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 физических и физико-химических процессов обогащения минерального сырья: дробление и грохочение, измельчение и классификация, предконцентрация, гравитационное обогащение, флотация, 
магнитная и электрическая сепарация, обезвоживание руд и 
продуктов обогащения. Описаны конструкции и принцип работы 
основного обогатительного оборудования, его технические характеристики. Приведены основы производственной структуры горнообогатительной 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 технологического 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 научноисследовательских 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 рудоподготовительных, 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, содержащий 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 бакалавриата 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 генеральным директорам ГРО «Катока» доктору Ганга Жуниор и доктору Бенедито Паулу за оказанную помощь в сборе материалов для учебника.
Авторы признательны доценту кафедры обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного сырья НИТУ 
«МИСиС» Д.В. Шехиреву за рекомендации и критические замечания при обсуждении основных разделов учебника, а также профессорско-преподавательскому коллективу кафедры 
обогащения и переработки полезных ископаемых и техногенного 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 природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые при современном состоянии техники и технологии могут с достаточной 
эффективностью применяться в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки. По своему агрегатному состоянию полезные ископаемые могут быть 
твердыми (руды, угли), жидкими (нефть) и газообразными 
(природный газ).
Металлические полезные ископаемые – сырье для получения черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных 
металлов, неметаллические полезные ископаемые – сырье 
для получения неметаллических элементов и соединений, а 
также строительных, керамических, абразивных и других материалов. Горючие полезные ископаемые (каменный уголь, антрацит 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, условиям залегания и технологической пригодности может быть использовано в промышленности. В месторождении содержание 
соответствующего элемента превышает его среднее содержание в земной коре. Месторождение, использование которого 
при существующем уровне развития техники и технологии 
экономически целесообразно, называется промышленным.
По условиям образования месторождения полезных ископаемых 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 месторождения, образовавшиеся в результате производственной деятельности человека, их формируют отвалы горной породы, 
отходы обогащения полезных ископаемых и металлургического производства (шлаки, шламы) и др.
В месторождении полезных ископаемых массовая доля (содержание) находящихся в нем элементов существенно превышает их среднее содержание в земной коре.
Кларк – среднее содержание элемента в земной коре, выраженное в процентах (акад. А.Е. Ферсман). Кларк концентраций – 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 рентабельное извлечение, %

Минимальный 
кларк концентрации 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, образующих рудное тело в земной коре.
Руда – это такое твердое полезное ископаемое, из которого при современном уровне развития техники и технологии 
целесообразно извлекать металлы или другие минеральные 
вещества. Рудой называется совокупность рудных и нерудных минералов (минералов вмещающих пород), находящихся 
в тесном взаимопрорастании в виде монолита.