Обогащение полезных ископаемых

ОБОГАЩЕНИЕ 
ПОЛЕЗНЫХ 
ИСКОПАЕМЫХ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

К.И. ЛУКИНА
В.П. ЯКУШКИН
А.Н. МУКЛАКОВА

Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации 
по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия 
для студентов вузов, обучающихся по специальностям 21.05.04 «Горное дело» 
и 21.05.05 «Физические процессы горного или нефтегазового производства»
(квалификация «горный инженер»)

Москва
ИНФРА-М
2020

УДК 622(075.8)
ББК 33.4
 
Л84

Лукина К.И.
Обогащение полезных ископаемых : учебное пособие / К.И. Лукина, В. П. Якушкин, А. Н. Муклакова. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 
224 с. — (Высшее образование: Специалитет).

ISBN 978-5-16-010748-6 (print)
ISBN 978-5-16-102754-7 (online)

Учебное пособие написано авторским коллективом кафедры горного 
дела  Московского государственного машиностроительного университета 
(МАМИ)  в соответствии с учебным планом по заочному обучению.
Представлены сведения о минеральном сырье, показателях обогащения. 
Приводятся характеристики процессов обогащения, технологии переработки, применяемое оборудование и его расчет.
Пособие по дисциплине «Обогащение полезных ископаемых» предназначено для студентов специальности 21.05.04 «Горное дело». Также может 
быть использовано специалистами, работающими в области переработки 
минерального сырья.

УДК 622(075.8)
 
ББК 33.4

Рецензенты:
Б.И. Линев, д-р техн. наук, генеральный директор Института обогащения 
твердого топлива;
Б.Е. Горячев, д-р техн. наук, профессор кафедры «Обогащение и переработка 
полезных ископаемых и техногенного сырья» Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»;
Н.К. Андросова, канд. геол.-минерал. наук, профессор кафедры «Геология и 
гидрогеология» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ)

Л84

ISBN 978-5-16-010748-6 (print)
ISBN 978-5-16-102754-7 (online)
© 
Лукина К.И., Якушкин В.П., 
Муклакова А. Н., 2016

Введение

Обогащение полезных ископаемых предполагает комплексное 
использование минерального сырья и повышение технологических 
показателей. Особое внимание при этом уделяется качеству выпускаемой продукции, а также охране окружающей среды. 
Бурное развитие техники обусловило рост добычи полезных ископаемых. Но добытые полезные ископаемые, как правило, бедны ценными компонентами и не могут быть непосредственно использованы 
потребителями с достаточной эффективностью. Поэтому полезные 
ископаемые подвергаются обогащению, основной задачей которого 
является отделение ценных компонентов от так называемой пустой 
породы и вредных примесей.
Объектами изучения могут быть: процессы обогащения, машины, 
использование оборотной воды, очистка сточных вод, исследование 
руды на обогатимость и т.д.
При совершенствовании технологии переработки минерального 
сырья основными направлениями являются следующие.
1. Подготовка руд к обогащению. Технологические показатели при 
обогащении полезных ископаемых во многом определяются подготовительными операциями, связанными с раскрытием минеральных 
зерен и крупностью частиц. Перспективными являются самоизмельчение руд и рудно-галечное измельчение. Целесообразно применение 
предварительной концентрации извлекаемых компонентов, например, 
методом обогащения руд в тяжелых суспензиях.
2. Гравитационное обогащение. Известно, что гравитационными 
методами обогащается более 50% всего горнорудного сырья. Перспективно применение тяжелых сред в статическом и динамическом 
условиях. В тяжелых суспензиях обогащаются угли, строительные 
материалы, фосфориты, руды черных и цветных металлов.
3. Флотационное обогащение. Методом флотации извлекается 
около 100 минералов. Обогащается более 90% руды цветных металлов и других полезных ископаемых. Осваиваются новые виды флотации: вакуумная, электрофлотация, пенная сепарация и др. Основная тенденция совершенствования флотации — увеличение верхнего 
предела крупности обогащаемого минерального сырья и повышение 
селективности. Исследуются: предварительная обработка материалов 
реагентами, место их подачи; электрохимическое окисление; раздельное кондиционирование песков и шламов, а также их обогащение. 
Перспективна межцикловая флотация.
Существенные изменения наметились в области конструирования 
флотационных машин, воздействия на обработку пульпы. Так, пред

