Получение высококачественного сырья для современной цифровой техники

Москва  2021

МИНИС 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»

ЦЕНТР ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ И ОРГАНИЗАЦИИ ПРИЕМА 
 
Проект «Инженерный класс в московской школе»

№ 4580

Т.И. Юшина
А.М. Думов 
П.Р. Малофеева

ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО 
СЫРЬЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ  
ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

Методические указания

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

УДК 622.7-9 
 
Ю95

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, генеральный директор  
ООО «Исследовательская группа «ИНФОМАЙН» И.М. Петров

Юшина, Татьяна Ивановна. 
Ю95  
Получение высококачественного сырья для современ-
ной цифровой техники : метод. указания / Т.И. Юшина, 
А.М. Думов, П.Р. Малофеева. – Москва : Издательский 
Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 120 с.

В методических указаниях представлена информация о класси-
фикация полезных ископаемых и история годного дела, а также 
показаны основные и вспомогательные процессы их переработки. 
Данные методические указания знакомят с принципами получе-
ния высококачественного сырья для производства современной 
техники с использованием современных методов, техники и техно-
логий обогащения полезных ископаемых.
Предназначены для учащихся московских школ в рамках го-
родского образовательного проекта «Инженерный класс в москов-
ской школе».

УДК 622.7-9


Т.И. Юшина, 
А.М. Думов, 
П.Р. Малофеева, 2021

 НИТУ «МИСиС», 2021

Содержание

Введение ........................................................................4
1 Полезные ископаемые ...................................................6
1.1 Образование полезных ископаемых ...........................6
1.2 Классификация полезных ископаемых ......................8
1.2.1 Горючие полезные ископаемые ...........................9
1.2.2 Металлические полезные ископаемые:  
виды, характеристика .............................................11
1.2.3 Черные металлы .............................................12
1.2.4 Цветные металлы ............................................22
1.2.5 Неметаллические природные элементы ..............47
1.3 Вещественный состав полезных ископаемых ............ 57
1.4 Свойства полезных ископаемых .............................. 59
2 История развития горного дела. Полезные ископаемые 
на службе у человека – от каменного века до наших дней .... 62
3 Методы и процессы обогащения полезных ископаемых .... 69
3.1 Технологические показатели обогащения  
полезных ископаемых ................................................ 70
3.2 Подготовительные процессы .................................. 71
3.2.1 Дробление ......................................................72
3.2.2 Измельчение ..................................................76
3.2.3 Грохочение ....................................................78
3.2.4 Определение гранулометрического состава 
полезных ископаемых .............................................80
3.2.5 Гидравлическая классификация .......................83
3.3 Основные процессы обогащения полезных  
ископаемых .............................................................. 86
3.3.1 Гравитационное обогащение .............................86
3.3.2 Магнитное обогащение ....................................98
3.3.3 Электрическое обогащение ............................. 105
3.3.4 Флотационное обогащение ............................. 108
3.3.5 Радиометрическое обогащение ........................ 112
3.3.6 Химическое обогащение ................................ 114
Заключение ................................................................116
Библиографический список  ..........................................119

Введение

В XXI в. невозможно представить свою жизнь без современных 
смартфонов, гаджетов и различных устройств. Смартфоны 
на 40 % состоят из металлов, на столько же из пластика, 
еще 20 % – это керамика и другие материалы. В них около 60 
различных металлов, это преимущественно медь, золото, платина, 
серебро и вольфрам. 
Незаменимыми являются так называемые редкоземельные 
металлы – из 17 существующих в гаджетах используют 
16, например неодим, тербий и диспрозий. Благодаря им современные 
телефоны обладают свойствами, без которых их 
невозможно представить. Редкоземельные материалы нужны, 
чтобы смартфон мог вибрировать, их используют и для производства 
сенсорных экранов. Большинство из этих металлов 
обнаружили в течение последних двух столетий, и они довольно 
редки. Их добывают только в нескольких регионах мира и 
используют для производства не только смартфонов, но и солнечных 
панелей, электромобилей и многого другого.
Добываемые в настоящее время из недр Земли руды содержат 
всего только 20–25 % железа, 0,5 % меди, 0,1 % молибдена 
или вольфрама, несколько грамм золота, серебра или 
урана на тонну породы, несколько карат алмазов на 1 м3 породы.

