Добываемое из недр Земли сырье, как правило, подвергается обогащению с целью получения сырья в концентрированном виде, т.е. с повышенным содержанием в нем полезного компонента.
Если обогащаются твердые породы (например, горные породы, уголь), то полученный продукт, обогащенный полезной составной частью, называют концентратом, а отходы, содержащие пустую породу, – хвостами.
Методы обогащения твердых материалов основаны на различии физических и химических свойств составляющих компонентов сырья: плотности, твердости, растворимости, температуры плавления и возгонки, электропроводности, магнитной проницаемости, смачиваемости отдельными жидкостями.
Применяется грохочение, гравитационное обогащение, мокрое гравитационное обогащение, магнитная сепарация, флотационный и другие методы.
Рассеивание (грохочение) основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность, поэтому при дроблении менее прочные (хрупкие) минералы дробятся на более мелкие зерна, чем более прочные (вязкие). Если после измельчения такое сырье просеять через сита с различной величиной отверстий, то с отдельных сит можно получить фракции, обогащенные тем или иным минералом. Применяемые для рассеивания сита называют грохотами.
Грохочение часто производят и для разделения однородного материала на куски или зерна определенного размера; грохоты могут быть плоские с небольшим наклоном сита для скольжения крупной фракции, которые часто снабжаются механизмами для сотрясения, вибрации или качания, и цилиндрические – наклонные вращающиеся барабаны с отверстиями, которые рассеивают материал, поступающий внутрь цилиндра.
Гравитационное разделение основано на различии скоростей падения частиц различной плотности или крупности в потоке жидкости (чаще всего в воде) – мокрое гравитационное обогащение; воздуха или инертного газа – сухое гравитационное обогащение.
Мокрое гравитационное обогащение осуществляется следующим образом (рис.2.1). Измельченное сырье смешивается с водой в баке с мешалкой и в виде пульпы (взвесь твердого материала в жидкости) подается в осадительные камеры (корыта) І, ІІ, ІІІ с конусообразными днищами (бункерами).
Рис. 2.1. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения
Так как ширина камер постепенно увеличивается, происходит замедление движения пульпы через камеры, что облегчает осаждение твердых частиц. В камере І выпадает из воды наиболее тяжелая (крупно-зернистая фракция), в камере ІІ – средняя и в камере ІІІ- легкая (мелкозернистая). В зависимости от того, на сколько фракций требуется разделить сырье, аппараты – классификаторы состоят из одной, двух и более камер. Фракции из камер выгружают через отверстия 1, 2, 3. Наряду с рассмотренным класификатором применяются и другие типы аппаратов – концентрационные столы, отсадочные машины.
При сухом гравитационном обогащении применяют воздушные сепараторы центробежного типа (рис 2.2).
Сепаратор состоит из цилиндра 5, который заканчивается конусом 6.
В цилиндре 5 помещен внутренний цилиндр 2 с конусом 1, в котором имеется тарелка 3 и крыльчатка вентилятора 4, которая приводится во вращательное движение от электромотора. При вращении тарелки и крыльчатки вентилятора внутри сепаратора образуются воздушные потоки, показанные на схеме стрелками. Измельченный материал, подаваемый на вращающуюся тарелку, разбрасывается по сечению внутреннего цилиндра.
Мелкие частицы материала подхватываются воздушным потоком и выносятся в пространство между внешним и внутренним цилиндрами, где, ударяясь об стенки (теряя скорость движения), опускаются вниз и выводятся через конус 6 в виде тонкоизмельченной фракции. Крупные частицы падают и выводятся через внутренний конус 1 на повторное измельчение.
Магнитная сепарация применяется для разделения магнитно-восприимчивых материалов от немагнитных и для удаления стальных предметов, случайно попавших в руду, например магнитный железняк отделяется от пустой породы руды. Разделение руды осуществляется в электромагнитных сепараторах (рис. 2.3).
После измельчения материал поступает на движущейся ленточ-ной транспортер 1, имеющий барабан 2, снабженный электромаг-нитом 3. При соприкосновении ленты с поверхностью барабана частицы материала, не обладающие магнитной восприимчивостью, ссыпаются с ленты в бункер 4, а частицы магнитного материала, прилипшие к ленте, продолжают двигаться до тех пор, пока лента не пройдет магнитную поверхность барабана и они не отвернутся от нее, после чего частицы ссыпаются в бункер 5.
Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен отдельных материалов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала А будут как бы вдавливаться в жидкость (рис 2.4), но не преодалев сил поверхностного натяжения воды, оставаться на ее повер-хности, тогда как частицы смачиваемого (гидрофильного) материала Б обволакиваются пленкой жидкости и, преодалев силы поверхностного натяже-ния жидкости, опускаются на дно аппарата.
Частицы несмачиваемого минерала снимаются с поверхности жидкости, и таким образом происходит разделение руды на фракции. Для ускорения флотации применяют ряд технологических приемов, в часности создают условия неодинаковой смачиваемости водой зерен минералов.
Флотацию проводят во флотационных машинах различного типа (схематичный поперечный разрез машины с воздушным перемешиванием пульпы приведен на рис. 2.5). 
Рис. 2.5. Флотационная машина с воздушным перемешиванием
Тонкоизмельченная взвесь породы с флотореагентами подается в машину, состоящую из корытообразного резервуара-камеры 4, внутри которого установлены перегородки 1, а между ними расположены трубки 5. По трубкам 5 из коллектора 3 в камеру 4 подается воздух под давлением, который перемешивает пульпу, и пузырьки его, поднимаясь вверх, увлекают за собой частицы гидрофобного материала, всплывающего на поверхность воды. Кроме того, воздух обеспечивает циркуляцию суспензии в камере. Для удержания на поверхности всплывающих частиц гидрофобного минерала в водную взвесь (суспензию) вводят вещества (сосновое масло, древесный деготь и др.), образующие пену, – пенообразователи. Пену вместе с частицами гидрофобного материала снимают с поверхности жидкости через борт камеры в желоб 2, оттуда она поступает на сгущение (разрушение пены) и фильтрование. Отделенные твердые частицы минерала сушатся и в виде так называемого концентрата поступают потребителю или на дальнейшую переработку. Частицы, осевшие на дно камеры, выводятся в виде флотационных хвостов.
Природные минералы в большинстве хорошо смачиваются водой, и для их разделения флотацией в суспензию вводят специальные реагенты – собиратели или коллекторы, понижающие их смачиваемость. К ним относятся олеиновая кислота, нефтиновые кислоты и др. Собиратели покрывают поверхность частиц гидрофильных минералов гидрофобной пленкой, чем и объясняется всплывание частиц отдельных минералов. В суспензию вводят подавители, или депрессоры (щелочи, соли щелочных металлов и др.). Подавители повышают гидрофильность поверхности частиц минералов и затрудняют их всплывание. Кроме того, применяются реагенты, усиливающие или ослабляющие действие собирателей или подавителей. К ним относятся активаторы, регуляторы и др.
Следовательно, вводя в суспензию различные флотореагенты, можно обеспечить коллективную флотацию, т.е. разделить руду на концентрат, содержащий несколько полезных элементов, и хвосты, не содержащие ценных элементов, или создать такие условия процесса флотации, когда в концентрат будет переходить только какой-либо один определенный минерал, в хвосты – пустая порода и другие минералы. Такая флотация называется избирательной или селективной.
Флотация – один из широко применяемых промышленных методов обогащения сырья в крупных масштабах. Это объясняется тем, что при применении флотореагентов, имеющих различные свойства, можно обогащать и разделять на фракции самые разнообразные породы при незначительном расходе флотационных реагентов (100 г на 1 т породы). Кроме рассмотренных методов обогащения твердых минералов, применяются методы, основанные на различии электропроводности составляющих руды, – электростатистическое обогащение; на различии плавкости материалов, входящих в смесь, – термическое обогащение; на различии растворимости, разложении химическими реагентами, обжиге материалов, входящих в смесь, – химическое обогащение и др.