ставляют интерес флотационные машины вакуумной и флокулярной 
флотации, струйного аэрирования. Совершенствуются конструктивные элементы флотационных машин: форма камер, импеллеры, пеносъем, привод и т.д. Изучаются свойства жидкой фазы и прежде всего 
наличие остаточной концентрации реагентов, что позволяет оптимизировать их расход при автоматической подаче в процесс.
4. Магнитная и электрическая сепарации. Магнитная сепарация 
находит широкое применение при обогащении магнетитовых руд и при 
разделении коллективных гравитационных концентратов. В большинстве случаев применяют мокрые процессы измельчения и обогащения 
полезных ископаемых. Однако эффективно и предварительное сухое 
обогащение руд. 
Выделяют такие направления магнитной сепарации: увеличение 
разделяющих сил (магнитной и центробежной); повышение напряженности поля; нейтрализация поверхностных сил, вызывающих адгезионную флокуляцию, и др. Осваивается конструирование новых, 
более эффективных сепараторов.
5. Электрические методы обогащения используются самостоятельно, например для обогащения редкометалльных песков, а также 
в комбинации с магнитным, обжигмагнитным и другими методами. 
В первой главе даны сведения о минеральном сырье, показателях 
обогащения. В остальных главах приводятся характеристики процессов обогащения, технологии переработки, применяемое оборудование 
и его расчет.
Целью учебного пособия является формирование у обучающихся 
знаний о процессах обогащения полезных ископаемых. В процессе 
изучения студенты должны освоить теоретические основы процессов 
обогащения, конструкции применяемого оборудования и методики 
расчета технологических схем.
При освоении дисциплины обучающийся должен демонстрировать 
результаты образования, базирующиеся на знании:
• методов гранулометрического анализа минерального сырья (ПК-7, 
-10, ПКС-6-1);
• влияния различных факторов на процесс грохочения (ПК-6, -10);
• теории процесса дробления, устройства и принципа работы применяемого оборудования (ПК-7, ПКС-6-4); 
• конструктивных особенностей, принципа работы мельниц различных типов (ПК-7, -10 ПКС-6-4);
• технологии процессов дробления, грохочения и измельчения 
(ПК-7, ПКС-6-2).
Студент должен уметь:
• составлять схемы обогащения руд с учетом требований по качеству 
конечного продукта переработки минерального сырья (ПК-7, 
ПКС-6-2);

• делать расчет качественно-количественной и водно-шламовой 
схемы обогащения минерального сырья (ПК-7, ПКС-6-3); 
• обосновывать, выбирать и рассчитывать производительность применяемого оборудования (ПК-9, ПКС-6-4).
Студент должен владеть:
• анализом условий работы и обслуживания узлов и оборудования 
фабрики для классификации основных операций и определения 
главных неисп равностей технологических узлов (ПК-8, -9, 
ПКС-6-4).
Учебное пособие создано авторским коллективом кафедры «Горное дело» МАМИ в соответствии с планом по заочному обучению. 
К.И. Лукиной написаны главы 1, 4, 5, приложение; В.П. Якушкиным — 
главы 2 и 6; А.Н. Муклаковой — главы 3 и 7. 

Глава1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В этой главе приводятся данные о минеральном сырье и показателях обогащения. Представлены классификация процессов переработки полезных ископаемых и их характеристики.

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Сырьевой базой горно-обогатительных предприятий являются 
месторождения полезных ископаемых.
Полезные ископаемые — это природное минеральное сырье или горные породы, которые используются в народном хозяйстве с достаточной эффективностью. По физическим свойствам полезные ископаемые 
делятся на твердые, жидкие и газообразные. Предметом обогащения 
являются только твердые полезные ископаемые, а отсюда понятие 
руда — твердое полезное ископаемое с содержанием ценных компонентов, извлекать которые на данном техническом уровне экономично.
Минерал — природное химическое соединение или самородный 
элемент. Термин «минерал» происходит от старинного слова «минера», 
обозначающего кусок руды или камень, из которого можно получить 
металл. Условное деление минералов: извлекаемые — ценные, неизвлекаемые — пустая порода. 
По минеральному составу руды подразделяют на самородные, 
сульфидные, окисленные и смешанные. 
Сульфидные минералы — соединения металлов и неметаллов 
с серой (20% от известного числа минералов). Несульфидные минералы делятся на окислы, силикаты, алюмосиликаты, карбонаты, 
фосфаты и т.д. К силикатным минералам относится самая большая 
группа минералов, залегающих в земной коре (92% в верхней мантии 
Земли): полевые шпаты, кварц, хризоколла, циркон и т.д. [1]. К алюмосиликатам относятся сподумен и берилл, из минералов которых 
получают литий и бериллий. В эту группу входят минералы пустой 
породы. К карбонатным относятся минералы, содержащие углекислоту (церуссит, кальцит и др.).
П о х а р а к т е р у   п р о и с х о ж д е н и я месторождения полезных 
ископаемых могут быть коренными и россыпными. Коренные месторождения залегают в местах первоначального образования и расположены в массиве горных пород. Россыпные месторождения являются 
вторичными. Их образование связано с разрушением первичных коренных пород и вторичным отложением. В коренных рудах ценные 
минералы и минералы пустой породы находятся в тесной взаимосвязи 

