Обогащение в струе воды по плотности было известно давно. Промывка в желобах, на шлюзах из бараньих шкур, отсадка на решете — все эти способы мало изменялись на протяжении более чем тысячелетнего существования, вплоть до XIX в.

Когда проблема обогащения руд стала весьма актуальной, начали искать научное объяснение и пути совершенствования этих процессов. Француз Пернолэ в 1851 г. открыл законы падения рудных частиц в воде. Затем Борн описал их движения в восходящей струе воды. Узатис, Иордан, Спара, Риттингер, Ричардс, а за ними советские ученые Г. О. Чечотт и П. В. Лященко создали научные основы гравитационного обогащения полезных ископаемых.

В 50—60-х годах были проведены фундаментальные работы, основанные на принципах классической механики, по изучению процессов отсадки и других гравитационных методов обогащения (И. М. Верховский, В. И. Классен, Н. Н. Виноградов, Э. Э. Рафалес-Ламарка, Б. В. Кизевальтер, В. Н. Шохин, Г. Д. Краснов и др.). Зарождение процесса обогащения в тяжелых средах связано с именем Е. А. Слепцова, предложившего его в 1926 г. применительно к углю.

В последние годы заметно расширилась область применения гравитационных методов обогащения и увеличилась номенклатура используемого оборудования. Гравитационный процесс — основной для обогащения угля. Многие руды редких и драгоценных металлов успешно обогащаются гравитационными методами. Эти методы, как более дешевые, применяют для предварительной концентрации полезного ископаемого в цветной металлургии и при обогащении горно-химического сырья.

При всей необходимости, полезности и эффективности угля необходимо отметить один существенный его недостаток: это одно из самых «грязных» в экологическом смысле полезных ископаемых. Угольные карьеры, романтически названные в одной популярной брошюре как «недра, открытые солнцу», представляют собой многокилометровые язвы на теле Земли, как и отвалы вскрышных пород, образующие пресловутые терриконы. Но это еще полбеды.

Отходы обогащения (хвостохранилища) и сжигания угля (золоотвалы) представляют собой пылящие, смердящие и самовозгорающиеся участки, на которых ничто не растет и никто не живет. Кроме того, при сгорании угля в атмосферу выбрасывается значительное количество окислов углерода, серы, азота, всего 0,5 т пылегазовых выбросов с каждой тонны угля. А добыча всего 1 т угля дает свыше 3 т отходов.

В последние годы перед угольной и топливно-энергетической отраслями промышленности остро встали вопросы создания безотходных технологий: рекультивации отвалов, утилизации хвостов обогащения и золы, пылеулавливания, переработки газов ТЭЦ, переработки угля на жидкое топливо.

Выяснилось, что практически все вредные компоненты, образующиеся при добыче, переработке и сжигании угля, могут быть использованы. Особенно цепными являются компоненты внешней и внутренней золы.

Золы различных углей отличаются по своему составу. Некоторые из них содержат значительные промышленные количества рассеянных элементов. Например, это один из основных источников германия. В других золах имеются галлий, молибден, бериллий. Почти все золы содержат значительное количество алюминия. Правда, так называемый кремниевый модуль (отношение Al₂O₃/SiO₂) низок, но для получения кремнеалюминиевых сплавов они вполне пригодны. Такая установка сооружается в Экибастузе.

Отходы углеобогащения и зола после сжигания еще содержат 8—10 % углерода. Поэтому производство стройматериалов, требующих обжига, возможно из этих отходов без затрат дополнительного топлива. Уже работают заводы по производству кирпича и аглопорита.

В углях содержится сера двух видов: в органической части горючей массы и в виде сульфида железа — пирита. Пирит может извлекаться из угля методами обогащения — в этом случае пирит может быть использован для производства серной кислоты, а железистый пиритный огарок применяется как добавка в цемент. Чтобы не допустить сгорания серы с углем, отчего образуется сернистый газ низкой концентрации и поэтому сложно утилизируемый, большую часть серы можно извлекать из угля с помощью специальных бактерий. Этот процесс еще не вышел из стадии опытно-промышленных исследований, но весьма перспективен.

Резко уменьшается количество вредных отходов сжигания при переработке угля в жидкое топливо. Технология этого процесса известна давно, и даже существуют природные аналоги. Вот что опубликовала газета «Социалистическая индустрия» 16 августа 1986 г.

В верховьях р. Чыбыда, к западу от Якутска, местные жители обнаружили месторождение… керосина. Таков удивительный сюрприз дикой северной природы. В недрах вечной мерзлоты ею создан уникальный завод по сухой перегонке каменного угля. Обширный пласт бурого угля на большой глубине самовозгорелся — это случается нередко. Тление продолжается уже длительное время. Под воздействием высокой температуры и колоссального давления начала выделяться темная маслянистая жидкость. По вертикальным микроскопическим разломам опа вытесняется наверх и на отдельных участках выплескивается на поверхность, источая характерный запах керосина. Если поднести к ней горящую спичку, вспыхивает коптящее пламя.

Подобная промышленная установка, в которой процесс гидрогенизации угля ускоряется действием катализаторов, строится на КАТЭКе. Энергия будет поступать отсюда в другие районы страны в виде не только электричества, по и жидкого топлива.

Научно-исследовательские работы показали высокую эффективность использования газификации угля не автономно, а в комбинированных энерготехнологических установках. Использование низкокалорийного газа в комбинированном цикле увеличивает КПД топлива до 50 % (вместо 38 % в традиционной энергетике) и обеспечивает глубокую переработку попутных продуктов. Технология безотходна и безвредна для окружающей среды. Выброс пыли на такой установке в 75 раз меньше, чем на обычной, окислов серы — в 10 раз, окислов азота — в 3 раза. Короче говоря, парогенераторная установка на угле чище теплофикационного блока, сжигающего газ. Таковы перспективные направления использования угля.

Еще Д. И. Менделеев в 1888 г. высказал идею подземной газификации угля. Позднее, в 1912 г., то же предложил английский химик У. Рамзай. В угольный пласт через специально пробуренные скважины вдувается воздух, и пласт поджигается. С другого конца отводится образующийся газ, содержащий главным образом окись углерода. Этот газ пригоден как энергетическое топливо, а также для синтеза углеводородов или аммиака.

В 1933 г. группа советских инженеров — И. С. Коробчанский, В. А. Матвеев, В. П. Скафа и Д. И. Филиппов — разработали проект подземной газификации угля бесшахтным способом. Газогенератор представляет собой горизонтальный канал в угольном пласте; воздушное и кислородно-воздушное дутье подается через наклонные и вертикальные скважины. По мере сгорания угля реакционные зоны перемещаются, и под действием горного давления выгоревшие участки заполняются породой. Хотя часть теплотворной способности угля расходуется в пласте, стоимость извлечения минимальна: исключаются строительство шахты, добыча и транспортировка угля, вся зола остается под землей. Это был первый процесс, совместивший добычу и переработку полезного ископаемого, получивший название «геотехнология». Но процесс подземной газификации угля пока считается неэкономичным. Причина в том, что получаемый таким способом газ хуже и дороже природного. Однако во многих случаях подземную газификацию можно сочетать с обычной добычей, извлекая этим способом уголь из менее доступных и бедных участков месторождения. Метод перспективен и для горючих сланцев.

При подземной газификации возможно получение и некоторых химических веществ — фенолов, бензолов, пиридина и т. д. Это уже целый химико-энергетический комбинат. Но пока это задача будущего.