Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

М. А. Пашкевич, докт. техн. наук., проф., заведующая кафедрой геоэкологии, mpash@spmi.ru
В. А. Матвеева, канд. техн. наук., доцент, директор научного центра «Оценка техногенной трансформации экосистем», Matveeva_VA2@pers.spmi.ru
М. Е. Евдокимова, аспирант III-го обучения кафедры геоэкологии, s235011@stud.spmi.ru

Утилизация отходов переработки руд цветных металлов с получением товарных продуктов является важным аспектом в достижении устойчивого развития производственных объектов минерально-сырьевого комплекса. Согласно докладу Росприроднадзора в 2024 году в России было образовано несколько сотен миллионов тонн промышленных отходов (главным образом, отходов горно-металлургической и топливно-энергетической промышленности), содержащих, с одной стороны, высокие концентрации загрязнителей, с другой стороны, – ценные компоненты, которые могут найти применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. В работе рассматриваются проблемы утилизации отходов переработки титановых руд – титановых шламов. Целью исследования стал выбор оптимальных технологических параметров выщелачивания титанового шлама для получения коагулянта на основе титана. Проведён обзор научно-технической литературы, посвящённый проблеме утилизации титансодержащих отходов. Методами рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализов определён химический и фазовый составы отхода. Экспериментально подобраны реагенты для кислотного выщелачивания титанового шлама, выявлено влияние времени и температуры процесса на эффективность извлечения титана. Проведёнными исследованиями установлена максимальная степень перехода титана в раствор, составившая 40,7% при выщелачивании шлама раствором царской водки, при соотношении т:ж равным 1:3,5 за время контакта 1 час при комнатной температуре (20 °C).

