Развитие обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России: Исторический аспект

Горное дело — область деятельности человека по освоению недр Земли. Она включает все виды техногенного воздействия на земную кору, а также горные науки, изучающие закономерности преобразования и сохранения недр. Раньше здесь рассматривались и разведка полезных ископаемых, и металлургических передел.

Значение горного дела чрезвычайно велико. Нельзя не согласиться с высказыванием крупнейшего деятеля в этой области академика Н. В. Мельникова: «Масштабы и развитие горной промышленности определяют богатство страны, ее могущество и процветание» [1, с.736].

Истоки горного дела уходят в глубокую древность. Ниже приведена табл. 1 «Периоды эволюции в освоении недр Земли», из которой следует, что первые каменные горные орудия труда относятся к периоду, датируемому 2 млн. лет до н.э. — 35−40 тыс. лет до н.э. Появление примитивных горных механизмов для обогащения относится к VI — VIII вв.-XVIII в.

Известный историк горного дела А. М. Лоранский в 1900 г. писал: «Горнозаводская промышленность имеет весьма важное значение для благосостояния и могущества государства, и горное дело оказывает громадное влияние на развитие цивилизации в человеческих расах. Всемирная история показывает нам, что периоды особенного развития интеллектуальной и коммерческой деятельности совпадали с прогрессом горного дела и металлургии. Как в новых, так и в древних веках существовали постоянные отношения между элементами общего прогресса в цивилизации и количеством и разнообразием минерального богатства, получаемого из земли» [2, с. 1].

Россия обладает огромными запасами природных ресурсов, поэтому горному делу на всем протяжении его развития отводилась ведущая роль.

По истории горного дела и обогащения полезных ископаемых, а точнее, отдельных разделов и направлений указанных областей имеется немало исследований. Однако, проводились они в различные исторические периоды, поэтому задачи, методы и подходы к решению поставленных проблем также менялись. В целом эти работы носили фактологический характер и в настоящее время не соответствуют современному уровню развития горных наук, в том числе обогащения полезных ископаемых, истории науки и техники [3−7]. 5.

Таблица 1.

Периоды эволюции в освоении недр Земли [1].

Этапы освоения Фаза технологической цивилизации Период Определяющий признак горноэксплуатационной технологии Основные горные орудия труда (нововведения).

1 2 3 4 5.

Каменные горные орудия труда Неолитическая 2 млн. лет до н.э. -35−40 тыс. лет до н.э. 35−40 тыс. лет назад — 6 тыс. лет до н.э. Собирательство каменного материала с поверхности Неглубокие выемки для добычи высококачественного камня. Древние карьеры Каменные молоты, кайла, кирки, роговые кайла.

Металлический горный инструмент Горнометаллургическая (этап бронзы) 6 тыс. лет до н.э. -IX в. до н.э. Подземные выработки в теле полезного ископаемого для добычи руд. Огневые работы. Механический вруб Бронзовые кайла, кирки, клинья, молоты. Колесные механизмы.

Горный механизм Горнометаллургическая (этап железа) VIII в. до н.э. -V в. н.э. Разветвленные сети подземных выработок для добычи руд. Искусственное проветривание. Колодезная добыча нефти Железные кайла, клинья, молоты, механические приспособления для шахтного подъема и водоотлива.

Горные машины с простейшим приводом Энергетическая (этап гидросиловых установок VI — VIII вв. -XVIII в. Упорядоченные в пространстве и во времени отработки, шахтные выработки для добычи руд и соли. Прообраз шахтных систем разработки руд. Порохостроительные работы Примитивные горные механизмы для обогащения, шахтного подъема, водоотлива. Горные машины с приводом от водяного колеса, конной тяги. Рельсовые вагонетки. Взрывобезопасный светильник, система вентиляции.

Горные машины с паровым двигателем Энергетическая (этап паровых двигателей) XVIII в. -конец XIX в. Системы шахтной разработки угля, механизированное бурение скважин, аналитически рассчитанные системы шахтной разработки, многоуступная открытая разработка. Взрывные работы. Гидромеханизация Выемочные горные машины, одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, буровые станки, врубовые машины, транспортные машины с паровым и электрическим приводами. Конвейеры.

