Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 281 Вып. 2
Страницы:
1-15
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Получение карбоната кальция с заданными свойствами крупности как фактор эффективной утилизации техногенного гипсосодержащего сырья

Авторы:
Д. В. Сучков1
Т. Е. Литвинова2
А. П. Лебедев3
Об авторах
  • 1 — канд. техн. наук старший преподаватель Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 2 — д-р техн. наук профессор Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 3 — канд. экон. наук старший преподаватель Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2026-03-31
Дата принятия:
2026-06-25
Дата публикации онлайн:
2026-09-18

Аннотация

Исследование посвящено разработке способа утилизации фосфогипса – крупнотоннажного отхода переработки фосфатного сырья, объекты размещения которого являются источниками комплексного негативного воздействия на компоненты окружающей среды. В качестве перспективного метода утилизации гипсосодержащих отходов рассмотрено взаимодействие фосфогипса с раствором карбоната натрия (карбонатная конверсия) с получением карбоната кальция – товарного фосфомела. Существующие технологии предполагают получение мелкодисперсного продукта, что затрудняет его фильтрацию и ограничивает области применения фосфомела. Цель исследования – определение параметров карбонатной конверсии фосфогипса, обеспечивающих получение фосфомела с заданными свойствами крупности при сохранении высокой степени конверсии исходного сырья. В рамках серии однофакторных экспериментов выполнена оценка влияния на процесс конверсии CaSO4·2H2O условий реакции – температуры, концентрации карбонатного раствора Na2CO3, отношения жидкой и твердой фаз (Ж:Т) и продолжительности их контакта. Установлено, что повышение температуры конверсии до 90-100 °С и Ж:Т до 10 способствует интенсивному зародышеобразованию кристаллов CaCO3 и получению крупных агломератов. Концентрация Na2CO3 250 г/дм3 и продолжительность конверсии до 3 ч в совокупности обеспечивают увеличение крупности получаемого фосфомела до D90 = 45 мкм при степени конверсии 98,8 %. Полученный продукт по своим характеристикам пригоден для использования в металлургической промышленности в качестве сырья для получения флюса, что подтверждает его конкурентоспособность на рынке вторичных ресурсов. Разработанные рекомендации позволяют создать малоотходную технологию переработки техногенного сырья, соответствующую принципам устойчивого развития и способствующую снижению техногенной нагрузки на компоненты окружающей среды.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
гипсосодержащие отходы карбонат кальция карбонатная конверсия утилизация отходов скорость фильтрации пульп фосфогипс фосфомел
Финансирование:

