Научно-технический прогресс в обогащении полезных ископаемых

Произошли перемены и в технической  реконструкции горно-обогатительных предприятий. Одним из основных достижений явилось внедрение в 30-е гг. XIX в. Ефимом Черепановым паровых машин, построенных впервые на Урале на Нижне-Тагильском, а затем на Кыштымском заводах. Россия была богата талантливыми изобретателями, которые часто были простыми самоучками. Однако применение новых изобретений, и вообще технический прогресс не находили должного развития в условиях крепостного хозяйства.

Несмотря на неблагоприятные условия, горнозаводская техника все же добилась известных успехов. Русский металл высоко ценился за границей. Превосходство качества русского железа послужило, например, даже поводом к подделке иностранными заводчиками русского клейма. При покупке русскому железу, хотя оно и стоило дороже, отдавалось предпочтение.

Рост потребления металлов требовал развития горно-перерабатывающей промышленности. Для освоения и усовершенствования горной техники необходимы были специальные кадры, а также соответствующие учебники и книги по горному делу.

В этих условиях в 1841 г. был опубликован трехтомный Горный словарь" Григория Ивановича Спасского (1783-1864).

Реформа 1861 г. способствовала развитию новых общественно-экономических отношений во всех областях русской промышленности, включая и горную. Во второй половине XIX в. по сравнению с первой, значительно возросла добыча золотых, железных руд и каменного угля. Сдвиги в горной промышленности, наблюдающиеся в России в конце XIX в. стимулировали развитие всей горной науки, в том числе и обогащения полезных ископаемых. [1]

Перед обогащением руду, как правило, приводят в такое состояние, при  котором содержащиеся в ней минералы будут как можно полнее освобождены от сростков друг с другом. Это достигается при дроблении и измельчении руды и сортировкой измельченного материала по крупности грохочением или классификацией. В свою очередь полученный концентрат необходимо подготовить к металлургической переработке путем его обезвоживания.

Таким образом, процесс обогащения слагается из подготовки руды к обогащению, собственно обогащения и первичной  подготовки концентрата к металлургической переработке.

Дробление и измельчение, сортировку по крупности и обезвоживание широко используют также непосредственно и в металлургическом производстве в качестве подготовительных и вспомогательных операций.

Большинство операций обогатительной технологии проводят в водной среде. Механическая смесь твердых материалов с жидкостью, обладающая текучестью, называется пульпой. Содержание воды в пульпах может быть сколь угодно большим.

Предварительное обогащение рудного  сырья значительно более дешевыми методами по сравнению с металлургическими  обеспечивает следующее:

1) повышает комплексность использования исходного сырья за счет выделения ценных компонентов в отдельные концентраты, пригодные для дальнейшей самостоятельной металлургической переработки;

2) удешевляет стоимость последующих металлургических операций и снижает себестоимость получаемых металлов в первую очередь за счет сокращения объема перерабатываемых материалов;

3) позволяет перерабатывать бедные руды, непригодные для прямой металлургической переработки.

И.Н. Плаксин - выдающийся учёный в области обогащения полезных ископаемых

Игорь Николаевич Плаксин родился 8 октября 1900 г. в семье интеллигентов в г. Уфе. В 1918 г. окончил Уфимское реальное училище и поступил в Омский политехнический институт на химический факультет. С самого детства Игорь интересовался многими вещами, но больше всего книгами - страстную любовь к ним он сохранил на всю жизнь.

В 1920 г. И.Н. Плаксин поступил на горнозаводское отделение Дальневосточного политехнического института (вскоре преобразованного в Дальневосточный государственный университет) в г. Владивостоке и в мае 1926 г. окончил его, получив звание горного инженера. Темы, выбранные Игорем Николаевичем для диплома, были связаны с обогащением полезных ископаемых и гидрометаллургией. Этой тематике он остался верен до конца своих дней.

Уже в годы студенчества у И.Н. Плаксина появилась тяга к научным исследованиям. Без отрыва от учебы он работал ответственным лаборантом-исследователем и аналитиком в химико-металлургической лаборатории. В 1923 г. И.Н. Плаксина избирают научным сотрудником по кафедре общей и неорганической химии. Кроме того, он ведет занятия по физической и технической химии. О возрастающем авторитете И.Н. Плаксина среди научной общественности университета свидетельствует и его избрание ученым секретарем Дальневосточного филиала русского физико-химического общества и Научно-технического общества при университете.