1 2 3 4 5.

Комбинированные горные машины с одиночным приводом Энергетическая (этап электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания) Началосередина XX в. Системы комлексно-механизированных открытой и шахтной разработок полезных ископаемых, системы скважинной добычи. Управление горным давлением. Шахтная гидродобыча угля Высокопроизводительные экскаваторы, горные комбайны, буровые установки глубокого бурения. Турбобур, электробур. Подземные самоходные машины.

Системы горных машин с автоматизированным приводом Информационно-технологическая С 50-х годов XX в. Морская горная технология, микробиологическая горная технология, переход от комплексной механизации к автоматизации технологических процессов добычи и комплексному освоению недр Автоматизированные комплексы горных машин, буровые установки сверхглубокого бурения, морское горнодобычное оборудование. Циклично-поточное и поточное производство.

Исключение составляет фундаментальный коллективный труд «Горные науки. Освоение и сохранение недр земли» (1997 г.), вышедший под редакцией академика К. Н. Трубецкого. Эта книга посвящена анализу современного состояния горных наук, пониманию выхода горных наук на совершенно иной, качественно высокий уровень. Ее авторы — ведущие ученые нашей страны, выражая принципиальные научные взгляды, нашли согласованные позиции по переосмыслению предмета, содержания и целей горных наук на современном этапе.

И хотя данный труд не является в целом историческим, но интересно его построение. Не отдавая просто дань истории, а понимая ее важность и актуальность, каждый раздел книги содержит историческую главу. Так, например, раздел «Горное недроведение» имеет главы «Становлениие и развитие геомеханики», «Эволюция практики и научных знаний в области разрушения горных пород». Горная теплотехника содержит главу «Основные положения и история развития». Раздел «Горная системология» имеет главу «История становления и развития отечественной горноэкономической науки» и т. д.

Исторический, эволюционный подход к рассмотрению горных наук подчеркнут и в той оценке, которую дал вице-президент РАН академик Н. П. Лаверов упомянутому труду: «Данная книга представляет собой необычный научный труд. Его необычность в том, что он полностью посвящен описанию и анализу значительных для весьма широкого круга ученых и специалистов, прежде всего горняков, явлений, как эволюция горных наук и решительный выход наук на принципиально новые позиции в понимании предмета, содержания и в целом их идеологии и методологии». И далее: «Создание этой значительной глубокой по содержанию книги является свидетельством принятия новой идеологии и методологии горных наук» [8, с. 5].

Таким образом, в настоящее время исторический, эволюционный подход к анализу горных наук, в состав которых входит обогащение полезных ископаемых, признан всеми ведущими отечественными учеными, работающими в данной области. Современная классификация горных наук приведена ниже в табл. 2 [8, с.48].

Всего в горные науки входят четыре группы, одна из которых — обогащение полезных ископаемых. Поэтому исследование истории развития обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России даст общий социальный фон проведения реформ в горном деле, покажет их роль и значение. Актуальность проведения подобного исследования на современном историко-научном уровне вполне созрела, она продиктована самим развитием горных наук. 8.

Таблица 2.

Классификация горных наук.

Группа горных наук Горная наука.

Горное недроведение Горно-промышленная геология Геометрия и квалиметрия недр Геомеханика Разрушение горных пород Рудничная аэрогазодинамика Горная теплофизика.

Горная системология Теория проектирования освоения недр Экономика освоения георесурсов Горная экология Горная информатика.

Геотехнология Физико-техническая геотехнология Физико-химическая геотехнология Строительная геотехнология Геотехника.

Обогащение полезных ископаемых Технологическая минералогия Дезинтеграция и подготовка минерального сырья к обогащению Физические и химические процессы разделения, концентрации и переработки минералов Физические и химические процессы извлечения полезных компонентов из природных и техногенных вод.

Основная идея и цели работы.

Основная идея данного исследования заключается в том, чтобы дать комплексный исторический анализ развития обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России, показать своеобразный характер пройденного пути.

