9.2. Обогащение полезных ископаемых в эпохи Средневековья и Возрождения

На протяжении нескольких столетий после крушения Римской империи существенных сдвигов в технике и технологии обогащения полезных ископаемых не происходило. Для повышения качества руд, шедших в плавку, использовались методы, возникшие еще в эпоху рабовладельческого общества и основанные исключительно на ручном труде: ручное толчение, истирание и сортировка руд с последующей их промывкой в чашах и на лотках. Начиная с XVI в. обогащение получило большое развитие в Австро-Венгрии. Австрийские специалисты приглашались для обучения горняков в других странах. Начиная с XVII в. горное дело распространяется в Саксонии (Германия). Бурное развитие обогащения руд в мануфактурный период связано с общим ростом потребления металлов. Широко применяются известные с древности основные и вспомогательные процессы обогащения: обжиг, дробление, ручная сортировка, (рис. 9.2), грохочение, измельчение, промывка и амальгамация. Развиваются процессы гравитационного метода обогащения.

Рисунок 9.2. Разборка руды на столах в средние века (из книги Г. Агриколы)

Общее развитие науки, техники и производства в эпоху Возрождения обусловило появление и первых печатных руководств по горному делу и обогащению полезных ископаемых. В «Пиротехнии» Ванноччо Бирингуччо (1480–1539) и «Космографии» Себастиана Мюнстера (1489–1552) рассматриваются вопросы опробования руды и подготовительных процессов. Наиболее значительными являются труды Георга Агриколы (смотри тему 5), в которых систематизированы и описаны мировая практика ведения горных работ, обогатительных процессов и металлургии. Обогащению полезных ископаемых посвящена «Книга восьмая» труда «О горном деле и металлургии в 12 книгах». Основываясь на трудах Плиния и Аристотеля, автор описал методы, возникшие еще в эпоху рабовладельческого общества. Кроме этого, освещены методы, используемые в феодальную эпоху: применение свободно падающих пестов в толчейных мельницах, действующих от водяного колеса, промывка на шлюзах, амальгамация, мокрое измельчение жерновами, действующими от водяного колеса.

В Германии (области Вестфалия и Эйфель) руду сначала обжигали для снижения твердости исходного материала и удаления вредных примесей (серы, мышьяка, и др.). Затем на твердом каменном основании руду дробили молотками специальной конфигурации, по своему воздействию близкими к цепам на зерновом току. Раздробленную руду сметали в кучи и отправляли на промывку в коротком промывочном гарде, где тяжелые частицы оседали на дно, а более легкие уносились смывной водой (рис. 9.3).

В середине XVI в. наметились тенденции в механизации процессов обогащения: введение толчейной мельницы с четырьмя ставами (рис. 9.4). Впервые толчейные или «цвиттер-мельницы» были построены в 1507 г. в Диппольдисвальде и в Альтенберге. Эти толчейные ставы, объединявшие по нескольку свободно падающих пестов (деревянных бревен, обитых железом), дробили руду в толчейном корыте и в ряде случаев приводились в действие от водяного колеса. Автор этого изобретения остался неизвестен. Однако есть сведения, что в 1519 г. мокрое толчение руд применялось в г. Яхимове Паулем Громестеттером, уроженцем Шварца.

Рисунок 9.3. Промывка в ступенчатом желобе 1 - трубка; 2 - поперечный желоб; 3 - малый желобок; 4 - верхнее отделение желоба; 5 - деревянный гребок; 6 - перегородки; 7 - короткий гард

Рисунок 9.4. Дробление руды в толчее	Рисунок 9.5. Измельчение в жерновах

В толчеях производилось сухое и мокрое измельчение. В случае тонкого измельчения применялся горизонтальный жернов, который вращался от вертикального вала с приводом от водяного колеса. Измельчение руд на жерновах осуществляли в несколько стадий (рис. 9.5). Крупность продуктов контролировалась многостадиальным грохочением (просеиванием) на подвешенных грохотах с различными по размеру отверстиями, приводимых в действие мускульной силой.

Наряду с трудоемкими ручными способами применялся также гидравлический смыв с наклонных шлюзов, имеющих матерчатый покров. Процессы обогащения применяются не только к рудам, но и к продуктам металлургической плавки – шлакам, на что также указывал Г. Агрикола. К примеру, на гарде извлекались корольки свинца и штейна (промежуточного продукта, сплава сульфидов цветных металлов и железа) из дробленого шлака. В 1521 г. была построена большая толчейная фабрика с применением отсадки на качающихся решетах. Впервые отсадочные машины с подвижным решетом появились у средневековых горняков Гарца. Данный метод основан на использовании действия восходящей струи воды для разделения минералов по удельным весам, осуществляемого попеременным встряхиванием погруженного в воду решета, наполненного размолотой рудой.

По описаниям Агриколы, некоторые золотоизвлекательные установки совмещали несколько операций: дробление, измельчение, грохочение, промывку, амальгамацию (рис. 9.6). Руда после дробления в толчее поступала в верхний ларь мельничного жернова и, постепенно удаляясь через отверстия, последовательно измельчалась в порошок. Измельченная руда подавалась в три чана (с вращающимися в них мешалками), куда заливалась ртуть для извлечения золота амальгамацией. Другой процесс обогащения представлял собой двухстадиальное обогащение россыпных руд (с доизмельчением) на шлюзовых концентрационных устройствах с целью получения касситеритового концентрата (рис. 9.7). Шлюз представляет собой длинный наклонный лоток, по которому сверху вниз течет пульпа – смесь руды с водой. Дно шлюза выполнено таким образом, чтобы создавать препятствие движущемуся потоку (сейчас – рейки, трафареты, коврики, раньше – перегородки, шкуры животных).

Рисунок 9.6. Цех амальгамации золотой руды.	Рисунок 9.7. Промывка руды на шлюзах.

В этот период в Мексике для измельчения и истирания руды применялись специальные устройства (арастры), для привода которых использовались мулы. В кольцевых каменных ямах с выпускными отверстиями для измельченной руды дробление осуществлялось огромными обтесанными камнями, прикрепленными цепями к вращающейся крестовине. Позднее для привода арастры стали использовать водяное колесо. Для извлечения серебра начинает широко применяться амальгамация в чугунные ретортах (так называемый американский способ).

Развитию горно-рудной и металлургической промышленностей в России в XVIII веке способствовали труды В.И. Геннина «Абрисы» (1734г.), Ивана Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу» (1760г.) и М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763г.). М.В. Ломоносовым было дано определение понятию «горной науки», неразрывно связанной с обогащением полезных ископаемых (смотри тему 7): «Наука, которая учит минералы знать, приискивать и приводить в такое состояние, чтобы они в обществе человеческом были угодны, называется горная наука». Ученым подчеркивалось, что значение обогащения состоит не только в повышении содержания металлов в рудах, но и в улучшении качественных показателей дальнейшей металлургической переработки.