Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 281 Вып. 1
Страницы:
95-106
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Применение материала из бедных вермикулит-серпентиновых руд для рекультивации городских почв и агропочв в Арктической зоне России

Авторы:
И. П. Кременецкая1
А. Б. Хвостова2
Н. В. Салтан3
С. В. Дрогобужская4
М. В. Слуковская5
Т. К. Иванова6
А. Г. Петрова7
А. И. Новиков8
Об авторах
  • 1 — канд. техн. наук старший научный сотрудник Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 2 — аспирант, специалист Полярная опытная станция, филиал Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова ▪ Orcid
  • 3 — канд. биол. наук старший научный сотрудник Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А.Аврорина КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 4 — канд. хим. наук доцент Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 5 — канд. биол. наук старший научный сотрудник Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 6 — канд. техн. наук инженер Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 7 — инженер Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 8 — младший научный сотрудник Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2026-04-02
Дата принятия:
2026-07-22
Дата публикации онлайн:
2026-09-18

Аннотация

Проблема утилизации отходов горно-добывающей промышленности является актуальной для Арктической зоны России. Значительные объемы вскрышных пород Ковдорского месторождения флогопита, представленные бедными вермикулит-сунгулитовыми рудами, требуют разработки экологически безопасных способов их вовлечения в хозяйственный оборот. Целью исследования является оценка потенциала вермикулит-серпентинового концентрата (ВСК), полученного из вскрышных пород, для рекультивации антропогенно нарушенных почв. Перспективность применения ВСК для улучшения свойств таких почв обусловлена его благоприятным минеральным составом (серпентин 30-35, вермикулит 28-31 % по массе). В лабораторных экспериментах были подготовлены смеси ВСК с агропочвой (10-60 % по массе) и образцами городских почв трех городов Мурманской обл. (Апатиты, Кировск и Мончегорск) (20 % по массе), различающихся по уровню техногенной нагрузки. Изучено содержание в них химических элементов двух подвижных фракций, проведено фитотестирование с бархатцами отклоненными (Tagetes patula). ВСК имеет щелочную реакцию (рНН2О 8,9), благодаря наличию в составе минералов, способных концентрировать Ni, валовое содержание данного компонента составляет 730 мг/кг. Установлено, что внесение ВСК повышает щелочность почвосмесей и содержание подвижных форм Ca и Mg. В слабозагрязненной агропочве содержание подвижного никеля при добавлении 10-50 % ВСК увеличивается от 1,5 до 2,5 мг/кг, при содержании более 60 % – снижается ниже фоновых значений. Фитотестирование показало, что в диапазоне 10-60 % ВСК масса корней увеличилась от 0,09-0,1 до 0,13-0,18 г/растение, признаки фитотоксичности отсутствовали. Для почв Мончегорска, характеризующихся высоким уровнем техногенного загрязнения никелем и медью, внесение концентрата, напротив, привело к устойчивому снижению содержания подвижных форм обоих металлов. Вермикулит-серпентиновый концентрат может быть рекомендован в качестве мелиоранта для рекультивации почв, бедных макроэлементами и загрязненных тяжелыми металлами.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
вермикулит серпентин никель рекультивация почв городские почвы фитотестирование Мурманская область
Финансирование:

Получение ВСК и химические исследования почв выполнены в рамках темы НИР 226021129882-5; исследование биологического отклика и подготовка публикации выполнены в рамках проекта РНФ 24-77-10055.

