Аспекты проблем переработки отходов хризотил-асбестовой отрасли

Проведен патентно-ананалитический обзор различных технологий в области применения серпентинитов и переработки отходов хризотил-асбестовой отрасли. В частности, рассмотрена научная литература, описывающая перспективы новых направлений применения серпентинитов и отходов хризотил-асбестовой отрасли в сельском хозяйстве, керамике, катализе, электрохимии, а также в качестве адсорбента, добавки в полимерах, минерала для улавливания углекислого газа. Рассмотрен ряд методов и способов использования и переработки серпентинитов и отходов хризотил-асбестовой отрасли в разные годы различными научными коллективами. В ходе проведенного анализа выявлены преимущества и недостатки имеющихся на современном этапе научных достижений по использованияю и переработке серпентинитов и техногенных отходов хризотил-асбестовой отрасли. Приведены и проанализированы технолого-экономические и экологические аспекты проблем утилизации отходов хризотил-асбестовой отрасли при помощи их кислотной переработки, решение которых могут открыть новые возможности в диверсификации основных производств хризотилдобывающих компаний стран Содружества Независимыз Государств (СНГ), и в первую очередь таких стран, как Российская Федерация и Республика Казахстан. По результатам исследований сформулировано заключение о поиске технологических решений применения и утилизации серпентинитов и отходов хризотил-асбестовой отрасли путем их комплексной переработки в качестве вторичного минерального сырья.

Ауешов А. П., Ескибаева Ч. З., Арынов К. Е., Колесников А. С. Аспекты проблем переработки отходов хризотил-асбестовой отрасли // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 9. – С. 88–98. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_9_0_88.

Статья подготовлена при финансовой поддержке грантового финансирования научных и (или) научно-технических проектов и программ на 2023–2025 годы Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан по программно-целевому финансированию (BR21882242).

Ауешов Абдразах Пернебаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: centersapa@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3504-9117,
Ескибаева Чайзада Зулпухаровна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: yeskibayeva@internet.ru, ORCID ID: 0000-0002-8049-8851,
Арынов Кажмухан Тохтиярович — д-р техн. наук, профессор, ТОО «Aspan Tau LTD», Алматы, Республика Казахстан, e-mail: tau_aspan@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1440-8248,
Колесников Александр Сергеевич¹ — канд. техн. наук, профессор, e-mail: kas164@yandex.kz, ORCID ID: 0000-0002-8060-6234,
¹ Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова, Шымкент, Республика Казахстан.

Ауешов А.П., e-mail: centersapa@mail.ru; kas164@yandex.kz.

1. Cavallo A. Serpentinitic waste materials from the dimension stone industry: Characterization, possible reuses and critical issues // Resource Policy. 2018, vol. 59, pp. 17—23. DOI: 10.1016/j. resourpol.2018.08.003.

2. Donaev A., Shapalov Sh., Sarapagalieva B., Ivahnuk G. Studies of waste from the mining and metallurgical industry, with the determination of its impact on the life of the population // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2022. no. 4, pp. 55—68.

3. Клюев А. В., Кашапов Н. Ф., Клюев С. В., Золотарева С. В., Щекина Н. А., Шорстова Е. С., Лесовик Р. В., Аюбов Н. А. Экспериментальные исследования процессов структурообразования композиционных смесей с техногенным механоактивированным кремнеземистым компонентом // Строительные материалы и изделия. — 2023. — Т. 6. — № 2. — С. 5—18. DOI: 10.58224/26187183-2023-6-2-5-18.

4. Jumasheva K., Syrlybekkyzy S., Serikbayeva A., Bessimbayeva Z., Uisimbayeva Z. World experience in the use of excess sewage sludge // Acta Innovations. 2023, vol. 50, pp. 18—28. DOI: 10.32933/ActaInnovations.50.2.

5. Aueshov A. P., Satimbekova A. B., Arynov K. T., Dikanbaeva A. K., Bekaulova A. A. Environmental and technological aspects of acid treatment of serpentinite waste from chrysotile asbestos mining and processing // International Journal of Engineering Research and Technology. 2020, vol. 13, no. 6, pp. 1215—1219.

6. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геоэкологических рисков при ведении открытых и подземных горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 205—216. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-205-216.

7. Kolesnikov A. S. Thermodynamic simulation of silicon and iron reduction and zinc and lead distillation in zincoligonite ore-carbon systems // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014, vol. 55, no. 6, pp. 513—518. DOI: 10.3103/S1067821214060121.

8. Błońska E., Januszek K., Małek S., Wanic T. Effects of serpentinite fertilizer on the chemical properties and enzyme activity of young spruce soils // International Agrophysics. 2016, vol. 30, no. 4, pp. 401—414. DOI: 10.1515/intag-2016-0015.

9. Błońska E., Pająk M., Małek S., Januszek K. Effects of serpentinite fertilization with N, P, K fertilizers on soil properties and needle chemistry // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2017, vol. 48, no. 6, pp. 692—704. DOI: 10.1080/00103624.2017.1298785.

10. Ranawat P., Kumar K. M., Sharma N. K. A process for making slow-releasephosphate fertilizer from low-grade rock phosphate and siliceous tailings by fusion with serpentinite // Research Communications Current Science. 2009, vol. 96, no. 6, pp. 843—848.

11. Pollastri S., Gualtieri A. F., Gualtieri M. L., Hanuskova M., Cavallo A., Gaudino G. The zeta potential of mineral fibres // Journal of Hazardous Materials. 2014, vol. 276, no. 15, pp. 469—479. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2014.05.060.

12. Cao C.-Y. Y., Liang C.-H. H., Yin Y., Du L.-Y. Y. Thermal activation of serpentine for adsorption of cadmium // Journal of Hazardous Materials. 2017, vol. 329, pp. 222—229. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2017.01.042

13. Shaban M., Abukhadra M. R., Khan A. A. P., Jibali B. M. Removal of Congo red, methylene blue and Cr (VI) ions from water using natural serpentine // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2018, vol. 82, p. 102. DOI: 10.1016/j.jtice.2017.10.023.

14. Mpouras T., Chrysochoou M., Dermatas D. Investigation of hexavalent chromium sorption in serpentine sediments // Journal of Contaminant Hydrology. 2017, vol. 197, p. 29. DOI: 10.1016/j. jconhyd.2016.12.009.

15. Huang P., Li Z., Chen M., Hu H., Lei Z., Zhang Q., Yuan W. Mechanochemical activation of serpentine for recovering Cu (II) from wastewater // Applied Clay Science. 2017, vol. 149. DOI: 10.1016/j.clay.2017.08.030.

16. Momcilovic M. Z., Randelovic M. S., Purenovic M. M., Dordevic J. S., Onjia A., Matovic B. Morpho-structural, adsorption and electrochemical characteristics of serpentinite // Separation and Purification Technology. 2016, vol. 163, no. 11, pp. 72—78.

17. Randelovic M. S., Momcilovic M. Z., Nikolic G., Dordevic J. S. Electrocatalitic behaviour of serpentinite modified carbon paste electrode // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2017, vol. 801, pp. 338—344. DOI: 10.1016/j.jelechem.2017.08.011.

18. Ferrufino G. L. A. A., Okamoto S., dos Santos J. C., de Carvalho J. A., Avila I., Luna C. M. R., Neto T. G. S. CO2 sequestration by pH-swing mineral carbonation based on HCl/NH4OH system using iron-rich lizardite // Journal of CO2 Utilization. 2018, vol. 24, pp. 164—173. DOI:10.1016/j. jcou.2018.01.001.

19. Arce G. L. A. F., Neto T. G. S., Ávila I., Luna C. M. R., dos Santos J. C., Carvalho J. A. Influence of physicochemical properties of Brazilian serpentinites on theleaching process for indirect CO2 mineral carbonation // Hydrometallurgy. 2017, vol. 169, pp. 142—151. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.01.003.

20. Werner M., Hariharan S., Mazzotti M. Flue gas CO2 mineralization using thermally activated serpentine: from singleto double-step carbonation // Energy Procedia. 2014, vol. 63, pp. 5912—5917. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.11.626.

21. Pasquier L.-C., Mercier G., Blais J.-F., Cecchi E., Kentish S. Reaction mechanism for the aqueous-phase mineral carbonation of heat-activated serpentine at low temperatures and pressures in flue gas conditions // Environmental Science & Technology. 2014, vol. 48, no. 9, pp. 5163—5170. DOI: 10.1021/es405449v.