Основные цели работы сводятся к тому, чтобы на основе изучения обширного круга архивных источников и научной литературы провести реконструкцию зарождения и становления обогащения полезных ископаемых в системе горных наукпоказать пути научно-технического прогресса в горном деле и обогащении полезных ископаемых на фоне происходящих в России реформ горного делавыявить вклад отечественных ученых и деятелей в этом процессе.

Задачи исследования и методы их решения. Периодизация.

Для решения поставленных целей в исследовании решены следующие задачи:

1. Изучены обширные исторические материалы по теме и на их основе разработана периодизация исследования, включающая следующие основные этапы:

— I этап (С древнейших времен до XVIII в.) Зарождение обогащения полезных ископаемых в недрах горного дела;

— II этап (XVIII в.) Реформы горного дела в XVIII в. и их влияние на развитие горного дела и обогащения полезных ископаемых в России. Создание отечественного образования как фактор дальнейшего успешного развития горной промышленности в XVIII в.;

— III этап (XIX в.) Влияние новых реформ в горном деле в XIX в. на развитие горной и обогатительной науки и техники;

— IV этап (XX в. — начало XXI в.) Научно-технический прогресс в области обогащения полезных ископаемых в России в XX в. Новые условия и задачи.

Основные этапы развития обогащения полезных ископаемых и общая оценка каждого из них даны в таблице 3.

2. На основе источниковедческого анализа, включающего большое количество архивных материалов, литературных памятников по горному делу, периодических изданий горного профиля, научно-технической и исторической литературы и разработанной периодизации выявлены основные черты развития научно-технических основ обогащения полезных ископаемых в разные исторические периоды.

3. Выделены основные реформы в горном деле, проводившиеся в России, начиная с XVIII в. и проанализированы их последствия на развитие всего горного дела, включая и обогащение полезных ископаемых.

4. Прослежены взаимосвязи науки и техники в обогащении полезных ископаемых, изменение их характера в разные периоды истории, а также расширение и влияние естественно-научной базы на данную область.

5. Выявлен вклад отечественных ученых и государственных деятелей в становление и развитие обогащения полезных ископаемых.

При решении поставленных задач были применены историко-научные методы исследования.

В табл. 3 приведены основные этапы развития обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России.

Таблица 3.

Основные этапы развития обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России.

Номер этапа, хронологические рамки и его название.

Основное содержание этапа.

Взаимодействие горной науки и техники на разных этапах.

Появление новых методов обогащения полезных ископаемых.

Общее значение этапа 1.

I этап с древнейших времен до.

XVIII в.

Зарождение обогащения полезных ископаемых в недрах горного дела.

Истоки обогащения полезных ископаемых в недрах горного дела.

Сложение приказной системы на.

Руси.

Состояние горнорудного промысла в Российском государстве. Открытия горнорудных месторождений. Техника переработки РУД.

Техника развивается в отсутствии науки.

Появление простейших методов гравитационного обогащения (промывка, ручная отсадка).

Появление примитивных механизмов с простейшим приводом для обогащения полезных ископаемых относится к VI—XVIII вв. Разделение производилось в водной среде (гравитационное обогащение). В XVIII в. для техники обогащения руд характерным было применение водяного колеса с целью интенсификации процессов промывки и отсадки. В горном деле оно обеспечило широкое применение водоподъёмных, грузоподъёмных и вентиляционных машин. Широкое распространение в обогащении получили толчеи. Наряду с ручными мельницами появились мельницы, приводимые в движение гидравлическими колесами. Новым в технике гравитационного обогащения явилось появление метода, основанного на использовании действия восходящей струи воды для разделения минералов по удельным весам. Получает распространение амальгамация. Созданы комбинированные машины, выполняющие дробление, измельчение, промывку, амальгамирование руды. Приказная система подвела итог на пути создания централизованного управления страной. В 1700 г. появился «Приказ рудокопных дел». В XVII в. велась целенаправленная разведка серебряных и оловянных руд, железорудных месторождений, серебросвинцовых и золотых рудбыла заложена основа поиска рудных месторождений как элемент развития производительных сил и техники общественного производства. На территории России горный.

