Добыча, подготовка и обогащение сырья цветных металлов

Москва  2021

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
«МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра обогащения и переработки полезных ископаемых 
и техногенного сырья

Б.Е. Горячев 
А.А. Николаев

ДОБЫЧА, ПОДГОТОВКА  
И ОБОГАЩЕНИЕ СЫРЬЯ  
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Учебник

Допущено Федеральным учебно-методическим 
объединением в сфере высшего образования 
по УГСН 21.00.00 «Прикладная геология, горное дело, 
нефтегазовое дело и геодезия» в качестве учебника 
для студентов вузов, обучающихся по специальностям 
21.05.04 «Горное дело», 21.05.06 «Физические процессы 
горного или нефтегазового производства»

№ 4501

УДК 622.7:669.2/.8 
 
Г71

Р е ц е н з е н т ы : 
д-р техн. наук, проф., профессор кафедры обогащения  
полезных ископаемых ФГБОУ ВО «Уральский государственный 
горный университет» Ю.П. Морозов; 
д-р техн. наук, генеральный директор  
ООО «Исследовательская группа «Инфомайн» И.М. Петров

Горячев, Борис Евгеньевич.
Г71  
Добыча, подготовка и обогащение сырья цветных 
металлов : учебник / Б.Е. Горячев, А.А. Николаев. – 
М. : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 368 с.
ISBN 978-5-907227-66-8

В учебнике рассмотрены рудоподготовительные, основные 
и вспомогательные процессы обогащения руд цветных металлов, 
основы разработки месторождений руд. Приведены основы физи-
ческих и физико-химических процессов обогащения минераль-
ного сырья: дробление и грохочение, измельчение и классифика-
ция, предконцентрация, гравитационное обогащение, флотация, 
магнитная и электрическая сепарация, обезвоживание руд и 
продуктов обогащения. Описаны конструкции и принцип работы 
основного обогатительного оборудования, его технические харак-
теристики. Приведены основы производственной структуры горно-
обогатительной фабрики и горно-металлургического комбината, 
классификация руд и продуктов их обогащения, технологических 
схем, требования к качеству товарной продукции (концентратам). 
Описаны подходы к конструированию технологических операций 
и схем обогащения руд. Рассмотрены технологические показатели 
обогащения руд, подходы к составлению и анализу технологиче-
ского баланса. 
Учебник предназначен для студентов вузов, обучающихся 
по направлениям подготовки специалитета 21.05.04 «Горное 
дело», 21.05.06 «Физические процессы горного или нефтегазового 
производства» и бакалавриата 38.03.02 «Менеджмент».

УДК 622.7:669.2/.8 

 Б.Е. Горячев,  
А.А. Николаев, 2021
ISBN  978-5-907227-66-8
 НИТУ «МИСиС», 2021

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1. Введение в основы добычи и обогащения руд  . . . . . . . . . . . 9
1.1. Руды и минералы. Месторождение полезного 
ископаемого. Основные определения. Продукты 
обогащения руд  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2. Основы добычи руд цветных металлов  . . . . . . . . . . . . 17
1.3. Горно-обогатительное предприятие.  
Обогатительная фабрика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.4. Операции и схемы обогащения руд . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.5. Технологические показатели обогащения. 
Материальный баланс, баланс металла  . . . . . . . . . . . . . . . 50
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2. Рудоподготовка руд цветных металлов перед  
обогащением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.1. Крупность. Гранулометрический состав руд  
и способы его определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.2. Грохочение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.3. Дробление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3.1. Физико-механические свойства руд  
и минералов. Способы дробления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3.2. Энергетические законы разрушения  
твердых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.3.3. Дробилки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.3.4. Технологические схемы дробления  . . . . . . . . . . 105
2.4. Измельчение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
2.4.1. Основные определения.  
Крупность измельчения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
2.4.2. Классификация и конструкции барабанных 
мельниц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.4.3. Технологические схемы измельчения  . . . . . . . . 123

2.4.4. Факторы, влияющие на крупность  
измельченной руды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
2.4.5. Расчет шаровых мельниц [13, 16] . . . . . . . . . . . . 134
2.5. Гидравлическая классификация продуктов 
измельчения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
2.6. Предконцентрация руд [24, 25] . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

