Записки горного института, 2022, № 4

Научный журнал «Записки Горного института» с 1907 года 
издается Санкт-Петербургским горным университетом – первым 
высшим техническим учебным заведением России, основанным 
в 1773 году Указом Екатерины II как воплощение идей Петра I  
и М.В.Ломоносова о подготовке инженеров для развития горнозаводского 
дела.  

На базе Санкт-Петербургского горного университета работает 
Международный центр компетенций в горнотехническом образовании 
под эгидой ЮНЕСКО, способствующий активному взаимодействию 
журнала с международным научным сообществом.

Цель журнала – создание информационного пространства, 
в котором отечественные и зарубежные ученые представят 
результаты теоретических и эмпирических исследований, посвященных 
проблемам минерально-сырьевого комплекса. Журнал 
привлекает ведущих специалистов к публикации научных статей 
и содействует их продвижению в международное научное 
пространство. 

Публикуемые статьи освещают вопросы геологии, горного и 
нефтегазового дела, обогащения, энергетики, геоэкологии 
и безопасности жизнедеятельности, геоэкономики. 

Журнал входит в Перечень рецензируемых научных изданий 
ВАК, индексируется Scopus (Q1), Web of Science Core Collection 
(ESCI), RSCI, DOAJ, GeoRef, Google Scholar, РИНЦ.

Журнал выходит 6 раз в год. Средний срок до первого решения –  
1 месяц.

Статьи публикуются на русском и английском языках на безвозмездной 
основе. 

На обложке экспонат Горного музея – макет Целлерфельдской обогатительной фабрики 

(масштаб 1:36, 1872 г.).  Руды месторождений Нижней Саксонии – свинцово-серебряно-

цинково-медные, содержащие кобальт, уран и пр. Месторождения Целлерфельда 

эксплуатировались с XVI в. до середины ХХ в. Фабрика является примером развития 

технологий обогащения в одном из самых известных горно-рудных бассейнов Европы.

Горный музей – третья в мире по величине естественно-научная экспозиция, имеет более 

230 тысяч экспонатов, среди которых драгоценные металлы и камни, уникальные коллекции 

минералов, руд, горных пород, палеонтологических остатков, метеоритов, собрание моделей 

и макетов горной и горнозаводской техники, изделия камнерезного и ювелирного искусства.
  

Санкт-Петербургский

университетет

Международный 

центр компетенций

в горнотехническом 

образовании

под эгидой ЮНЕСКО
Записки Горного института

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
С.Г.Скублов, д-р геол.-минерал. наук, доцент, член Российского минералогического общества, эксперт Российского научного фонда и РАН (Санкт-Петербургский 
горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 

ОТВЕТСТВЕННЫЙ СЕКРЕТАРЬ
С.В.Купавых, канд. техн. наук, директор издательского дома «Записки Горного института» (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

О.Е.Аксютин, д-р техн. наук, чл.-кор. РАН, член правления, начальник департамента (ПАО «Газпром», Москва, Россия)

А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, директор (Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия)

В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

О.М.Ермилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, РАГН, зам. главного инженера по науке (ООО «Газпром добыча Надым» ПАО «Газпром», Надым, Россия)

В.П.Зубов, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия)

А.В.Козлов, д-р геол.-минерал. наук, член Российского минералогического общества, зав. кафедрой геологии и разведки месторождений полезных ископаемых 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН, президент (ООО «Российское минералогическое общество», Санкт-Петербург, Россия)

М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 

Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

О.М.Прищепа, д-р геол.-минерал. наук, академик РАЕН, зав. кафедрой геологии нефти и газа (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия)

В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия)

А.А.Тронин, д-р геол.-минерал. наук, директор (Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург, Россия)

В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, зав. кафедрой механики

(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 

П.С. Цветков, канд. экон. наук, начальник управления по публикационной деятельности (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

Я.Э.Шклярский, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой общей электротехники (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики и электромеханики (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция)

Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия)

Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия)

Габриэль Вейсс, д-р наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия)

Чжоу Фубао, д-р наук, профессор, вице-президент (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай)

Чжао Юэмин, д-р наук, профессор, директор научного комитета (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай)

Разделы

•Геология  •Геотехнология и инженерная геология
•Экономика сырьевых отраслей    •Энергетика

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2022

У ч р е д и т е л ь  С а н к т - П е т е р б у р г с к и й  г о р н ы й  у н и в е р с и т е т

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017
Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02

Редакция: начальник РИЦ В.Л.Лебедев, редакторы Е.С.Дрибинская, М.Г.Хачирова, В.Е.Филиппова, Л.В.Набиева

Компьютерная верстка В.И.Каширина, Н.Н.Седых, О.В.Иванова 

Издается с 1907 года

ISSN 2411-3336

е-ISSN 2541-9404

Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106
Тел. +7 (812) 328-8416;    
факс +7 (812) 327-7359; 

Е-mail: pmi@spmi.ru
Сайт журнала: pmi.spmi.ru

 Санкт-Петербургский горный университет, 2022
Подписано к печати 03.11.2022. Формат 60  84/8. Уч.-изд.л. 46.
Тираж 300 экз. Заказ 591. Отпечатано в РИЦ СПГУ.
Цена свободная.

Ответственный научный редактор тома Т.Н.Александрова, чл.-кор. РАН, д-р техн. наук (Санкт-Петербургский горный университет) 

Записки Горного института. 2022. Т. 256
Содержание

502

СОДЕРЖАНИЕ

Слово редактора ..............................................................................................................................
503

Чантурия В.А. Научное обоснование и разработка инновационных процессов извлечения 

циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке эвдиалитового концентрата ...............
505

Александрова Т.Н., Чантурия А.В., Кузнецов В.В. Минералого-технологические особен-

ности и закономерности селективного разрушения железистых кварцитов Михайловского месторождения ..................................................................................................................................................

517

Дурягина А.М., Таловина И.В., Либервирт Х., Илалова Р.К. Морфометрические

параметры сульфидных руд как основа селективной рудоподготовки сырья...................................
527

Господариков А.П., Трофимов А.В., Киркин А.П. Оценка деформационных характеристик 

хрупких горных пород за пределом прочности в режиме одноосного сервогидравлического 
нагружения...............................................................................................................................................
539

Кондратьев С.А., Хамзина Т.А. Оценка собирательной активности физически сорбируемых 

реагентов на примере легкофлотируемого шлама коксующихся углей ............................................
549

Митрофанова Г.В., Марчевская В.В., Таран А.Е. Флотационное выделение титанитового 

концентрата из апатит-нефелин-титанитовых руд аномальных зон Хибинских месторождений .....
560

Евдокимов С.И., Герасименко Т.Е. Определение рационального расхода пара при флота-

ции апатит-нефелиновых руд паровоздушной смесью........................................................................
567

Пелевин А.Е. Технологии обогащения железных руд России и пути повышения их эффек-

тивности ...................................................................................................................................................
579

Опалев А.С., Алексеева С.А. Методическое обоснование выбора оптимальных режимов ра-

боты оборудования схемы стадиального вывода концентрата при обогащении железных руд .....
593

Шибаева Д.Н., Терещенко С.В., Асанович Д.А., Шумилов П.А. К вопросу о необходимости 

классификации горной массы, направляемой на сухую магнитную сепарацию ..............................
603

Матвеев А.И., Лебедев И.Ф., Винокуров В.Р., Львов Е.С. Научно-экспериментальные 

основы сухого обогащения руд полезных ископаемых.......................................................................
613

Рассказов И.Ю., Секисов А.Г., Рассказова А.В. Подземное выщелачивание молибдена 

и урана с использованием перкарбонатных и хлоридно-гипохлоритных растворов .......................
623

Котова О.Б., Ожогина Е.Г., Понарядов А.В. Технологическая минералогия: развитие ком-

плексной оценки титановых руд (на примере Пижемского месторождения) ...................................
632

Максимова В.В., Красавцева Е.А., Савченко Е.Э., Икконен П.В., Елизарова И.Р., Масло-

боев В.А., Макаров Д.В. Исследование состава и свойств хвостов обогащения лопаритовых руд 
текущего производства ...........................................................................................................................
642

Сырков А.Г., Ячменова Л.А. Особенности получения металлургической продукции в усло-

виях твердотельного гидридного синтеза .............................................................................................
651

Цзиньчжань Хуан, Чжицян Ли, Бяо Чэнь, Сен Цуй, Чжаолинь Лу, Вэй Дай, Юэминь 

Чжао, Чэньлун Дуань, Лян Дон. Оперативный контроль элементного состава угольной золы 
на основе машинного обучения и рентгеновской флуоресценции.....................................................
663

Ромашев А.О., Николаева Н.В., Гатиатуллин Б.Л. Формирование адаптивного подхода 

с применением технологии машинного зрения для определения параметров осаждения продуктов 
обогащения........................................................................................................................................
677

Жуковский Ю.Л., Королев Н.А., Малькова Я.М. Мониторинг состояния измельчения

в барабанных мельницах по результирующему моменту на валу......................................................
686

Записки Горного института. 2022. Т. 256

© Т.Н.Александрова, 2022

503

От редактора

КОМПЛЕКСНАЯ И ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ 

ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ: 

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Повышению темпов воспроизводства и переработки твердых полезных ископаемых в соответствии