1 2 3 4 промысел, включающий добычу и переработку руд цветных металлов и железа существовал в XV—XVII вв.

II этап Влияние Техника Реформы Петра I в горном деле оказали первая «Приказа развивается в решающее влияние на формирование половина рудокопных отсутствии централизованного руководства в этой.

XVIII в. дел" (1700 г.) науки. области, создали горную.

Реформы на развитие Совершенствоадминистрацию. горного дела всего вание и широкое Горный устав В. И. Татищева (1734−1735 в XVIII в. и горного дела. распространение гг.) заложил основу законодательных их влияние Причины и методов основ горного права. на развитие следствия. промывки и В начале XVIII в. появились первые горного дела Реформы ручной отсадки горные чертежи, что было связано с и Петра I. организацией Приказа рудокопных дел обогащения Берги началом правительственного контроля полезных коллегия над горными работами. ископаемых (1719 г.), в России. Бергпривилегия.

1719 г.),.

Бергрегламент.

1739 г.),.

Горный устав (1734;

1735 гг.).

В.Н.

Татищева.

II этап Обогащение Зарождение Анализ трудов В. И. Геннина, М. В. Ломовторая полезных горной науки, носова, И. А. Шлаттера, Ф. К. Канкрина, половина ископаемых характерными И. Ф. Германа показал их неравнознач.

XVIII в. в первых функциями ность, раскрыл процесс зарождения.

Отечественн отечественн которой горной науки, начавшуюся дифференое горное ых трудах по являются циацию последней. В 1773 г. открыто образование горному описательная и первое высшее учебное заведение как фактор делу. систематизаГорный институт, повлиявшее на развидальнейшего Учереждение торская. тие горной науки и техники в целом. успешного Горного Становление Появилось толчейно-промывальные развития института машинной фабрики. Руда промывалась в наклонгорной (1773 г.). техники отсадки ных желобах. С 1760 г. стали применять промышлен Техника и промывки. золотопромывальные машины на ности в переработки Уктусском и Березовском заводах,.

XVIII в. РУДизобретённые К, Д.Фроловым. Им же были созданы первые комплексы рудничного обогащения не имевшие равных как в России, так и за её пределами. Усилилось разведывание и использование каменного угля. Была опубликована книга Н. А. Львова «О пользе и употреблении русского земляного угля» (1799 г.).

III этап XIX в. Новые реформы в горном деле и их влияние на развитие горной и обогатительной науки и техники.

Горное положение А. Ф. Дерябин, а 1806 г. Горные науки в трудах А. И. Узатиса, И. А. Тиме, Г. Я. Дорошенко. «Горный журнал» и его значение для истории горной науки и техники.

Наука догоняет технику в своем развитии и выполняет объяснительную функцию.

Распространение машинной техники отсадки и промывки.

Возникновение масляной и пленочной флотации.

Появившиеся новые обобщающие труды по горной науке демонстрируют существенный прогресс, достигнутый в горном деле, свидетельствует о переходе её на более высокий уровень, становлению русской терминологии в горном деле. В 1871 г. Г. Я. Дорошенко защитил первую в России диссертацию по обогащению полезных ископаемых на тему «Механическое обогащение каменного угля» .

Горный журнал" (издается с 1825 г.) -один из первых технических журналов в мире играет выдающуюся роль для истории горной науки и техники. Выделено 9 направлений, охватывающих вопросы, относящиеся к истории обогащения полезных ископаемых.

Для техники обогащения полезных ископаемых этого периода характерным является внедрение в производство способа Л. И. Брусницына извлечение золота из россыпей, а также многочисленных золотопромывальных машин, в том числе работающих от парового двигателя (машина А.П.Аносова). С 30-х годов XIX в. в технику обогащения золотосодержащих песков внедрена амальгамация как непосредственно в процесс промывки, так и после неёразработаны «амальгамирные станки». К 1847 г. Россия заняла первое место по добыче и переработке золота, обеспечивая до 40,3% мирового производства. Значительное распространение в технике обогащения с середины XIX в. стали иметь отсадочные машины.

IV этап XX B.-XXI в. Научно-технический прогресс в области обогащения полезных ископаемых. Новые условия и задачи.