Перейти к тому 281

Литература

  1. Шибаева Д.Н., Аверин А., Асанович Д.А. и др. Оценка предпосылок обогащения вермикулит-сунгулитовой руды фотометрическим методом сепарации // Проблемы недропользования. 2019. № 2. С. 130-137. DOI: 10.25635/2313-1586.2019.02.130
  2. Нижегородов А.И., Гаврилин А.Н., Мойзес Б.Б. Совершенствование технологии переработки сунгулит-вермикулитовых конгломератов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 4. С. 98-109. DOI: 10.18799/24131830/2019/4/230
  3. Нижегородов А.И. Энерготехнологический агрегат для термообработки сунгулитовых конгломератов Ковдорского месторождения // Горный журнал. 2017. № 6. С. 58-62. DOI: 10.17580/gzh.2017.06.11
  4. Михайлова И.В., Кременецкая И.П., Дрогобужская С.В. Результаты полевого эксперимента по использованию горнопромышленных отходов предприятия «Ковдорслюда» для выращивания кормовых культур в Мурманской области // Продовольственная безопасность: прошлое, настоящее, будущее. Материалы круглого стола (с международным участием), 24 января 2023, Луганск, Россия. В 2-х частях. Часть II. Луганск: Ноулидж, 2023. С. 40-51.
  5. Иванова Т.К., Слуковская М.В., Мосендз И.А. и др. Модифицированные материалы на основе слоистых силикатов как мелиоранты для ремедиации подзола техногенной пустоши // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2021. Т. 16. № 4. С. 370 -388. DOI: 10.22363/2312-797X 2021-16-4-370-388
  6. Mota J.F., Garrido-Becerra J.A., Merlo M.E. et al. The Edaphism: Gypsum, Dolomite and Serpentine Flora and Vegetation // The Vegetation of the Iberian Peninsula. Springer, 2017. P. 277-354. DOI: 10.1007/978-3-319-54867-8_6
  7. Mota J., Merlo E., Martínez-Hernández F. et al. Plants on Rich-Magnesium Dolomite Barrens: A Global Phenomenon // Biology. 2021. Vol. 10. Iss. 1. № 38. DOI: 10.3390/biology10010038
  8. Otunola B.O., Ololade O.O. A review on the application of clay minerals as heavy metal adsorbents for remediation purposes // Environmental Technology & Innovation. 2020. Vol. 18. № 100692. DOI: 10.1016/j.eti.2020.100692
  9. Xilin Li, Qi Wang, Ling Liu, Siyuan Liu. The performance of calcined serpentine to simultaneously remove fluoride, iron and manganese // Water Supply. 2022. Vol. 22. Iss. 3. P. 2750-2766. DOI: 10.2166/ws.2021.439
  10. Yuzhen Huang, Xiuxia Yang, Peiyue Liu et al. Thermally activated serpentine: A dual-function adsorbent for simultaneous heavy metal immobilization and soil pH regulation in acidified agricultural systems // Pedosphere. 2026 (in press) DOI: 10.1016/j.pedsph.2026.02.008
  11. Shichao Ji, Fang Huang, Shaoze Wang et al. Identifying serpentine minerals by their chemical compositions with machine learning // American Mineralogist. 2024. Vol. 109. № 2. P. 315-324. DOI: 10.2138/am-2022-8688
  12. Beglaryan H., Isahakyan A., Zulumyan N. et al. A study of magnesium dissolution from serpentinites composed of different serpentine group minerals // Minerals Engineering. 2023. Vol. 201. № 108171. DOI: 10.1016/j.mineng.2023.108171
  13. Aspiotis S., Schlüter J., Hildebrandt F., Mihailova B. Raman spectroscopy for crystallochemical analysis of Mg‐rich layered silicates: Serpentine and talc // Journal of Raman Spectroscopy. 2023. Vol. 54. Iss. 12. P. 1502-1516. DOI: 10.1002/jrs.6601
  14. Антонинова Н.Ю., Собенин А.В., Усманов А.И., Шепель К.В. Оценка возможности использования отходов железо-магниевого производства для очистки сточных вод от тяжелых металлов (Cd2+, Zn2+, Co2+, Cu2+) // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 257-265. DOI: 10.31897/PMI.2023.34