3. Гравитационные методы обогащения . . . . . . . . . . . . . . . . 168
3.1. Теоретические основы гравитационных методов 
обогащения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
3.1.1. Физические свойства минералов и сред 
гравитационного обогащения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
3.1.2. Теоретические основы падения твердого тела 
в среде разделения. Физические силы, действующие 
на зерна минералов, находящиеся в среде разделения. 
Гидродинамические режимы обтекания твердого 
тела средой  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3.1.3. Свободное и стесненное падение зерен  
минералов. Конечная скорость падения зерен  
минералов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.1.4. Равнопадаемость зерен минералов . . . . . . . . . . . 182
3.2. Гидравлическая классификация . . . . . . . . . . . . . . . . 185
3.3. Обогащение в тяжелых суспензиях . . . . . . . . . . . . . . 190
3.4. Отсадка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
3.5. Обогащение в потоках, текущих по наклонной 
плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
3.5.1. Обогащение на концентрационных столах. . . . . 215
3.5.2. Обогащение на винтовых сепараторах . . . . . . . . 229
3.5.3. Обогащение на концентрационных шлюзах  . . . 235
3.6. Обогащение в центробежных концентраторах . . . . . 237
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

4. Флотационное обогащение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
4.1. Физические и физико-химические основы флотации . . .243
4.2. Флотационные реагенты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Содержание

4.3. Флотационные машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4.4. Операции и схемы флотации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

5. Магнитная и электрическая сепарация . . . . . . . . . . . . . . 301
5.1. Магнитная сепарация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
5.2. Электрическая сепарация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

6. Вспомогательные процессы обогащения руд. 
Обезвоживание руд и продуктов их обогащения.  
Оборотное водоснабжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
6.1. Виды влаги и показатели обезвоживания  
продуктов обогащения. Схемы обезвоживания 
концентратов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
6.2. Сгущение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
6.3. Фильтрование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
6.4. Сушка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
6.5. Хвостохранилище. Оборотное водоснабжение . . . . . 341
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основным сырьем для производства цветных металлов служат 
руды цветных металлов. В структуре производства цветных 
металлов добыча и обогащение руд занимают значительное 
место.
Глобальной тенденцией является снижение качества добываемых 
руд, в том числе по содержанию в них ценных металлов, 
минеральному составу, технологическим свойствам и 
другим особенностям, что приводит к росту себестоимости их 
переработки и снижению экономических показателей производственной 
деятельности предприятий. Для достижения 
плановых и опережающих экономических показателей горно-
обогатительные предприятия увеличивают объем переработки 
руды, изменяют существующие технологические 
режимы обогащения руд, устанавливают современное технологическое 
оборудование, осуществляют поиск технических 
и технологических решений в результате проведения научно-
исследовательских и опытно-конструкторских работ на базе 
собственных предприятий и лабораторий или с привлечением 
подрядных организаций. 
Большое внимание предприятия уделяют непрерывному 
повышению квалификации и переподготовке технических 
специалистов, инженеров и управленческих кадров. Горным 
инженерам и специалистам по управлению необходимо сформировать 
компетенции, связанные с основной производственной 
деятельностью, уметь создать команду профессионалов 
(горных инженеров, технических специалистов, экономистов 
и др.), способную эффективно решать производственные и 
управленческие задачи, и работать в ней.
Для управления производственной деятельностью горно-
обогатительных и горно-металлургических предприятий 
требуется подготовка новых инженерных и управленческих 
кадров, способных на основе знаний о процессах, методах и 
оборудовании для переработки руд, качестве руд и производимых 
товарных продуктах сформировать компетенции в сфере 
обогащения руд цветных металлов.

