- •История горного дела
- •Аннотация
- •Содержание
- •Глава I. Горное дело: основные этапы развития 9
- •Тема 1. Горное дело и его роль в развитии человечества 9
- •Введение
- •Введение
- •Глава I. Горное дело: основные этапы развития тема 1. Горное дело и его роль в развитии человечества
- •1.1. Роль полезных ископаемых в жизни человека
- •1.2. Горное производство – определяющий фактор материальных ресурсов общества и сфера реализации технических достижений
- •1.3. Виды и масштабы горных работ в стране и мире
- •1.4. Влияние человека на земную кору
- •1.5. Особенности состояния и направления развития минерально-сырьевой базы России
- •Тесты самоконтроля № 1
- •Тема 2. Геологическая и технологическая история земли
- •2.1. Формирование Солнечной системы и планеты Земля
- •2.2. Строение Земли и методы ее изучения
- •2.3. Геологическая история Земли
- •2.4. История развития человека
- •Тесты самоконтроля № 2
- •99,9% Общей массы Солнечной системы составляют:
- •Тема 3. Эпоха горных орудий
- •3.1. Каменный век
- •Колесо и повозка
- •Изобретение рукоятки
- •3.2. Медно-каменный век
- •3.3. Эпоха бронзы
- •3.4. Ранний железный век
- •3.5. Горное дело античности
- •3.6. Горное дело средневековья и эпохи Возрождения
- •Великий инженер и живописец Леонардо да Винчи
- •Тесты самоконтроля № 3
- •Тема 4. Эпоха горных машин
- •4.1. Первые горные машины (средние века)
- •4.2. Использование энергии воды, ветра, пара и связанных с ними механизмов в технологических процессах
- •Изобретение паровой машины
- •4.3. Развитие горной техники в период промышленного переворота (конец XVIII – начало XIX вв.)
- •4.4. Развитие горной техники в период империализма (конец XIX – начало XX вв.)
- •Тесты самоконтроля № 4
- •Укажите основные научные теории горного дела в период капитализма:
- •Тема 5. Агрикола – ученый-энциклопедист
- •5.1. Георгий Агрикола – передовой ученый XVI века
- •5.2. «De re metallica» – первая энциклопедия горного дела
- •Глава II. Горное дело в России и на урале тема 6. Развитие горного дела в россии
- •6.1. Археологические сведения о горном производстве в России
- •6.2. Начало горнозаводского дела в России
- •6. 3. Реформы горнорудного дела Петра I
- •6.4. Горнорудное дело России в XIX и начале XX вв.
- •6.5. Горно-промышленный пролетариат России XIX – начала XX вв.
- •6.6. Горное образование в России
- •6.7. Развитие горного дела в России и ссср в советский период
- •Тема 7. Вклад м. В. Ломоносова в развитие горного дела
- •7.1. Ломоносов м. В. – передовой ученый XVIII века
- •7.2. Роль м. В. Ломоносова в развитии горного дела
- •7.3. Философские взгляды м. В. Ломоносова
- •Тема 8. История горного дела на урале
- •8.1. Археологические сведения об истории горного дела на Урале
- •8.2. Горное дело на Урале XV–XVII вв.
- •Строгановы
- •8.3. Горное дело на Урале в хviii веке
- •Уральские горнозаводчики Демидовы
- •Татищев Василий Никитич
- •8.4. Горное дело на Урале хiх–начала хх вв
- •«Золотая лихорадка»
- •8.5. Горное дело на Урале в советский период
- •Глава III. История развития отраслей горного дела тема 9. История развития обогащения полезных ископаемых
- •9.1. Возникновение отрасли
- •9.2. Обогащение полезных ископаемых в эпохи Средневековья и Возрождения
- •Лященко Петр Владимирович
- •9.3. Состояние обогащения в период промышленного переворота
- •9. 4. Развитие обогащения в конце XIX–начале XX вв.
- •9.5. Развитие обогащения в России
- •Тесты самоконтроля № 9
Глава III. История развития отраслей горного дела тема 9. История развития обогащения полезных ископаемых
«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.
Рисунок 9.1. Промывка золотоносного песка на бараньей шкуре |
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.).