до 300 мм, а иногда даже до 1200 мм при высокой производительности (до 600—1000 т/ч) с получением отвального продукта, содержащего незначительное количество ценных компонентов, а также в возможности разделения сырья на продукты при незначительной разности в плотности (±0,003 г/см3). Кроме того, этот метод обогащения дешев, требует незначительных расходов электроэнергии, воды, утяжелителя и небольшой численности обслуживающего персонала; процесс легко поддается автоматизации. Основным недостатком этого метода является необходимость отмывки исходного материала от глинистых частиц.

В качестве утяжелителя обычно используется гранулированный ферросилиций, магнетит или его смесь с ферросилицием, реже барит, пирит, песок, а также другие компоненты. Плотность суспензий регулируется автоматически.

В тяжелой суспензии обогащается прежде всего уголь, имеющий меньшую плотность (1,4) по сравнению с сопровождающим его сланцем (2,0) и пиритом (5,0).

Свинцовые руды, содержащие крупные вкрапления тяжелого свинцового блеска (галенита), могут обогащаться в тяжелой суспензии, приготовленной из того же тонкоизмельченного галенита. В тяжелых суспензиях могут обогащаться и многие другие руды, например вольфрамовые, оловянные, железные, марганцевые, свинцово-цинковые, медные, флюоритовые.

Применение суспензий позволяет выделить сразу, на первой стадии обогащения, большую часть пустой породы, что важно при высокопроизводительной, валовой добыче полезных ископаемых. Процесс обогащения в тяжелых суспензиях получает все большее распространение. Появились усовершенствованные аппараты, сочетающие процесс разделения в суспензии с разделением под действием центробежных сил в гидроциклоне. При этом увеличивают различие в массе частиц разделяемых минералов и разделение проходит более эффективно.

На основе современной физико-химической механики разработана теория нового метода повышения эффективности разделения в дисперсных системах с помощью низкочастотной вибрации. На углеобогатительных фабриках это позволило повысить производительность тяжелосредных сепараторов и снизить содержание золы в концентратах.

Существуют и другие, более универсальные способы разделения минералов по плотности. Наиболее распространен процесс, называемый отсадкой, в котором попеременно используются подвижность легких частиц и большая скорость падения в водной среде тяжелых минералов.

Отсадочная машина

В отсадочной машине у поверхности воды имеется подстилка — лежащий на решете слой крупных частиц магнетита или другого минерала с промежуточной для разделяемых минералов плотностью. Эта подстилка называется «постелью». Бывают также отсадочные машины о решетом без постели.

В первой стадии цикла отсадки восходящая струя воды успевает только взрыхлить слой постели и чуть приподнять легкие минералы. Затем восходящая струя сменяется нисходящей. В этот момент вниз через постель и решетку устремляются тяжелые минералы. При этом нижние частицы успевают проскочить под решетку. Их место занимают частицы, лежавшие повыше. За ними следуют легкие минералы, но они не успевают проникнуть глубоко в постель: новый восходящий поток воды снова подбрасывает их над постелью и они смываются боковой струей воды, вместе с которой поступает на отсадку свежая руда. Слив отсадочной машины — легкий продукт, т. е. обогащенный уголь. В случае обогащения руд, наоборот, тяжелый концентрат собирается на дне отсадочного конуса. Он накапливается при каждом импульсе. Постель служит своеобразным клапаном, пропускающим тяжелые и задерживающим легкие минералы.

Быстро и тяжело «дышит» отсадочная машина. Частички руды, подпрыгивая в постели, постепенно перемещаются к разгрузочному концу. Секрет пульсаций несложен. В боковой стенке камеры машины имеется диафрагма или поршни, попеременно сжимающие воду в камере и втягивающие ее обратно. Чем чаще пульсации, тем более тонкие частицы минералов можно подвергать отсадке. Для разделения частиц крупностью меньше 1 мм число импульсов должно достигать 3000 в минуту.

В некоторых отсадочных машинах под слоем воды качается само решето: поднимаясь, оно создает нисходящий, а опускаясь — восходящий поток воды. На этом принципе основана и самая примитивная отсадка — промывка на решете: его, наполнив измельченной рудой, встряхивали в бочке с водой.

Отсадка — самый распространенный и эффективный метод гравитационного обогащения. Одна из последних моделей отсадочной машины ОМ-24 имеет площадь постели 24 м2 и может перерабатывать 400–650 т угля в час.

Частицы размером менее 1 мм уже не могут обогащаться гравитационными методами. Земное притяжение для таких частиц слишком незначительно, и они очень медленно опускаются в водной среде. Здесь вступают в действие другие силы — поверхностные, власть которых увеличивается с уменьшением размеров частиц и, следовательно, с увеличением их удельной поверхности (приходящейся на единицу массы).

Обогащение в струе воды по плотности было известно давно. Промывка в желобах, на шлюзах из бараньих шкур, отсадка на решете — все эти способы мало изменялись на протяжении более чем тысячелетнего существования, вплоть до XIX в.

Когда проблема обогащения руд стала весьма актуальной, начали искать научное объяснение и пути совершенствования этих процессов. Француз Пернолэ в 1851 г. открыл законы падения рудных частиц в воде. Затем Борн описал их движения в восходящей струе воды. Узатис, Иордан, Спара, Риттингер, Ричардс, а за ними советские ученые Г. О. Чечотт и П. В. Лященко создали научные основы гравитационного обогащения полезных ископаемых.

В 50—60-х годах были проведены фундаментальные работы, основанные на принципах классической механики, по изучению процессов отсадки и других гравитационных методов обогащения (И. М. Верховский, В. И. Классен, Н. Н. Виноградов, Э. Э. Рафалес-Ламарка, Б. В. Кизевальтер, В. Н. Шохин, Г. Д. Краснов и др.). Зарождение процесса обогащения в тяжелых средах связано с именем Е. А. Слепцова, предложившего его в 1926 г. применительно к углю.

В последние годы заметно расширилась область применения гравитационных методов обогащения и увеличилась номенклатура используемого оборудования. Гравитационный процесс — основной для обогащения угля. Многие руды редких и драгоценных металлов успешно обогащаются гравитационными методами. Эти методы, как более дешевые, применяют для предварительной концентрации полезного ископаемого в цветной металлургии и при обогащении горно-химического сырья.

Судьба золушки

При всей необходимости, полезности и эффективности угля необходимо отметить один существенный его недостаток: это одно из самых «грязных» в экологическом смысле полезных ископаемых. Угольные карьеры, романтически названные в одной популярной брошюре как «недра, открытые солнцу», представляют собой многокилометровые язвы на теле Земли, как и отвалы вскрышных пород, образующие пресловутые терриконы. Но это еще полбеды.

Отходы обогащения (хвостохранилища) и сжигания угля (золоотвалы) представляют собой пылящие, смердящие и самовозгорающиеся участки, на которых ничто не растет и никто не живет. Кроме того, при сгорании угля в атмосферу выбрасывается значительное количество окислов углерода, серы, азота, всего 0,5 т пылегазовых выбросов с каждой тонны угля. А добыча всего 1 т угля дает свыше 3 т отходов.

В последние годы перед угольной и топливно-энергетической отраслями промышленности остро встали вопросы создания безотходных технологий: рекультивации отвалов, утилизации хвостов обогащения и золы,