Утилизация отходов добычи и переработки нерудного сырья

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ  
ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ  
НЕРУДНОГО СЫРЬЯ 
 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 622.32:658.567.1 
ББК 26.325.2

У84

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. техн. наук, доц. А. М. Губайдуллина  
канд. техн. наук А. С. Арутюнян 
 
 
 

У84 

Авторы: А. В. Корнилов, В. П. Лузин, Т. З. Лыгина, А. И. Хацринов
Утилизация отходов добычи и переработки нерудного сырья : монография / А. В. Корнилов [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 120 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2868-6

 
Представлены результаты исследований использования отходов добычи и 
переработки (вскрышных пород и хвостов обогащения) нерудного сырья (редкометалльного, фосфоритов, цеолитсодержащих пород, мелкоразмерных слюд, 
золотосодержащих и асбестовых руд, циркон-ильменитовых и титаноциркониевых песков) в производстве продукции различного назначения.  
Предназначена для специалистов учебных и научно-производственных 
организаций, занимающихся изучением техногенных отходов нерудного сырья и разработкой технологий получения на их основе разнообразной продукции. Может быть полезна студентам и аспирантам, обучающимся по программам, связанным с химической технологией тугоплавких неметаллических и 
силикатных материалов, а также преподавателям высших и средних учебных 
заведений.  
Подготовлена на кафедре технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ совместно с ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». 

 

ISBN 978-5-7882-2868-6
© Корнилов А. В., Лузин В. П., Лыгина Т. З.,  

Хацринов А. И., 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 622.32:658.567.1 
ББК 26.325.2

Условные обозначения 
 
АЛА – адсорбционно-люминисцентный анализ 
ВА – волюметрический анализ 
ГПО – горнопромышленные отходы 
МК – монтмориллонитовый компонент  
м.ч. – массовые части 
ОЕ – обменная емкость 
ПАВ – поверхностно-активное вещество 
ПВХ – поливинилхлорид 
ппп – потери при прокаливании 
РКФА – рентгенографический количественный фазовый анализ 
РЭМ – растровая электронная микроскопия 
СВ – статическая влагоемкость 
ТЭА – триэтаноламин 
ХГО – хвосты гравитационного обогащения  
Чгл – число глинистости 
ЭМК – электромассклассификатор  
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Комплексное использование недр является важным направлением при изучении нерудного сырья в процессе геологоразведочных 
работ с целью воспроизводства природных ресурсов и охраны окружающей среды. При разработке месторождений образуются отвалы из 
вскрышных и вмещающих пород, из отходов обогащения неметаллических и рудных полезных ископаемых. Их утилизация вследствие наличия в Российской Федерации огромного количества такого техногенного сырья имеет большое значение не только для отдельных регионов, 
но и страны в целом. В России в отвалах и шламохранилищах скопилось около 80,0 млрд т только твердых отходов и ежегодно образуется 
по разным сведениям от 1,5–2,0 до 7,0 млрд т новых отходов. Под отвалы и хвосты обогащения отводятся огромные площади с ценными 
землями, твердые отходы засоряют водный и воздушный бассейны.  
Техногенное сырье – конкурентоспособный перспективный минеральный ресурс, использование которого по инновационным технологиям обеспечивает не только значительный технико-экономический, 
но и достигаемый попутно экологический эффект от их утилизации и 
рекультивации земель, занимаемых ими. В отличие от природного, это 
сырье не требует затрат на извлечение из недр и первичной дезинтеграции, которые обусловливают значительные издержки горнопромышленных производств [1].  
В результате вовлечения в производство техногенных отходов 
также обеспечивается расширение минеральной сырьевой базы различных отраслей промышленности [2]. В настоящее время в Российской 
Федерации использование вторичного сырья осуществляется, в основном, в продукцию стройиндустрии.  
Техногенное сырье может характеризоваться пониженными 
техническими свойствами основного полезного ископаемого в сравнении с исходным полезным ископаемым, находящимся в недрах или 
быть близким по составу к аналогичному природному сырью, используемому в традиционных направлениях. В зависимости от этого технологии переработки техногенного сырья могут практически не отличаться от технологий, разработанных для исходного полезного ископаемого, или требуют использования совершенных технологий передела 
с применением новых методов, обеспечивающих его эффективное использование с минимальным ущербом для окружающей среды. 