Особенности развития горных наук в Россиипроцесс дифференциации горных наук на базе их интеграции происходит одновременно с.

Наука опережает технику в своем развитии, ставя и решая такие задачи, которые после их теоретической разработки находят выход в производство. Наука выполняет.

Становление самостоятельной дисциплины «Обогащения полезных ископаемых» произошло в первой четверти XX в. С 1915 г. Г. О. Чечотт читал этот курс как часть курса «Горное искусство». Под его руководством в 1916 г. была организована первая обогатительная лабораторияв 19 181 919 гг. — создана испытательная станция с полупромышленными аппаратами и производственное бюро по проектам обогатительных фабрик;

1 2 3 4 синтезом прогностизарождалась первая научная школа. На горных наук ческую основе этой базы в 1920 г. создан в единую функцию. МЕХАНОБР, директором которого в систему Возникновение 1920;22 гг. был Г. О. Чечотт. знаний. и широкое Огромный вклад в развитие научно.

Вопросы распространение технических основ обогащения экологии и пенной полезных ископаемых внес чл.-корр. АН комплексфлотации. СССР И. Н. Плаксин и его школа. ности Зарождение и Основными современными переработки развитие направлениями исследований являются: минеральмагнитных и 1 — создание программно-аппаратного ного сырья электрических комплекса для минералогической становятся методов оценки месторождений и технологий важнейшими. обогащения комплексной переработки сырья- 2.

Становление полезных разработка общей теории интергранусамостояископаемых. лярного разрушения горных пород, тельной Появление механических и энергетических методов дисциплины комбинированинтенсификации разупрочнения.

Обогащения ных методов. минеральных комплексов и создание полезных новых технологий радиометрического ископаеобогащения труднообогатимых руд- 3 мых". Роль создание новых высокоэффективных,.

Г. О.Чечотта. экологически безопасных процессов комплексной переработки и вскрытия труднообогатимых руд и техногенных месторождений на основе комбинирования современных методов обогащения, пирои гидрометаллургии с использованием дополнительных энергетических воздействий.

выводы.

1. Впервые в отечественной истории науки и техники проведено всестороннее исследование развития обогащения полезных ископаемых в системе горных наук в России с древнейших времен до современности. В научный оборот введено большое количество новых фактов, позволивших впервые связать воедино имевшиеся сведения по предмету исследования.

2. В проведенном исследовании обосновано место обогащения полезных ископаемых в исторически складывающейся системе знаний в области горных наук. Проанализирован процесс дифференциации горных наук, приведший на рубеже XIX — XX в.в. к выделению обогащения полезных ископаемых в самостоятельную дисциплину. Показана роль Г. О. Чечотта в этом процессе, создавшего первую кафедру обогащения полезных ископаемых и научную школу в этой области, а также возглавивший первый научный институт по обогащению полезных ископаемых «МЕХАНОБР».

3. Разработана научно-обоснованная периодизация исследования, позволившая на основе анализа социально-экономических, историко-научных и историко-технических факторов выделить основные направления развития и показать своеобразие пути, пройденного Россией при достижении определенных этапов научно-технического прогресса в горном деле. Периодизация включает следующие направления: зарождение обогащения полезных ископаемых в недрах горного дела (I этап. С древнейших времен до XVIII в.) — реформы горного дела в XVIII в. и их влияние на развитие горного дела и обогащения полезных ископаемых в России (И этап. Первая половина XVIII в.) — создание отечественного горного образования как фактор дальнейшего успешного развития горной промышленности в XVIII в. (II этап. Вторая половина XVIII в.) — влияние новых реформ в горном деле в XIX в. на развитие горной и обогатительной науки и техники (III этап. XIX в.) — научно-технический прогресс в области обогащения полезных ископаемых в России в XX в. Новые условия и задачи (IV этап. XX в. — начало XXI в.).

