Ключевые слова

2411-3336

2541-9404

Записки Горного института

Journal of Mining Institute

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

RAWIWB

pmi-16972

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16972

Геотехнология и инженерная геология

Geotechnical Engineering and Engineering Geology

Mineral carbona tion of CO2 in flotation tailings of copper-nickel ores from the Talnakh Concentrator: an experimental and thermodynamic assessment

Минеральная карбонизация CO2 в хвостах флотации медно-никелевых руд Талнахской обогатительной фабрики: экспериментальная и термодинамическая оценка

Gaskova

Olga L.

Гаськова

О. Л.

Gaskova

Olga L.

gaskova@igm.nsc.ru

0000-0003-3885-5015

Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН (Новосибирск, Россия) (Russia)

Shvartseva

Olga S.

Шварцева

О. С.

Shvartseva

Olga S.

o.shvartseva@gmail.com

0000-0002-9133-5468

нститут геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН (Новосибирск, Россия) (Russia)

Vagner

Sergei E.

Вагнер

С. Э.

Vagner

Sergei E.

WagnerSE@nornik.ru

0009-0004-6408-0262

ПАО «ГМК «Норильский никель» (Москва, Россия) (Russia)

Batraliev

Ramil Sh.

Батралиев

Р. Ш.

Batraliev

Ramil Sh.

BatralievRSh@nornik.ru

0009-0007-0373-2062

Заполярный филиал ПАО «ГМК «Норильский никель» (Норильск, Россия) (Russia)

30 10 2026

2026

281 2 160 174 06 04 2026 29 09 2026 30 10 2026

2026

О. Л. Гаськова, О. С. Шварцева, С. Э. Вагнер, Р. Ш. Батралиев

Olga L. Gaskova, Olga S. Shvartseva, Sergei E. Vagner, Ramil Sh. Batraliev

Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16972

Хвосты обогащения медно-никелевых руд, содержащие Ca-, Mg- и Fe-силикаты, представляют интерес как потенциальный материал для минеральной карбонизации CO2. Цель работы – оценить потенциал использования пустой породы хвостохранилища Талнахской обогатительной фабрики ПАО «ГМК «Норильский никель» для связывания углекислого газа в форме карбонатных фаз и определить факторы, контролирующие эффективность этого процесса. Исследование выполнено с применением комплекса минералого-геохимических методов (сканирующая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, ИК-спектроскопия, ICP-MS, определение неорганического углерода), лабораторного эксперимента по насыщению породы CO2 при 25 °C и давлении 1 бар в течение 7 сут и термодинамического моделирования равновесий методом минимизации свободной энергии Гиббса (пакет программ HCh). Установлено, что хвосты, наряду с высоким содержанием сульфидов, прежде всего пирротина FenSn + 1, содержат пироксены, включая диопсид CaMgSi2O6, плагиоклазы ряда NaAlSi3O8–CaAl2Si2O8, серпентин Mg3Si2O5(OH)4 и амфиболы, представленные Ca-, Mg- и Fe-силикатами, способными участвовать в реакциях карбонизации. В эксперименте зафиксирован прирост суммарной карбонатной фазы на 1,92 мас.% преимущественно за счет доломита, без дополнительной активации материала. В модельных расчетах наиболее существенное влияние на выход карбонатов оказало парциальное давление CO2; повышение температуры в интервале 25-100 °C, напротив, снизило содержание карбонатных фаз вследствие перераспределения Ca и Mg в силикатные минералы. Показано, что вторичное силикатообразование конкурирует с карбонатообразованием за двухвалентные катионы, ограничивая реальный потенциал процесса. Хвосты могут рассматриваться как вторичный минеральный ресурс для связывания CO2, однако практическая реализация требует дальнейшей оценки кинетических ограничений и долговременной устойчивости новообразованных минеральных фаз.

Ключевые слова минеральная карбонизация CO2 хвосты флотации медно-никелевых руд система вода – порода термодинамическое моделирование вторичное минералообразование

Oelkers E.H., Gislason S.R., Matter J. Mineral carbonation of CO2 // Elements. 2008. Vol. 4. Iss. 5. P. 333–337. DOI: 10.2113/gselements.4.5.333

Oelkers E.H., Gislason S.R., Matter J. Mineral Carbonation of CO2 // Elements. 2008. Vol. 4. № 5. P. 333-337. DOI: 10.2113/gselements.4.5.333

Power I.M., Dipple G.M., Bradshaw P.M.D., Harrison A.L. Prospects for CO2 mineralization and enhanced weathering of ultra-mafic mine tailings from the Baptiste nickel deposit in British Columbia, Canada // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2020. Vol. 94. № 102895. DOI: 10.1016/j.ijggc.2019.102895