В настоящее время разработаны новые технологии, позволяющие на современном этапе рассматривать скопившиеся техногенные 
отходы как один из ресурсов для развития отраслей промышленности 
за счет применения более совершенных способов их переработки, производства товаров нового качества с лучшими потребительскими свойствами [3].  
В данной монографии представлены созданные в ФГУП  
«ЦНИИгеолнеруд» эффективные технологии переработки и обогащения техногенных отходов, образующихся при освоении природных 
объектов рудного и нерудного минерального сырья, в результате чего 
из вскрышных пород конкретных месторождений и отходов обогащения минерального сырья была получена конкурентоспособная продукция различного назначения.  
 
 
 
 
 

1. ТЕХНОГЕННЫЕ ОТХОДЫ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ  
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ  
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ 
 
Значительное количество техногенных отходов (вскрышные и 
вмещающие породы, хвосты обогащения и др.) нерудного сырья образуется на горнодобывающих предприятиях и обогатительных фабриках. Проблема утилизации горнопромышленных отходов имеет важное 
природоресурсное и социальное значение. Она за последние годы 
настолько обострилась, что всерьез заговорили о «кризисе отходов». 
Одним из направлений формирования эффективного управления техногенными минерально-сырьевыми ресурсами является проведение 
технолого-экономической оценки ГПО с выдачей рекомендаций по 
обоснованию инновационно-технологического их освоения по наилучшим доступным технологиям с получением высоколиквидной продукции и снижением экологической нагрузки на окружающую среду. Под 
наилучшими доступными технологиями подразумеваются современные инновационные технологии уже апробированные и позволяющие 
прибыльно обеспечивать глубокую и комплексную переработку ГПО с 
выгодой для окружающей среды [1].  
К вскрышным и вмещающим породам относят породы, которые 
покрывают или вмещают полезное ископаемое. Одна часть из них может не содержать полезного ископаемого (компонента) – так называемые пустые породы. Другая часть пород может иметь не промышленную концентрацию полезного ископаемого, а часть пород может характеризоваться высоким (кондиционным) содержанием полезного ископаемого, но в силу недостаточной изученности его свойств и отсутствия технологии его переработки (обогащения) не могут быть освоены 
в период разработки месторождений. Эти породы при вскрытии основного полезного ископаемого перемещают, как и пустые породы, за пределы месторождения в отвалы горного предприятия.  
Отходы (хвосты), образующиеся в процессе переработки полезного ископаемого на обогатительных фабриках, могут быть представлены пустым продуктом, не содержащего полезного ископаемого, или 
содержащим полезное ископаемое в некондиционном количестве, или 
с промышленным (высоким) содержанием полезного ископаемого, которое при данном уровне действующей технологии обогащения не может быть выделено из породы. Фабричные отходы также помещают в 
специальные отвалы. В дальнейшем при необходимости минеральное 

сырье фабричных и горных отвалов может частично или полностью являться объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.  
С этой целью предварительно должны быть проведены работы по определению возможного сохранения в минеральном сырье полезных 
свойств, так как в процессе нахождения в отвалах-хранилищах они могут быть частично или полностью изменены за счет воздействия различных обстоятельств.  
Вскрышные и вмещающие породы разрабатываемых месторождений нерудного сырья обычно различаются по внешнему облику, минеральному составу, физическим свойствам и структуре. Например, на 
месторождениях слюд они могут быть представлены гранитами, гранитными пегматитами, грейзенами, сланцами, карбонатитами, ультраосновными и щелочными породами, песчаниками, озерными илами, огнеупорными глинами [4]. На месторождениях хризотил-асбеста – серпентинитами, перидотитами, пироксенитами дунитами, диоритами, 
габбро, порфиритами известково-силикатными и тальковыми породами, гранитами, офикальцитами, доломитами, известняками и др. [5]. 
На россыпных залежах титано-циркониевых объектов – суглинками, 
глинами, песками, песчаниками, гипсом и др.  
Техногенные промышленные месторождения мелкоразмерных 
слюд (слюды с размерами площади кристаллов меньше 4 см2) обычно 
формируются при горнодобывающих предприятиях. Оценка таких месторождений дополнительно требует тщательного геологического, технологического и экономического изучения. Основными источниками 
мелкоразмерных слюд на предприятиях, добывающих крупнокристаллическую слюду, являются три вида (типа) отвалов, различающихся по 
способу образования и в зависимости от этого по их минералого-технической характеристике [4]. 
Первый вид формируется при ведении горных работ. В отвалы 
складируется руда, поступающая непосредственно из забоя. Это может 
происходить в том случае, когда извлекаемая руда не представляет интереса по содержанию в ней крупнокристаллической слюды с площадью пластин больше 4 см2, когда простаивает по каким-либо причинам 
слюдовыборочный комплекс (рудоразборка) или этот комплекс не 
справляется с переработкой поступающей из забоя руды. В эти отвалы 
поступает несортированный продукт. Максимальная крупность породных обломков достигает 1,0–1,5 м, а минимальная величина ограничивается сотыми и тысячными долями миллиметра. Мусковит и биотит 
здесь представлен пластинами всевозможных размеров.  

Второй вид отвалов образуется после рудоразборки слюдо-выборочного комплекса. Отвальный продукт представлен тремя классами 
крупности: крупный с размерами частиц больше 50 мм, средний с размерами частиц от 50 до 20 мм и мелкий с размерами частиц меньше 
20 мм. Главная масса мелкокристаллической слюды сосредоточена в 
мелком продукте, который складируется в отдельные отвалы. 
Третий вид отвалов представлен отходами обогащения фабрики 
после извлечения  мелкоразмерного мусковита –20 + 5 мм. В  этих 
отходах по существу должен находится мелкоразмерный мусковит 
мельче 5 мм. Однако технология обогащения настроена таким образом, 
что основная масса мусковита –5,0+0,0 мм при сушке руды через 
вытяжку 
выносится 
в 
атмосферу, 
загрязняя 
таким 
образом 
окружающую среду.  
На примере ГОК «Карелслюда» основными минералами, слагающими отходы слюдяного производства, являются мусковит 9,63–
16,64 %, биотит 2,16–8,21 %, 45,43 % кварц и 31,05–38,71 % полевой 
шпат. Другие минералы находятся в крайне ограниченном количестве. 
Все минералы находятся в двух видах: в свободном (раскрытом) виде 
или в сростках (в связанном состоянии). Для слюды характерна пластинчатая форма и заметное расслоение по спайности. Основное количество балансового слюдяного продукта, в котором сосредоточен балансовый мусковит –20+5 мм, составляет 28,98–60,20 % от всей слюды 
с размером пластинчатых кристаллов меньше 20 мм. Другая часть слюдяного продукта в количестве 39,8–71,02 % содержит мусковит с размером частиц меньше 5 мм. 
Для установления пригодности применения техногенного 
(находящегося в отвалах) мусковита были проведены целенаправленные исследования. При определении качественной характеристики 
были использованы образцы мусковита из расположенного на поверхности отвала 25-летнего возраста (рудник «Плотина») и мусковита из 
действующего забоя шахты «Капитальная» на глубине 156 м этого же 
рудника (1991 г.). 
При определении параметров элементарной ячейки электронографическим способом было установлено, что оба мусковита относятся 
к диоктаэдрической слюде – мусковиту политипной модификации 2М1. 
Мусковит из отвала характеризуется средневысокой степенью совершенства кристаллической структуры (параметры элементарной ячейки: 
a = 5,19 Å, b = 8,99 Å, c = 20,40 Å, β = 96,69º). Мусковит из забоя обладает 
высокой степенью кристаллической структуры (параметры элемен

