Сорбция алюминия из фильтрационных растворов на карбонате кальция

Иммобилизация алюминия протекает быстро с достижением остаточных концентраций металла в растворе менее 0,2 мг/л. Интенсивное осаждение начинается после повышения рН раствора до 4,6. Методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии исследовано взаимодействие сульфатных растворов алюминия с природными карбонатами кальция. Использование кальцита позволяет иммобилизировать основную массу алюминия из раствора. Для глубокой очистки растворов необходимо 5–10-кратное превышение расхода осадителя от стехиометрии. Большая часть серы фиксируется в виде сульфата кальция (гипса). Показано, что алюминий из сульфатных растворов осаждается на кальците не в виде гидроксида или карбоната, а в виде основного сульфата – басалюминита. Морфологически осадки представлены крупными игольчатыми кристаллами гипса (до 100 мкм), пронизывающими массу мелких сферических частиц басалюминита диаметром менее 5 мкм.

Жижаев А. М., Михайлов А. Г., Целюк Д. И. Сорбция алюминия из фильтрационных растворов на карбонате кальция // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 2. – С. 101–111. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_2_0_101.

Работа выполнена при поддержке проекта № 125061006884-7 с использованием оборудования Красноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН.

Жижаев Анатолий Михайлович¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: zhyzhaev@icct.ru, ORCID ID: 0000-0002-1447-4050,
Михайлов Александр Геннадьевич¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: mag@icct.ru, ORCID ID: 0000-0001-5537-7479,
Целюк Денис Игоревич¹ — д-р геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: tselukdi@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1447-4050,
¹ Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН» — Институт химии и химической технологии СО РАН.

Михайлов А.Г., e-mail: mag@icct.ru.

1. Paraskevas D., Kellens K., Voorde A., Dewulf W., Duflou J. Environmental impact analysis of primary aluminium production at country level // Procedia CIRP. 2016, vol. 40, pp. 209—213. DOI: 10.1016/j.procir.2016.01.104.

2. Rondeau V., Jacqmin-Gadda H., Commenges D. Aluminum and silica in drinking water and the risk of Alzheimer's disease or cognitive decline: findings from 15-year follow-up of the PAQUID cohort // American Journal of Epidemiology. 2009, vol. 169, no. 4, pp. 489—496. DOI: 10.1093/aje/kwn348.

3. Bondy S. C. The neurotoxicity of environmental aluminum is still an issue // NeuroToxicology. 2010, vol. 31, no. 5, pp. 75—81. DOI: 10.1016/j.neuro.2010.05.009.

4. Md. Atikur Rahman, Sang-Hoon Lee, Hee Chung Ji, Ahmad Humayan Kabir, Chris Stephen Jones, Ki-Won Lee Importance of mineral nutrition for mitigating aluminum toxicity in plants on acidic soils: Current status and opportunities // International Journal of Molecular Sciences. 2018, vol. 19, no. 10, pp. 3073—3139. DOI: 10.3390/ijms19103073.

5. Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов. Книга 2: главные p-элементы. — М.: Недра, 1995. — 303 c.

6. Антропова Г. Е., Хотулев О. Г. Агрохимические свойства почвы // Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области за 2018 год. — Архангельск: Центр природопользования и охраны окружающей среды, 2019. — С. 126—132.

7. Васенев И. И., Александров Н. А., Андреева И. В. Наилучшие доступные почво- и углеродсберегающие технологии природопользования, экологического мониторинга и контроля. — М.: Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева, 2023. — 240 с.

8. Caraballo M. A., Wanty R. B., Verplanck P. L., Navarro-Valdivia L., Ayora C., Hochella M. F. Jr. Aluminium mobility in mildly acidic mine drainage: Interactions between hydrobasaluminite, silica and trace metals from the nano to the meso-scale // Chemical Geology. 2019, vol. 519, pp. 1—10. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.04.013.

9. Ilyashuk B., Ilyashuk E. Water-rock interaction and freeze-thaw cycles as drivers of acid rock drainage generation by a rock glacier in the european alps // ACS EST Water. 2024, no. 4, pp. 5264—5274. DOI: 10.1021/acsestwater.4c00263.

10. Morev D., Potapova V., Yaroslavtsev A. Agroecological assessment of spatial variability of carbon content in the conditions of disturbed sod-podzolic soils // BIO Web of Conferences. 2024, vol. 85, no. 1, article 01063. DOI: 10.1051/bioconf/20248501063.

