组成部分在有机体迁移、转化、积累中的运动规律的高度理解矿业在自然界产生的水体污染的危害性。了解矿山废水在自环境中的物理、化学变化过程,分析水污染在自然环境中迁移的机理以及进人人体后的各种效应,像致畸效应、致突变效应、致癌效应,真正理解为制定各项环境标准、控制污染物的排放量提供的管理法规。而地球系统科学则帮助我们明白,地球是由大气圈、水圈、陆圈和生物圈(包括人类)组成的有机整体以及这些系统之间的相互联系、相互作用的运转机制,懂得地球系统变化的规律和控制这些变化的机理,理解人类矿业生产造成的污染对地球系统间的物理的、化学的和生物的过程,认识现状和过去,预见未来。从这三个学科看采矿业与环境污染问题,都会给矿业专业的学生以高远的眼界和整体性思维方式。有这些学科基础,才会从地球上淡水资源的来源与分配,现代工程的飞速发展带来的水资源危机,水生态系统遭到破坏对于容纳和分解水中污染物的能力的影响等方面来理解矿山废水问题。这些学科都可以作为矿业工程的辅助专业,结合矿业工程进行教学与科研。此为大工程背景下现代矿业工程教育重要内容之三。

矿山工程以最通俗的语言讲,就是给大地开膛破肚,挖掘埋藏在地下的矿石进行加工提炼,最后得到对经济发展有用的材料或能源。我们单就采矿和选矿过程就能清楚地看到,矿山工程涉及自然环境方方面面。洞采过程中,尤其是水力采煤、水沙充填采矿法采矿过程中产生的大量废水中富含镉、砷、汞、铅、铜、镍、锌和有剧毒的氰化物。像各类捕收剂和起泡剂这样的表面活性物质的大量使用对环境危害很多时候是不可逆的。地下的有害气体、液体释放出来,在对矿石进行剥离和选择过程中有产生大量有害废水。在采掘生产地点、选矿厂、尾矿坝、排土场以及生活区等地点产生大量废水。如果处理不当,这些有害水体就会随着地表水和地下水进入土壤水循环。地表的生态环境,引发气候条件的变化和洪水、干旱等自然灾害,直接或间接,显性或隐性地破坏了生物多样性。大型金属露天矿穿孔设备所采用的牙轮钻机,在风流的作用下,可污染大片露天矿作业区。矿石在被破碎、钻孔、碾磨、运输、爆破过程中形成的气溶胶状态污染物悬浮在气体介质中对人体的危害极大。这就要求矿山工程从业人员不仅有矿山开采、选矿、炼矿的专业知识与技术,环境生态学的知识,能够给大地尽可能小的“创伤面”,尽可能少的有害水体扩散,尽可能地按照食物链原理、养分循环原理和生物与环境的协同进化原理等生态学原理给予矿区科学的生态补偿。这是矿山工程能力不断增强,开采规模不断扩大,人类环境意识增强遇到的越来越严重的问题。此外,矿山工程之所遇到的法律问题(如土地征用、环境保护等)、医学问题(如矿井之辐射物、热害、噪声等对人体的危害与保健)都需要既要懂得矿业工程本身,又要懂得法律学或医学等系统的专业知识。这些都是人们法律意识不断增强、生命伦理意识不断被唤醒的必然要求。像这样把工程放在人与自然的关系中和工程与与社会的关系中来看待就是大工程观。传统的矿山专业的人才培养模式很难满足现代矿山工程对人才的要求。需要顺应时代要求,培养一定比例的复合型人才满足矿山工程实践的需求,在目前传统培养模式下培养出来的矿山专业人才已经饱和的就业形势下,真正需要的人才很难找,大量的传统模式下培养的学生就业难。转换培养模式是必由之路。而在这转换中,复合型人才培养是大工程观视野下矿业人才教育的一个重要内容。此为大工程背景下现代矿业工程教育重要内容之一。

2000年的前后的几年,大工程观还处于从西方被简要地介绍到我国的阶段。较为系统的介绍是在2004年。之后大工程观在我国的研究与实践逐渐有所开展。用力最著者首推江苏工业学院和广东石油化工学院。2011年广东石油化工学院的研究者们以文本为依据,将大工程观在我国的研究现状,进行了较为全面的综述。目前,我国学界一方面在不断介绍大工程观在美国、德国、日本的发展情况,另一方面努力倡导、尝试大工程观教育。经过十多年来的努力,学者们就大工程观的产生和发展、大工程观的本质与内涵、大工程教育观的目标、大工程观与课程体系建设、大工程观与课程教学、大工程观与办学特色等方面展开了不同深度的讨论。目前,大工程已经走过了思想观念的介绍普及阶段,成为我国工程教育界普遍接受的理念,并有不少学者在我国工程教育改革方面作了初步的探索。这些探索集中在办学特色、教学体系改革和课程改革、工程实践环节的探索、特色办学等方面。此外还有对教学模式改革的研讨,涉及到的学科范围不仅有建筑给排水工程、化工工程这样应用学科,还有普通物理、基础化学、量子力学、数学等基础学科。本文是在前人研究的基础上,聚焦矿业工程,专题论述大工程视野下矿业工程教育的三个重要内容: