Hydrochemical modification of zeolite-bearing rocks

The article discusses hydrochemical modification of zeolite-bearing rocks at Shyvyrtui and Khola deposits in East Transbaikalia. The sulfuric acid modification of natural zeolites toward enhancing their adsorbability is considered. The new process flow diagram developed for processing and chemical modification of zeolite rocks is based on the earlier research findings on the directional pretreatment techniques (ultrasounds, accelerated electrons, high-power electromagnetic impulses) in combination with the conventional methods (electrostatic and electromagnetic separation) and acid effect (sulfuric acid). The experimental studies into efficiency of zeolite-bearing rock treatment by a sulfuric acid solution are described. The process variables of modification of zeolites are determined. The relationship between the silicon module and the dealumination degree of natural zeolites of East Transbaikalia and the modification agent concentration is found. The computer-assisted modeling and visualization based on the quantum–chemical particle interaction is performed for shabasite, clinoptilolite and mordenite in composition of zeolite-bearing rocks of East Transbaikalia before and after acidic dealumination. The hardware environment is developed for implementation of the chemical modification technology of natural zeolites. The algorithm of the chemical modification technology for zeolite-bearing rocks is set. The application range is delineated for the zeolite product of the developed processing and modification technology in mining waste management and control.

Razmakhnin K. K., Khatkova A. N., Shumilova L. V. Hydrochemical modification of zeolite-bearing rocks. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2022;(12):34-45. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_34.

The study was supported by the Russian Science Foundation, Grant No. 22-17-00040: Scientific Substantiation and Development of Clean and Waste-Free Processing Technologies for Natural Minerals and Manmade Materials (2022–2023).

K.K. Razmakhnin¹, Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, e-mail: igdranchita@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2944-7642,
A.N. Khatkova¹, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Vice-Rector for Scientific and Innovation Work, e-mail: alisa1965.65@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-6527-0026,
L.V. Shumilova¹, Dr. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Professor, е-mail: shumilovalv@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5991-9204,
¹ Transbaikal State University, 672039, Chita, Russia.

K.K. Razmakhnin, e-mail: igdranchita@mail.ru.

1. Milyutin V. V., Razmakhnin K. K., Khatkova A. N., Nekrasova N. A. Natural zeolites of eastern transbaikalia in technologies for mining enterprises wastewater treatment // Environmental Research, Engineering and Management. 2020, vol. 76, no. 3, pp. 62—70. DOI: 10.5755/j01.erem.76.3.24220.

2. Razmakhnin K. K., Khatkova A. N. Role of mineralogical and technological evaluation in development of processing technologies for zeolite-containing rocks // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 262, article 012056. DOI: 10.1088/17551315/262/1/012056.

3. Размахнин К. К. Обоснование и разработка технологий обогащения и модификации цеолитсодержащих пород Восточного Забайкалья // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 3. — С. 148—157. DOI: 10.15372/ FTPRPI20210314.

4. Хатькова А. Н., Ростовцев В. И., Размахнин К. К. Влияние воздействия ускоренными электронами на цеолитсодержащие породы Восточного Забайкалья // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2013. — № 6. — С. 167—174.

5. Юсупов Т. С., Шумская Л. Г. Новая концепция производства алюминия и его соединений из нетрадиционного алюмосиликатного сырья // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2009. — № 2. — С. 96—100.

6. Котова О. Б., Шушков Д. А. Процесс получения цеолитов из золы // Обогащение руд. — 2015. — № 5. — С. 60—63.

7. Şükrü U., Musa S., Soner T. Removal of heavy metals from wastewater solution using a mechanically activated novel zeolitic material // Journal of Mining Sciences. 2020, vol. 56, pp. 1010—1023. DOI: 10.1134/S1062739120060137.

8. Шушков Д. А., Шуктомова И. И. Сорбция радиоактивных элементов цеолитсодержащими породами // Известия Коми научного центра УрО РАН. — 2013. — № 1. — С. 69—73.

9. Sivashankari L., Rajkishore S. K., Lakshmanan A. Optimization of dry milling process for synthesizing nano zeolites // International Journal of Chemical Studies. 2019, vol. 7, no. 4, pp. 328—333.

10. Hong M., Yu L., Wang Y., Jian Zhang Heavy metal adsorption with zeolites: The role of hierarchical pore architecture // Chemical Engineering Journal. 2019, vol. 359, pp. 363—372. DOI: 10.1134/S1062739120060137.

11. Zou X., Zhao Y., Zhang Z. Preparation of hydroxyapatite nanostructures with different morphologies and adsorption behavior on seven heavy metals ions // Journal of Contaminant Hydrology. 2019. vol. 226, article 103538. DOI: 10.1016/j.jconhyd.2019.103538.

12. Alam R., Ahmed Z., Howladar M. F. Evaluation of heavy metal contamination in water, soil and plant around the open landfill site Mogla Bazar in Sylhet, Bangladesh // Groundwater for Sustainable Development. 2020, vol. 10, article 100311. DOI: 10.1016/j.gsd.2019.100311.

13. Manchuk J. G., Birks J. S., McClain C. N., Bayegnak G., Gibson J., Deutsch C. Estimating stable measured values and detecting anomalies in groundwater geochemistry time series data across the Athabasca Oil Sands Area, Canada // Natural Resources Research. 2021, vol. 30, pp. 1755—1779. DOI: 10.1007/s11053-020-09801-5.

14. Юсупов Т. С., Бакшеева И. И., Ростовцев В. И. Исследование влияния различных видов механических воздействий на селективность разрушения минеральных ассоциаций // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2015. — № 6. — С. 180—186.

15. Li H., Watson J., Zhang Y., Lu H., Liu Z. Environment-enhancing process for algal wastewater treatment, heavy metal control and hydrothermal biofuel production. A critical review // Bioresource Technology. 2020, vol. 298, article 122421. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.122421.

16. Wang Y., Yu Y., Li H., Shen C. Comparison study of phosphorus adsorption on different waste solids: Fly ash, red mud and ferric-alum water treatment residues // Journal of Environmental Sciences. 2016, vol. 50, pp. 79—86. DOI:10.1016/j.jes.2016.04.025.

17. Захарьян С. В., Гедгагов Э. И., Юн А. Б. Повышение экологической безопасности на предприятиях цветной металлургии за счет использования сорбционных процессов // Экология и промышленность России. — 2018. — Т. 22. — № 1. — С. 26—32. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-1-26-32.

18. Наилучшие экологические практики в горнодобывающей промышленности / Под ред. П. Кауппила, М. Л. Ряйсянен, С. Мюллюоя. — Хельсинки: Центр окружающей среды Финляндии, 2013. — 244 c.

19. Закондырин А. Е. Наилучшие доступные технологии в горнодобывающем секторе: актуальные проблемы и пути их решения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6-1. — С. 55—64. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-55-64.

20. Скобелев Д. О. Информационно-методическая поддержка эколого-технологической модернизации экономики Российской Федерации // Управление. — 2019. — № 4. — С. 5—15. DOI: 10.26425/2309-3633-2019-4-5-15.