со Стратегией развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2035 года могут препятствовать
различные экономические и технологические факторы, обусловленные сложившейся мировой ситуацией. 
Особенностью текущего исторического этапа развития национальной экономики, находящейся в рамках 
мирового контекста смены технико-экономических укладов Российской Федерации является реализация 
стратегии воспроизводства минерально-сырьевой базы и переработки твердых полезных ископаемых 
в условиях импортозамещения. Для достижения технологического суверенитета и обеспечения высокотехнологичных 
отраслей промышленности России стратегическими металлами и другими ресурсами необходимо 
сконцентрировать научные исследования ведущих организаций в области переработки минерального 
сырья на обосновании и разработке инновационных процессов извлечения ценных компонентов из природного 
и техногенного сырья. В ходе реализации Стратегии предусматривается решение одной из ключевых 
задач – повышение эффективности обогащения и глубокой переработки стратегического минерального сырья 
природного и техногенного происхождения на основе физико-химических и энергетических воздействий 
с максимальным извлечением ценных компонентов и получением готовой продукции с заданными 
характеристиками. 

В предлагаемом читателям специальном выпуске Записок Горного института собраны статьи, рассмат-

ривающие проблемы отечественной и мировой науки в области комплексной и глубокой переработки минерального 
сырья природного и техногенного происхождения, развития теории и методов интенсификации 
селективной дезинтеграции тонкодисперсных минеральных сростков и выщелачивания благородных металлов 
и редкоземельных элементов из упорных руд, нетрадиционного сырья и концентратов, совершенствования 
основных и вспомогательных процессов обогащения и их цифровизации.

В статье академика РАН В.А.Чантурия (DOI: 10.31897/PMI.2022.31) дано научное обоснование инноваци-

онных процессов извлечения циркония и редкоземельных элементов (РЗЭ) при глубокой и комплексной 
переработке эвдиалитового концентрата. Вскрыт механизм и выявлены оптимальные условия и специфические 
особенности разрушения эвдиалита и породных минералов, извлечения циркония и РЗЭ при воздействии 
различных кислот, мощных наносекундных импульсов, диэлектрического барьерного разряда, 
электрохимической обработки, механохимической активации и ультразвука. Теоретически и экспериментально 
обоснован механизм образования и оптимальные условия диспергации силикагеля в зависимости от 
методов и параметров энергетических воздействий.

Рассмотрены вопросы комплексного изучения вещественных, минералогических и физико-технологи-

ческих свойств минерального сырья для оптимизации процессов рудоподготовки. В статье Т.Н.Александровой 
с соавторами (DOI: 10.31897/PMI.2022.58) представлены результаты комплексного изучения минералого-технологических 
особенностей и закономерностей при измельчении железистых кварцитов Михайловского 
месторождения, что позволило обосновать возможность применения селективной дезинтеграции на стадиях 
последовательного разрушения. Вопросам изучения возможности применения селективной дезинтеграции 
посвящена статья А.М.Дурягиной с коллегами (DOI: 10.31897/PMI.2022.76), в которой приводятся результаты
оптико-микроскопических и рентген-микротомографических исследований с идентификацией количественных 
характеристик морфологических параметров на примере руд норильского типа Октябрьского 
месторождения. А.П.Господариков с коллегами (DOI: 10.31897/PMI.2022.87) провел исследования для оценки
деформационных характеристик хрупких горных пород за пределом прочности. В результате проведения 
исследований образцов богатой сульфидной руды установлено, что в процессе разрушения модули упругости 
и деформации уменьшаются примерно в 1,5-2 раза, а в зоне остаточной прочности – в 5-7 раз.

Несколько статей посвящены развитию теории и практики флотации. В статье С.А.Кондратьева

и Т.А.Хамзиной (DOI: 10.31897/PMI.2022.52) изложен один из новых подходов к оценке собирательной способности 
реагентов при флотации на примере легкофлотируемого шлама коксующихся углей. Предложена новая 
концепция выполняемой физически сорбируемым собирателем функции в элементарном акте флотации 
и критерий флотационной активности реагентов, используемых в обогащении угольных шламов. Собиратель, 
используемый во флотации угля, дополнительно к гидрофобизации поверхности извлекаемых частиц должен 
сокращать время индукции и снимать кинетическое ограничение образованию флотационного агрегата. 

Проблеме флотационного выделения титанитового концентрата из апатит-нефелин-титанитовых 

руд аномальных зон Хибинских месторождений посвящена статья Г.В.Митрофановой с соавторами

Записки Горного института. 2022. Т. 256
© Т.Н.Александрова, 2022

504

(DOI: 10.31897/PMI.2022.81). Показано, что флотационное выделение титанитового концентрата предпочтительнее 
по сравнению с химическим способом, основанным на сернокислотном выщелачивании.

В статье С.И.Евдокимова и Т.Е.Герасименко (DOI: 10.31897/PMI.2022.62) разработаны схемы флотации апа-

тит-нефелиновых руд, при которых обеспечивается значимое увеличение содержания извлекаемого компонента 
в операции основной флотации при одновременном увеличении обогатимости материала.