В дальнейшем большую роль в формировании И.Н. Плаксина как ученого сыграл Институт химии АН СССР в Ленинграде, куда он был направлен для продолжения и завершения исследования по металлургии золота. В 1927 г. уже работал в лаборатории, возглавляемой директором института академиком Н.С. Курнаковым. Используя созданные Курнаковым методы физико-химического анализа, Плаксин впервые в гидрометаллургии детально изучил систему золото-ртуть, являющуюся теоретической основой амальгамации - одного из важных методов в те годы извлечения золота из руд. Результаты исследований он доложил на V Менделеевском съезде в 1928 г. В личном деле И.Н. Плаксина сохранился документ, подписанный академиком А.А. Скочинским, где дана весьма высокая оценка этих работ Плаксина.

В 1928 г. И.Н. Плаксина пригласили работать в Московскую горную академию. Именно здесь завершилось формирование Плаксина как крупного ученого и организатора. Он постепенно становится одним из ведущих ученых страны, умелым руководителем больших научных коллективов. В 1930 г. из состава Московской горной академии выделился ряд самостоятельных институтов, среди которых - Московский институт цветных металлов и золота. В этом институте была создана кафедра металлургии благородных металлов, которую возглавил 30-летний профессор И.Н. Плаксин.

Даже сейчас, в период быстрого роста научной молодежи, профессор  в 30 лет - большая редкость. В 30-е годы такой молодой профессор, да еще руководитель кафедры - явление исключительное. Это подтверждает яркие способности И.Н. Плаксина как ученого и организатора науки. Поэтому неудивительно, что уже в 1932 г. Игорь Николаевич становится заместителем директора Московского института цветных металлов и золота по научной и учебной работе. В эти же годы он является научным руководителем НИС Золото и консультантом Гипрозолото. В 1937 г. И.Н. Плаксин защитил докторскую диссертацию по гидрометаллургии золота, которая затем вошла во все учебники и стала классической.

Суммируя вклад И.Н. Плаксина в гидрометаллургию, следует констатировать, что он разработал физико-химические основы амальгамации и выщелачивания, исследовал систему "золото-ртуть" детально изучил явление “утомляемости" цианистых растворов, кинетику растворения металлов и образование на их поверхности пассивирующих пленок, предложил методы интенсификации цианирования в автоклавах с применением кислорода и озона, новые растворители золота и др. За фундаментальный труд "Гидрометаллургия" (1951 г) И.Н. Плаксин совместно с Д.М. Юхтановым были удостоены Государственной премии СССР. Книга впитала все наиболее существенное, что сделали в гидрометаллургии И.Н. Плаксин и представители его школы, особенно в области теоретических основ.

Как известно, гидрометаллургия и  обогащение полезных ископаемых - области во многом смежные. Компетентность И.Н. Плаксина в вопросах обогащения полезных ископаемых сослужила большую службу нашей промышленности еще в годы Великой Отечественной войны. По заданию Наркома цветной металлургии И.Н. Плаксин совместно с К.Л. Пожарицким делал научно-технические экспертизы для уральских и сибирских заводов цветной металлургии.

Изучая научное наследие И.Н. Плаксина, невольно обращаешь внимание на его стремление к обобщениям и на его прозорливость. Эти черты ярко проявились уже в 30-е годы, когда были опубликованы такие известные работы И.Н. Плаксина как "Обработка золотых руд" (1932 г), "Металлургия золота, серебра и платины", ч.1. Физико-химические основы" (1935 г); Взаимодействие сплавов и самородного золота с ртутью и цианистыми растворами " (1937 г) и, наконец, в 1937 г. - вторая часть учебника "Металлургия золота, серебра и платины". С выходом в свет этих работ отечественная металлургия получила самую передовую и совершенную теоретическую базу производства благородных металлов.

В своих работах независимо от того, носили ли они преимущественно теоретический  или технологический характер, И.Н. Плаксин всегда выступал как ученый и инженер. Его теоретические исследования отличались практической целенаправленностью, а технологические - выполнялись на высоком теоретическом уровне. Этим и объясняется, что все работы И.Н. Плаксина - теоретически обоснованы и практически актуальны.

Неудивительно, что Плаксина всегда интересовала проблема интенсификации технологических процессов. К их числу относятся: электроамальгамация, активная амальгамация платины, цианирование под давлением воздуха, цианирование в атмосфере кислорода, цианирование с применением озона, осаждение золота из пульпы цинковой амальгамой. Игорь Николаевич впервые выдвинул вопрос о важности для гидрометаллургии и обогащения форм нахождения благородных металлов в рудах и продуктах их переработки; выполненные в этой области исследования имеют принципиальное значение.