22. Farhang F., Oliver T. K., Rayson M., Brent G., Stockenhuber M., Kennedy E. Experimental study on the precipitation of magnesite from thermally activated serpentine for CO2 sequestration // Chemical Engineering Journal. 2016, vol. 303, pp. 439—449. DOI: 10.1016/j.cej.2016.06.008.

23. Lemos B. R. S., Soares A. R., Teixeira A. P. C., Ardisson J. D., Fernandez-Outon L. E., Amorim C. C., Lago R. M., Moura F. C. C. Growth of carbon structures on chrysotile surface for organic contaminants removal from wastewater // Chemosphere. 2016, vol. 159, pp. 602—609. DOI: 10.1016/j. chemosphere.2016.06.022.

24. Каличенко И. И., Габдуллин А. Н. Патент 2292300 РФ, МПК C01F5/02. Способ переработки серпентинита. Заявл. 13.07.2005; опубл. 27.01.2007.

25. Сагарунян С. А., Арустамян А. Г., Агамян Э. С., Аракелян А. М., Сагарунян А. С. Патент 2953 А Республика Армения, МПК С 01 В33/00, С 09 С1/00. Способ комплексной переработки серпентинитов. Опубл. 2014.

26. Пенский А. В., Шундиков Н. А., Гладикова Л. А. Патент 2244044 РФ, МПК7 C 25 C3/04. Способ получения магния из серпентинита. Заявитель и патентообладатель ОАО «АВИСМА титано-магниевый комбинат»; заявл. 16.12.2003; опубл. 10.01.2005. Бюл. № 1.

27. Козлов В. А., Байгенженов О. С., Жусупов К. К., Шевелев В. В. Патент 29779 Республика Казахстан. Способ комплексной переработки отходов хризотил-асбестового производства. Заявитель и патентообладатель РГП на ПХВ «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан»; заявл. 14.03.2014; опубл. 15.04.2015, бюл. №4.

28. Габдуллин А. Н., Калиниченко И. И., Печерских Е. Г., Семенищев В. С. Безотходная азотнокислотная переработка серпентинита — отхода асбестообогатительной промышленности / II Международная научно-практическая конференция «Современные ресурсосберегающие технологии: проблемы и перспективы». Сборник докладов. — Одесса, 2012. — С. 50—52.

29. Велинский В. В., Гусев Г. М. Патент 2038301 РФ, МПК6 C 01 F5/06. Способ получения оксида магния. Заявл. 26.06.1991; опубл. 27.06.1995. Бюл. № 24.

30. Григорович М. М., Мельник Л. И., Кузьмина Р. М. Патент 2285666 РФ, МПК C 01 F 5/06, C 01 B 33/142. Способ комплексной переработки магний-силикатосодержащего сырья. Заявл. 20.07.2005; опубл. 20.10.2006.

31. Yoo K., Kim B. S., Kim M. S., Lee J. C., Jeong J. Dissolution of magnesium from serpentine mineral in sulfuric acid solution // Materials Transactions. 2009, vol. 50, no. 5, pp. 1225—1230. DOI: 10.2320/matertrans.M2009019.

32. Гладикова Л. А., Тетерин В. В., Фрейдлина Р. Г. Получение оксида магния из растворов кислотной переработки серпентинита // Журнал прикладной химии. — 2008. — Т. 81. — № 5. — С. 889—891.

33. Fedoročková A., Hreus M., Raschman P., Sučik G. Dissolution of magnesium from calcined serpentinite in hydrochloric acid // Minerals Engineering. 2012, vol. 32, no. 1. DOI: 10.1016/j. mineng.2012.03.006.

34. Nduagu E., Björklöf T., Fagerlund J., Mäkilä E., Salonen J., Geerlings H., Zevenhoven R. Production of magnesium hydroxide from magnesium silicate for the purpose of CO2 mineralization. Part 2: Mg extraction modeling and application to different Mg silicate rocks // Minerals Engineering. 2012, vol. 30, pp. 87—94. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.12.002.

35. Taubert L. Hydrochloric attack of serpentinites: Mg2+ leaching from serpentinites // Magnesium Research. 2000, vol. 13, no. 3, pp. 167—173.