Предисловие

В учебнике рассмотрены основы разработки месторождений 
руд, производственной структуры горно-обогатительного 
и горно-металлургического предприятия, приведены основные 
понятия о рудах и минералах, требования к качеству 
руд и производимых из них товарных концентратов, отходам 
производственной деятельности. Разобраны технологические 
показатели работы обогатительной фабрики, влияющие 
на экономические показатели ее деятельности, объясняются 
подходы к составлению и анализу технологического баланса 
металла.
В учебнике изложен учебный материал о рудоподготови-
тельных, основных и вспомогательных процессах обогащения 
руд цветных металлов, физических и физико-химических 
основах процессов, оборудовании, факторах, влияющих 
на показатели обогащения руд. Рассмотрены основы технологии 
обогащения руд цветных металлов, в том числе операции 
и технологические схемы обогащения руд.
В конце каждого раздела приводятся контрольные вопросы 
для самопроверки усвоения учебного материала. В конце учебника 
приводится библиографический список и глоссарий, со-
держащий основные термины и определения.
Учебник рекомендован для студентов вузов, обучающихся 
по направлению подготовки специалитета 21.05.04 «Горное 
дело», 21.05.06 «Физические процессы горного или нефтегазового 
производства» для изучения учебной дисциплины 
«Обогащение полезных ископаемых», а также студентов бака-
лавриата направления 38.03.02 «Менеджмент», изучающих 
учебную дисциплину «Добыча, подготовка и обогащение сырья 
цветных металлов».
Учебник может быть полезен инженерам, технологам и 
техническим специалистам, руководителям горно-металлургических 
компаний разного уровня, специалистам финансово-
экономических и планово-экономических управлений, 
аналитикам, а также тем, чьей сферой профессиональной деятельности 
и интересов служит обогащение руд цветных металлов.

В учебнике использованы фотографии, сделанные профессором 
Б.Е. Горячевым в период его работы на горно-обога-

тительном предприятии ГРО «Катока» (Республика Ангола) 
по повышению квалификации ангольских специалистов- 
обогатителей данного предприятия в период 2003–2016 гг. 
Профессор Б.Е. Горячев, выражает благодарность генераль-
ным директорам ГРО «Катока» доктору Ганга Жуниор и док-
тору Бенедито Паулу за оказанную помощь в сборе материа-
лов для учебника.
Авторы признательны доценту кафедры обогащения и пе-
реработки полезных ископаемых и техногенного сырья НИТУ 
«МИСиС» Д.В. Шехиреву за рекомендации и критические за-
мечания при обсуждении основных разделов учебника, а так-
же профессорско-преподавательскому коллективу кафедры 
обогащения и переработки полезных ископаемых и техноген-
ного сырья НИТУ «МИСиС».

1. ВВЕДЕНИЕ В ОСНОВЫ ДОБЫЧИ 
И ОБОГАЩЕНИЯ РУД

1.1. Руды и минералы. Месторождение 
полезного ископаемого. Основные 
определения. Продукты обогащения руд

Полезные ископаемые, или минеральное сырье, – это при-
родные минеральные образования земной коры неорганиче-
ского и органического происхождения, которые при совре-
менном состоянии техники и технологии могут с достаточной 
эффективностью применяться в народном хозяйстве в есте-
ственном виде или после предварительной обработки. По сво-
ему агрегатному состоянию полезные ископаемые могут быть 
твердыми (руды, угли), жидкими (нефть) и газообразными 
(природный газ).
Металлические полезные ископаемые – сырье для получе-
ния черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных 
металлов, неметаллические полезные ископаемые – сырье 
для получения неметаллических элементов и соединений, а 
также строительных, керамических, абразивных и других ма-
териалов. Горючие полезные ископаемые (каменный уголь, ан-
трацит и др.) используются в качестве топ лива в естественном 
или переработанном виде или в качестве химического сырья.
Месторождением (природной геохимической аномалией) 
называется скопление полезного ископаемого на поверхности 
или в недрах земли, которое по количеству, качеству, услови-
ям залегания и технологической пригодности может быть ис-
пользовано в промышленности. В месторождении содержание 
соответствующего элемента превышает его среднее содержа-
ние в земной коре. Месторождение, использование которого 
при существующем уровне развития техники и технологии 
экономически целесообразно, называется промышленным.
По условиям образования месторождения полезных иско-
паемых могут быть коренными, россыпными и техногенными. 
Коренные месторождения образованы в недрах земной коры 
в месте первоначального образования. Россыпные месторож-

1. Введение в основы добычи и обогащения руд

дения образовались в результате процессов выветривания 
коренных месторождений. Техногенными называют место-
рождения, образовавшиеся в результате производственной де-
ятельности человека, их формируют отвалы горной породы, 
отходы обогащения полезных ископаемых и металлургиче-
ского производства (шлаки, шламы) и др.
В месторождении полезных ископаемых массовая доля (со-
держание) находящихся в нем элементов существенно превы-
шает их среднее содержание в земной коре.
Кларк – среднее содержание элемента в земной коре, вы-
раженное в процентах (акад. А.Е. Ферсман). Кларк концен-
траций – показатель степени концентрирования элемента 
в отдельном месторождении по сравнению с геохимической 
концентрацией (акад. В.И. Вернадский) (табл. 1.1) [1].

