Обогащение полезных ископаемых история и развитие

«Плавить
негодную руду вместе с годной

невыгодно.
Поскольку природа рождает

металлы
по большей части не в чистом виде,

а
в смешанном с землями, загустелыми
растворами

и
камнями, необходимо эти ископаемые по

возможности
отделить еще до плавки».

Георг
Агрикола, 1556 г.

Изучив
эту тему, вы будете иметь представление:

• о
  возникновении
  и развитии методов и процессов обогащения
  полезных ископаемых;

• об
  основном обогатительном оборудовании;

знать:

• основные
  исторические факты, даты, события и
  имена деятелей в области обогащения
  полезных ископаемых;

• первые
  печатные источники в области обогащения
  полезных ископаемых;

• исторические
  технологические термины, понятия.

Обогащение
полезных ископаемых
– это совокупность процессов первичной
обработки минерального сырья, в результате
которых происходит отделение всех
ценных минералов от пустой породы, а
также взаимное разделение ценных
минералов. Для этого используются
различия минералов по плотности,
магнитным, электрическим свойствам,
смачиваемости поверхности, способности
к люминесценции, коэффициенту трения
и др. Полученные в результате обогащения
продукты (концентраты) по своему качеству
удовлетворяют техническим и экономическим
требованиям последующих металлургических
или других видов переработки.

Традиционно считается,
что в процессе обогащения химический
состав и структура минералов не
изменяются, т. е. происходит «механическая»
обработка минерального сырья. Однако
процессы обогащения могут включать
операции, в результате которых такие
изменения могут происходить. К таким
операциям относятся магнетизирующий
обжиг перед магнитной сепарацией,
выщелачивание с последующей цементацией
и флотацией и др.

9.1. Возникновение отрасли

Первые приемы обогащения
полезных ископаемых связаны с
использованием каменного материала.
Человек уже знал, что твердый камень –
лучший материал для изготовления орудий
охоты, собирательства растительной
пищи и рыболовства. Однако вокруг в
большом количестве были и хрупкие,
ломкие камни, совершенно не пригодные
для этих целей. Нужный камень надо было
отобрать, отсортировать из всей груды
камней. Естественным разделительным
признаком для человека были внешние
свойства камней. Первобытным человеком
было замечено, что камни отличаются
цветом и блеском, Ручная сортировка
каменного материала по этим свойствам
положила начало обогащению полезных
ископаемых, процессам рудоразборки или
породовыборки. Несколько позже этот
способ применили для выделения медных
минералов – зеленого малахита и голубого
азурита, шедших на изготовление глазурных
масс для керамических изделий. Потом –
для выделения из груды камней крупных
самородков меди и золота, встречавшихся
в рыхлых отложениях, «россыпях».

Со
временем все крупные зерна золотых
самородков были выбраны и в песках
остались только зерна, размер которых
был слишком мал, чтобы собирать их
руками. Древнейший способ извлечения
мелких золотин заключался в промывке
золотоносного песка. Метод был изобретен
в Египте, примерно в 4000 г. до н. э. Песок
и гравий отмывали в проточной воде,
которая уносила легкие песчинки, а
тяжелые частицы и, тем более, самородки
золота оставались на промывочном
лотке –
первом обогатительном инструменте. При
сотрясательном движении тяжелые минералы
оседали на дно, легкая порода перемещалась,
отделяясь от тяжелых минералов. В этом
способе обогащения, называемом сегодня
гравитационным методом, используется
различие в плотностях золотых зерен и
песка. Функцию лотка первоначально
выполняла грубая ткань, что нашло
отражение в древнеегипетской иероглифике:
известный египтолог Лепсуис установил,
что первым иероглифом, обозначавшим у
египтян золото, был символически
изображенный кусок ткани, с которого
стекала вода.

Более двух тысячелетий
многие поколения золотоискателей
разрабатывали россыпное золото, склоняясь
над промывочными лотками с песком.
Постепенно они продвигались вверх по
реке Нил к истокам золотоносных песков,
встречая на своем пути все более богатые
месторождения. Техника извлечения
золота у египтян была настолько
совершенной, что, когда в Египте с 1902 по
1919 год было проведено опробование
древних отвалов, золота нигде не было
найдено. Не было обнаружено ни одной
россыпи, ни одного рудного месторождения,
которые не были бы полностью разработаны.
Извлечение золота из золотоносного
песка промывкой стало первой школой
извлечения полезных ископаемых из руд,
уроки из которой пригодились впоследствии
и для других руд.

С
VI
– V
тысячелетия до н. э. начинает развиваться
металлургическое производство меди. В
те далекие времена рудами считались
почти чистые скопления минералов, из
которых можно было выплавлять металлы
без предварительной подготовки. В
процессе добычи рабочие разбивали
каменными молотками глыбы руды на куски
и, руководствуясь внешними различиями
минералов, вручную
отбирали нужные камни. На этом этапе
развития горного дела и металлургии
рабочие выполняли одновременно роль и
горняков, и обогатителей, и металлургов.
С конца IV
тысячелетия возникает технология плавки
оловянной бронзы, что приводит к
увеличению потребностей в минеральном
сырье. Для получения меди и бронзы,
наряду с малахитом и бирюзой, стали
использовать медный колчедан или
халькопирит. В отличие от окисленных
руд медный колчедан содержит серу и
железо и обладает высокой крепостью.
Подготовка руды, состоящей из халькопирита,
к плавке заключалась в обжиге: ее
раскаляли, поддувая воздух. При этом
большая часть серы сгорала и улетучивалась
в виде газа. Нагревая и резко охлаждая
руду, уменьшали и ее прочность. Обломки
руды дробили молотами и кирками рядом
с местом добычи.