Power I.M., Dipple G.M., Bradshaw P.M.D., Harrison A.L. Prospects for CO2 mineralization and enhanced weathering of ultramafic mine tailings from the Baptiste nickel deposit in British Columbia, Canada // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2020. Vol. 94. № 102895. DOI: 10.1016/j.ijggc.2019.102895

Li J., Hitch M., Power I.M., Pan Y. Integrated mineral carbonation of ultramafic mine deposits—A review // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 4. № 147. DOI: 10.3390/min8040147

Li J., Hitch M., Power I.M., Yueyi Pan. Integrated Mineral Carbonation of Ultramafic Mine Deposits–A Review // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 4. № 147. DOI: 10.3390/min8040147

Lu X., Xu L., Li X., Hou Y., Chen Q., Li Q. In-situ mineral carbonation of ultramafic tailings for carbon dioxide removal: A critical review // Process Safety and Environmental Protection. 2025. Vol. 204. № 108046. DOI: 10.1016/j.psep.2025.108046

Xiagyang Lu, Liang Xu, Xiaochun Li et al. In-situ mineral carbonation of ultramafic tailings for carbon dioxide removal: A critical review // Process Safety and Environmental Protection. 2025. Vol. 204. № 108046. DOI: 10.1016/j.psep.2025.108046

Snaebjörnsdóttir S.Ó., Sigfússon B., Marieni C., Goldberg D., Gíslason S.R., Oelkers E.H. Carbon dioxide storage through min-eral carbonation // Nature Reviews Earth & Environment. 2020. Vol. 1. P. 90–102. DOI: 10.1038/s43017-019-0011-8

Snæbjörnsdóttir S.Ó., Sigfússon B., Marieni C. et al. Carbon dioxide storage through mineral carbonation // Nature Reviews Earth & Environment. 2020. Vol. 1. Iss. 2. P. 90-102. DOI: 10.1038/s43017-019-0011-8

Wang F., Dreisinger D., Jarvis M., Hitchins T. Kinetics and mechanism of mineral carbonation of olivine for CO2 sequestration // Minerals Engineering. 2019. Vol. 131. P. 185–197. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.11.024

Fei Wang, Dreisinger D., Jarvis M., Hitchins T. Kinetics and mechanism of mineral carbonation of olivine for CO2 sequestration // Minerals Engineering. 2019. Vol. 131. P. 185-197. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.11.024

Sanna A., Uibu M., Caramanna G., Kuusik R., Maroto-Valer M.M. A review of mineral carbonation technologies to sequester CO2 // Chemical Society Reviews. 2014. Vol. 43. P. 8049–8080. DOI: 10.1039/C4CS00035H

Sanna A., Uibu M., Caramanna G. et al. A review of mineral carbonation technologies to sequester CO2 // Chemical Society Reviews. 2014. Vol. 43. Iss. 23. P. 8049-8080. DOI: 10.1039/c4cs00035h

Cuéllar-Franca R.M., Azapagic A. Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts // Journal of CO2 Utilization. 2015. V. 9. P. 82 - 102. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcou.2014.12.001

Lin X., Zhang Y., Liu H., Boczkaj G., Cao Y., Wang C. Carbon dioxide sequestration by industrial wastes through mineral car-bonation: Current status and perspectives // Journal of Cleaner Production. 2024. V. 434. № 140258. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.140258

Xiao Lin, Yingshuang Zhang, Hongwen Liu et al. Carbon dioxide sequestration by industrial wastes through mineral carbonation: Current status and perspectives // Journal of Cleaner Production. 2024. Vol. 434. № 140258. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.140258

Wilson S.A., Harrison A.L., Dipple G.M., Power I.M., Barker S.L.L., Mayer U., Fallon S.J., Raudsepp M., Southam G. Offset-ting of CO2 emissions by air capture in mine tailings at the Mount Keith Nickel Mine, Western Australia: Rates, controls and prospects for carbon neutral mining // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2014. Vol. 25. P. 121–140. DOI: 10.1016/j.ijggc.2014.04.002

Wilson S., Harrison A.L., Dipple G.M. et al. Offsetting of CO2 emissions by air capture in mine tailings at the Mount Keith Nickel Mine, Western Australia: Rates, controls and prospects for carbon neutral mining // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2014. Vol. 25. P. 121-140. DOI: 10.1016/j.ijggc.2014.04.002

