Разработка научных основ глубокой переработки техногенных отходов и промежуточных продуктов предприятий Арктической зоны РФ с получением строительно-технических материалов и металлсодержащей продукции

Физико-химическое обоснование и разработка методов получения металлсодержащей продукции, композиционных строительных и технических материалов, включая геополимерные материалы, бетоны различного назначения, теплоизоляционные и керамические материалы, сорбционно-активные материалы для ликвидации накопленного экологического ущерба на основе промежуточных продуктов и отходов предприятий горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов для обеспечения устойчивого развития Арктической зоны Российской Федерации. Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость): 2022 г. Первая группа: 1. Разработка технологической схемы процесса экстракционного извлечения железа и кобальта из растворов от гидрохлоридной переработки никелевого порошка Кольской ГМК, реализация которой позволит получать новые марки никеля, пригодного для использования в электротехнической промышленности и в производстве жаропрочных сталей 2. Выявление каналов потерь благородных металлов, селена и теллура при переработке побочных продуктов очистки пылегазовой фазы никелевого производства и получение первичных и селективных концентратов серебра из техногенных отходов. 3. При гидрометаллургической переработке шлаков будет разработана технологическая схема глубокого отделения железа, никеля и кобальта от диоксида кремния и получены его опытные партии для последующего использования в стройиндустрии. Вторая группа: 1. Результаты физико-химического изучения процессов, протекающих при твердении геополимерных материалов на основе механоактивированных смесей золы сжигания угля и нефелина с применением в качестве щелочного агента гидроксида натрия. 2. Установление оптимальных составов и условий получения качественных пеносиликатов. 3. Разработка составов и условий получения качественных керамических материалов. 4. Результаты изучения механизма структурообразования в контактной зоне системы «нефелинсодержащий заполнитель – модифицированный портландцемент». Подбор составов тяжелых бетонов на основе нефелинсодержащих пород с оптимальной дозировкой нанодисперсной добавки для обеспечения высоких физико-механических и технологических свойств. 5. Результаты изучения физико-технических свойств легких бетонов с модифицирующими нанодисперсными добавками и установление оптимальных составов. 6. Результаты влияния химического, фазового, дисперсионного состава нанокомпозитов TiO2-SiO2 на физико-механические, технико-эксплуатационные свойства и процессы, протекающие при твердении мелкозернистого бетона. 7. Разработка холоднотвердеющих смесей на магнийфосфатной связке. Третья группа: 1. Оптимизация технологии рекультивации высокозагрязненного торфяного грунта. 2. Разработка прецизионных масс-спектрометрических и атомно-эмиссионных спектрометрических с индуктивно связанной плазмой методик применительно к анализу природных, экологических, технологических и антропогенных объектов с целью определения различных металлов и металлоидов. 2023 г. Первая группа: 1. Разработка технологии экстракции железа из отработанных электролитов медного производства позволит сократить объемы сернокислых растворов выводимых на утилизацию и получить дополнительную железосодержащую продукцию в виде чистых оксидов и ферритов. 2. Усовершенствование технологической схемы производства меди в новом медном производстве Кольской ГМК. Выявление каналов потерь благородных металлов и халькогенов и определение возможностей их концентрирования в новой технологии меди. 3. Усовершенствование способов селективного разделения железа и цветных металлов при переработке шлаков позволит повысить их извлечение в концентраты и обеспечит производство дополнительной металлсодержащей продукции. Вторая группа: 1. Результаты изучения влияния химического состава зол сжигания угля и механоактивации на физико-химические характеристики золы и ее гидравлическую активность. 2. Создание технологических схем получения вспененных материалов. 3. Составы и способы получения теплоизоляционных пенокерамических материалов. 4. Разработка оптимальных составов мелкозернистых бетонов на основе отсевов дробления нефелинсодержащих пород с использованием микрокремнезема и нанодисперсных добавок из техногенного титансодержащего сырья и результаты комплексного исследования влияния на них различных агрессивных факторов, действующих в арктических условиях. 5. Результаты исследования морозостойкости легких бетонов повышенной прочности. 6. Результаты исследования фотокаталитической активности мелкозернистых бетонов, модифицированных титаносиликатной добавкой. Способы допирования цементного камня наночастицами TiO2-SiO2 с учетом их фотоактивности. 7. Разработка холоднотвердеющих смесей на магнийалюмофосфатной связке. Третья группа: 1. Получение материалов для кондиционирования деградированных почв и грунтов различного назначения. 2. При выполнении программы будут разработаны методики аналитического контроля природных, технологических и антропогенных объектов с целью определения черных, цветных, благородных, редких и редкоземельных металлов и металлоидов. 2024 г. Первая группа: 1. Разработка технологического процесса утилизации серной кислоты и некондиционных сернокислых растворов медного производства. 2. Глубокая доочистка растворов от благородных металлов и редких элементов позволит избежать их техногенного рассеяния и безвозвратных потерь. 3. Получение концентратов серебра, высокочистого селена, теллура и пентаоксида ванадия из побочных продуктов металлургических производств. 4. По результатам исследований и испытаний будут разработаны технологические регламенты по технологиям глубокой переработки металлургических шлаков никелевого и медно-никелевого производства. Вторая группа: 1. Результаты изучения влияния химического состава зол сжигания угля и механоактивации на процессы, протекающие при твердении геополимеров и физико-механические свойства геополимеров, полученных с применением раствора гидроксида натрия. Рекомендации по синтезу геополимеров на основе зол сжигания угля. 2. Разработка технологии теплоизоляционных материалов на основе жидкостекольной смеси и минеральных наполнителей. 3. Научное обоснование получения пенокерамики из техногенных отходов. 4. Научное обоснование использования нефелинсодержащих горных пород и нанодисперсных добавок из техногенного сырья в технологии тяжелого бетона. 5. Разработка оптимальных составов высокопрочных легких бетонов на пористом заполнителе с выдачей рекомендаций. 6. Установление зависимости между составом и свойствами титаносиликатной добавки TiO2-SiO2 и свойствами мелкозернистого бетона. Оптимальные составы фотокаталитического мелкозернистого бетона с улучшенными технико-эксплуатационными и самоочищающимися свойствами. 7. Разработка технологии вторичного использования отработанных формовочных смесей. Предполагаемые результаты могут стать основой для создания материалов с улучшенными физико-механическими и другими характеристиками разрабатываемых строительно-технических материалов. Третья группа: 1. Разработка комплексного подхода к утилизации отходов и ликвидации накопленного экологического ущерба с учетом специфики промышленного комплекса Мурманской области. 2. Разработанные спектрометрические методики послужат аналитической базой для решения проблем, связанных с необходимостью снижения последствий деятельности медно-никелевого и других производств путем рационального использования минерального сырья и утилизации техногенных отходов.