Поскольку в настоящее время все добытые полезные 
ископаемые проходят стадию обогащения и первичной пере-
работки, а потери полезных ископаемых на этой стадии со-
ставляют более половины, а в некоторых случаях до 80 % 
общих потерь, комплекс процессов обогащения становится 
ключевым для решения глобальных проблем, стоящих перед 
человечеством: рационального использования минеральных 
ресурсов, создания безотходных производств, совершенство-
вания процессов и аппаратов для комплексной переработки 
минерального сырья, разработки энергосберегающих техноло-
гий, решения экологических проблем и т.д. В последние деся-
тилетия в этой области произошли существенные сдвиги как в 
техническом, так и в теоретическом обосновании процессов и 
технологий.

Технология обогащения и переработки полезных ис-
копаемых располагает целым рядом разнообразных промыш-
ленных методов разделения минералов по их физическим, 
физико-химическим и химическим свойствам. Направленное 
изменение этих свойств дает возможность искусственно повы-
шать контрастность природных свойств минералов, что значи-
тельно расширяет спектр полезных ископаемых, вовлекаемых 
в производство.
Как получить из недр Земли необходимые нам металлы 
для использования их в промышленности?
О способах и технологических процессах обогащения 
полезных ископаемых, физических и физико-химических ос-
новах извлечения ценных металлов и других элементов и со-
единений, о различных областях применения полезных иско-
паемых и продуктов их переработки узнают школьники при 
освоении этой программы.

1 Полезные ископаемые

1.1 Образование полезных ископаемых

Полезные ископаемые – это минеральные образования 
земной коры, которые используются или могут эффективно 
использоваться в сфере материального производства. Места, 
где «зародились» эти скопления в недрах Земли из расплав-
ленной магмы, образовали месторождения полезных ископа-
емых; скопления большого количества месторождений обра-
зуют бассейны или районы.
Природа помогла человеку освоить полезные ископае-
мые, сконцентрировав в определенных местах залежи опреде-
ленных пород и минералов. 
Закономерностями размещения месторождений занима-
ется целый комплекс геологических наук: геохимия, страти-
графия, петрография, тектоника, металлогения и др.

Рисунок 1 – Схема образования полезных 
ископаемых в земной коре

По современным космогоническим представлениям, 
миллиарды лет назад, когда Земля представляла собой рас-
плавленную массу, химические элементы, вступая в реакции 
друг с другом, образовали различные соединения в соответ-
ствии со своей химической активностью, концентрацией, тем-
пературой расплавленной магмы, давлением (рисунок 1). 
Соединения более прочные и устойчивые, а также обра-
зовавшиеся из элементов, имеющихся в большем количестве, 
кристаллизовались раньше. Они составили основную массу 
горных пород. По мере остывания магмы начинали кристал-
лизоваться и другие минералы, занимая места между кри-
сталлами основной породы, создавая в них причудливые про-
растания, вкрапленности. В процессе образования минералов 
в их кристаллическую решетку часто захватывались различ-
ные примеси. 

Рисунок 2 – Распределение химических элементов 
в земной коре

Богатства Земли несметны. В литосфере (до глубины 
16 км) количество даже самого редкого элемента – радия – 
составляет 55,5 млн т, количество золота – около 500 млн т, 
меди – 2 000 000 млрд т. А такие элементы, как алюминий, 
железо, кальций, составляют существенную часть массы Зем-
ли – их сотни миллионов миллиардов тонн (рисунок 2).

1.2 Классификация полезных ископаемых

По своему происхождению (генезису) полезные ископае-
мые могут быть представлены следующими горными породами:
 - осадочные горные породы – это горные породы, суще-
ствующие в термодинамических условиях, характерных для 
поверхностной части земной коры, и образующиеся в резуль-
тате переотложения продуктов выветривания и разрушения 
различных горных пород, химического и механического вы-
падения осадка из воды и жизнедеятельности организмов,
 - магматические горные породы – это горные породы, 
сформировавшиеся в результате остывания прорвавшегося в 
слои земной коры или на земную поверхность вещества мантии,
 - метаморфические горные породы – это горные поро-
ды, образовавшиеся в толще земной коры в результате изме-
нения осадочных и магматических горных пород вследствие 
изменения физико-химических условий.
Месторождением полезного ископаемого называется 
скопление минерального вещества в земной коре, которое в 
качественном и количественном отношениях пригодно для ис-
пользования в сфере материального производства. 
Полезные ископаемые делятся на следующие группы:
 - угли,
 - металлические полезные ископаемые,
 - естественные материалы и камни,
 - неметаллические полезные ископаемые.
После знакомства с различными минералами и порода-
ми человек серьезно задумался о том, какую пользу они могут 
принести в его жизнь. С зарождением и развитием промыш-
ленности была сформирована классификация месторождений 
полезных ископаемых на основе их использования в техниче-
ской сфере (таблица 1). Рассмотрим эти виды полезных иско-
паемых.