Beaudoin G., Duchesne J., Caron-Côté M., Bussière B., Demers I., Marcoux É., Hakkou R., Bouzahzah H. Ambient mineral car-bonation of different lithologies of mafic to ultramafic mining wastes/tailings – A comparative study // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2017. Vol. 63. P. 392–400. DOI: 10.1016/j.ijggc.2017.06.016

Zarandi A.E., Larachi F., Beaudoin G. et al. Ambient mineral carbonation of different lithologies of mafic to ultramafic mining wastes/tailings – A comparative study // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2017. Vol. 63. P. 392-400. DOI: 10.1016/j.ijggc.2017.06.016

Zhang X., Gou L.-F., Tang L., Liu S., Werner T.T., Jiang F., Deng Y., Mudbhatkal A. Transition of CO2 from emissions to se-questration during chemical weathering of ultramafic and mafic mine tailings // Minerals. 2025. V. 15. № 68. https://doi.org/10.3390/min15010068

Xiaolin Zhang, Long-Fei Gou, Liang Tang et al. Transition of CO2 from Emissions to Sequestration During Chemical Weathering of Ultramafic and Mafic Mine Tailings // Minerals. 2025. Vol. 15. Iss. 1. № 68. DOI: 10.3390/min15010068

Aayzaz A., Zahiruddin F.A.H. Critical review of methods, mechanisms, and feedstocks in mineral carbonation for enhanced car-bon neutrality: From waste to climate solution // Science of the Total Environment. 2025. Vol. 980. № 179544. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.179544

Ahmed A., Abu Hassan Z.F. Critical review of methods, mechanisms, and feedstocks in mineral carbonation for enhanced carbon neutrality: From waste to climate solution // Science of the Total Environment. 2025. Vol. 980. № 179544. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.179544

Stokreef S., Sadri F., Stokreef A., Ghahreman A. Mineral carbonation of ultramafic tailings: A review of reaction mechanisms and kinetics, industry case studies, and modelling // Cleaner Engineering and Technology. 2022. Vol. 8. № 100491. DOI: 10.1016/j.clet.2022.100491

Lu X., Carroll K.J., Turvey C.C., Dipple G.M. Rate and capacity of cation release from ultramafic mine tailings for carbon capture and storage // Applied Geochemistry. 2022. Vol. 140. № 105285. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105285

Xueya Lu, Carroll K.J., Turvey C.C., Dipple G.M. Rate and capacity of cation release from ultramafic mine tailings for carbon capture and storage // Applied Geochemistry. 2022. Vol. 140. № 105285. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105285

Lindsay M.B.J., Moncur M.C., Bain J.G., Jambor J.L., Ptacek C.J., Blowes D.W. Geochemical and mineralogical aspects of sul-fide mine tailings // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 157–177. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2015.01.009

Lindsay M.B.J., Moncur M.C., Bain J.G. et al. Geochemical and mineralogical aspects of sulfide mine tailings // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 157-177. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2015.01.009

Бодуэн А.Я., Петров Г.В., Мардарь И.И., Иванов Б.С. Извлечение благородных и цветных металлов из техногенного сырья Норильского промышленного региона: практика и исследования // Успехи современного естествознания. 2013. № 3. С. 143–145.

Шваров Ю.В. HCh: Новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. 2008. № 8. С. 898–903.

Шваров Ю.В. HCh: новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. 2008. № 8. С. 898-903.

Oskierski H.C., Dlugogorski B.Z., Jacobsen G. Sequestration of atmospheric CO2 in chrysotile mine tailings of the Woodsreef Asbestos Mine, Australia: Quantitative mineralogy, isotopic fingerprinting and carbonation rates // Chemical Geology. 2013. Vol. 358. P. 156–169. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2013.09.001

Gras A., Beaudoin G., Molson J., Plante B., Bussière B., Lemieux J.M., Dupont P.P. Isotopic evidence of passive mineral car-bonation in mine wastes from the Dumont Nickel Project (Abitibi, Quebec) // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2017. Vol. 60. P. 10–23. DOI: 10.1016/j.ijggc.2017.03.002

Gras A., Beaudoin G., Molson J. et al. Isotopic evidence of passive mineral carbonation in mine wastes from the Dumont Nickel Project (Abitibi, Quebec) // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2017. Vol. 60. P. 10-23. DOI: 10.1016/j.ijggc.2017.03.002

Campione M., Corti M., D’Alessio D., Capitani G., Lucotti A., Yivlialin R., Tommasini M., Bussetti G., Malaspina N. Micro-wave-driven carbonation of brucite // Journal of CO2 Utilization. 2024. V. 80. № 102700. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102700