Таблица 1.1
Кларки и концентрации металлов в рудных телах [1]

Металл
Кларк, 
%

Минимальная концентрация, 
обеспечивающая рентабель-
ное извлечение, %

Минимальный 
кларк концен-
трации в руде
Алюминий
8,13
20 … 30
3
Железо
5
18 … 30
4
Марганец
0,1
20 … 35
200
Медь
0,007
0,3 … 1,0
45
Никель
0,008
1,0 … 1,5
125
Цинк
0,013
1,0 … 4,0
80
Свинец
0,0016
1,0 … 4,0
600

Минимальная концентрация металлов, обеспечивающая 
рентабельное извлечение, меняется (уменьшается) со временем, 
что связано с развитием техники и технологии производства 
цветных металлов из металлических полезных ископаемых.
Горной породой называют ассоциацию минералов, образую-
щих рудное тело в земной коре.
Руда – это такое твердое полезное ископаемое, из которо-
го при современном уровне развития техники и технологии 
целесообразно извлекать металлы или другие минеральные 
вещества. Рудой называется совокупность рудных и неруд-
ных минералов (минералов вмещающих пород), находящихся 
в тесном взаимопрорастании в виде монолита.

1.1. Руды и минералы. Месторождение полезного ископаемого...

Под минералом понимают примерно однородное по химиче-
скому составу и строению соединение (элемент) твердого или 
аморфного состояния, являющееся естественным продуктом 
различных геологических процессов, протекающих в земной 
коре. Минералы являются составными частями горных пород 
и руд и отличаются друг от друга химическим составом и фи-
зическими свойствами. В рудах цветных металлов минералы 
представляют собой природные химические соединения, реже 
самородные элементы и встречаются преимущественно в твер-
дом состоянии. Физические и химические свойства минералов 
обусловлены их кристаллическим строением и химическим со-
ставом слагающего их вещества.
По химическому составу минералы делят на самородные 
(золото – Au, серебро –Ag, платина – Pt и др.), сульфиды (халь-
копирит – CuFeS2, галенит – PbS, сфалерит – ZnS, пирит – 
FeS2 и др.), оксиды (куприт – Cu2O, ильменит – FeTiO3, касси-
терит – SnO2, магнетит – Fe3O4 и др.), силикаты (кварц – SiO2, 
циркон – ZrSiO4, серпентины – (Mg,Fe,Ni)6Si4O10(OH)8) и алю-
мосиликаты (ортоклаз – KAlSi3O8, берилл – Al2[Be3(Si6O18)] 
и др.), карбонаты (кальцит – CaCO3, сидерит – FeCO3 и др.), 
фосфаты, галогениды и др. 
По технологическому назначению при обогащении мине-
рального сырья минералы делят на ценные, содержащие один 
или несколько ценных компонентов (металлов), и породоо-
бразующие, не содержащие таковые, например в медной руде 
ценными минералами будут халькопирит (CuFeS2), борнит 
(Cu5FeS4), халькозин (Cu2S), куприт (Cu2O), а кварц (SiO2) и 
кальцит (CaCO3) – породообразующими.
Сведения о некоторых промышленных минералах цветных 
металлов приведены в табл. 1.2.
Минеральный состав руд характеризует формы минералов, 
входящих в их состав, и процентное соотношение их в нем; он 
влияет на выбор методов и технологий обогащения руд, техно-
логические и экономические показатели их обогащения.
Металлическое сырье делят на две группы: руды цвет-
ных металлов и руды черных металлов. Цветные металлы 
по своему количеству и многообразию составляют наиболь-
шую группу. Сырьем цветных металлов служат руды цвет-

1. Введение в основы добычи и обогащения руд

ных металлов, среди которых выделяют руды тяжелых цвет-
ных металлов (медь, цинк, свинец, никель), легких металлов 
(алюминий, магний, бериллий), драгоценных металлов (золо-
то, серебро, платина, палладий), редких металлов (вольфрам, 
молибден, титан, цирконий, ванадий, тантал, ниобий, олово), 
рассеянных, редкоземельных металлов и др.

