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 современной 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 классификация полезных ископаемых и история годного дела, а также 
показаны основные и вспомогательные процессы их переработки. 
Данные методические указания знакомят с принципами получения высококачественного сырья для производства современной 
техники с использованием современных методов, техники и технологий обогащения полезных ископаемых.
Предназначены для учащихся московских школ в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской 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 переработки, а потери полезных ископаемых на этой стадии составляют 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, совершенствования процессов и аппаратов для комплексной переработки 
минерального сырья, разработки энергосберегающих технологий, решения экологических проблем и т.д. В последние десятилетия в этой области произошли существенные сдвиги как в 
техническом, так и в теоретическом обосновании процессов и 
технологий.

Технология обогащения и переработки полезных ископаемых располагает целым рядом разнообразных промышленных методов разделения минералов по их физическим, 
физико-химическим и химическим свойствам. Направленное 
изменение этих свойств дает возможность искусственно повышать контрастность природных свойств минералов, что значительно 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 основах извлечения ценных металлов и других элементов и соединений, о различных областях применения полезных ископаемых 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 расплавленной магмы, образовали месторождения полезных ископаемых; скопления большого количества месторождений образуют бассейны или районы.
Природа помогла человеку освоить полезные ископаемые, сконцентрировав в определенных местах залежи определенных пород и минералов. 
Закономерностями размещения месторождений занимается целый комплекс геологических наук: геохимия, стратиграфия, 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 расплавленную массу, химические элементы, вступая в реакции 
друг с другом, образовали различные соединения в соответствии со своей химической активностью, концентрацией, температурой расплавленной магмы, давлением (рисунок 1). 
Соединения более прочные и устойчивые, а также образовавшиеся из элементов, имеющихся в большем количестве, 
кристаллизовались раньше. Они составили основную массу 
горных пород. По мере остывания магмы начинали кристаллизоваться и другие минералы, занимая места между кристаллами основной породы, создавая в них причудливые прорастания, вкрапленности. В процессе образования минералов 
в их кристаллическую решетку часто захватывались различные 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 Земли – их сотни миллионов миллиардов тонн (рисунок 2).

1.2 Классификация полезных ископаемых

По своему происхождению (генезису) полезные ископаемые могут быть представлены следующими горными породами:
 - осадочные горные породы – это горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для 
поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения 
различных горных пород, химического и механического выпадения 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 породы, образовавшиеся в толще земной коры в результате изменения 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 использования 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 породами человек серьезно задумался о том, какую пользу они могут 
принести в его жизнь. С зарождением и развитием промышленности была сформирована классификация месторождений 
полезных ископаемых на основе их использования в технической сфере (таблица 1). Рассмотрим эти виды полезных ископаемых.

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

Металлические

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

Неметаллические

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 топливные соединения, образующиеся в природе: каменный 
и бурый уголь, торф, антрацит, горючий сланец (рисунок 4). 
Рассмотрим краткую их характеристику. Виды полезных ископаемых (горючие): 
 - уголь – первое горючее, которое начал использовать 
человек. Основной источник энергии, используемый в масштабных размерах на производстве, именно благодаря этому 
ископаемому произошла промышленная революция. Образуется за счет остатков растений без доступа воздуха. В зависимости от удельной массы углерода в угле различают его разновидности: 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 перегонке образует смолу, которая близка к нефти, 
 - торф – скопление не полностью разложившихся остатков растений в условиях болот, более половины его состава – 
углерод. Используется в качестве горючего, удобрения, теплоизоляции. 
Горючие природные вещества являются важнейшим 
видом полезных ископаемых. Благодаря им человечество научилось вырабатывать и использовать энергию, а также создало множество отраслей промышленности. В настоящее время