Campione M., Corti M., D’Alessio D. et al. Microwave-driven carbonation of brucite // Journal of CO2 Utilization. 2024. Vol. 80. № 102700. DOI: 10.1016/j.jcou.2024.102700

Zarandi A.E., Larachi F., Beaudoin G., Plante B., Sciortino M. Multivariate study of the dynamics of CO2 reaction with brucite-rich ultramafic mine tailings // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2016. Vol. 52. P. 110–119. DOI: 10.1016/j.ijggc.2016.06.022

Zarandi A.E., Larachi F., Beaudoin G. et al. Multivariate study of the dynamics of CO2 reaction with brucite-rich ultramafic mine tailings // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2016. Vol. 52. P. 110-119. DOI: 10.1016/j.ijggc.2016.06.022

Kularatne K., Sissmann O., Guyot F., Martinez I. Mineral carbonation of New Caledonian ultramafic mine slag: Effect of glass and secondary silicates on the carbonation yield // Chemical Geology. 2023. Vol. 618. № 121282. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2022.121282

Kumar A., Shrivastava J.P. Secondary silicates as a barrier to carbon capture and storage in Deccan Basalt // Acta Geologica Sini-ca - English Edition. 2019. Vol. 94. Iss. 3. P. 861–876. DOI: 10.1111/1755-6724.14291

Kumar A., Shrivastava J.P. Secondary Silicates as a Barrier to Carbon Capture and Storage in Deccan Basalt // Acta Geologica Sinica (English Edition). 2020. Vol. 94. Iss. 3. P. 861-876. DOI: 10.1111/1755-6724.14291

Molahid V.L.M., Kusin F.M., Hasan S.N.M.S., Ramli N.A.A., Abdullah A.M. CO2 sequestration through mineral carbonation: Ef-fect of different parameters on carbonation of Fe-rich mine waste materials // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 2. № 432. DOI: 10.3390/pr10020432

Molahid V.L.M., Kusin F.M., Syed Hasan S.N.M. et al. CO2 Sequestration through Mineral Carbonation: Effect of Different Parameters on Carbonation of Fe-Rich Mine Waste Materials // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 2. № 432. DOI: 10.3390/pr10020432

Hamilton J.L., Wilson S., Morgan B., Turvey C.C., Paterson D.J., Jowitt S.M., McCutcheon J., Southam G. Fate of transition metals during passive carbonation of ultramafic mine tailings via air capture with potential for metal resource recovery // Interna-tional Journal of Greenhouse Gas Control. 2018. Vol. 71. P. 155–167. DOI: 10.1016/j.ijggc.2018.02.008

Hamilton J.L., Wilson S., Morgan B. et al. Fate of transition metals during passive carbonation of ultramafic mine tailings via air capture with potential for metal resource recovery // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2018. Vol. 71. P. 155-167. DOI: 10.1016/j.ijggc.2018.02.008

Snæbjörnsdóttir S.Ó., Gislason S.R., Galeczka I.M., Oelkers E.H. Reaction path modelling of in-situ mineralisation of CO2 at the CarbFix site at Hellisheidi, SW-Iceland // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2018. Vol. 220. P. 348–366. DOI: 10.1016/j.gca.2017.09.053

Matter J.M., Stute M., Snæbjörnsdóttir S.Ó., Oelkers E.H., Gislason S.R., Aradottir E.S., Sigfusson B., Gunnarsson I., Sigur-dardottir H., Gunnlaugsson E., Axelsson G., Alfredsson H.A., Wolff-Boenisch D., Mesfin K., Taya D.F., Hall J., Dideriksen K., Broecker W.S. Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions // Science. 2016. Vol. 352. P. 1312–1314. DOI: 10.1126/science.aad8132

Matter J.M., Stute M., Snæbjörnsdóttir S.Ó. et al. Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions // Science. 2016. Vol. 352. № 6291. P. 1312-1314. DOI: 10.1126/science.aad8132

Bychkov A.Yu., Bénézeth P., Pokrovsky O.S., Shvarov Yu.V., Castillo A., Schott J. Experimental determination of calcite solubility and the stability of aqueous Ca- and Na-carbonate and -bicarbonate complexes at 100–160 °C and 1–50 bar pCO2 using in situ pH measurements // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020. Vol. 290. P. 352–365. DOI: 10.1016/j.gca.2020.09.004

Bychkov A.Yu., Bénézeth P., Pokrovsky O.S. et al. Experimental determination of calcite solubility and the stability of aqueous Ca- and Na-carbonate and –bicarbonate complexes at 100-160 C and 1-50 bar pCO2 using in situ pH measurements // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020. Vol. 290. P. 352-365. DOI: 10.1016/j.gca.2020.09.004

Kumar A., Shrivastava J.P., Pathak V. Mineral carbonation reactions under water-saturated, hydrothermal-like conditions and numerical simulations of CO2 sequestration in tholeiitic basalt of the Eastern Deccan Volcanic Province, India // Applied Geo-chemistry. 2017. V. 84. P. 87–104. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.05.021.