А.Е.Пелевин (DOI: 10.31897/PMI.2022.61) провел критический анализ существующих технологий обогаще-

ния железных руд в России, а также рассмотрел варианты повышения их эффективности. Для повышения 
комплексности переработки железных руд предложено использовать комбинированные технологии, включающие 
тонкое грохочение, высокоградиентную магнитную сепарацию, гравитационные, флотационные 
и электрические методы обогащения.

В статье А.С.Опалева и С.А.Алексеевой (DOI: 10.31897/PMI.2022.80) рассмотрены вопросы повышения каче-

ства железорудных концентратов при обогащении железных руд. На основании проведенных исследований 
предложена технология стадиального вывода концентрата, которая может быть тиражирована и на другие 
объекты. Д.Н.Шибаева и соавторы (DOI: 10.31897/PMI.2022.79) на основании анализа данных видеофиксации физического 
моделирования, реализованного на лабораторном барабанном магнитном сепараторе серии 
СМБС-Л, в видеоредакторе VSDC Video Editor, и имитационного моделирования сухой магнитной сепарации 
на его виртуальном прототипе в программном комплексе Rocky DEM предположили возможность проведения 
сухой магнитной сепарации железистых кварцитов класса крупности –80+0 мм без предварительной 
подготовки при использовании в качестве устройства подачи рудной массы в зону разделения – вибро-
питателя.  

А.И.Матвеев с коллегами (DOI: 10.31897/PMI.2022.90) представили результаты исследований по созданию 

технологий и оборудования в области рудоподготовки и пневматического сухого обогащения минерального 
сырья. Использование технологий сухого обогащения позволит снизить капитальные затраты на строительство 
стационарных обогатительных фабрик, полностью или частично отказаться от применения технологической 
воды, строительства системы водоснабжения, традиционного хвостохранилища и пр.

Ряд статей посвящен вопросам повышения комплексности использования полезных ископаемых и во-

влечения в переработку низкокачественных, труднообогатимых и техногенных минеральных ресурсов. 
В статье И.Ю.Рассказова с соавторами (DOI: 10.31897/PMI.2022.60) предложен способ подземной разработки 
комплексных месторождений урановых и молибденовых руд с применением активационного выщелачивания 
и различных комбинаций модифицированных реагентов, что позволит повысить извлечение ценных 
компонентов. Развитие методического подхода к минералогическому изучению титановых руд (на примере 
Пижемского месторождения) в рамках минералогического сопровождения их комплексной оценки с учетом 
трансформации минеральных фаз в результате экстремальных воздействий и физико-химических свойств 
как агентов-модификаторов при синтезе индустриальных продуктов представлено в статье О.Б.Котовой
с коллегами (DOI: 10.31897/PMI.2022.78). В статье В.В.Максимовой с соавторами (DOI: 10.31897/PMI.2022.88) приведены 
исследования состава и свойств хвостов обогащения лопаритовых руд (как потенциального источника 
редких металлов) для обоснования необходимости разработки комплексной технологии их переработки. 
А.Г.Сырков и Л.А.Ячменова (DOI: 10.31897/PMI.2022.25) представили результаты экспериментально-теоретических 
исследований с целью обоснования режимов подготовки исходного твердофазного сырья и газовых 
сред для получения металлических продуктов методом твердотельного гидридного синтеза.

Ряд статей рассматривает вопросы применения цифровых технологий на различных этапах обогащения 

и переработки минерального сырья. Цзиньчжань Хуан с соавторами (DOI: 10.31897/PMI.2022.89) предложили модель 
для прогнозирования содержания угольной золы, основанную на нейронных сетях и улучшенных 
алгоритмах оптимизации. Модель обладает хорошей точностью прогнозирования с высокими значениями 
коэффициента корреляции Пирсона и позволила установить, что содержание калия является наиболее значительным 
фактором, влияющим на содержание золы в продуктах. В работе А.О.Ромашева с соавторами 
(DOI: 10.31897/PMI.2022.77) предложен адаптивный подход, позволяющий с использованием технологии машинного 
зрения фиксировать динамику изменения уровня соприкосновения различных фаз пульп. Проведенные 
исследования доказывают, что предложенное решение способно фиксировать данные даже при высокой 
скорости осаждения суспензий без четкой границы разделения. Результаты проведения комплексного цифрового 
моделирования по повышению энергоэффективности мельницы приведены в статье Ю.Л.Жуковского
и коллег (DOI: 10.31897/PMI.2022.91). Разработанная методика может использоваться для определения более эффективного 
режима работы при изменении объемного заполнения мельницы путем замера результирующего 
момента на валу.

