cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2025-2-76-85cvmet-1693Research ArticleЭнерго- и ресурсосбережениеEnergy and Resource SavingНовые технологии и составы по рециклингу отходов цветной металлургии в производство кислотоупоров без применения традиционного природного сырьяNew technologies and compositions for recycling non-ferrous metallurgical waste into acid-resistant ceramics without using traditional natural raw materialsАбдрахимоваЕ. С.AbdrakhimovaE. S.

Елена Сергеевна Абдрахимова – к.т.н., доцент кафедры «Химия»

443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Elena S. Abdrakhimova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department “Chemistry”

34 Moscow Ave., Samara, 443086

3375892@mail.ruНациональный исследовательский университет им. С.П. Королева (Самарский университет)РоссияSamara National Research University named after Academician S.P. Korolev (Samara University)Russian Federation2025270620253127685Copyright © Абдрахимова Е.С., 20252025Абдрахимова Е.С.Abdrakhimova E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1693

В работе исследованы отходы цветной металлургии – глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ), в целях ее использования в качестве глинистого компонента и отощителя – шамота из ГЦИ, для получения кислотоупорной плитки. Установлено, что образцы из ГЦИ (без применения отощителей), обожженные при температурах 1250– 1300 °С, не соответствуют нормативным требованиям по кислотостойкости. Введение в керамическую массу 40 % шамота является оптимальным для получения обжигом при 1300 °С кислотоупоров, которые по всем показателям отвечают условиям ГОСТ 961-89 «Плитки кислотоупорные и термокислотоупорные керамические», марка КШ (кислотоупорные шамотные). Увеличение содержания шамота более 40 % способствует снижению доли глинистого связующего, в результате чего уменьшается число пластичности (до менее 11) керамической массы, и на образцах при формовании появляются трещины. Исследован фазовый состав 4 образцов плиток, отличающихся содержанием компонентов – ГЦИ и шамота. На рентгенограммах образцов, обожженных при температуре 1300 °С, основные интенсивные линии принадлежат муллиту, кристобалиту, кварцу и гематиту, что подтверждают ИК-спектры. «Муллитизация» при производстве кислотоупоров имеет важное значение, так как эксплуатационные показатели определяет именно муллит. Таким образом, разработаны составы и получены кислотоупоры из отходов цветной металлургии без употребления традиционного природного сырья. 

This study investigates non-ferrous metallurgy waste – specifically, the clay fraction of zircon-ilmenite ore gravity separation tailings (ZIGT) – with the aim of using it as both a clay component and a non-plastic additive (chamotte derived from ZIGT) in the production of acidresistant ceramic tiles. It was found that samples made solely from ZIGT (without any additives), fired at temperatures of 1250–1300 °C, do not meet regulatory requirements for acid resistance. Introducing 40 wt. % chamotte into the ceramic body was found to be optimal for producing acid-resistant tiles at 1300 °C that comply with all requirements of GOST 961-89 Acid-Resistant and Thermo-Acid-Resistant Ceramic Tiles, grade KSh (chamotte-based acid-resistant tiles). Increasing the chamotte content beyond 40 wt.% reduces the clay binder fraction, which in turn lowers the plasticity index (to below 11), causing cracks to form in the samples during shaping. The phase composition of four tile samples with varying ZIGT and chamotte contents was analyzed. X-ray diffraction patterns of the samples fired at 1300 °C revealed prominent peaks corresponding to mullite, cristobalite, quartz, and hematite, which were also confirmed by IR spectroscopy. The formation of mullite is crucial in the production of acid-resistant ceramics, as mullite is the primary phase determining the operational properties of the material. As a result, new ceramic compositions were developed and acid-resistant tiles were obtained from non-ferrous metallurgy waste without the use of conventional natural raw materials.

глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ)шамоткислотоупорная плиткаметаллургические отходыфазовый составмуллиткристобалиткварцгематитclay fraction of zircon-ilmenite ore gravity tailings (ZIGT)chamotteacid-resistant ceramic tilesmetallurgical wastephase compositionmullitecristobalitequartzhematiteReferencesКоряков В.Е., Шишкина А.А., Шишкина П.А. Влияние предприятий металлургической промышленности на окружающую среду и здоровье человека. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019;(4):275—278.Koryakov V.E., Shishkina A.A., Shishkina P.A. The influence of metallurgical industry enterprises on the environment and human health. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2019;(4):275—278. (In Russ.).Patel A., Enman J., Gulkova A., Guntoro P.I., Dutkiewicz A., Ghorbani Y., Matsakas L. Integrating biometallurgical recovery of metals with biogenic synthesis of nanoparticles. Chemosphere. 2020;263(12):1—23. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128306Patel A., Enman J., Gulkova A., Guntoro P.I., Dutkiewicz A., Ghorbani Y., Matsakas L. Integrating biometallurgical recovery of metals with biogenic synthesis of nanoparticles. Chemosphere. 2020;263(12):1—23. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128306Zhang Y., Xiong Z., Yang L., Ren Z., Shao P., Shi H., Luo X. Successful isolation of a tolerant co-flocculating microalgae towards highly efficient nitrogen removal in harsh rare earth element tailings (REEs) wastewater. Water Research. 2019;166 (8):18—24. http://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115076Zhang Y., Xiong Z., Yang L., Ren Z., Shao P., Shi H., Luo X. Successful isolation of a tolerant co-flocculating microalgae towards highly efficient nitrogen removal in harsh rare earth element tailings (REEs) wastewater. Water Research. 2019;166 (8):18—24. http://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115076Politaeva N.A., Smyatskaya Y.A., Dolbnya I.V., Sobgaida D.S. Microalgae biotechnology multiple use of chlorella sorokiniana. In: Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. (November 27—29, 2020) Saint Petersburg, 2020. Р. 252—261.Politaeva N.A., Smyatskaya Y.A., Dolbnya I.V., Sobgaida D.S. Microalgae biotechnology multiple use of chlorella sorokiniana. In: Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. (November 27—29, 2020) Saint Petersburg, 2020. Р. 252—261.Абдрахимов Д.В., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Влияние некоторых отходов производств цветной металлургии на физические и механические свойства кирпича Известия вузов. Цветная металлургия. 2004;(2):4—9.Abdrakhimov D.V., Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. The influence of some waste products of nonferrous metallurgy on the physical and mechanical properties of bricks. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2004; (2):4—9. (In Russ.).Пасмурцева Н.Н. Основные тенденции и проблемы инновационного развития металлургической промышленности Российской Федерации. Вестник Тюменского государственного университета. Социальноэкономические и правовые исследования. 2018;(4): 219—231. http://doi.org/10.21684/2411-7897-2018-4-4-219-231Pasmurtseva N.N. Main trends and problems of innovative development of the metallurgical industry of the Russian Federation. Vestnik Tyumenskogo gosudarstvennogo universiteta. Sotsial’no-ekonomicheskie i pravovye issledovaniya. 2018;4:219—231. (In Russ.). http://doi.org/10.21684/2411-7897-2018-4-4-219-231Медведева И. В., Амирова Е.В., Студенток Г.А., Цейтлин Е.М., Медведева О.М. Воздействие предприятий горно-металлургического комплекса Свердловской области на окружающую среду и направления его снижения. Известия УГГУ. 2023;4(72):116—126. http://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-4-116-126Medvedeva I. V., Amirova E.V., Studentok G.A., Tseitlin E.M., Medvedeva O.M. Environmental impact of mining and metallurgical enterprises in the Sverdlovsk region and ways to reduce it. Izvestiya UGGU. 2023;4(72): 116—126. (In Russ.). http://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-4-116-126Кальнер В.Д. Экологически ориентированная среда обитания — интегральный критерий качества жизни. Экология и промышленность России. 2019;11:50—54. http://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-10-50-55Kalner V.D. Ecologically oriented habitat — an integral criterion of quality of life. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2019;11:50—54. (In Russ.). http://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-10-50-55Кряжев А.М., Гусев Т.В., Тихонова И.О., Очеретенко Д.П., Алмгрен Р. Целлюлозно-бумажное производство: устойчивое развитие и формирование экономики замкнутого цикла. Экология и промышленность России. 