между собой. Такие руды, особенно с тонкой вкрапленностью, требуют 
соответствующего измельчения (до 0,1 мм и менее). В рудах россыпных 
месторождений минералы подверглись разрушению и претерпели изменения по химическому составу и физическим свойствам. Сульфиды 
при этом отсутствуют. Несульфидные труднорастворимые минералы 
освобождаются от сростков с минералами пустой породы (пески, галечник). В россыпных минералах встречаются: золото, платина, вольфрамит, шеелит, алмаз, касситерит и другие тяжелые минералы. Руды 
россыпных месторождений не подвергают дроблению и измельчению.
По у с л о в и я м  о б р а з о в а н и я  месторождения руд делятся на 
магматические, осадочные и метаморфические. Магматические, или 
изверженные, породы образовались при застывании магмы на различных глубинах или на поверхности земли. К этой группе относятся 
гидротермальные месторождения, образованные горячими растворами 
различных веществ. В составе земной коры магматические породы 
занимают 95%. Осадочные породы — продукты разрушения коренных 
пород. Строение их слоистое, что указывает на различные периоды 
образования осадков. К ним относятся: известняки, глины, каменная 
соль и т.д. Метаморфические породы образовались из магматических 
или осадочных пород под действием высоких температур и давлений 
в глубинах Земли. Так, глины переходят в сланцы, а сланцы — в роговики. Известняки переходят в мрамор и известково-силикатные 
породы, называемые скарнами. К метаморфическим породам относят 
кварциты, мраморы, гранитогнейсы и т.д.
Руды могут быть вкрапленными и сплошными. Во вкрапленных 
рудах минералы рассеяны в массе минералов пустой породы. Сплошные руды в основном состоят из ценных минералов. При переработке 
таких руд возможна безотходная технология.
Металлические полезные ископаемые подразделяют на руды черных, 
цветных, благородных и радиоактивных металлов.
К черным металлам относят: железо, марганец и хром. К цветным — 
все остальные, которые подразделяются на тяжелые, легкие, редкие 
и благородные. В особую группу выделяют радиоактивные металлы: 
уран, торий, родий и др. 
Руды могут быть также монометаллическими и полиметаллическими. По содержанию ценного компонента — богатыми, бедными, 
очень бедными и непромышленными.
Неметаллические полезные ископаемые подразделяют на руды горнохимического сырья, нерудные ископаемые, уголь и горючие сланцы.
Горно-химическое сырье является источником для получения целого 
ряда минеральных удобрений. К нему относятся главным образом 
руды, содержащие фосфор, калий, серу и пр. Некоторые руды (барийсодержащие, борсодержащие и др.) используются в незначительных 
масштабах. Фосфорсодержащими рудами являются апатитовые и фос

форитовые. Калийные руды содержат основной минерал — сильвин 
(КСl) и другие калийсодержащие минералы, а также минерал галит. 
Эти минералы обычно образуют плотные агрегаты — сильвинит.
К нерудным полезным ископаемым относят: асбест, графит, тальк, 
каолин, полевые шпаты и кварц, цементное сырье, слюды, строительные материалы (щебень, строительный песок и др.), мел, алмаз и т.д.
Природные угли — это твердые горючие полезные ископаемые органического происхождения. Горючие сланцы — ископаемые также 
органического происхождения. 
 При изучении вещественного состава перерабатываемой руды 
рассматривают: минеральный, рациональный или фазовый состав, 
химический состав, вмещающие породы, текстуру, структуру и другие 
свойства.
Текстура — пространственная связь рудных минералов и их агрегатов в рудной массе. Структура — крупность включений минералов. 
На основании характеристики ценных минералов и пустой породы 
(плотности, химического состава и других свойств) выбирают рудоподготовительные процессы и методы обогащения [1].
Обогащение полезных ископаемых — это совокупность операций механической обработки минерального сырья с целью отделения ценных 
компонентов от минералов пустой породы.
В результате обогащения получают концентрат и отходы.
Концентрат — продукт с большим содержанием ценного компонента по сравнению с исходной рудой; хвосты — с меньшим и состоят 
в основном из минералов пустой породы. 
Качественная схема содержит сведения о качественных изменениях 
полезного ископаемого в процессе переработки. К ним относятся: 
крупность, вид процесса, влажность, стадиальность, содержание расчетного компонента.
В количественной схеме — представлены количественные показатели для руды и продуктов обогащения (т/ч, процентное отношение). 
Обычно качественную и количественную схемы совмещают в одну 
качественно-количественную.
Водно-шламовая схема содержит данные о количестве воды (процент 
влажности, процент твердого и др.) в продуктах обогащения.
Схема цепи аппаратов — графическое изображение движения 
руды и продуктов обогащения с условным изображением аппаратов, 
напоминающих их внешний вид (рис. 1.1). В процессе обогащения 
полезных ископаемых получают следующие продукты: концентрат 
(один или несколько), отвальные хвосты (пустая порода), а также 
промежуточные продукты (промпродукты).
В технологических расчетах принимают следующие показатели 
обогащения: выход продукта; содержание или массовая доля расчетного компонента в продукте; извлечение расчетного компонента 