Совместно с сотрудниками им изучены  формы нахождения золота в кварцевых  и сульфидных рудах, разработаны  методы изучения тонкодисперсного золота, установлены формы потерь золота с хвостами амальгамации, цианирования и флотации. Обширные исследования были проведены по изучению форм нахождения некоторых цветных металлов в рудах Норильского месторождения. Найденные новые решения в области гидрометаллургии и обогащения полезных ископаемых выдвинули отечественную науку на передовые рубежи.

Проблемами обогащения полезных ископаемых И.Н. Плаксин заинтересовался еще при решении теоретических и практических задач в области гидрометаллургии. Уже тогда он ясно увидел технологическую близость этих двух процессов и высокую эффективность в ряде случаев их совместного применения для обеспечения достаточно высокого извлечения и комплексного использования минерального сырья.

Однако до Великой Отечественной  войны ученый не проводил специальных  исследований, посвященных изучению собственно обогатительных проблем. Начало было положено в 1943 г., когда И.Н. Плаксин стал научным руководителем крупного научно-исследовательского института по обогащению полезных ископаемых Механобра, эвакуированного из Ленинграда в Свердловск. Число работ, которые выполняет ученый в области обогащения, резко увеличивается.

В 1946 г. И.Н. Плаксин избирается членом-корреспондентом АН СССР и быстро становится признанным и наиболее авторитетным ученым в области обогащения полезных ископаемых. Созданный им в Институте горного дела АН СССР отдел обогащения полезных ископаемых охватывает по тематике работ все наиболее важные направления обогатительной науки и техники. В отделе выросли такие известные ученые как проф. Р.Ш. Шафеев, Л.П. Старчик, Ю.Б. Рубинштейн, Г.Д. Краснов, академик В.А. Чантурия. Исследованиям в области обогащения полезных ископаемых И.Н. Плаксин посвятил 25 лет своей жизни. За это время он внес в эту область поистине огромный вклад.

В 40-50-е годы основным направлением исследований И.Н. Плаксина явилось изучение взаимодействия кислорода с сульфидами, а затем и несульфидными минералами и влияние этого взаимодействия на последующую флотацию минералов.

И.Н. Плаксин был первым из ученых, кто указал на принципиально важное положение о том, что характер связи в кристаллической решетке влияет на условия образования поверхностных соединений при окислении минерала.

В 1949 г. в ДАН СССР И.Н. Плаксин публикует работу "О причинах возникновения естественной гидрофобности сульфидных минералов в условиях флотации", в которой был сделан первый шаг на пути к объяснению причин так называемой естественной флотации минералов. Обобщенные исследования, проведенные в этом направлении, ученый изложил в докладе "Роль реагентов и газов во флотационных взаимодействиях", доложенным на II Международном конгрессе по поверхностной активности в Лондоне в 1956 г.

Эффективность проведенных И.Н. Плаксиным работ объясняется глубокими знаниями в области фундаментальных наук и тем, что он умело привлекал методы исследований из различных областей к разрабатываемым проблемам обогащения полезных ископаемых. Этот подход стал характерным для всей Плаксинской школы.

Разработку или выбор метода ученый никогда не рассматривал как  самоцель, он всегда стремился предугадать  какие результаты и решение каких  задач может обеспечить тот или иной метод. И.Н. Плаксин и сам был создателем многих новых прогрессивных методов исследования. Это особенно хорошо видно на примере использования методов меченых атомов (радиометрии и микроавторадиографии), инфракрасной спектроскопии и электрофизических методов. Данные методы оказались наиболее результативными при изучении взаимодействия минералов с реагентами в процессах флотации. И.Н. Плаксин с сотрудниками разработали несколько разновидностей микроавторадиографии.

Характерной чертой творчества Игоря Николаевича было стремление впитать все новое и прогрессивное и внедрить в свои работы. Особенно наглядно эта черта прослеживается на примере развития ядерно-физических методов исследования вещественного состава. Следует учесть, что им в соавторстве, главным образом, с его учеником доктором технических наук Л.П. Старчиком опубликовано по этим вопросам более 100 работ. В них полно и четко изложены основы более чем 20 разработанных им с сотрудниками методов ядерно-физического контроля.

Известный специалист в области радиометрического обогащения полезных ископаемых профессор В.А. Мокроусов в своих воспоминаниях об И.Н. Плаксине отмечал: "Из всех замечательных черт Игоря Николаевича на меня особенно большое впечатление производило исключительно развитое у него чувство нового. Игорь Николаевич был первым, кто в полной мере оценил, большие возможности использования в процессах рудоподготовки полезных ископаемых различных видов излучения. И это было в то время, когда большинство специалистов не видели здесь больших перспектив".