Ответственный научный редактор тома чл.-кор. РАН, д-р техн. наук Т.Н.Александрова

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516

© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

505

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

Научная статья
УДК 622.722

Научное обоснование и разработка инновационных процессов 

извлечения циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке 

эвдиалитового концентрата

В.А.ЧАНТУРИЯ
ИПКОН имени академика Н.В.Мельникова РАН, Москва, Россия

Как цитировать эту статью: Чантурия В.А. Научное обоснование и разработка инновационных процессов 
извлечения циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке эвдиалитового концентрата // Записки 
Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516. DOI: 10.31897/PMI.2022.31

Аннотация. На основе комплекса современных методов анализа изучено влияние различных кислот и энергетических 
воздействий на морфологию, элементный состав, структурно-химические преобразования поверхности 
минералов и эффективность процесса выщелачивания эвдиалитового концентрата. Вскрыт механизм и выявлены 
оптимальные условия и специфические особенности разрушения эвдиалита и породных минералов 
и извлечения циркония и РЗЭ при воздействии различных кислот, мощных наносекундных импульсов, диэлектрического 
барьерного разряда, электрохимической обработки, механохимической активации и ультразвука. 
Теоретически и экспериментально обоснован механизм образования и оптимальные условия диспергации 
силикагеля в зависимости от методов и параметров энергетических воздействий. Научно обоснована и апробирована 
комбинированная трехстадиальная схема азотнокислотного выщелачивания эвдиалитового концентрата 
с ультразуковой обработкой суспензии, обеспечивающая 97,1 % извлечения циркония и 94,5 % РЗЭ. 
Теоретически и экспериментально обоснованы условия селективного осаждения циркония и РЗЭ.

Ключевые слова: эвдиалит; кислотное выщелачивание; энергетические воздействия; извлечение; цирконий; РЗЭ

Благодарность. Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Министерства науки и высшего образования 
РФ № 13.1902.21.0018 (соглашение 075-15-2020-802).

Поступила: 22.02.2022           Принята: 11.05.2022           Онлайн: 03.11.2022           Опубликована: 03.11.2022

Введение. Большинство редких и редкоземельных металлов являются основой в создании 

конструкционных материалов для электроники, космической отрасли, зеленой энергетики и других 
изделий оборонного комплекса [1, 2].

Производство редких и РЗЭ затруднено из-за низкого содержания в рудах, нахождения их 

в рассеянном состоянии в других минералах и сложного вещественного состава редкометалльного 
сырья [3-5]. Организация такого производства должна проводиться с учетом мировой практики 
и перспектив создания полного технологического цикла от добычи до промышленного использования [
6-8].

Технологические схемы получения редких и РЗЭ (La – лантаноиды, Y, Sc) из руд для каждого 

типа сырья индивидуальны и включают, как правило, следующие последовательные стадии: получение 
концентратов металлов с использованием флотационных и гравитационно-магнитоэлектрических 
схем обогащения; разложение концентратов (обжиг, сплавление, выщелачивание); получение 
чистых химических соединений металлов (кристаллизация, сорбция, экстракция, ионный 
обмен, химическое осаждение и др.) и далее металлов (цементация, электролиз и др.) [9, 12]. 
Вследствие близости свойств РЗЭ их селективное разделение является сложной технологической 
задачей [13-15]. Современные схемы разделения РЗЭ основаны на использовании процессов жидкостной 
экстракции и ионного обмена, а также методов избирательного окисления кислородом, 
хлором, пероксидом водорода и восстановления цинком, амальгамами цинка и натрия [16-19].

ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА

Journal of Mining Institute

Сайт журнала: pmi.spmi.ru

ISSN 2411-3336; е-ISSN 2541-9404

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516
© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

506

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

В России для производства редких и РЗЭ могут эффективно вовлекаться в переработку эвдиа-

литовые руды Ловозерского месторождения (запасы оксидов Zr – 300 млн т, РЗМ – 60-70 млн т) 
[20, 21].

Эвдиалитовые руды, содержащие 25-27 % эвдиалита, 52 % полевого шпата, лопарита 

и нефелина, 20 % эгирина, могут перерабатываться по комбинированным флотационно-гравитационно-
магнитоэлектрическим схемам обогащения с получением эвдиалитового и лопаритового 
концентратов [22, 23]. При этом получаемые эвдиалитовые концентраты при минимальной 
радиоактивности содержат оксиды Si (54 %), Zr (11-13 %), РЗЭ (1,8-2,5 %), Hf (0,21-0,27 %), 
Ta (0,06-0,1 %), Nb и Ti (0,6-1 %), Sr (0,95-1,48 %) [24, 25].