11. Савенко А. В., Савенко В. С. Кислотная мобилизация алюминия из минералов и горных пород // Вестник московского университета. Серия 4. Геология. — 2018. — № 5. — С. 79—83. DOI: 10.33623/0579-9406-2018-5-79-83.

12. Jones A. M., Collins R. N., Waite T. D. Mineral species control of aluminium solubility in sulfate-rich acidic waters // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2011, vol. 75, no. 4, pp. 965—977. DOI: 10.1016/j.gca.2010.12.001.

13. Kirk D. Nordstrom geochemical modeling of iron and aluminium precipitation during mixing and neutralization of acid mine drainage // Minerals. 2020, vol. 10, no. 6, article 547. DOI: 10.3390/min10060547.

14. Carrero S., Pérez-López R., Fernández-Martínez A., Cruz-Hernández P., Ayora C., Poulain A. The potential role of aluminium hydroxysulphates in the removal of contaminants in acid mine drainage // Chemical Geology. 2015, vol. 417, article 414. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2015.10.020.

15. Blowes D. W., Ptacek C. J., Jambor J. L., Weisener C. G., Paktunc D., Gould W. D., Johnson D. B. The geochemistry of acid mine drainage / Environmental Geochemistry, 2nd ed., Treatise on Geochemistry Series, Elsevier: New York, NY, USA, 2014, vol. 11, pp. 149—204. DOI: 10.1016/B978-0-08-095975-7.00905-0.

16. Changxun Y., Högfors-Rönnholm E., Stén P., Engblom S., Åström M. E. Iron-sulfur geochemistry and acidity retention in hydrologically active macropores of boreal acid sulfate soils: Effects of mitigation suspensions of fine-grained calcite and peat // Science of The Total Environment. 2023, vol. 856, part 2, article 159142. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159142.

17. Савенко А. В., Савенко В. С. Иммобилизация алюминия на карбонатном геохимическом барьере // Наукоемкие технологии. — 2018. — Т. 19. — № 1. — С. 44—47.

18. Козлов А. В., Куликова А. Х., Уромова И. П. Физико-химические свойства бентонита и его влияние на кислотно-основные показатели и эффективное плодородие дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. — 2019. — № 96. — С. 86—112. DOI: 10.19047/0136-1694-2019-96-86-112. 

19. Павлова-Веревкина О. Б., Политова Е. Д., Назаров В. В. Синтез высокодисперсного золя бемита гидролизом метилцеллозольвата алюминия // Коллоидный журнал. — 2000. — Т. 62. — № 4. — С. 515—518.

20. Чукин Г. Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. — М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. — 288 с.

21. Дудкин Б. Н., Макаров С. А., Мельничук Д. Г., Истомина Е. И. Коллоидно-химические характеристики золей оксида алюминия. Влияние природы прекурсора и условий синтеза // Исследовано в России. — 2003. — Т. 206. — С. 2419. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/206.pdf.

22. Фатхутдинов Р. Х., Карасева И. П., Пухачева Э. Н. Нанодисперсные гидрозоли оксидов кремния и алюминия // Республика Татарстан. — 2009. —Т. 54. — № 2. — С. 48—50.

23. Репейкова Л. Ю., Стась И. Е. Исследование влияния электромагнитного поля на оптические свойства и устойчивость золя гидроксида алюминия // Известия Алтайского государственного университета. — 2011. — № 3. — С. 137—141.

24. Ehlmann B. L., Swayze G. A., Milliken R. E., Mustard J. F., Clark R. N., Murchie S. C., Breit G. N., Wray J. J., Gondet B., Poulet F., Carter J., Calvin W. M., Benzel W. M., Seelos K. D. Discovery of alunite in Cross crater, Terra Sirenum, Mars: Evidence for acidic, sulfurous waters // American Mineralogist. 2016, vol. 101, pp. 1527—1542.

25. Wanner С., Pöthig R., Carrero S., Fernandez-Martinez A., Jäger C., Furrer G. Natural occurrence of nanocrystalline Al-hydroxysulfates: Insights on formation. Al solubility control and As retention // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2018, vol. 238, pp. 252—269. DOI: 10.1016/j.gca.2018.06.031.

26. Меркулова Е. Н., Жижаев А. М., Чугуевская М. А. Эффективность использования природных карбонатов кальция в качестве коллектора тяжелых цветных металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — № 12. — C. 486—492.