Влияние концентраций серной кислоты на образование геля в процессе выщелачивания серпентина

Представлены результаты исследования влияния концентрации серной кислоты на процесс выщелачивания серпентина, с особым акцентом на механизм образования геля поликремниевых кислот. Проведен и рассмотрен детальный анализ кинетических особенностей растворения серпентинита в различных условиях и соотношениях в минеральной кислоте, в частности, в серной. Установлено, что ключевым фактором, ограничивающим скорость процесса, является формирование коллоидных форм кремнезема на поверхности частиц, что приводит к пассивации реакционной зоны. С использованием методов ИК-Фурье спектроскопии и химического анализа показано, что трансформация кремнезема из кристаллической структуры серпентинита в аморфное состояние начинается при достижении концентрации серной кислоты 40–50% от стехиометрически необходимого количества. Обнаружено, что при таких условиях на поверхности частиц образуется устойчивый слой геля, существенно замедляющий дальнейшее растворение магния. Полученные данные позволяют определить оптимальные параметры кислотной обработки серпентинитов, обеспечивающие максимальное извлечение целевых компонентов при минимальном гелеобразовании. Результаты исследования имеют важное практическое значение для разработки эффективных технологий переработки серпентинитового сырья, включая получение соединений магния и кремнезема.

Ауешов А. П., Ескибаева Ч. З., Арынов К. Е., Колесникова О. Г., Жумадильдаева А. Ж. Влияние концентраций серной кислоты на образование геля в процессе выщелачивания серпентина // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 12. – С. 17–27. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_12_0_17.

Статья подготовлена при финансовой поддержке грантового финансирования научных и (или) научно-технических проектов и программ на 2023-2025 годы КН МНВО РК (грант № AР19676952).

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», e-mail: tau_aspan@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1440-8248,
Колесникова Ольга Геннадиевна¹ — маг. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: ogkolesnikova@yandex.kz, ORCID ID: 0000-0001-6871-8367,
Жумадильдаева Асель Жомарткызы¹ — маг. техн. наук, e-mail: asel.zhumadildaeva@mail.ru, ORCID ID: 0009-0000-7379-2190,
¹ Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан. 

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

1. Brandão P. R.G., Bertoli A. C., Lago R. M., Carmignano O. R. D. R., Vieira S. S. Serpentinites: Mineral structure, properties and technological application // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2020, vol. 31, no. 1, pp. 2—14. DOI: 10.21577/0103-5053.20190215.

2. Pukharenko Yu. V., Khrenov G. M., Klyuev S. V., Khezhev T. A., Eshanzada S. M. Design of steel fiber-reinforced concrete for slip forming // Construction Materials and Products. 2024, vol. 7, no. 5, article 2. DOI: 10.58224/2618-7183-2024-7-5-2.

3. Liu Youcai, Lin Qingquan, Li Lifeng, Fu Jiangang, Zhu Zhongsi, Wang Chongqing, Qian Dong Study on hydrometallurgical process and kinetics of manganese extraction from low-grade manganese carbonate ores // International Journal of Mining Science and Technology. 2014, vol. 24, pp. 567—571. DOI: 10.1016/j.ijmst.2014.05.022.

4. Sinitsin D. A., Elrefaei A. E. M. M., Glazachev A. O., Kuznetsov D. V., Parfenova A. A., Volokitina I. E., Kayumova E. I., Nedoseko I. V. Study of the characteristics of pavement elements made of reinforced soil with the use of secondary resources // Construction Materials and Products. 2023, vol. 6, no. 6, article 2. DOI: 10.58224/2618-7183-2023-6-6-2.

5. Das A. P., Swain S., Panda S., Pradhan N., Sukla L. B. Reductive acid leaching of low grade manganese ores // Geomaterials. 2012, vol. 2, no. 4, pp. 70—72.

6. Panarin I. I., Fediuk R. S., Vykhodtsev I. А., Vavrenyuk S. V., Klyuev A. V. Injection mortars based on composite cements for soil fixation // Construction Materials and Products. 2023, vol. 6, no. 4, pp. 15—29. DOI: 10.58224/2618-7183-2023-6-4-15-29.

7. Fedoročková A., Plešingerová B., Sučik G., Raschman P., Doráková A. Characteristics of amorphous silica prepared from serpentinite using various acidifying agents // International Journal of Mineral Processing. 2014, vol. 130, pp. 42—47.

8. Yang X., Gao L., Wu Y., Chen Y., Tong L. Extraction of magnesium and nickel from nickel-rich serpentine with sulfation roasting and water leaching // Metals. 2022, vol. 12, article 318. DOI: 10.3390/ met12020318.

9. Alves N., Xavier C., Dullius J., Ligabue R., Ketzer J., Seferin M., Einloft S. Potencialuso de serpentinito no armazenamento mineral do CO2 // Quimica Nova. 2013, vol. 36, article 773.

10. Auyeshov A., Arynov K., Yeskibayeva Ch., Satimbekova A., Alzhanov K. The thermal activation of serpentinite from the Zhitikarinsky deposit (Kazakhstan) // Molecules. 2024, vol. 29, no. 18, article 4455. DOI: 10.3390/molecules29184455.

11. Auyeshov A., Arynov K., Yeskibayeva Ch., Alzhanov K., Raiymbekov Y. Thermoacid behavior of serpentinite of the Zhitikarinsky deposit (Kazakhstan) // Molecules. 2024, vol. 29, no. 16, article 3965. DOI: 10.3390/molecules29163965.

12. Yoo K., Kim B.-S., Kim M.-S., Lee J., Jeong J. Dissolution of magnesium from serpentine mineral in sulfuric acid solution // Materials Transactions. 2009, vol. 50, no. 5, pp. 1225—1230.

13. El-Sayed D., Ismail A. K., El-Hosiny F. I. Magnesium chloride crystals with studying mechanism and leaching kinetics of serpentinite ore by hydrochloric acid // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2023, vol. 76, no. 6, pp. 1439—1446. DOI: 10.1007/s12666-022-02852-7.

14. Teir S., Revitzer H., Eloneva S., Fogelholm C. J., Zevenhoven R. Dissolution of natural serpentinite in mineral and organic acids // International Journal of Mineral Processing. 2007, vol. 83, pp. 36—46.

15. Auyeshov A., Arynov A., Yeskibayeva C., Dikanbayeva A., Auyeshov D., Raiymbekov Y. Transformation of silicate ions into silica under the influence of acid on the structure of serpentinite // Molecules. 2024, vol. 29, article 2502. DOI: 10.3390/molecules29112502.

16 Куражковская В. С., Боровикова Е. Ю. Инфракрасная и мессбауэровская спектроскопия кристаллов. — МГУ, 2008. — 100 с.

17. Шишелова Т. И., Колодезникова А. Н., Шульга В. В. Метод ИК спектроскопии как метод оценки сортности минерального сырья // Фундаментальные исследования. 2015. — № 2. — С. 3294—3298.

18. Beran A., Libowitzky E. (eds.) Spectroscopic methods in mineralogy (European Mineralogical Union Notes in Mineralogy), vol. 6. 2004, Budapest, Eotvos Univ. Press. DOI: 10.1180/EMU-notes.6.

19. Чукин Г. Д. Химия поверхности и строение дисперсного кремнезема. — М., 2008. — 172 с.

20. Накамото К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. — М.: Мир, 1991. — 536 с.