Таблица 1 – Классификация полезных ископаемых

Тип полезного 
ископаемого
Группы в его составе
Виды сырья

Горючие  
(топливные)

Твердые
Торф, уголь, горючие сланцы, 
уран
Жидкие, газообразные
Газ, нефть

Металличе-
ские

Черные металлы
Железо, марганец, хром
Цветные металлы
Свинец, медь, кобальт, алю-
миний, никель
Благородные металлы
Платина, золото, серебро
Редкие металлы
Олово, тантал, вольфрам, 
ниобий, молибден
Радиоактивные металлы
Торий, радий, уран

Неметалличе-
ские

Горнорудное сырье
Слюда, магнезит, тальк, 
известняк, графит, глины, 
пески

Химическое сырье
Флюорит, фосфорит, барит, 
минеральные соли
Строительные материалы

Мрамор, гипс, гравий и 
песок, глины, облицовочные 
камни, цементное сырье
Самоцветы 
Драгоценные и поделочные 
камни

1.2.1 Горючие полезные ископаемые

К какому виду полезных ископаемых относится нефть? 
А газ? Полезное ископаемое чаще представляется твердым металлом, 
нежели непонятной жидкостью или газом. С металлом 
знакомы с раннего детства, тогда как понимание, что такое 
нефть или даже бытовой газ, приходит немного позже. Итак, 
к какому виду, согласно уже изученным классификациям, 
стоит отнести нефть и газ? Нефть – к группе жидких веществ, 
газ – к газообразным. Исходя из их применения, однозначно к 
горючим или, по-другому, топливным полезным ископаемым 
(рисунок 3). Ведь нефть и газ используются в первую очередь 
в виде источника энергии и тепла – на них работают двигатели 
машин, ими отапливаются жилые помещения, с их помощью 
готовят еду. Сама энергия высвобождается за счет горения топлива. 
А если посмотреть еще глубже, то этому способствует 

углерод, который входит во все горючие ископаемые. К какому 
виду полезных ископаемых относится нефть, разобрались. 

 

 
а 
б 
Рисунок 3 – Топливные полезные ископаемые:  
а – нефть; б – газ

Какие еще вещества к ним относятся? Это твердые то-
пливные соединения, образующиеся в природе: каменный 
и бурый уголь, торф, антрацит, горючий сланец (рисунок 4). 
Рассмотрим краткую их характеристику. Виды полезных ис-
копаемых (горючие): 
 - уголь – первое горючее, которое начал использовать 
человек. Основной источник энергии, используемый в мас-
штабных размерах на производстве, именно благодаря этому 
ископаемому произошла промышленная революция. Образу-
ется за счет остатков растений без доступа воздуха. В зависи-
мости от удельной массы углерода в угле различают его разно-
видности: антрациты, бурый и каменный уголь, графиты, 
 - горючий сланец был образован на морском дне около 
450 млн лет назад из остатков растительности и животных. 
Состоит из минеральной и органической части. При сухой пе-
регонке образует смолу, которая близка к нефти, 
 - торф – скопление не полностью разложившихся остат-
ков растений в условиях болот, более половины его состава – 
углерод. Используется в качестве горючего, удобрения, тепло-
изоляции. 
Горючие природные вещества являются важнейшим 
видом полезных ископаемых. Благодаря им человечество на-
училось вырабатывать и использовать энергию, а также созда-
ло множество отраслей промышленности. В настоящее время 

потребность в топливных ископаемых стоит очень остро для 
большинства государств. Это крупный сегмент мировой эконо-
мики, от которого зависит благополучие стран всего мира.

  

 
а 
б 

в

Рисунок 4 – Твердые горючие полезные 
ископаемые: а – уголь; б – сланец; в – торф

1.2.2 Металлические полезные ископаемые: 
виды, характеристика

Нам известны следующие виды полезных ископаемых: 
топливные, рудные, нерудные. Первая группа успешно изуче-
на. Продвигаемся дальше – рудные, или металлические, ис-
копаемые – это то, ради чего вообще зарождалась и развива-
лась промышленность. Еще с древних времен человек понял, 
что применение металла дает в повседневной жизни большие 
возможности. В современном мире уже невозможно предста-
вить жизнь без какого-либо металла. Они повсюду: в бытовой