Отсутствует

Перейти к тому 281

Литература

  1. Торочков Е.Л., Ряшко А.И. Вторичные ресурсы, образующиеся в химической промышленности // Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий. М.; СПб: Реноме, 2019. С. 801-821.
  2. Smirnov Y.D., Ivanov A.V. Investigation of Dust Transfer Processes During Loading and Unloading Operations Using Software Simulation // Journal of Ecological Engineering. 2018. Vol. 19. Iss. 4. P. 29-33. DOI: 10.12911/22998993/86146
  3. Pratap B., Mondal S., Rao B.H. Mechanical and durability analysis of geopolymer concrete incorporating bauxite residue, phosphogypsum, and ground granulated blast slag // Asian Journal of Civil Engineering. 2024. Vol. 25. Iss. 1. P. 317-326. DOI: 10.1007/s42107-023-00777-0
  4. Awad S., Essam M., Boukhriss A. et al. Properties, Purification, and Applications of Phosphogypsum: A Comprehensive Review Towards Circular Economy // Materials Circular Economy. 2024. Vol. 6. № 9. DOI: 10.1007/s42824-024-00100-5
  5. Pliaka M., Gaidajis G. Potential uses of phosphogypsum: A review // Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2022. Vol. 57. Iss. 9. P. 746-763. DOI: 10.1080/10934529.2022.2105632
  6. Борисова Д.Д., Пашкевич М.А., Матвеева В.А. Использование затравочных материалов для очистки сточных дренажных вод от ионов фтора // Обогащение руд. 2025. № 3. С. 43-49. DOI: 10.17580/or.2025.03.08
  7. Петрова Т.А., Епишина А.Д. Оценка негативного воздействия рассолов калийных производств на почвенный покров путем моделирования процесса их разлива в естественных условиях // Устойчивое развитие горных территорий. 2025. Т. 17. № 2 (64). С. 616-626. DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-2-616-626
  8. Петров Д.С., Данилов А.С. Гидрохимическая характеристика и экологическое состояние водных экосистем в зоне влияния предприятия по производству минеральных удобрений // Горный журнал. 2023. № 9. С. 83-88. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.12
  9. Bouargane B., Laaboubi K., Biyoune M.G. et al. Effective and innovative procedures to use phosphogypsum waste in different application domains: review of the environmental, economic challenges and life cycle assessment // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2023. Vol. 25. Iss. 3. P. 1288-1308. DOI: 10.1007/s10163-023-01617-8
  10. Saadaoui E., Ghazel N., Ben Romdhane C., Massoudi N. Phosphogypsum: potential uses and problems – a review // International Journal of Environmental Studies. 2017. Vol. 74. Iss. 4. P. 558-567. DOI: 10.1080/00207233.2017.1330582
  11. Zihao Jin, Baoguo Ma, Ying Su et al. Preparation of eco-friendly lightweight gypsum: Use of beta-hemihydrate phosphogypsum and expanded polystyrene particles // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 297. № 123837. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123837
  12. Chernysh Y., Yakhnenko O., Chubur V., Roubík H. Phosphogypsum Recycling: A Review of Environmental Issues, Current Trends, and Prospects // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Iss. 4. № 1575. DOI: 10.3390/app11041575
  13. Solovyova V.M., Ilinova A.A. Complex use of mineral raw materials: formation of organizational and economic mechanism // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 266. № 06012. DOI: 10.1051/e3sconf/202126606012
  14. Ivanov A.V., Smirnov Y.D., Petrov G.I. Investigation of Waste Properties of Subway Construction as a Potential Component of Soil Layer // Journal of Ecological Engineering. 2018. Vol. 19. Iss. 5. P. 59-69. DOI: 10.12911/22998993/91267
  15. Mattila H.-P., Zevenhoven R. Mineral Carbonation of Phosphogypsum Waste for Production of Useful Carbonate and Sulfate Salts // Frontiers in Energy Research. 2015. Vol. 3. № 48. DOI: 10.3389/fenrg.2015.00048
  16. Msila X., Billing D.G., Barnard W. Capture and storage of CO2 into waste phosphogypsum: the modified Merseburg process // Clean Technologies and Environmental Policy. 2016. Vol. 18. Iss. 8. P. 2709-2715. DOI: 10.1007/s10098-016-1157-4
  17. Ennaciri Y., Mouahid F.E., Bendriss A., Bettach M. Conversion of phosphogypsum to potassium sulfate and calcium carbonate in aqueous solution // MATEC Web of Conferences. 2013. Vol. 5. № 04006. DOI: 10.1051/matecconf/20130504006
  18. Shang Qing Lu, Pei Qiang Lan, Su Fang Wu. Preparation of Nano-CaCO3 from Phosphogypsum by Gas–Liquid–Solid Reaction for CO2 Sorption // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2016. Vol. 55. Iss. 38. P. 10172-10177. DOI: 10.1021/acs.iecr.6b02551
  19. Цветков П.С. Кластерный подход к улавливанию и транспортировке промышленного СО2: экономия за счет совместной инфраструктуры // Записки Горного института. 2025. Т. 275. С. 110-129.
  20. Stroykov G., Lebedev A., Belous A., Kolganova E. Achieving Sustainable Development Goals Through Hybrid Energy Supply Systems in Mining: The Case of the Varvarinskoye Copper-Gold Deposit // Resources. 2026. Vol. 15. Iss. 2. № 25. DOI: 10.3390/resources15020025