Kumar A., Shrivastava J.P., Pathak V. Mineral carbonation reactions under water-saturated, hydrothermal-like conditions and numerical simulations of CO2 sequestration in tholeiitic basalt of the Eastern Deccan Volcanic Province, India // Applied Geochemistry. 2017. Vol. 84. P. 87-104. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2017.05.021

Lasaga A.C., Soler J.M., Ganor J., Burch T.E., Nagy K.L. Chemical weathering rate laws and global geochemical cycles // Geo-chimica et Cosmochimica Acta. 1994. Vol. 58, Iss. 10. P. 2361–2386. DOI: 10.1016/0016-7037(94)90016-7

Lasaga A.C., Soler J.M., Ganor J. et al. Chemical weathering rate laws and global geochemical cycles // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1994. Vol. 58. Iss. 10. P. 2361-2386. DOI: 10.1016/0016-7037(94)90016-7

Bowell R.J., Evans J., Declercq J., Griffiths R., Barnes A., Brough C., Fuellenbach L., Cloete E., Lahti T. Environmental geo-chemistry of sulfide-bearing iron oxide deposits in Scandinavia: Importance of gangue minerals and sulfide crystallinity in the delay of acid generation // Minerals. 2026. V. 16(2). № 171. https://doi.org/10.3390/min16020171

Bowell R.J., Evans J., Declercq J. et al. Environmental Geochemistry of Sulfide-Bearing Iron Oxide Deposits in Scandinavia: Importance of Gangue Minerals and Sulfide Crystallinity in the Delay of Acid Generation // Minerals. 2026. Vol. 16. Iss. 2. № 171. DOI: 10.3390/min16020171

Paulo C., Power I.M., Zeyen N., Wang B., Wilson S. Geochemical modeling of CO2 sequestration in ultramafic mine wastes from Australia, Canada, and South Africa: Implications for carbon accounting and monitoring // Applied Geochemistry. 2023. Vol. 152. № 105630. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2023.105630

Paulo C., Power I.M., Zeyen N. et al. Geochemical modeling of CO2 sequestration in ultramafic mine wastes from Australia, Canada, and South Africa: Implications for carbon accounting and monitoring // Applied Geochemistry. 2023. Vol. 152. № 105630. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2023.105630

Embile Jr. R.F., Walder I.F., Mahoney J.J. Multicomponent reactive transport modeling of effluent chemistry using locally ob-tained mineral dissolution rates of forsterite and pyrrhotite from a mine tailings deposit // Advances in Water Resources. 2019. Vol. 128. P. 87–96. DOI: 10.1016/j.advwatres.2019.04.008

Embile Jr. R.F., Walder I.F., Mahoney J.J. Multicomponent reactive transport modeling of effluent chemistry using locally obtained mineral dissolution rates of forsterite and pyrrhotite from a mine tailings deposit // Advances in Water Resources. 2019. Vol. 128. P. 87-96. DOI: 10.1016/j.advwatres.2019.04.008

Power I.M., Paulo C., Long H., Lockhart J.A., Stubbs A.R., French D., Caldwell R. Carbonation, cementation, and stabilization of ultramafic mine tailings // Environmental Science & Technology. 2021. Vol. 55, Iss. 14. P. 10056–10066. DOI: 10.1021/acs.est.1c01570

Power I.M., Paulo C., Long H. et al. Carbonation, Cementation, and Stabilization of Ultramafic Mine Tailings // Environmental Science & Technology. 2021. Vol. 55. Iss. 14. P. 10056-10066. DOI: 10.1021/acs.est.1c01570

Khandoozi S., Hazlett R., Fustic M. A critical review of CO2 mineral trapping in sedimentary reservoirs – from theory to applica-tion: Pertinent parameters, acceleration methods and evaluation workflow // Earth-Science Reviews. 2023. Vol. 244. № 104515. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104515

Khandoozi S., Hazlett R., Fustic M. A critical review of CO2 mineral trapping in sedimentary reservoirs – from theory to application: Pertinent parameters, acceleration methods and evaluation workflow // Earth-Science Reviews. 2023. Vol. 244. № 104515. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104515