2020;11:48—53. http://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-11-48-53Kryazhev A.M. Gusev T.V., Tikhonova I.O., Ocheretenko D.P., Almgren R. Pulp and paper production: sustainable development and formation of a closed-cycle economy. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2020;11: 48—53. (In Russ.). http://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-11-48-53Гаприндашвили Г.П., Кекеладзе М.К. Кислотоупорные керамические материалы с применением промышленных отходов. Стекло и керамика. 1988;(1):21—23.Gaprindashvili G.P., Kekeladze M.K. Acid-resistant ceramic materials using industrial waste. Steklo i keramika. 1988;(1):21—23. (In Russ.).Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Физико-химические процессы при обжиге кислотоупоров. СПб.: Недра, 2003. 273 с.Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Физико-химические процессы при обжиге кислотоупоров. СПб.: Недра, 2003. 273 с.Женжурист И.А. Структура, свойства и технологии керамических материалов: С 87 практикум. Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2021. 47 с.Женжурист И.А. Структура, свойства и технологии керамических материалов: С 87 практикум. Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2021. 47 с.Абдрахимов В.З., Абдрахимов А.В., Вдовина Е.В., Абдрахимова Е.С. Технология производства керамических изделий. Учебно-методическое пособие для лабораторных работ. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007. 120 с.Абдрахимов В.З., Абдрахимов А.В., Вдовина Е.В., Абдрахимова Е.С. Технология производства керамических изделий. Учебно-методическое пособие для лабораторных работ. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007. 120 с.Ушницкая Н.Н., Местников А.Е. Исследование свойств глинистого сырья методами физико-химического анализа. Вестник Белгородского технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024;(4):16—25. http://doi.org/10.17513/use.37919Ushnitskaya N.N., Mestnikov A.E. Investigation of the properties of clay raw materials by methods of physicochemical analysis. Vestnik Belgorodskogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. 2024;(4):16—25. http://doi.org/10.17513/use.37919Сулейменов С.Т., Ралко А.В., Сайбулатов С.З., Нурбатуров К.А. Влагопроводность зологлиняной смесей. Строительные материалы и конструкции. 1981;(3):31—35.Suleimenov S.T., Ralko A.V., Saibulatov S.Z., Nurbaturov K.A. Moisture conductivity of zologlin mixtures. Stroitel’nye materialy i konstruktsii. 1981;(3):31—35. (In Russ.).Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Использование отходов цветной металлургии в производстве кислотоупоров. Известия вузов. Цветная металлургия. 2004;(4):13—18.Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. The use of non-ferrous metallurgy waste in the production of acidresistant. Izestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2004;(4): 13—18. (In Russ.).Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Наука, 1964. 529 с.Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Наука, 1964. 529 с.Турсукова И.И., Байметова М.Г. Методический подход к оценке эффективности деятельности металлургического предприятия в условиях экологических рисков. Экономика, предпринимательство и право. 2024;14 (2):277—288. http://doi.org/10.18334/epp.14.2.120551Tursukova I.I., Baymetova M.G. Methodological approach to assessing the effectiveness of a metallurgical enterprise in the context of environmental risks. Ekonomika, predprinimatel’stvo i pravo. 2024;14(2):277—288. (In Russ.).http://doi.org/10.18334/epp.14.2.120551Chen J., Min Fan-fei, Liu Ling-yun, Jia Fei-fei. Adsorption of methylamine cations on kaolinite basal surfaces: A DFT study. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2020; 56(2):338—349. http://doi.org/10.37190/ppmp/117769Chen J., Min Fan-fei, Liu Ling-yun, Jia Fei-fei. Adsorption of methylamine cations on kaolinite basal surfaces: A DFT study. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2020; 56(2):338—349. http://doi.org/10.37190/ppmp/117769Августиник А.И. Керамика. Л.: Лениздат, 1975. 591 с.Августиник А.И. Керамика. Л.: Лениздат, 1975. 591 с.Четверикова А. Г., Макаров В.Н., Каныгина О.Н., Серегин М.М., Строганова Е.А. Коррекция структурной формулы каолинита Оренбургской области спектроскопическими методами. Конденсированные среды и межфазные границы. 2023;25(2):277—291. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11108ЧChetverikova A.G., Makarov V.N., Kanygina O.N., Seregin M.M., Stroganova E.A. Correction of the structural formula of kaolinite of the Orenburg region by spectroscopic methods. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2023;25(2):277—291. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11108Liu Y., Huang Q., Zhao L., Lei S. Influence of kaolinite crystallinity and calcination conditions on the pozzolanic activity of metakaolin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi-Mineral Resources Management. 2021:39—56. https://doi.org/10.24425/gsm.2021.136295Liu Y., Huang Q., Zhao L., Lei S. Influence of kaolinite crystallinity and calcination conditions on the pozzolanic activity of metakaolin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi-Mineral Resources Management. 2021:39—56. https://doi.org/10.24425/gsm.2021.136295Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Синтез муллита из техногенного сырья. Журнал неорганической химии. 2007;52(3):395—400.Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. Synthesis of mullite from technogenic raw materials. Zhurnal neorganicheskoi khimii. 2007;52(3):395—400. (In Russ.).Biswal B., Mishra D.K., Das S.N., Bhuyan S. Structural, micro-structural, optical and dielectric behavior of mullite ceramics. Ceramics International. 2021;47(22):32252— 32263. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.120Biswal B., Mishra D.K., Das S.N., Bhuyan S. Structural, micro-structural, optical and dielectric behavior of mullite ceramics. Ceramics International. 2021;47(22):32252— 32263. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.120Weiquan Yuan, Jingzhong Kuang, Zheyu Huang, Mingming Yu. Effect of aluminum source on the kinetics and mechanism of mullite preparation from kaolinite. Chemical Physics Letters. 2022;787:139—242. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.139242Weiquan Yuan, Jingzhong Kuang, Zheyu Huang, Mingming Yu. Effect of aluminum source on the kinetics and mechanism of mullite preparation from kaolinite. Chemical Physics Letters. 2022;787:139—242. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.139242Яроцкая Е.Г., Федоров П.П. Муллит и его изоморфные замещения. Конденсированные среды и межфазные границы. 2018; 20(4):573—54. https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/626Yarotskaya E.G., Fedorov P.P. Mullite and its isomorphic substitutions. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2018;20(4):573—544. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/626Мощняга М.А., Гринберг Е.Е., Почиталкна И.А. Получение высокочистого кристобалита с использованием «золь-гель»-алкоголятной технологии. Успехи химии и химической технологии. 2021;35(6): 75—76.Moshnyaga M.A., Grinberg E.E., Pochitalkna I.A. Obtaining high-purity cristobalite using sol-gel -alcoholic technology. Uspekhi khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2021;35(6):75—76. (In Russ.).Котляр В.Д., Терёхина Ю.В. Минералого-химические и структурные особенности опоковидных опал-кристобалитовых пород как сырья для стройиндустрии. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023;334(1): 145—155. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/1/3852Kotlyar V.D., Terekhina Yu.V. Mineralogical, chemical and structural features of opiate opal-cristobalite rocks as raw materials for the construction industry. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2023;334(1):145—155. (In Russ.). https://doi.org/10.18799/24131830/2023/1/3852Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Роль оксида железа в формировании структуры кислотоупорного фарфора. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Научные исследования в области механизации технологических процессов, разработки новых составов масс и глазурей. 1982. С. 48—56.Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Роль оксида железа в формировании структуры кислотоупорного фарфора. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Научные исследования в области механизации технологических процессов, разработки новых составов масс и глазурей. 1982. С. 48—56.Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Влияние добавки железосодержащих легкоплавких глин на изменение фазового состава и свойств кислотоупоров. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Совершенствование технологии в производстве строительной керамики. 1981. С. 109—115.Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Влияние добавки железосодержащих легкоплавких глин на изменение фазового состава и свойств кислотоупоров. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Совершенствование технологии в производстве строительной керамики. 1981. С. 109—115.Павлов В.Ф. Влияние состава и строения жидкой фазы керамических масс на формирование структуры изделий из них при обжиге. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». 1977. № 42. С. 123—154.Павлов В.Ф. Влияние состава и строения жидкой фазы керамических масс на формирование структуры изделий из них при обжиге. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». 1977. № 42. С. 123—154.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.