Существующие технологии извлечения циркония и редкоземельных элементов из эвдиалито-

вых концентратов основаны на их многостадиальном разложения кислотами и щелочами [25, 26]. 
При этом, из-за высокого содержания кремния в составе концентрата, в растворе кислотного выщелачивания 
образуется силикатный гель. Силикатный гель сорбирует ценные компоненты, 
существенно снижая извлечение циркония и РЗЭ в продуктивные растворы и затрудняя их дальнейшую 
фильтрацию и экстракционно-сорбционную переработку [27-29].

В последние годы решение данной проблемы достигается за счет предварительной обработки 

минеральных суспензий мощными энергетическими воздействиями (электрохимическая обработка, 
ультразвук, обработка электромагнитными полями высокой напряженности, механоакти-
вация и др.), обеспечивающих как модифицирование структурно-химических и морфологических 
свойств эвдиалита, разрушение силикагеля, так и интенсификацию процессов выщелачивания [
30-32].

Методология. Эвдиалитовый концентрат имел следующий состав, %: ZrO2 – 11,5; РЗЭ – 2,5; 

SiO2 – 44,47; Na2O − 10,5; K2O – 1,37, TiO2 – 3,29; Fe2O3 – 5,2; Cl – 0,97; CaO – 5,42; SrO – 2,63; 
Al2O3 – 6,9; MnO – 1,66; SrO – 1,95; Nb2O5 – 0,94; MgO – 0,2; BaO − 0,15; прочее – 0,35. Общий вид 
концентрата и частицы эвдиалита представлены на рис.1

Концентрат также содержит 10 % полевых шпатов, нефелина, эгирина и их сростков, около 

3 % сдвойникованных кристаллов лопарита-(Ce), золотисто-коричневые кристаллы лампрофил-
лита. В акцессорных количествах отмечаются вторичные цеолиты (натролит, гоннардит).

Вскрытие концентрата различными кислотами и щелочью проводили в автоклаве TOP120 

INDUSTRIE и в реакторе, в котором используются электрохимические, термические и ультразвуковые 
воздействия на минеральную суспензию [30]. 

Материал проб измельчали в лабораторной шаровой мельнице МШЛ-1 до крупности менее 

40 мкм. Для предварительной механической активации (МА) проб эвдиалитового концентрата использовали 
планетарную центробежную мельницу (ПЦМ) марки ЛАИР-0.015 (НИТУ МИСиС). 
Обработку концентрата электромагнитными полями высокой напряженности (МЭМИ) и низкотемпературной 
плазмой – диэлектрическим барьерным разрядом (НТП-ДБР) осуществляли на 
экспериментальных лабораторных стендах (ИПКОН РАН, ООО «НПП ФОН»). Технические параметры 
МЭМИ: напряженность электрического поля электродной системы, Е – до 107 В/м; 

Рис.1. Микрофотографии концентрата (а) и отдельных зерен (б) эвдиалита

600 мкм
900 мкм

а
б

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516

© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

507

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

длительность импульсного воздействия τи ~ 10-150 нс; частота повторения импульсного воздействия 
V = 100-1000 Гц; амплитуда напряжения импульсов U – до 70 кВ. Параметры обработки 
диэлектрическим барьерным разрядом (НТП-ДБР): длительность переднего фронта импульса 
250-300 нс; длительность импульса 8 мкс; амплитуда напряжения 20 кВ; частота повторения импульсов 
16 кГц; продолжительность обработки 30 с; расстояние между электродами 5 мм.

Ультразвуковая обработка суспензии осуществлялась с использованием диспергатора 

(МЭФ-15, МЭЛФИЗ) мощностью 600 Вт, рабочей частотой 22±1,65 кГц и амплитудой колебаний 
25±5 мкм. 

Химический и фазовый состав продуктивных растворов выщелачивания, кека и силикатного 

геля изучали методом масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) (ICPE-
9000, «Shimadzu») рентгенофлуоресцентным анализом (РФЛА) (ARL ADVANT’X, «Thermo 
Scientific»), рентгенофазовым анализом (РФА) (дифрактометр АДП-2, НПО «Буревестник»). Морфологию 
и элементный состав поверхности минералов исследовали методом растровой электронной 
микроскопии (РЭМ-РСМА) на микроскопе LEO 1420VP, оснащенном энергодисперсионным 
микроанализатором Oxford INCA Energy «Carl Zeiss». Для регистрации ИК-спектров минеральных 
частиц эвдиалита использовали Фурье-спектрометр IR-Affinity «Shimadzu» и приставку диффузного 
отражения DiffuseIR «PikeTechnologies». Рентгеновские фотоэлектронные спектры поверхности 
частиц эвдиалита регистрировали с помощью спектрометра Versa Probe II «ULVAC-PHI».