Таблица 1.2 
Промышленные минералы ряда цветных металлов

Название
Хими-
ческая 
формула

Содержа-
ние метал-
ла в мине-
рале, %

Название
Хими-
ческая 
формула

Содержа-
ние метал-
ла в мине-
рале, %
Халькопирит
CuFeS2
34,6
Миллерит
NiS
64,7

Халькозин
Cu2S
79,8
Молибденит

MoS2
60

Борнит
Cu5FeS4
63,3
Вольфрамит
(
Fe, Mn)
WO4
WO4  
до 76,6

Куприт
Cu2O
88,8
Шеелит
CaWO4
WO4  
до 80,6

Сфалерит
ZnS
67,1
Касситерит

SnO2
78,8

Смитсонит
ZnCO3
52,15
Бадделеит
ZrO2
74,03

Галенит
PbS
86,6
Ильменит
FeTiO3
31,6

Пентландит
(Fe, Ni)9S8
10 … 42
Магнезит
MgCO3
MgO 47,6

К черным металлам относят железо, хром, марганец и ванадий. 
Черные металлы нашли применение главным образом 
при производстве стали и чугуна.
Минералы руд коренных месторождений тесно связаны 
друг с другом, имеют неправильную форму, а в россыпных месторождениях 
минералы находятся в относительно свободном 
состоянии, форма минералов чаще окатанная. Такие отличия 
влияют на технологию обогащения минерального сырья, которое 
проводят после добычи руд из коренных или россыпных месторождений 
и отправки их на обогатительную фабрику.
По содержанию металлов руды делят на бедные, с низким 
содержанием металлов, и богатые, в которых содержание ценных 
металлов значительно выше. Большинство промышлен-

1.1. Руды и минералы. Месторождение полезного ископаемого...

ных месторождений руд цветных металлов и соответственно 
добываемые из них руды относят к бедным по содержанию 
ценных металлов, поэтому для достижения плановых эконо-
мических показателей работы обогатительной фабрики необ-
ходимо перерабатывать большие объемы минерального сырья, 
что обусловливает высокую производительность современных 
горно-обогатительных предприятий и сложные, часто комби-
нированные технологии их обогащения.
По количеству ценных металлов, содержащихся в рудах, 
их подразделяют на монометаллические – содержат один ме-
талл (Cu, Au и др.), и полиметаллические – содержат два и бо-
лее металлов (Cu-Zn, Pb-Zn, Cu-Mo, Cu-Pb-Zn и др.).
При производстве цветных металлов добытые из месторож-
дения руды цветных металлов направляют на обогащение.
Обогащение руд – совокупность процессов механической 
переработки минерального сырья с целью получения товар-
ной продукции (концентратов). Обогащение руд позволяет 
механическим путем, не разрушая кристаллическую решетку 
минералов, сначала механически разъединить рудные и не-
рудные минералы, а затем осуществить разделительный мас-
соперенос рудных и нерудных минералов, сосредоточив руд-
ные минералы в одном или нескольких товарных продуктах 
(концентратах), а нерудные – в другом (хвостах – отходах про-
изводства). Необходимость обогащения руд цветных металлов 
связана с низким содержанием в них ценных металлов и высо-
ким содержанием вредных примесей, что делает их прямую ме-
таллургическую переработку экономически нерентабельной. 
Концентратом называют продукт обогащения, в котором 
содержание ценного компонента (металла) значительно выше 
(в десятки – сотни раз) по сравнению с его содержанием в руде. 
Например, при среднем содержании меди в медно-цинковых 
рудах Урала αCu = 0,6 % получают медный концентрат со сред-
ним содержанием в нем меди βCu = 17 %.
Хвостами обогащения называют продукт обогащения, в ко-
тором содержание ценного компонента (металла) значительно 
ниже, чем его содержание в руде. 
В процессе обогащения руд образуются промпродукты, 
под которыми понимают продукты обогащения, в которых со-