1. Boykova T. E., Bogdanovich N. I., Vorontsov K. B. Efficiency of coagulant application in water treatment at the pulp and paper industry in the North. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2019. No. 1, pp. 141–152. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.1.141
2. Maltseva E. Yu., Skrypnik L. N. Efficiency of various coagulants based on aluminum polyoxychloride in drinking water treatment during different seasons. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2018. No. 6. pp. 7–12.
3. Starostina I. V., Loktionova E. V., Kiryushina N. Yu. et al. Reagent treatment of municipal wastewater with aluminum-containing complex coagulants-flocculants under laboratory conditions. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2024. No. 3. pp. 131–136. DOI: 10.17513/use.38241
4. Kuzin E. N. Production of solutions of complex coagulants based on titanium trichloride. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N. E. Baumana. Seriya Estestvennye nauki. 2021. No. 4(97). pp. 86–99. DOI: 10.18698/1812-3368-2021-4-86-99
5. Matveeva V. A., Chukaeva M. A., Semenova A. I. Production of a mixed coagulant from iron ore processing waste. Journal of Mining Institute. 2024. Vol. 267. pp. 433–443.
6. Gan Y., Li J., Zhang L. et al. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives. Chemical Engineering Journal. 2021. Vol. 406. 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837
7. Izmailova N. L., Lorentsson A. V., Chernoberezhskii Yu. M. Composite coagulant based on titanyl sulfate and aluminum sulfate. Zhurnal prikladnoy khimii. 2015. Vol. 88, No. 3, pp. 453–457.
8. Kuzin E. N. Production and application of a complex titanium-containing coagulant from quartz-leucoxene concentrate. Journal of Mining Institute. 2024. Vol. 267. pp. 413–420.
9. Yang Z., Zhou H., Zhang X. et al. Simultaneous chelated heavy metals removal and sludge recovery through titanium coagulation: From waste to resource. Science of The Total Environment. 2024. Vol. 912. 168821. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.168821
10. Yang R., Li H., Huang M. et al. A review on chitosan-based flocculants and their applications in water treatment. Water Research. 2016. Vol. 95. pp. 59–89. DOI: 10.1016/j.watres.2016.02.068
11. Guo K., Wang Z., Pan J. et al. Highly efficient Al-Ti gel as a coagulant for surface water treatment: Insights into the hydrolysate transformation and coagulation mechanism. Water Research. 2022. Vol. 221. 118826. DOI: 10.1016/j.watres.2022.118826
12. Wang X., Li M., Song X. et al. Preparation and Evaluation of Titanium-Based Xerogel as a Promising Coagulant for Water/Wastewater Treatment. Environ. Sci. Technol. 2016. Vol. 50, No. 17. pp. 9619–9626. DOI: 10.1021/acs.est.6b03321
13. Bu S., Xu X., Guo J. et al. Regeneration of Ti Coagulants from Water Treatment Sludge Using Acid Leaching: Efficiency in Turbidity and Pollutant Removal. Water Air Soil Pollut. 2024. Vol. 235. 695. DOI: 10.1007/s11270-024-07496-5
14. Wang T. H., Navarrete-López A. M., Li S. et al. Hydrolysis of TiCl4: initial steps in the production of TiO2. J. Phys. Chem. A. 2010. Vol. 114, No. 28. pp. 7561–7570. DOI: 10.1021/jp102020h
15. Baillon F., Provost E., Fürst W. Study of titanium(IV) speciation in sulphuric acid solutions by FT-Raman spectrometry. Journal of Molecular Liquids. 2008. Vol. 143, No. 1. pp. 8–12. DOI: 10.1016/j.molliq.2008.04.010
16. Lee B. C., Kim S., Shon H. K. et al. Aquatic toxicity evaluation of TiO2 nanoparticle produced from sludge of TiCl4 flocculation of wastewater and seawater. J. Nanopart. Res. 2009. Vol. 11. pp. 2087–2096. DOI: 10.1007/s11051-008-9574-x
17. Wu Y. F., Liu W., Gao N. Y., Tao T. A study of titanium sulfate flocculation for water treatment. Water Res. 2011. Vol. 45. pp. 3704–3711. DOI: 10.1016/j.watres.2011.04.023
18. Bezrukov L. A., Fartyshev A. N. Development of the copper industry in Russia and Mongolia: the problem of entering foreign markets. ECO. 2022. No. 6, pp. 115–133. DOI: 10.30680/ECO0131-7652-2022-6-115-133
19. Pashkevich N. V., Khloponina V. S., Pozdnyakov N. A., Avericheva A. A. Analysis of problems in the reproduction of the mineral resource base of scarce strategic minerals. Journal of Mining Institute. 2024. Vol. 270. pp. 1004–1023.
20. Mohamad N. A., Hamzah S., Harun M. H. C. et al. Copperas as iron-based coagulant for water and wastewater treatment: A review. Biointerface Research in Applied Chemistry. 2022. Vol. 12, No. 3. pp. 4155–4176. DOI: 10.33263/BRIAC123.41554176
21. Sverguzova S. V., Sapronova Zh. A., Zubkova O. S. et al. Electric arc furnace dust as a raw material for coagulant production. Journal of Mining Institute. 2023. Vol. 260. pp. 279–288. DOI: 10.31897/PMI.2023.23
22. Spitaels L., Rivière-Lorphèvre É., Díaz M.C. et al. Surface finishing of EBM parts by (electro-)chemical etching. Procedia CIRP. 2022. Vol. 108. pp. 112–117. DOI: 10.1016/j.procir.2022.03.023
23. Bykovsky N. A., Kantor E. A., Shulaev N. S., Fanakov V. S. Combined method for processing spent acid pickling solution from titanium products manufacturing. Journal of Mining Institute. 2025. Vol. 272. pp. 51–58.
24. Petrova L. G., Lysak V. V., Malkova E. V. Assessment of the titanium market state in the current geopolitical situation. Problemy ekspertizy v avtomobilno-dorozhnoy otrasli. 2022. No. 4(5), pp. 18–30.
25. Cheremisina O. V., Ponomareva M. A., Molotilova A. Yu. et al. Sorption purification of acidic pond water from iron and titanium using organic polymer materials. Journal of Mining Institute. 2023. Vol. 264, pp. 971–980. DOI: 10.31897/PMI.2023.28
26. Bhattacharya S., Saha I., Mukhopadhyay A. et al. Role of nanotechnology in water treatment and purification: Potential applications and implications. International Journal of Chemical Science and Technology. 2013. Vol. 3, Iss. 3. pp. 59–64.
27. Karshyga Z., Ultarakova A., Lokhova N. et al. Processing of Titanium-Magnesium Production Waste. Journal of Ecological Engineering. 2022. Vol. 23, Iss. 7. pp. 215–225. DOI: 10.12911/22998993/150004
28. Selikhov A. B., Dobrovolsky I. P., Starikova N. V. Features of processing spent sulfuric acid pickling solutions of metals. Vestnik Chelyabinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2007. No. 6. pp. 141–143.
29. Subasinghe H. C. S., Ratnayake A. S. Mechanical activation and physicochemical factors controlling pyrometallurgical, hydrometallurgical, and electrometallurgical processing of titanium ore: A review. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2023. Vol. 123, No. 8. pp. 399–414. DOI: 10.17159/2411-9717/2082/2023
30. Chekli L., Galloux J., Zhao Y. X. et al. Coagulation performance and floc characteristics of polytitanium tetrachloride (PTC) compared with titanium tetrachloride (TiCl4) and ferric chloride (FeCl3) in algal turbid water. Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 142. pp. 155–161. DOI: 10.1016/j.seppur.2014.12.043