Обсуждение. Кислотное выщелачивание эвдиалитового концентрата. По данным РЭМ-

РСМА эвдиалит, нефелин и лампрофиллит по-разному реагируют на воздействие кислот, а степень 
растворения (разрушения) их поверхности зависит от типа используемой кислоты. При 
этом форма частиц калиевого полевого шпата, лопарита и эгирина под воздействием кислот не 
изменяется. 

По эффективности воздействия азотной кислотой выделены три группы минералов концен-

трата: хорошо растворимые эвдиалит и нефелин; поддающиеся частичному выщелачиванию 
лампрофиллит и водные алюмосиликаты K и Na, практически не растворимые эгирин, лопарит 
и полевые шпаты (каркасные алюмосиликаты K, Na и Ca). Методами РФЭС и ИК-спектроскопии 
установлено, что растворение эвдиалитового концентрата азотной кислотой происходит за счет 
разрушения структуры минералов, разрушения силикатного каркаса, перехода катионов Al, Na 
и Mn и кремния в раствор. При этом кремний образует гелеобразные фазы типа силикагеля 
SiO2∙nH2O.

Под воздействием раствора соляной кислоты участки поверхности зерен эвдиалита активно 

растворяются с проникновением выщелачивающего раствора в объем зерен и появлением серий 
глубоких, вертикальных, параллельно ориентированных трещин (рис.2, а). Серная кислота 
(рис.2, б) растворяет эвдиалит более активно и равномерно как с поверхности, так и из объема 
частиц, образуя на поверхности нерастворившихся минералов устойчивые кристаллы гипса и целестина (
рис.3).

Наиболее значимые изменения структурно-химические свойств поверхности эвдиалита 

наблюдаются под воздействием раствора соляной кислоты: изменяется симметрия в ИК-спектрах 
и развивается профиль спектральной кривой в области валентных колебаний связей Si-О-Si 

200 мкм
300 мкм
200 мкм

а
б
в

Рис.2. Частицы эвдиалита после выщелачивания в соляной (а), серной (б) и азотной (в) кислотах

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516
© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

508

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

(800-1350 см–1) в структуре минерала. Выявленные изменения характеристик спектральных кривых 
являются следствием искажения каркаса минерала, обусловленного выносом из структурных 
мотивов эвдиалита катионов Na, Ca, Mg и т.д.

Анализ элементного состава основных элементов поверхности частиц эвдиалита методом 

РФЭС позволил выявить ее эффективное разрушение, сопровождающееся переводом в раствор 
катионов, входящих в состав минерала: Al, Na, Ca, Mg, K, Ti, Mn, Fe, Sr, Zr. В порядке убывания 
концентрации катионов на поверхности «исходного образца» эвдиалита воздействие кислотами 
можно расположить в ряд HNO3 → H2SO4 → HCl. Выявлено снижение концентрации, ат.%: Al –
в 2-28 раз, Na – 3,6-61, Сa, Mg и Mn – 2,5-5, Ti – 3-9, Zr – 3-12 (табл.1).

Таблица 1 

Состав поверхностного слоя частиц эвдиалита (данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии)

Кислота

Элементный состав, ат. %

ΣMe/Si

N
O
S
F
Na
Mg
Ca
Al
Si
K
Ti
Mn
Fe
Sr
Zr

Без обработки
0,6
60,0
н.о.
0,6
12,2
0,5
0,5
2,8
14,8
0,4
0,9
0,5
0,7
0,4
1,2
1,36

NHO3
1,9
66,2
н.о.
0,1
3,4
0,2
0,2
1,4
19,2
0,2
0,6
0,2
0,5
0,2
1,2
0,42

H2SO4
0,3
69,2
2,2
< 0,1
0,9
0,1
0,1
0,1
23,1
0,1
0,3
0,2
0,2
0,5
0,1
0,11

HCl
0,2
70,2
н.о.
0,1
0,2
< 0,1 < 0,1 < 0,1
24,6
н.о.
0,1
< 0,1
0,1
н.о.
0,4
0,05

Методом РФЛА установлено активное растворение эвдиалитового концентрата соляной 

и серной кислотами. Наиболее эффективное растворение эвдиалитового концентрата (масса 
навески снижается на 76 % от исходной величины) и, соответственно, максимальное общее извлечение 
Zr (91,5 %) и РЗЭ (82,5 %) обеспечивает серная кислота. При обработке азотной кислотой 
в раствор переходит 56 % массы концентрата при извлечении Zr 76,9 % и РЗЭ 79,6 %, а в случае 
использования соляной кислоты в раствор переходит 46 % массы концентрата при извлечении 
Zr 83,91 % и РЗЭ 83,6 %.

Установлено следующее содержание силикагеля в твердом остатке выщелачивания концен-

трата: 45-65 % для азотной кислоты, 64 для серной и 70,5 для соляной. Данные результаты хорошо 
согласуются с объемами силикагеля в растворах выщелачивания.

