порода, и уголь черпается из карьера в вагоны прямо ковшом экскаватора. Это самый дешевый и производительный способ добычи угля. В нашей стране таким образом разрабатываются угли в Экибастузе, на Канско-Ачинском топливно-энергетическом комплексе (КАТЭК), частично в Кузбассе и на других месторождениях.

На десятки километров раскинулось крупнейшее месторождение угля — Экибастузское — в Казахстане. На его базе создается энергетический комплекс, в который войдут пять ГРЭС суммарной мощностью 20 млн кВт электроэнергии. Уже шагнули в степь опоры самой большой линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ. Протяженность сверхдальней ЛЭП будет 2415 километров. Электромост перешагнул на своем пути сотни рек, горы Урала; мачты-гиганты высотой 42 м понесли ток Экибастуза в центральную часть России. Экибастузские ГРЭС уже дают промышленный ток.

Угольщики Экибастуза питают топливом 20 электростанций Казахстана, Урала и. Сибири. Ежегодно они отгружают более 70 млн т дешевого угля. Строительство разреза «Богатырь» было начато в 1975 г. А сейчас там каждую минуту добывают более 100 т угля, 54 млн т в год поднимают на-гора. В разрезе «Богатырь» работает современная техника: роторные экскаваторы производительностью от 2 тыс. до 5 тыс. т угля в час. Близок день, когда угольщики Экибастуза добудут миллиардную тонну со дня разработки месторождения.

Горняки Экибастуза были первыми, кому пришлось осваивать эту мощную технику.

Сейчас набирает силу КАТЭК — здесь добывается 50 млн т угля в год. Мощность угольного разреза такова, что в перспективе возможно добывать до 1 млрд т/год самого доступного, дешевого и малосернистого угля. Правда, он обладает высокой зольностью и перевозки его нецелесообразны: он должен перерабатываться на месте.

В Донецком, Воркутинском бассейнах и некоторых других уголь добывается подземным способом. Шахты уходят в глубь Земли на километр и более. Здесь применяются автоматизированные проходческие комплексы, включающие угольные комбайны, которые врубаются в угольный пласт, собирают и грузят уголь в вагонетки. Несмотря на это, производительность труда на шахтах втрое меньше, чем на карьерах. Поэтому сейчас все шире внедряется метод гидродобычи, при котором уголь размывается гидромониторами и в виде суспензии по трубам подается на поверхность. Здесь происходит обогащение и переработка угля.

Урожай гравитационного поля

Пласты угля в Земле в значительной степени перемешаны со сланцевыми, глинистыми и другими породами. Кроме того, в процессе добычи в уголь попадает порода из оконтуривающих угольный пласт слоев — лежачего и висячего боков. Эти бесполезные примеси целесообразно удалить до попадания угля в топку, да и перевозить их нет смысла. Эта так называемая внешняя зольность может быть отделена методами обогащения полезных ископаемых в отличие от внутренней зольности, связанной с самим угольным веществом аналогично золе, остающейся после сгорания древесины.

Плотность угля составляет 1,2–1,35 г/см3, а вмещающих горных пород — 1,8–2. На этом различии основано их разделение в гравитационном поле. Разница в плотности здесь значительно меньше, чем у золота и вмещающих пород, поэтому и гравитационные аппараты для обогащения углей более сложны. Существует множество механических способов разделения минералов по плотности, объединяемых названием «гравитационное обогащение полезных ископаемых». В качестве среды гравитационного поля используются вода, воздух, тяжелые жидкости, суспензии, жидкий электролит, помещенный в скрещенные электрическое и магнитное поля. Среды характеризуются реологическими параметрами: плотностью, вязкостью, предельным сопротивлением сдвигу, устойчивостью и др. Свойства среды оказывают влияние на скорость перемещения разделяемых частиц и эффективность разделения.

Условно минералы делят на три группы: легкие (до 3 г/см3), куда входит и уголь, средние (3–4 г/см3) и тяжелые (более 4 г/см3). Плотность минералов зависит от химического состава и типа кристаллической структуры. В последнюю группу входят, как правило, минералы, содержащие тяжелые металлы. Наибольшая плотность у самородных элементов — золота, серебра и минералов группы платины.

По закону Архимеда на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Но минералов легче воды не существует. Известны некоторые растворы и жидкости с высокой плотностью, например хлорэтан (1,58), бромоформ (2,9), тетрабромэтан (3), ртуть (13,6). Но применение этих жидкостей в больших масштабах обходится дорого. Есть другой способ создания тяжелой среды для разделения минералов — получение суспензий.

Тонкоизмельченный порошок какого-либо тяжелого вещества, например ферросилиция, минералов галенита, магнетита, пирита или барита, размешивают в воде. При достаточной степени измельчения порошок оседает не сразу, а долгое время находится во взвешенном состоянии. Взвесь тем устойчивее, чем больше тонких частиц находится в ней.

Если вынуть из воды твердое тело, оно будет мокрым, т. е. на его поверхности остается тонкая пленка воды, потому что между молекулами воды и поверхностью твердого тела существует взаимодействие, сцепление более прочное, чем между молекулами воды. Благодаря этому взаимодействию вода образует как бы оболочку вокруг каждой твердой частицы, попавшей в нее. Эта оболочка, более плотная, чем остальной объем воды, обладает повышенной вязкостью, так как сцепление молекул воды в пей увеличивается под влиянием твердого тела, вернее его энергетического поля. Когда твердых частичек в воде много и толщина водных пленок на них близка к расстоянию между частичками, вся вода связана в эти плотные поверхностные пленки. Вязкость воды сильно возрастает, она препятствует быстрому оседанию тонких частиц суспензии. Суспензия становится устойчивой. В ней тонут только очень крупные и тяжелые по сравнению с суспензированным порошком частицы.

Плотность такой суспензии — величина промежуточная между плотностями воды и порошка. Можно приготовить достаточно устойчивую суспензию с плотностью 3 г/см3 и выше, что вполне достаточно для разделения многих минералов. Частицы разделяемых минералов должны быть крупнее, чем частицы, из которых приготовлена суспензия.

Сепаратор для разделения в суспензии представляет собой конусообразный сосуд с мешалкой, в который непрерывно поступают суспензия и руда. С поверхности суспензии сгребаются всплывшие, а со дна конуса удаляются потонувшие куски. Теперь остается только отмыть куски руды от налипших частиц суспензии. Это легко сделать, так как они имеют различные размеры и могут быть разделены на грохотах. Магнетит и ферросилиций можно отделить электромагнитом. Из отмытых частиц снова приготовляется суспензия, так что она почти не расходуется в процессе обогащения.

Схема обогащения с тяжелых суспензиях

Обогащение в тяжелых суспензиях широко применяется при переработке дешевых полезных ископаемых (угля, стройматериалов, фосфоритов и руд черных металлов) или бедного сырья (руд цветных и редких металлов). Основные преимущества метода заключаются в способности эффективно перерабатывать исходное сырье крупностью от 2–5