тарной ячейки: a = 5,19 Å, b = 8,99 Å, c = 20,28 Å, β = 95,92°). По величине 
параметра «c» можно судить об увеличении межпакетных расстояний у 
мусковита из отвала, а по большему углу «β» о понижении его степени 
совершенства кристаллической структуры.  
При изучении мусковитов с применением электронного 
микроскопа при увеличении в 11000 раз была установлена неоднородность в строении их агрегатов, наряду с просвечивающимися 
участками присутствуют не просвечивающиеся. Размеры кристаллов 
варьируют от 10 мкн и более микрон. Форма кристаллов у образцов из 
отвалов преимущественно изометричная, с волнистыми неровными 
краями. Форма кристаллов у образцов из забоя изометричная, удлиненная, игольчатая. При изучении молотого мусковита (продукта 
Петрозаводской фабрики) с применением электронного микроскопа 
при увеличении в 18000 раз на микрокристаллах отмечено появление 
таблитчатых микрообразований каолинита, эпитаксиально связанных с 
плоскостью (001) мусковита. Каолиноподобные новообразования были 
также выявлены с применением оптической микроскопии в крупных 
кристаллах мусковита из старых отвалов. 
В структуре мусковита по данным ЯГР (мессбауэровской спектроскопии) зафиксировано наличие двухвалентного и трехвалентного 
железа (соответственно 64 и 36 % для образцов из отвала и 74 и 26 % – 
для образцов из забоя). 
Анализ спектров, полученных при оптико-люминесцентном 
изучении при комнатной температуре (300 К), показывает на меньшее 
в 1,5 раза содержание ионов трехвалентного хрома в мусковите из забоя. В области 630 нм спектра мусковита из забоя наблюдается интенсивная полоса, принадлежащая ионам двухвалентного марганца в карбонате. В мусковите из отвала эта полоса практически не проявлена. 
Интенсивность полосы 570 нм у мусковита из забоя в 5 раз превышает 
интенсивность полосы в спектре мусковита из отвала. Анализ спектров 
фотолюминесценции образцов, полученных при температуре жидкого 
азота (77 К), показывает на различие мусковитов по структуре. Это 
наглядно проявляется в спектрах ионов трехвалентного хрома. При 
меньшем содержании в мусковите из забоя ионы трехвалентного хрома 
образуют обменно-связанные пары, в то время как в мусковите из отвала их концентрация очень мала. Такая ситуация возможна в случае, 
если параметры решетки кристаллов различаются между собой. Возможно, что имеющиеся различия связаны не с процессами 

выветривания, а с различным исходным (природным) местонахождением изучаемых образцов. 
При нагревании у мусковитов происходят структурные внутренние изменения. Образцы из отвала и из забоя имеют близкие термовесовые характеристики: содержание структурной воды соответственно равно 4,5 и 4,6 %, причем общая потеря массы составляет 5,1 и 
5,3 %. Однако процесс гидратации мусковита из отвала начинается на 
70° раньше, чем у мусковита из забоя. Это свидетельствует о наличии 
более прочных связей группы OH¯ у мусковита из забоя. 
Изучение химического состава мусковитов выявило существенное различие у них только по наличию Fe2O3 и FeO. Cодержание Fe2O3 
в мусковите из отвала составляет 4,87 %, что в 1,88 раза больше, чем у 
мусковита из забоя (2,58 %). Содержание FeO также преобладает у мусковита из отвала и составляет 0,54 % или в 2 раза больше, чем у мусковита из забоя. Содержание других химических элементов у мусковитов исследуемых образцов практически одинаковое, что свидетельствует о высокой сохранности состава мусковита в отвалах независимо 
от возраста. Спектральным анализом в составе мусковита из отвала 
установлено 26 элементов, а у мусковита из забоя 22 элемента. 
Устойчивость к агрессивным средам образцов мусковита была 
установлена по растворимости в кислотах и щелочах. Мусковит из отвала менее устойчив к кислотам (в 1,5 раза) и щелочам (в 1,2 раза), чем 
мусковит свежедобытый из забоя на глубине 156 м. При этом оба вида 
слюд склонны к повышенной растворимости в щелочах по сравнению 
с кислотами. 
Качество слюд, пролежавших в отвалах 25 лет и больше, имеет 
незначительное изменение в сравнении со свежедобытыми слюдами и 
поэтому они могут применяться в равных условиях [4]. 
В «ЦНИИгеолнеруд» разработаны технологии извлечения и 
определения содержания в породах мелкоразмерной слюды с размерами кристаллов не только от 5 до 20 мм, но и с размерами кристаллов 
мм от сотых долей до 5 мм [4, 6, 7]. Благодаря данным технологиям 
появляется возможность произвести пересчет запасов мелкоразмерной 
слюды в отвалах. Фактическое содержание мелкоразмерной слюды по 
предварительным данным в отвалах ГОК «Карелслюда» составляет от 
15,71 до 19,57 % вместо учтенных Государственным балансом запасов 
от (1,17 до 1,26 %) [4].