в продукт; степень концентрации, эффективность обогащения, степень сокращения и др.

Из рудника
Крытый склад

Спиральный 
сепаратор

Циклоны

Циклоны

Циклоны

Циклоны

2 емкости 
для шлака
Хостохранилище

Расходный бункер
Тарельчатый 
гранулятор

Роликовые 
грохоты

концентрат

2 сгустителя 
концентрата

Сгуститель 
хвостов

Хвосты

8 шаровых мельниц 
до измельчения

36 вторичных магнитных сепараторов

2 высокопроизводительных сгустителя

2 шаровые 
мельницы 
доизмельчения

Емкость для 
хранения

1 шаровая 
мельница 
до измельчения

2 конусные 
дробилки

8 колонных 
флотационных 
установок 

8 тяжелосредных 
сепараторов

8 предварительных 
грохотов
96 грохотов-классификаторов

Склад концентрата

Роллер-пресс 7-140/110
На отгрузку

36 первичных магнитных 
сепараторов

4 мельницы 
первичного измельчения
Рециркуляционная 
загрузка

2 колонных 
флотационных 
установок 

Традиционная 
флотация

Циклоны

Трубопровод 67 км

Подача 
окатышей

Добавки

Смешивание
Железорудные окатыши на последующие стадии технологии

Фильтрация

Рис. 1.1. Схема цепи аппаратов

Расчетные компоненты могут быть представлены ценными металлами или их окислами, минералами и засоряющими примесями 
различного характера [2]. Содержание минеральных примесей в углях 
принято характеризовать зольностью, определяемой по остатку от 
сжигания пробы угля определенной массы при температуре 800 °С. 
Зольность рядовых углей различных угольных бассейнов колеблется 
в значительных пределах, например коксующихся — до 30%. Угольные 
концентраты должны обеспечить получение шихты для коксования, 
зольность которой не превышает 7–10%. Известно, что уголь как сырье 
для коксования оценивают по коксуемости, выходу летучих веществ, 
зольности и другим параметрам [3].

Выход продукта — отношение массы продукта к массе перерабатываемого исходного материала (процент, доля единицы).
Содержание (массовая доля) расчетного компонента — отношение массы компонента в продукте к массе продукта (процент, доля 
единицы, г/т).
Извлечение расчетного компонента в продукт — отношение массы 
компонента в продукте к массе того же компонента в исходном продукте (процент, доля единицы).
Степень концентрации — отношение содержания расчетного компонента в концентрате к содержанию его в исходном продукте.
Эффективность обогащения — отношение приращения массы расчетного компонента в концентрате к приращению массы расчетного 
компонента в случае идеального обогащения (процент, доля единицы).
Степень сокращения — величина, обратная выходу концентрата. 
Показывает, во сколько раз масса концентрата меньше массы исходного продукта.
Все технологические показатели обогащения полезных ископаемых 
взаимосвязаны [2, 4]:

100 = 11 + 22 + ... + nn;
100 = 1 + 2 + ... + n;
 = .
По качественной характеристике продуктов обогащения можно 
определить технологические показатели, например выход концентрата:
к = ( – )100/(к – ),
где ,  — содержание расчетного компонента в исходном продукте 
(руде) и продукте соответственно, %;  — выход продукта, %; 
 — извлечение расчетного компонента в продукт, %;  — содержание расчетного компонента в хвостах, %; к — содержание 
расчетного компонента в концентрате, %.

1.2. МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Все процессы в цикле обогатительного производства подразделяют 
на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные [2]. 
Подготовительные операции осуществляются с целью уменьшения 
крупности материала, обусловленной в основном размерами вкрапленности ценных компонентов и принятым методом обогащения [5]. 
К ним относятся: дробление, измельчение, грохочение, классификация и др. При реализации продуктов различных классов крупности 
(марки антрацита, щебенка) операции могут самостоятельными.