Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 281 Вып. 1
Страницы:
69-80
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Комплексная ресурсно-экологическая оценка возможности утилизации техногенных отходов

Авторы:
Е. В. Колодежная1
И. В. Шадрунова2
О. Е. Горлова3
Н. Н. Орехова4
Об авторах
  • 1 — канд. техн. наук ведущий научный сотрудник Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В.Мельникова РАН ▪ Orcid
  • 2 — д-р техн. наук заведующий отделом Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В.Мельникова РАН ▪ Orcid
  • 3 — д-р техн. наук ведущий научный сотрудник Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В.Мельникова РАН ▪ Orcid
  • 4 — д-р техн. наук ведущий научный сотрудник Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В.Мельникова РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2026-04-07
Дата принятия:
2026-06-25
Дата публикации онлайн:
2026-09-18

Аннотация

Приведены результаты анализа характеристик и параметров отходов высокотемпературной переработки минерального сырья – доменных и сталеплавильных шлаков, отвальных шлаков от выплавки меди и производства феррохрома, шлака мусоросжигательного завода. Проведен детальный анализ вещественного состава объектов исследования, выделены основные ресурсно и экологически значимые показатели химического состава и физических характеристик отходов и приняты в качестве индикаторов ресурсно-экологического потенциала шлаков. Рассмотрены подходы для разделения сырьевых объектов техногенного происхождения на группы схожих по ресурсной ценности и экологической опасности объектов. В качестве альтернативы для классификации отходов высокотемпературных процессов предложено использование кластерного подхода, позволяющего создать систему категорий техногенного сырья согласно их характеристикам и ограничить количество признаков при осуществлении выборки без утраты достаточного охвата объектов классификации. В результате стандартизации и проверки мультиколлинеарности выбранных индикаторов ресурсно-экологического потенциала шлаков в изучаемом массиве данных установлено, что большинство выбранных индикаторов имеет невысокую, отсутствующую либо случайную корреляцию. В программе Statistica проведено ранжирование объектов исследования методом нечеткой кластеризации С-средних. На основе полученного распределения сформулированы три кластерные группы утилизации – ресурсно-инертные; ресурсно-ценные с умеренной экологической нагрузкой; экологически опасные, требующие глубокой переработки. Определено, что гранулированные доменные шлаки, доменный кусковой шлак и шлак производства феррохрома пригодны для производства строительных материалов без предварительного обогащения при подтверждении соответствия продукции требованиям по экологической безопасности. Сталеплавильные шлаки являются ресурсно-ценным материалом с умеренной экологической нагрузкой, пригодным для получения металлоконцентрата. Медьсодержащие шлаки и шлак мусоросжигательных установок – экологически опасные шлаки, требующие глубокой переработки с извлечением металлов, а хвосты обогащения – стабилизации и обезвреживания. Полученные результаты являются основой для дальнейшей разработки методики комплексной ресурсно-экологической оценки техногенных минеральных объектов, необходимой для перехода к замкнутым технологическим циклам.

Комплексная ресурсно-экологическая оценка возможности утилизации техногенных отходов
Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
отходы высокотемпературных процессов шлаки от сжигания ТКО ресурсно-экологическая оценка цирку-лярная экономика корреляционный анализ метод нечеткой кластеризации ранжирование техногенных объ-ектов
Финансирование:

Отсутствует

Перейти к тому 281

Литература

  1. Игнатьева М.Н., Юрак В.В., Душин А.В., Стровский В.Е. Техногенные минеральные образования: проблемы перехо-да к циркулярной экономике // Горные науки и технологии. 2021. Т. 6. № 2. С. 73-89. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-2-73-89
  2. Варавин Е.В., Маковецкий М.Ю., Комарова А.С. Проблемы обеспечения перехода к экономике замкнутого цикла // Вестник Московского университета им. С.Ю.Витте. Серия 1. Экономика и управление. 2022. № 1 (40). С. 42-51. DOI: 10.21777/2587-554X-2022-1-42-51
  3. Lopes P.P., da Cunha Rodovalho E., El Hajj T.M. Brazilian mining sector and its environmental impact: a review of cradle-to-cradle options applied to residues, waste and tailings // Holos. 2022. Vol. 6. № e9413. DOI: 10.15628/holos.2022.9413
  4. Чантурия В.А., Шадрунова И.В., Горлова О.Е. Инновационные процессы глубокой и экологически безопасной пе-реработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т. 13. № 2 (48). С. 224-237. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-2-224-237
  5. Чантурия В.А., Маслобоев В.А., Суворова О.В. и др. Обоснование технологий переработки и снижения экологической опасности отходов горных предприятий: основные результаты и перспективы научного сотрудничества // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2022. Т. 1. № 2. С. 9-19. DOI: 10.37614/2949-1185.2022.1.2.002
  6. Шадрунова И.В., Зелинская Е.В., Орехова Н.Н. и др. ESG-трансформации в сфере переработки техногенного мине-рального сырья // Горная промышленность. 2023. № 1. С. 71-78. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-1-71-78
  7. Ерзнкян Б.А., Фонтана К.А. Потенциал циркулярной экономики и «природных решений» – возможность достижения устойчивого развития // Экономический анализ: теория и практика. 2022. Т. 21. № 4 (523). С. 616-642. DOI: 10.24891/ea.21.4.616
  8. Волынкина Е.П. Анализ состояния и проблем переработки техногенных отходов в России // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 2 (20). С. 43-49.
  9. Иванков С.И., Шубов Л.Я., Троицкий А.В. и др. Рациональные запатентованные технологии переработки и утилиза-ции твердых промышленных отходов (обзор) (часть 1) // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2021. № 5. C. 2-100. DOI: 10.36535/0869-1002-2021-05-1
  10. Скобелев Д.О., Марьев В.А., Шубов Л.Я. и др. Отходы горно-металлургической отрасли: систематизация технологических решений экологических задач. Часть I // Экологические системы и приборы. 2018. № 12. С. 29-37. DOI: 10.25791/esip.12.2018.305
  11. Ярусова С.Б., Макарова В.Н. Загрязнение воздушной среды в местах хранения металлургических шлаков в Днепропетровской области (Украина) // География и природные ресурсы. 2020. № 2. С. 168-172. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2020-2(168-172)
  12. Семенова Ю.Е., Мамина К.Р., Воронько В.Д. Влияние металлургических предприятий на окружающую среду // Наука и бизнес: пути развития. 2020. № 10 (112). С. 88-90.
  13. Юганова Т.И., Путилина В.С. Остатки от сжигания твердых коммунальных отходов: состав, выщелачивание за-грязняющих веществ, обработка для уменьшения воздействия на окружающую среду // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2023. № 5. C. 65-78. DOI: 10.31857/S0869780923040094
  14. Тугов А.Н. Энергетическая утилизация ТКО: мировой и отечественный опыт (обзор) // Теплоэнергетика. 2022. № 12. С. 5-22. DOI: 10.56304/S0040363622120098
  15. Шадрунова И.В., Колодежная Е.В., Горлова О.Е., Воробьев К.А. Разработка концепции комплексной переработки отходов мусоросжигательных установок // Экология и промышленность России. 2025. Т. 29. № 2. С. 4-11. DOI: 10.18412/1816-0395-2025-2-4-11
  16. Chunyin Zhang, Yingyi Zhang, Zhenghao Zhang, Guangqiang Zhang. Effective separation and recovery of valuable metals from copper slag: A comprehensive review // Environmental Research. 2025. Vol. 283. № 122145. DOI: 10.1016/j.envres.2025.122145
  17. Захарова И.В., Янбекова О.Ю., Велюжинец Г.А., Дзансолов И.В. Исследования обогащения отвальных металлурги-ческих шлаков ЗФ ПАО «ГМК Норильский никель» методом радиоизотопной сепарации // Цветные металлы. 2025. № 6. С. 24-30. DOI: 10.17580/tsm.2025.06.04
  18. Mansourkiyaei S., Golzary A. Innovative approaches to circular economy in copper slag management: Maximizing resource efficiency and sustainability // Results in Engineering. 2025. Vol. 27. № 106903. DOI: 10.1016/j.rineng.2025.106903
  19. Mal U., Adhikari K., Tripathi A. Steel plant slag dumps: A potential source of groundwater contamination // Journal of Earth System Science. 2002. Vol. 131. Iss. 1. № 45. DOI: 10.1007/s12040-021-01776-y
  20. Wróbel M., Pieśniewska A., Zeynalli F. et al. Is the Slag Heap of a Former Ferrochromium Plant a Significant Environmental Hazard? // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 3. № 2001. DOI: 10.3390/app13032001
  21. Степанова Л.П., Писарева А.В., Циканавичуте В.Э. Токсикологическая оценка воздействия отходов металлургиче-ской промышленности на экологические свойства светло-серых лесных почв // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 6. С. 54-59. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-6-54-59
  22. Золотова Е.С. Исследования почвенно-растительного покрова в зоне влияния шлаковых отвалов черной металлургии // Известия Уральского государственного горного университета. 2024. Вып. 1 (73). С. 97-105. DOI: 10.21440/2307-2091-2024-1-97-105
  23. Пашкевич М.А., Куликова Ю.А. Литификация доменным шлаком фильтрата полигонов ТКО // Записки Горного ин-ститута. 2024. Т. 267. С. 477-487.
  24. Piatak N.M., Ettler V., Hoppe D. Geochemistry and Mineralogy of Slags // Metallurgical Slags: Environmental Geochemistry and Resource Potential. Royal Society of Chemistry, 2021. P. 59-124. DOI: 10.1039/9781839164576-00059
  25. Power G. Use of Residues from the Metallurgical Industry in Construction // Advances in Mechanics of Materials for Envi-ronmental and Civil Engineering. Springer, 2023. P. 53-63. DOI: 10.1007/978-3-031-37101-1_4
  26. Hongxia Hu, Hongguang Zheng, Fengping Liu et al. Heavy metal contamination assessment and source attribution in the Vicinity of an iron slag pile in Hechi, China: Integrating multi-medium analysis // Environmental Research. 2024. Vol. 263. Part 3. № 120206. DOI: 10.1016/j.envres.2024.120206
  27. Da Ding, Lingya Kong, Dengdeng Jiang et al. Source apportionment and health risk assessment of chemicals of concern in soil, water and sediment at a large strontium slag pile area // Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 304. № 114228. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.114228
  28. Макаров Д.В., Конина О.Т., Горячев А.А. Методы снижения пыления отвалов горнопромышленных отходов // Фи-зико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021. № 4. С. 160-170. DOI: 10.15372/FTPRPI20210416
  29. Горлова О.Е., Орехова Н.Н., Колодежная Е.В. и др. Обоснование интегративного критерия для прогноза возможно-сти селективной дезинтеграции техногенного сложноструктурного сырья // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. № 3. С. 15-26. DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-3-15-26
  30. Zolotova E., Kotelnikova A. Elements Migration from the Flotation Tailings of Copper Smelter Slags after Leaching to the Soil and Plant // Pollution. 2025. Vol. 11. Iss. 1. P. 161-174. DOI: 10.22059/poll.2024.377322.2400
  31. Zhu Xiaomin, Yao Bo, Jiang Xi et al. Study on Leaching Characteristics of Heavy Metals from a Magnetic Separation Tailings Yard of Steel Slag in Yunnan Province Under Simulated Rainfall // Journal of Kunming Metallurgy College. 2024. Vol. 40. № 2. P. 63-72. DOI: 10.3969/j.issn.1009-0479.2024.02.010