  15. Slukovskaya M., Dvornikov Yu., Ivanova T. et al. Topographic Wetness Index as a Factor of the Toxic Metals’ Accumulation by the Alkaline Sorption Barrier and the Choice of Revegetation Strategy in the Subarctic // Soil Systems. 2025. Vol. 9. Iss. 2. № 52. DOI: 10.3390/soilsystems9020052
  16. Carmignano O.R.D., Vieira S.S., Brandão P.R.G. et al. Serpentinites: Mineral Structure, Properties and Technological Applications // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2020. Vol. 31. № 1. P. 2-14. DOI: 10.21577/0103-5053.20190215
  17. Roqué-Rosell J., Villanova-de-Benavent C., Proenza J.A. The accumulation of Ni in serpentines and garnierites from the Falcondo Ni-laterite deposit (Dominican Republic) elucidated by means of μXAS // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2017. Vol. 198. P. 48-69. DOI: 10.1016/j.gca.2016.11.004
  18. Pengwu Huang, Zhao Li, Min Chen et al. Mechanochemical activation of serpentine for recovering Cu (II) from wastewater // Applied Clay Science. 2017. Vol. 149. P. 1-7. DOI: 10.1016/j.clay.2017.08.030
  19. Assis Neto P.C.d., Sales L.P.B., Oliveira P.K.S. et al. Expanded Vermiculite: A Short Review about Its Production, Characte-ristics, and Effects on the Properties of Lightweight Mortars // Buildings. 2023. Vol. 13. Iss. 3. № 823. DOI: 10.3390/buildings13030823
  20. Lingya Ma, Xiaoli Su, Yunfei Xi et al. The structural change of vermiculite during dehydration processes: A real-time in-situ XRD method // Applied Clay Science. 2019. Vol. 183. № 105332. DOI: 10.1016/j.clay.2019.105332
  21. Ling Wang. Vermiculite // Manual of Mineral Material Science. Springer, 2026. P. 559-568. DOI: 10.1007/978-981-97-7558-3_117
  22. Jinpeng Feng, Meng Liu, Wei Mo, Xiujuan Su. Heating temperature effect on the hygroscopicity of expanded vermiculite // Ceramics International. 2021. Vol. 47. Iss. 18. P. 25373-25380. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.05.259
  23. Yunzhu Chen, Hongjuan Sun, Tongjiang Peng et al. Effect of Microwave Irradiation on Lead Adsorption Properties of Vermiculite with Different Particle Sizes // Materials. 2024. Vol. 17. Iss. 16. № 4152. DOI: 10.3390/ma17164152
  24. Bin Han, Bihong He, Rongyue Geng et al. Ni(II) sorption mechanism at the vermiculite-water interface: Effects of interlayer // Journal of Molecular Liquids. 2019. Vol. 274. P. 362-369. DOI: 10.1016/j.molliq.2018.10.153
  25. Васильева Ж.В., Васеха М.В., Тюляев В.С. Оценка эффективности сорбентов для реагирования на аварийные разливы нефти в арктической акватории // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 856-864. DOI: 10.31897/PMI.2023.14
  26. Brião G.V., da Silva M.G.C., Vieira M.G.A. Dysprosium adsorption on expanded vermiculite: Kinetics, selectivity and desorption // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. Vol. 630. № 127616. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.127616
  27. Saltan N., Slukovskaya M., Mikhaylova I. et al. Assessment of Soil Heavy Metal Pollution by Land Use Zones in Small Towns of the Industrialized Arctic Region, Russia // Advanced Technologies for Sustainable Development of Urban Green Infrastructure. Springer, 2021. P. 100-110. DOI: 10.1007/978-3-030-75285-9_10
  28. Нижегородов А.И. Электрические модульно-спусковые печи с системой рекуперации энергии для обжига вермикулитовых концентратов // Новые огнеупоры. 2015. № 10. С. 22-27. DOI: 10.17073/1683-4518-2015-10-22-27
  29. Осмоловская Н.Г., Самута В.Ю., Богомазова М.В. и др. Фиторемедиационный потенциал некоторых декоративных растений в условиях загрязнения городских почв тяжелыми металлами // Механизмы устойчивости растений и микроорганизмов к неблагоприятным условиям среды: Сборник материалов Годичного собрания Общества физиологов растений России, Всероссийской научной конференции с международным участием и школы молодых ученых, 10-15 июля 2018, Иркутск, Россия. В 2-х частях. Часть II. Иркутск: Институт географии им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения Российской академии наук, 2018. С. 1103-1105. DOI: 10.31255/978-5-94797-319-8-1103-1105