4. Детально проанализированы реформы, проведенные в горном деле в XVIII и XIX в.в. и повлиявшие на весь ход его развития. К ним относятся: Реформы Петра I, включающие «Приказ рудокопных дел» 1700 г., создание Берт-коллегии и Берт-привилегии, приведшие к централизации горнозаводским производствомГорный устав (1734−1735г.г.) В. Н. Татищева как законодательная база создания горного праваГорное положение 1806 г. А. Ф. Дерябина, способствовавшее формированию класса промышленных рабочих.

5. Дана оценка первых работ на русском языке по горному делу. К ним относятся: рукопись В. И. Геннина «Абрисы» (1734г.) — труд М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763г.) — первая печатная работа И. А. Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу» (1760г.) — многотомный труд Ф. Л. Канкрина «Первые основания искусства горных и соляных производств» (1785−1791г.г.) — трехтомное издание И. Ф. Германа «Сочинение о сибирских рудниках и заводах» (1797−1807г.г.). Выявлены терминологические особенности по указанным трудам, дан сопоставительный анализ определений «Горная наука», «обогатительная наука» по работам М. В. Ломоносова, Ф. Л. Канкрина, Н. А. Шлаттера. Установлено, что процесс дифференциации горной науки начался с 60-х годов XVIII в. Воссозданы творческие биографии ученых создавших названые труды.

6. На основе рассмотрения деятельности Горного института, учрежденного в 1773 г. и его роли в развитии горного дела в России обоснована необходимость создания отечественного горного образования как фактора дальнейшего успешного развития Горной промышленности в XVIII в.

7. Определено значение основных работ в горном деле, относящих к XIX в. К ним относятся труды: А. И. Узатиса «Курс горного искусства» (1843г.), сделавшего эпоху в горном делеГ.И.Спасского «Горный словарь» в трех частях (1841г.), способствовавшего созданию русской терминологии во всем горном делеГ.Я.Дорошенко «Горное искусство» в 2-х томах (1880г.) служившего энциклопедией того времени, когда был издан. Воссозданы не только биографии ученых, но показаны пути, которыми они шли к созданию своих произведений, приведены оценки современников этих работ.

8. Показана выдающаяся роль «Горного журнала» как ценнейшего источника сведений по истории горной науки и техники — одного из первых технических журналов в мире. Определен вклад этого журнала в развитие научно-технических основ обогащения полезных ископаемых. Всего за 100-летний период этого издания (с 1825 г. по 1925 г.) охвачено 9 направлений, содержащихся в этих статьях, относящихся к обогащению полезных ископаемых.

9. Развитие научно-технических основ обогащения полезных ископаемых рассмотрено на протяжении многих столетии — с древнейших времен до современности, определены изменяющиеся функции науки по отношению к технике, начиная от объяснительной и систематизаторской (до середины XX в.), кончая объяснительной и простностической (вторая половина XX в. — XXI в.).

10. Выявлен и показан вклад многих отечественных ученых в становление и развитие науки и техники в области обогащения полезных ископаемых, начиная от.

М.В.Ломоносова, И. А. Шлаттера, Ф. Л. Канкрина (XVIII в.) — Г. О. Чечотта, А. И. Узатиса, Г. Я. Дорошенко (XIX в.) — И. Н. Плаксина и многочисленных представителей его научной школы (XX в.-XXI в.).

11. В ходе проведенного исследования были установлены и обоснованы следующие приоритеты: 1. Опровергнуто часто встречающееся утверждение о том, что М. В. Ломоносов учился во Фрейбергской Горной академии. Последняя была основана лишь через 25 лет после отъезда ученого из Германии в 1765 г. М. ВЛомоносов действительно учился во Фрайберге, но в лаборатории И. Ф. Генкеля, которая в качестве составной части в дальнейшем вошла во Фрейбергскую Горную академию- 2. Впервые мокрое толчение было применено в г. Яхимове Паулем Громменететтором в 1519 г., а в 1521 г. здесь была построена первая толченная фабрикаВ 1519 г. им же изобретена отсадка на решетках. Сведения почерпнуты из манускрипта 1556 г., хранящегося в библиотеке Министерства Финансов в Вене- 3. Первая в России диссертация по обогащению полезных ископаемых была защищена выпускником Горного института Г. Я. Дорошенко в 1871. на тему «Механическое обогащение каменного угля.» .