В
1900 г. до н. э. в долине Нила были открыты
коренные месторождения золота, в которых
ценный металл был вкраплен мельчайшими
зернами в кварце. Для того чтобы выделить
золото из такой руды, ее толкли в больших
каменных ступах до величины гороха,
после чего мололи в ручных мельницах
до мелкого порошка. В таком состоянии
частицы золота и кварца уже представляли
собой отдельные зерна, отделить которые
друг от друга можно было с помощью
промывки. К этому времени процесс стали
осуществлять на специальных промывочных
столах. Столы представляли собой
выровненные каменные плиты, установленные
под наклоном. На поверхности стола
имелись неглубокие параллельные канавки.
Подготовленный золотосодержащий песок
и воду подавали на верхний край стола.
Со временем подача воды на поверхность
стола стала осуществляться с помощью
«Архимедова винта». Стекая по каменной
поверхности, кварц и золото отделялись
друг от друга: в канавках задерживались
более тяжелые песчинки золота, а легкие
зерна кварца смывались с водой.
Периодически подачу руды прекращали,
для того чтобы собрать из канавок осевшее
золото. Способ добычи и обогащения
золота подробно описал греческий автор
Агатархид. Оригинальная рукопись не
сохранилась, но была полностью
процитирована римским историком Диодором
Сицилийским («Историческая библиотека»,
сер. I
в. до н. э.): «Сперва на широкой и слегка
наклонной каменной доске раскладывается
этот растертый в порошок камень, а затем
поливается водой и размешивается. Затем
его часть, содержащая землю, размытая
посредством влаги, течет по наклонной
доске вниз, а золото вследствие тяжести
остается на доске. Рабочие повторяют
эту операцию несколько раз, причем
слегка растирают вещество руками до
тех пор, пока на доске не остаются только
крупинки золота». Примитивное разделение
минералов на каменных столах стало
прообразом современного обогащения на
вибрирующих концентрационных столах.

В
качестве дробильных орудий начинают
использовать каменные молотки, а также
цилиндрические песты и терочники. Для
измельчения подбирались крупные камни
округлой формы (куранты), а также каменные
плиты. Для выделения рудных минералов
измельченную руду ссыпали в деревянные
корыта и промывали. На дне осаждались
куски тяжелой руды, а с водой выносились
более легкие частицы породы. Две
с половиной тысячи лет тому назад в
древней
Греции на Лаврийских рудниках в такой
же последовательности обогащали
свинцово-серебряную руду:
вручную
сортировали,
затем истирали и промывали водой. В
местах, где проходили добыча и обогащение
этих руд: Вади
Аббаса и Икита (Египет),
Бени-Шагул
(Эфиопия) – сохранились остатки
дробилок, мельниц и каменных столов.

В
Древней Колхиде был известен способ
обогащения золотоносного песка на
бараньей шкуре (рис. 9.1). Для этого шкуру
расстилали мехом вверх под нижним концом
деревянного желоба, по которому подавалась
вода. На шкуру засыпалась руда и начиналась
промывка. Тяжелые золотины застревали
в шерсти, а песок смывался водой. Затем
шкуры промывали в корыте и получали
остаток тяжелого
металла – шлих.
С историей этого метода обогащения
связана легенда о золотом руне. О способе
улавливания золота на животных шкурах
рассказывается в трудах греческих и
римских историков Геродота, Страбона,
Диодора, Плиния Старшего, Ктесия. У
Геродота (V
век до н. э.) встречается также описание
метода вылавливания золотинок из ила
перьями, смоченными в жире, к которым
избирательно прилипали золотые частицы.
В основе
«жирового» выделения золота лежит
различная способность этого металла
смачиваться жидкостями: хорошо – жиром
и плохо – водой.

На
эпоху расцвета Римской империи приходится
освоение новых способов извлечения
золота из руд. Первый способ заключался
в обрушении всей рудовмещающей породы
и промывке ее на горных склонах водой
из
водохранилищ, емкостью до 120 тыс. м3.
Из созданных таким образом техногенных
золотых россыпей извлекалось золото.
Второй способ осуществлялся с помощью
ртути. Около 2000 лет назад было обнаружено,
что ртуть способна смачивать собой
многие металлы и «вбирать» их в себя.
Если смешать золотоносный песок с
ртутью, то кварц – обычный спутник
золота, не растворяющийся в ртути, –
отдаст
золото, не изменившись сам. По
описанию Плиния Старшего («Естественная
история», I
век до н. э.) руду, содержащую золото,
дробили и смешивали с ртутью. Образовавшуюся
жидкую амальгаму отделяли от породы
сливанием либо фильтрацией через кожаный
(замшевый, хлопчатобумажный) фильтр.
Затем амальгаму нагревали и отделяли
золото и ртуть испарением. Метод
амальгамации был изобретен на Ближнем
Востоке (по другим источникам –
в Боснии,
в период правления императора Нерона,
37 – 68 гг. н.э.) и стал основным в Риме в
начале новой эры. Амальгамация используется
и сегодня, наряду с выщелачиванием
цианидами, сорбцией на ионообменных
смолах и электролизом. Первые
письменные упоминания о начальном этапе
становления обогатительных процессов
содержатся в книге Лукреция Кара Тита
«Природа» (50 г. до н. э.).