  30. Kravtsova A., Zinicovscaia, I., Peshkova A. et al. Phytoremediation Capacity of Tagetes patula L. Under Constant Exposure to Zinc, Nickel and Chromium in Irrigation Water // International Journal of Environmental Research. 2026. Vol. 20. Iss. 1. № 4. DOI: 10.1007/s41742-025-00974-6
  31. Пухальский Я. В., Лоскутов С. И., Чукаева М. А. и др. Биотестирование почв Шуваловского карьера через алгорифмическую обработку показателей развития саженцев декоративных культур // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 9. С. 86-100. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_0_86
  32. Гаврилова В.И., Герасимова М.И. Целлюлозолитическая активность почв: методы измерения, факторы и эколого-географическая изменчивость // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2019. № 1. С. 23-27.
  33. Kome G.K., Enang R.K., Yerima B.P.K., Lontsi M.G.R. Models relating soil pH measurements in H2O, KCl and CaCl2 for volcanic ash soils of Cameroon // Geoderma Regional. 2018. Vol. 14. № e00185. DOI: 10.1016/j.geodrs.2018.e00185
  34. Пухальский Я.В., Воробьев Н.И., Лоскутов С.И. и др. Нейросетевой когнитивный анализ аккумуляции тяжелых металлов растениями бархатцы // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2024. Т. 515. № 2. C. 304-314. DOI: 10.31857/S2686739724040161
  35. Матыченков И.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П. и др. Подвижные кремниевые соединения в системе почва – растение и методы их определения // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2016. № 3. С. 37-46.
  36. Teng Bao, Damtie M.M., Chu yan Wang et al. Comprehensive review of modified clay minerals for phosphate management and future prospects // Journal of Cleaner Production. 2024. Vol. 447. № 141425. DOI: 10.1016/j.jclepro.2024.141425
  37. Xuewei Li, Xu Zhao, Juanjuan Zhang et al. Struvite crystallization by using active serpentine: An innovative application for the economical and efficient recovery of phosphorus from black water // Water Research. 2022. Vol. 221. № 118678. DOI: 10.1016/j.watres.2022.118678
  38. do Nascimento F.H., Masini J.C. Vermiculite Modified with Fe3+ Polyhydroxy Cations Is a Low-Cost and Highly Available Adsorbent for the Removal of Phosphate Ions // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 8. № 1033. DOI: 10.3390/min12081033
  39. Пухальский Я.В., Лоскутов С.И., Никитичева Г.В. и др. Влияние гуминовых кислот на фитоэкстракцию тяжелых металлов Tagetes patula L. // Садоводство и виноградарство. 2021. № 5. С. 10-18. DOI: 10.31676/0235-2591-2021-5-10-18
  40. Biswal B., Singh S.K., Patra A., Mohapatra K.K. Evaluation of phytoremediation capability of French marigold (Tagetes patula) and African marigold (Tagetes erecta) under heavy metals contaminated soils // International Journal of Phytoremediation. 2022. Vol. 24. Iss. 9. P. 945-954. DOI: 10.1080/15226514.2021.1985960
Статистика
Просмотр аннотаций
29
Просмотр полного текста
10
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Комплексная ресурсно-экологическая оценка возможности утилизации техногенных отходов
2026 Е. В. Колодежная, И. В. Шадрунова, О. Е. Горлова, Н. Н. Орехова
Использование отходов производства для рекультивации кислых, загрязненных тяжелыми металлами почв арктических территорий
2026 М. А. Чукаева, Я. В. Пухальский
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
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