  21. Литвинова Т.Е., Сучков Д.В. Комплексный подход к утилизации техногенных отходов минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 6-1. С. 331-348. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_331
  22. Teir S., Auvinen T., Said A. et al. Performance of Separation Processes for Precipitated Calcium Carbonate Produced with an Innovative Method from Steelmaking Slag and Carbon Dioxide // Frontiers in Energy Research. 2016. Vol. 4. № 6. DOI: 10.3389/fenrg.2016.00006
  23. Литвинова Т.Е., Сучков Д.В., Герасев С.А. Химически осажденный фосфомел (CaCO3) как полезный продукт утилизации фосфогипса // Управление техносферой. 2023. Т. 6. Вып. 3. С. 435-450. DOI: 10.34828/UdSU.2023.70.83.010
  24. Avşar C., Tümük D., Ertunç S., Gezerman A.O. A Review on Ammono-Carbonation Reactions: Focusing on the Merseburg Process // Chemical Review and Letters. 2022. Vol. 5. Iss. 1. P. 83-91. DOI: 10.22034/crl.2022.329067.1154
  25. Карапетян К.Г., Вершинина В.А. Обзор применения гексаметафосфата натрия в различных областях промышленности // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2023. Вып. 4. С. 149-156. DOI: 10.17213/1560-3644-2023-4-149-156
  26. Agayr K., Chanouri H., Achiou B. et al. Study on the kinetics of the conversion of Moroccan phosphogypsum into X2SO4 (X = Na, NH4) // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2022. Vol. 24. Iss. 5. P. 2015-2029. DOI: 10.1007/s10163-022-01461-2
  27. Danielik V., Fellner P., Jurišová J., Králik M. Kinetics of the conversion reaction of gypsum with ammonium carbonate // Chemical Papers. 2018. Vol. 72. Iss. 10. P. 2631-2639. DOI: 10.1007/s11696-018-0493-8
  28. Jiaojiao Hou, Zude Liu, Xiaoyang Ni. Unlocking the mysteries: Investigating the kinetic mechanism of calcium carbonate formation from phosphogypsum // Process Safety and Environmental Protection. 2024. Vol. 182. P. 625-637. DOI: 10.1016/j.psep.2023.12.015
  29. Темиров Г.Б., Алимов У.К., Сейтназаров А.Р. и др. Реологические характеристики и состав продуктов конверсии фосфогипса с карбонатом натрия // Российский химический журнал. 2023. Т. 67. № 3. С. 25-35. DOI: 10.6060/rcj.2023673.4
  30. Матвеева В.А., Чукаева М.А., Семенова А.И. Получение смешанного коагулянта из отходов обогащения железной руды // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 433-443.
  31. Пашкевич М.А., Патокин Д.А., Данилов А.С. Утилизация нитроцеллюлозосодержащих отходов химической промышленности с получением минеральных почвенных добавок // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 6. С. 10-17. DOI: 10.18412/1816-0395-2024-6-10-17
  32. Рудзиш Э., Петрова Т.А. Оценка применимости осадка сточных вод в качестве добавки к почве для рекультивации земель, образованных при добыче полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 10-2. С. 127-134 (in English). DOI: 10.25018/0236_1493_2022_102_0_127
  33. Ennaciri Y., El Alaoui-Belghiti H., Bettach M. Comparative study of K2SO4 production by wet conversion from phosphogypsum and synthetic gypsum // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. Iss. 3. P. 2586-2596. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.02.013
  34. Бажин В.Ю., Масько О.Н., Никитина Л.Н. Декарбонизация отходящих газов промышленных металлургических печей // Металлург. 2023. № 9. С. 121-128. DOI: 10.52351/00260827_2023_09_121
  35. Marinina O., Kirsanova N., Nevskaya M. Circular Economy Models in Industry: Developing a Conceptual Framework // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 24. № 9376. DOI: 10.3390/en15249376
  36. Bilal E., Bellefqih H., Bourgier V. et al. Phosphogypsum circular economy considerations: A critical review from more than 65 storage sites worldwide // Journal of Cleaner Production. 2023. Vol. 414. № 137561. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.137561
  37. Lu Chen, Xiaoyu Luan, Feng Han et al. Life cycle environmental and economic assessment of Phosphogypsum utilization in China // Resources, Conservation and Recycling. 2025. Vol. 212. № 107938. DOI: 10.1016/j.resconrec.2024.107938
  38. Yi Su, Yang Li, Wu Zhou et al. A green integrated process for phosphogypsum recycling: CO2 sequestration combined with SO2 recovery // Journal of Environmental Management. 2025. Vol. 373. № 123707. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.123707
  39. Ming-Sheng Du, Bo Long, Yi-Zhe Mei et al. Toward zero-waste phosphogypsum valorization: Reengineered reverse-direct flotation synchronizes gypsum purification and functional co-products production // Chemical Engineering Journal. 2025. Vol. 517. № 164341. DOI: 10.1016/j.cej.2025.164341
Статистика
Просмотр аннотаций
41
Просмотр полного текста
13
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Активация процессов биоремедиации нефтезагрязненных наземных экосистем при помощи композиции органоминеральных мелиорантов
2026 Н. Ю. Антонинова, А. И. Усманов, В. А. Антонов, А. В. Собенин
Экологичный холодный асфальтобетон из нефтяного шлама и местных горно-промышленных отходов: подход к ремонту дорог в Моа, Куба, основанный на принципах безотходной экономики
2026 И. Терреро-Агирре, Я. Медина-Сальдивар