Извлечение ценных компонентов из золошлаковых отходов слоевого сжигания каменных углей

Представлены результаты исследований комплексной переработки золошлаковых отходов слоевого сжигания каменных углей, направленной на получение алюмосодержащего сырья и других востребованных продуктов. Снижение объемов складируемых золошлаковых отходов обеспечивает экологическую безопасность производств энергетического сектора и возможность их бесперебойной эффективной работы. Преимуществом последовательного использования методов обогащения отходов – флотации, магнитной сепарации, выщелачивания является возможность разделения исходного материала на несколько товарных продуктов, каждый из которых обогащен определенным компонентом, что расширяет спектр используемого в промышленности вторичного сырья. В результате исследования процесса флотации определена оптимальная крупность частиц (–0,63+0,071 мм) для получения углеродсодержащего продукта. Установлена высокая эффективность магнитной сепарации (извлечение до 90,53% Fe) обедненных углеродом хвостов флотации при значении магнитной индукции 60 мТл. Обоснована рациональность предварительной ультразвуковой обработки материалов мелких классов крупности с возможностью снижения магнитной индукции до 40 мТл. Определен оптимальный режим увлажнения шихты при проведении щелочного обжига отходов магнитного обогащения. Проведена сравнительная оценка кислотного и щелочного выщелачивания и показана большая эффективность кислотного выщелачивания. При комбинации нескольких реагентов (HСl, H2SO4 и окислителя) установлено наибольшее извлечение алюминия и других ценных элементов, таких как марганец, кобальт и цинк, с наименьшим содержанием кремния в фильтрате.

Лавриненко А. А., Кунилова И. В., Крылов И. О., Писарева А. А. Извлечение ценных компонентов из золошлаковых отходов слоевого сжигания каменных углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 9-1. – С. 90–102. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_91_0_90.

Лавриненко Анатолий Афанасьевич¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: lavrin_a@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7955-5273,
Кунилова Ирина Валерьевна¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: kunilova_i@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-7775-085X,
Крылов Игорь Олегович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: krylov_i@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-8174-9210,
Писарева Анастасия Андреевна¹ — инженер; магистрант, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, e-mail: pisareva_a@ipkonran.ru, ORCID ID: 0009-0004-4699-4853,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова РАН.

Лавриненко А.А., e-mail: lavrin_a@mail.ru.

1. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Получение комплексных коагулянтов на основе минеральных концентратов и их использование в процессах очистки воды // Обогащение руд. — 2019. — № 3. — С. 43—48. DOI: 10.17580/or.2019.03.07.

2. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Фадеев А. Б., Носова Т. И. Принципы пиро-гидрометаллургической переработки кварц-лейкоксенового концентрата с формированием фазы псевдобрукита // Обогащение руд. — 2021. — № 3. — С. 33—38. DOI: 10.17580/or.2021.03.06.

3. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Костылева Е. В. Концепт-схема совместной переработки красного шлама и крупнотоннажных отходов нефтедобывающей и нефтехимической промышленности // Экология и промышленность России. — 2023. — Т. 27. — № 2. — С. 26—31. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-2-26-31.

4. Ding J., Ma Sh., Xie Z., Wang X., Zheng Sh., Zhang Y. Formation mechanism of an undesirable by-product in the mild hydro-chemical process for the extraction of alumina from fly ash and its mitigation // Hydrometallurgy. 2019, vol. 186, pp. 292—300. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.04.012.

5. Gong Y., Sun J., Sun Sh-Y., Lu G., Zhang T-An. Enhanced desilication of high alumina fly ash by combining physical and chemical activation // Metals. 2019, vol. 9, no. 4, article 411. DOI: 10.3390/ met9040411.

6. Merwe E. M., Graya C. L., Castlemana B. A., Mohamed S., Krugerc R. A., Doucet F. Ammonium sulphate and/or ammonium bisulphate as extracting agents for the recovery of aluminium from ultrafine coal fly ash // Hydrometallurgy. 2017, vol. 171, pp. 185–190. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.05.015.

7. Логинова И. В., Кырчиков А. В. Производство глинозема. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2020. — 224 с.