  32. Данилов А.С., Лозовая А.С. Критериально-оценочный инструментарий для инвентаризации объектов накопленного вреда окружающей среде // Устойчивое развитие горных территорий. 2024. Т. 16. № 3. С. 861-872. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-3-861-872
  33. Прохоров Д.О., Кухарь В.Д., Сарычев В.И., Подколзин А.А. Совершенствование классификации техногенных мине-ральных образований // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. Вып. 1. С. 501-512. DOI: 10.46689/2218-5194-2021-4-1-501-512
  34. Yevle D.V., Mann P.S. Artificial intelligence-based classification for waste management: a systematic review and future di-rection // Iran Journal of Computer Science. 2025. Vol. 8. Iss. 4. P. 1291-1330. DOI: 10.1007/s42044-025-00336-7
  35. Прохоров Д.О., Стась Г.В., Болгова А.И., Овсянников С.М. Ранжирование техногенных минеральных образований по степени влияния на окружающие земли // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1. С. 113-124. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-113-124
  36. Французов Б.В., Игнатьева М.Н., Моор И.А. Техногенные месторождения: кластерный подход к освоению // Дис-куссия. 2025. № 8 (141). С. 180-188. DOI: 10.46320/2077-7639-2025-8-141-180-188
  37. Bezdek J.C. Elementary Cluster Analysis. Four Basic Methods that (Usually) Work. New York: River Publishers, 2021. 550 p. DOI: 10.1201/9781003338086
  38. Нгуен Т.Т.З., Черненькая Л.В. Модель анализа факторов на основе нечеткой кластеризации С-средних // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 1. С. 329-337. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-329-337
  39. Колесников А.С., Серикбаев Б.Е., Золкин А.Л. и др. Переработка отвального шлака цветной металлургии с целью его комплексной утилизации в качестве вторичного минерального сырья // Новые огнеупоры. 2021. № 8. С. 3-9. DOI: 10.17073/1683-4518-2021-8-3-9
  40. Yücel O., Turan A., Benzeşik K. et al. Combined Evaluation of EAF Steel and Aluminum Smelting Wastes // Energy Tech-nology 2025. Springer, 2025. P. 27-35. DOI: 10.1007/978-3-031-80688-9_3
  41. Смирнов Л.А., Демин Б.А., Сорокин Ю.В. Перспективные направления переработки шлаков черной металлургии // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 8. С. 66-80. DOI: 10.32339/0135-5910-2024-8-66-80
  42. Хоботова Э.Б., Игнатенко М.И., Калюжная Ю.С. и др. Токсические свойства и гидравлическая активность отвального доменного шлака // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 9. С. 693-698. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-9-693-698
  43. Sreevalsan-Nair J. Fuzzy C-Means Clustering // Encyclopedia of Mathematical Geosciences. Springer, 2023. P. 447-449. DOI: 10.1007/978-3-030-85040-1_129
  44. Баданина Н.Д., Зинченко А.А., Судаков В.А. Ранжирование объектов на основе нечеткой кластеризации // Препринты Института прикладной математики им. М.В. Келдыша. 2022. № 68. DOI: 10.20948/prepr-2022-68
Статистика
Просмотр аннотаций
43
Просмотр полного текста
12
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Комбинированный метод восстановления загрязненных территорий нефтяного комплекса на основе электрохимической обработки с созданием геохимического барьера
2026 Н. С. Шулаев, В. В. Пряничникова, Р. Р. Кадыров
Использование отходов производства для рекультивации кислых, загрязненных тяжелыми металлами почв арктических территорий
2026 М. А. Чукаева, Я. В. Пухальский
Разработка подхода к комплексной оценке состояния нарушенных земель горными работами
2026 А. В. Резник, Н. А. Немова, Д. А. Новиков, Е. Ю. Зарубина, В. Л. Гаврилов, А. А. Колесников, Н. С. Косарев
Применение материала из бедных вермикулит-серпентиновых руд для рекультивации городских почв и агропочв в Арктической зоне России
2026 И. П. Кременецкая, А. Б. Хвостова, Н. В. Салтан, С. В. Дрогобужская, М. В. Слуковская, Т. К. Иванова, А. Г. Петрова, А. И. Новиков