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.
Гравитационное поле
Гравитацио'нное по'ле, то же, что поле тяготения; см. Тяготение .
Гравитационное поле Земли
Гравитацио'нное по'ле Земли', поле силы тяжести ; силовое поле, обусловленное притяжением (тяготением) Земли и центробежной силой, вызванной её суточным вращением. Зависит также (незначительно) от притяжения Луны, Солнца и др. небесных тел и масс земной атмосферы. Г. п. З. характеризуется силой тяжести (см. Гравиметрия ), потенциалом силы тяжести и различными производными от него. Потенциал имеет размерность см 2 .сек –2 . За единицу измерения первых производных потенциала, в том числе силы тяжести, в гравиметрии принимается миллигал (мгл ), равный 10–3 см .сек –2 , а вторых производных — этвеш (Е ), равный 10–9 сек –2 . Часть потенциала силы тяжести, обусловленная только притяжением масс Земли, называется потенциалом земного притяжения, или геопотенциалом.
Для решения практических задач потенциал земного притяжения представляется в виде ряда
где r — геоцентрическое расстояние; j и l — географическая широта и долгота точки, в которой рассматривается потенциал; P nm — присоединённые функции Лежандра; GE — произведение постоянной тяготения на массу Земли, равное 398 603·109 м 3 сек –2 , а — большая полуось Земли; C nm и S nm — безразмерные коэффициенты, зависящие от фигуры Земли и внутреннего распределения масс в ней. Главный член ряда — соответствует потенциалу притяжения шара с массой Земли. Второй по величине член (содержащий C 20 ) учитывает сжатие Земли. Последующие члены, коэффициенты которых на три порядка и более меньше, чем C 20 , отражают детали фигуры и строения Земли. Из-за отсутствия точных данных об истинном распределении масс внутри Земли и о её фигуре невозможно непосредственно вычислить коэффициенты C nm и S nm . Поэтому они определяются косвенно по совокупности измерений силы тяжести на поверхности Земли и по наблюдениям возмущений в движении близких искусственных спутников Земли (ИСЗ). В табл. приведены результаты определения коэффициентов разложения, установленные на основе наблюдений движения ИСЗ. Аналогичными рядами описывается поле силы тяжести Земли.
Для удобства решения различных задач Г. и. З. условно разделяется на нормальную и аномальную части. Основная — нормальная часть, описываемая несколькими первыми членами разложения, соответствует идеализированной Земле («нормальной» Земле) простой геометрической формы и с простым распределением плотности внутри неё. Аномальная часть поля меньше по величине, но имеет сложное строение. Она отражает детали фигуры и распределения плотности реальной Земли. Нормальная часть поля силы тяжести рассчитывается по формулам распределения ускорения нормальной силы тяжести g. В СССР и др. социалистических странах наиболее часто используется формула Гельмерта (1901—09):
g = 978030 (1 + 0,005302 sin2 j — —0,000007sin 2 2j) мгл .
Формула Кассиниса (1930), называемая международной, имеет вид:
g = 978049 (1 + 0,0052884 sin2 j — 0,0000059 sin2 2j) мгл .
Существуют другие, менее распространённые, формулы, учитывающие небольшое долготное изменение g, а также асимметрию Северного и Южного полушарий. Ведётся подготовка к переходу к единой новой формуле с учётом уточнённого абсолютного значения силы тяжести. С помощью формул распределения нормальной силы тяжести, зная высоты пунктов наблюдений, а также строение окружающего рельефа и плотности слагающих его пород, вычисляют аномалии силы тяжести , которые применяются для решения большинства задач гравиметрии.
Потенциал силы тяжести используется при изучении фигуры Земли, близкой к уровенной поверхности Г. п. З., а также в астродинамике при изучении движения искусственных спутников в Г. п. З. (уровенной называется поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одинаковое значение; сила тяжести направлена к ней по нормали). Одна из уровенных поверхностей, которая совпадает с невозмущённой средней поверхностью океанов, называется геоидом . По направлению силы тяжести устанавливается отвес и определяется положение астрономического зенита. Поскольку уклонения отвеса приближённо равны отношению горизонтальной составляющей притяжения к силе тяжести, то знание их величин в определённом смысле позволяет судить и о Г. п. З.
Вторые производные потенциала силы тяжести применяются при решении геологоразведочных и геодезических задач. Вертикальный градиент силы тяжести , соответствующий нормальной части Г. п. З., от полюса к экватору изменяется всего на 0,1% от его полной величины, равной в среднем для всей Земли 3086 этвеш . Намного меньше по абсолютной величине нормальные горизонтальные градиенты силы тяжести и вторые производные потенциала силы тяжести, характеризующие кривизну уровенной поверхности Земли. Аномальная часть вторых производных потенциала позволяет судить о плотностных неоднородностях в верхних частях земной коры. По величине она достигает в равнинных местах десятков, а в горных — сотен этвеш . В гравиметрической разведке , помимо вторых производных потенциала силы тяжести, используются третьи производные потенциала, получаемые путём пересчёта по аномалиям силы тяжести. Сила тяжести измеряется гравиметрами и маятниковыми приборами , а вторые производные потенциала силы тяжести — гравитационными вариометрами .