8. Criado M., Cabedo M. V., García-Ten J. Reactivation of alkali-activated materials made up of fly ashes from a coal power plant // Cleaner Materials. 2022, vol. 3, no. 3, article 100043. DOI: 10.1016/j. clema.2022.100043.

9. Лавриненко А. А., Кунилова И. В., Гольберг Г. Ю. Влияние низкотемпературного обжига золы сжигания углей с щелочными реагентами на эффективность извлечения ценных компонентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 10. — С. 104—121. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_104.

10. Guo C., Zou J., Ma S., Yang J., Wang K. Alumina extraction from coal fly ash via low-temperature potassium bisulfate calcination // Minerals. 2019, vol. 9, no. 10, article 585. DOI: 10.3390/ min9100585.

11. Chen Y., Nie Y., Zhao Z., Zhang H., Liu S., Wang L., Wang L., Sen W. Kinetics and phase transformation of low-calcium coal fly ash (CFA) under hydrofluoric acid leaching // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2022, vol. 43, no. 5, pp. 1033—1056. DOI: 10.1080/ 19392699.2022.2089131.

12. Пушкин А. А., Римкевич В. С., Гиренко И. В. Химическая термодинамика фторидно-аммониевой переработки золошлаковых техногенных отходов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2024. — Т. 335. — № 12. — С. 38—47. DOI: 10.31857/S0040357122050165.

13. Tripathy A. K., Behera B., Aishvarya V., Sheik A. R., Dash B., Sarangi C. K., Tripathy B. C., Sanjay K., Bhattacharya I. N. Sodium fluoride assisted acid leaching of coal fly ash for the extraction of alumina // Minerals Engineering. 2018, vol. 131, pp. 140—145. DOI: 10.1016/j.minpro.2018.10.019.

14. Adamczyk Z., Komorek J., Białecka B. Unburned carbon from fly ash as a source of graphite materials // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2022, vol. 45, pp. 183—199.

15. Carneiro G., Bier T., Waida S., Dous A., Heinemann S., Herr P., Charitos A. Treatment of energy from waste plant fly-ash for blast furnace slag substitution as a supplementary cementitious material // Journal of Cleaner Production. 2025, vol. 490, article 144693. DOI: 10.1016/j.jclepro.2025.144693.

16. Вергунов А. В., Арбузов С. И., Ермеева В. В. Минералогия, геохимия и генезис редкометалльного Zr-Nb-Hf-Ta-РЗЭ-Ga оруденения в пласте XXX Минусинского бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 7. — С. 49—62. DOI: 10.18799/24131830/2020/7/2718.

17. Лавриненко А. А., Крылов И. О., Кунилова И. В. Электросепарация золошлаковых отходов каширской ГРЭС // Экология и промышленность России. — 2023. — Т. 27. — № 11. — С. 28—33. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-11-28-33.

18. Strzalkowska E. Morphology, chemical and mineralogical composition of magnetic fraction of coal fly ash // International Journal of Coal Geology. 2021, vol. 240, pp. 103638—103746. DOI: 10.1016/j.coal.2021.103746.

19. Kong D., Zhou Z., Song S., Feng S., Lian M., Jiang R. Preparation of poly aluminum-ferric chloride (PAFC) coagulant by extracting aluminum and iron ions from high iron content coal gangue // Materials. 2022, vol. 15, no. 6, article 2253. DOI: 10.3390/ma15062253.

20. Kuzin E. N., Kruchinina N. E. Titanium-containing coagulants for foundrywastewater treatment // CIS Iron and Steel Review. 2020, vol. 20, no. 2, pp. 66–69. DOI: 10.17580/cisisr.2020.02.14.

21. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е. Оценка эффективности использования комплексных коагулянтов в процессах очистки сточных вод машиностроительного производства // Известия вузов. Химия и химическая технология. — 2019. — Т. 62. — № 10. — С. 140—146. DOI: 10.6060/ivkkt. 20196210.5939.

22. Kuzin E. Synthesis and use of complex titanium-containing coagulant in water purification processes // Inorganics. 2025, vol. 13, article 9. DOI: 10.3390/inorganics13010009.