Гравитационное обогащение полезных ископаемых, методы отделения полезных минералов от пустой породы по различию их плотности. Г. о. — древнейший метод обогащения полезных ископаемых, применявшийся за 2 тыс. лет до н. э. при разработке оловянных и золотых россыпей на Южном Урале и Алтае. В 14—15 вв. были созданы аппараты для Г. о., явившиеся прототипом современных (например, золото-промывательные машины К. Фролова). Г. о. подробно описано Г. Агриколой (16 в.), одно из первых научных обоснований дано М. В. Ломоносовым.
Наиболее широко Г. о. применялось в конце 19 и начале 20 вв., когда добыча полезных ископаемых резко возросла, а флотационный метод обогащения, успешно конкурирующий с гравитационным при обогащении мелких фракций, только начал развиваться. Г. о. не теряет своей актуальности, что связано с его принципиальными преимуществами — дешевизной и возможностью разделять разными методами частицы минералов широкого диапазона крупности (от 0,1 и до 300 мм).
Г. о. осуществляется в водной и воздушной средах. В водной среде разделение происходит более четко, что связано с большей плотностью воды. Однако сухое (т. н. пневматическое) Г. о. в ряде случаев имеет преимущество, поскольку не требует обезвоживания продуктов обогащения. Это особенно важно для районов с суровым климатом, где смерзание концентратов, например угольных, затрудняет их транспортировку. При Г. о. обычно используется сила земного притяжения, откуда и название метода; одновременно с силой тяжести в некоторых случаях используется центробежная и электромагнитная силы.
Теория Г. о. основана на определении относительных скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью и размерами, в среде различной плотности. Впервые теория Г. о. была развита П. Риттингером (1867). Существенное развитие теория Г. о. получила в работах Г. Я. Дорошенко (1876), С. Г. Войслава (1884), В. А. Гуськова (1908), Р. Ричардса (1908), Т. Финкея (1940) и, особенно, П. В. Лященко (1940). Вначале были разработаны методы определения скорости падения одиночных частиц. При достаточно большой разнице скоростей происходит разделение: частицы большей плотности располагаются внизу, а меньшей — в верхней части слоя. При таком подходе для разделения частиц по плотности необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе очень крупное зерно малой плотности будет падать с такой же скоростью, как небольшое зерно большей, и разделения не произойдёт). Однако на практике этот принцип не выдерживался, а разделение происходило. Расхождение между теорией и практикой пытались устранить введением понятия о т. н. стеснённых условиях движения частиц, при которых они перемещаются группой. Но при этом очень трудно учесть закономерности взаимного трения и перемещения частиц. Пытались также рассматривать процесс Г. о. как разделение крупных частиц в плотной взвеси частиц более мелких. Современная теория Г. о. развита в 60-е гг. советскими учёными Э. Э. Рафалес-Ламарка, Н. Н. Виноградовым и др. Основное внимание уделяется анализу расслоения как массовому статистическому процессу и свойствам взвесей, находящихся в статистически неустойчивом состоянии.
Разновидностями Г. о. являются отсадка, обогащение в тяжёлых суспензиях, концентрация на столах и шлюзах, обогащение в гидроциклонах, желобах и др.
При обогащении в тяжёлых суспензиях куски угля или руды погружаются в суспензию, состоящую из утяжелителя — мелких (доли мм) зёрнышек тяжёлых минералов (магнетита и др.) или сплавов (например, ферросилиция) и воды. Плотность суспензии регулируется концентрацией в ней утяжелителя и достигает 3 г/см2. Куски, плотность которых выше плотности суспензии, погружаются на дно, менее плотные всплывают на поверхность и удаляются гребками (рис. 1). Этим достигается наиболее точное разделение кусков, даже при небольшом отличии их плотности. Другим преимуществом является возможность обогащать наиболее крупные куски (до 300 мм). Недостаток этого метода — в необходимости регенерации частиц утяжелителя суспензии. Этот метод Г. о. широко применяется в угольной (его роль сравнима с отсадкой) и в рудной (например, при обогащении алмазных руд) отраслях промышленности. Определённые перспективы имеет применение т. н. аэросуспензий, представляющих собой псевдосжиженный слой, получаемый при пропускании воздуха под давлением сквозь пористое днище, на которое насыпан мелкий утяжелитель. В таком слое тонут тяжёлые частицы и всплывают лёгкие почти так, как и в водных суспензиях. Однако при этом получаются сухие продукты.
Концентрация на столах и шлюзах основана на выпадении в нижний слой твёрдых зёрнышек повышенной плотности при течении смеси воды и частиц меньше 1 мм по наклонной плоскости. По способу удаления тяжёлой фракции различают отдельные аппараты: у концентрационных столов дека с нарифлениями колеблется поперёк потока и минералы различной плотности образуют на деке своеобразный веер (рис. 2); на шлюзах и вашгердах тяжёлые минералы улавливаются различными трафаретами, ворсистым материалом и пр., которыми покрыто днище жёлоба. В последние годы применяют наклонные струйные желоба разных конструкций, имеющие плоское и суживающееся к концу днище. Это сужение вызывает возникновение восходящих потоков воды, усиливающих расслоение материала по мере его перемещения по жёлобу. Большая простота и высокая производительность делают эти аппараты перспективными. Широко используются гидроциклоны, которые часто применяются совместно с тяжёлыми суспензиями (например, для обогащения мелкого угля). Центробежная сила в сочетании с гравитационной применяется и в винтовых сепараторах. Особым вариантом Г. о. является разделение частиц в центрифугах в жидкостях повышенной плотности. В магнитогидродинамических сепараторах «псевдоутяжеление» среды достигается наложением на электролит одновременно магнитного и электрического полей.
Г. о. производится на обогатительных фабриках по схемам, предусматривающим подготовку материала, его обогащение и обработку получаемых продуктов. На рис. 3 приведена схема установки для комбинированного Г. о. угля, с использованием тяжёлой суспензии для крупного класса и отсадки — для мелкого. Часто практикуются комбинированные схемы, в которых не только сочетаются различные методы Г: о., но и Г. о. с др. методами обогащения — флотацией, магнитной сепарацией и с гидрометаллургией.
Совершенствование Г. о. связано с применением различных физических и физико-химических воздействий на обогащаемый материал и среду. Например, улучшение разделения кусков разной плотности в тяжёлой суспензии достигается снижением её вязкости, добавлением реагентов-пептизаторов, сообщением вибраций. В ряде случаев добавляют реагенты-гидрофобизаторы (при обогащении в гидроциклонах, на концентрационных столах, в отсадочных машинах) и некоторое количество воздуха. Производительность основного оборудования — отсадочных машин, сепараторов и др. — непрерывно возрастает не только за счёт увеличения их размеров, но и главным образом вследствие улучшения режима работы и конструкции (например, применение многоденных концентрационных столов).
Лит.: Лященко П. В., Гравитационные методы обогащения, 2 изд., М. — Л., 1940; Поваров А. И., Гидроциклоны, М,, 1961: Марголин И. З., Обогащение углей и неметаллических ископаемых в тяжёлых суспензиях, М., 1961; Полькин С. И., Обогащение руд и россыпей редких металлов, М., 1967; Акопов М. Г., Основы обогащения углей в гидроциклонах, М., 1967.
В. И. Классен.
Рис. 3. Принципиальная схема гравитационного обогащения угля отсадкой из тяжёлой суспензии.
Рис. 2. Веер частиц разных минералов на поверхности концентрационного стола.
Рис. 1. Сепаратор для гравитационного обогащения угля в тяжёлой суспензии.