Наиболее высокий объемный процент силикатного геля после пяти суток отстаивания наблю-

дается при использовании серной кислоты – 63 %, для азотной кислоты – 55 %, соляной – 48 %. 
После центрифугирования растворов уплотнение силикагеля увеличивается в 1,65-1,85 раз. 

При кислотном выщелачивании силикатов [33, 34] выявлено взаимодействие кремниевой кис-

лоты с сульфат-ионами через водородные связи и с ионами металлов, например Al3+, по реакциям, 
представленным на рис.4. На основании этих реакций можно предполагать образование большого 
объема силикагеля при минимальных потерях Zr в случае использования серной кислоты (рис.4, а)
и более высокие потери циркония и других высокозарядных катионов, характеризующихся высоким 
отношением заряда к ионному радиусу, в случае азотной кислоты (рис.4, б).

100 мкм
30 мкм

а
б

Рис.3. Целестин SrSO4 (а) и гипс CaSO4·2Н2O (б), образовавшиеся 

на поверхности частиц минералов эвдиалитового концентрата при выщелачивании серной кислотой

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516

© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

509

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

Анализ элементного состава продуктивных растворов выщелачивания позволил установить, 

что абсолютные (от исходного) потери Zr и РЗЭ, связанные с силикатным гелем при сернокислотном 
выщелачивании, составляют около 26,9 и 70,2 %, соответственно, тогда как при азотнокис-
лотном потери Zr и РЗЭ – 41,0 и 44,2 %, а использование соляной кислоты приводит к существенному 
снижению потерь Zr и РЗЭ до 8,3 и 18,8 %.

Низкие потери циркония и РЗЭ при выщелачивании соляной кислотой определяются мини-

мальным объемом образующегося геля, что, вероятно, связано с активным переходом в раствор 
катионов Ti, взаимодействующих с молекулами кремниевой кислоты, ограничивая скорость поликонденсации (
табл.2). Однако, рекомендовать использование солянокислотного выщелачивания 
в промышленных условиях проблематично из-за высокой агрессивности соляной кислоты к конструкционным 
материалам.

Таблица 2

Потери ценных компонентов с силикатным гелем 

и их концентрация в продуктивных растворах 

Кислота

Потери с гелем, %
Концентрация, г/дм3

Zr
ΣРЗМ
Zr
ΣРЗМ

H2SO4
29,38
85,05
4,59
0,222

HCl
9,94
22,47
5,04
0,999

HNO3
53,39
55,56
2,35
0,494

HNO3 (УЗ)
32,25
35,03
3,12
0,637

Высокие потери редкоземельных элементов в результате использования в качестве выщела-

чивающего агента серной кислоты обусловлено осаждением редких земель и титана из продуктивного 
раствора в виде сульфатов. На рис.5, 6 представлены пластинчатые ромбические сростки кристаллов 
предположительно REE2(SO4)3 и хорошо ограненные кубические кристаллы двойных 
сульфатов кальция и титана CaTi(SO4)3. Крупность кристаллов вновь образованных сульфатов 
20 мкм и менее, что приводит к захвату значительной массовой доли этих фаз силикатным гелем, 
определяет высокие потери в нем РЗЭ и, соответственно, низкое (12,3 %) извлечение ∑РЗЭ в продуктивный 
раствор. 

Кроме того, на основе данных рентгенофазового анализа образцов силикатного геля при вы-

щелачивании эвдиалитового концентрата растворами H2SO4, HCl и HNO3   выявлены нанофраг-
менты основных минералов концентрата, а также ряд новообразованных слабо раскристаллизо-
ванных фаз, таких как нитрат натрия, хлорид натрия, гипс. 

Потери циркония и РЗЭ с гелем составляют 29,4 и 85,1 % для серной, 53,4, 55,6 % для азотной 

и 9,9, 22,5 % для соляной кислот (табл.2). В работе [30] предложено выделять ценные компоненты 
из кека промывкой водой и осаждением Na2CO3.

После удаления геля центрифугированием проведен расчет относительных потерь с ним цен-

ных компонентов от общего извлечения в гель и раствор (табл.2). Относительные потери ценных 
компонентов с силикатным гелем при выщелачивании азотной кислотой можно объяснить активной 
сорбцией катионов Zr и РЗЭ за счет их высокого заряда. 

Результаты выщелачивания эвдиалитового концентрата азотной кислотой близки к показате-

лям, полученным при солянокислотном выщелачивании Zr – 76,9 % и РЗЭ – 79,6 %. Кроме того, 
по сравнению с серной кислотой, потери РЗЭ с силикатным гелем сокращаются в 1,6 раза с 70,2 
до 44 %. 

Рис.4. Взаимодействия молекул кремниевой кислоты с сульфат-ионами: 

а – через водородные связи; б – с ионами металлов (например, Al3+)

а

OH           O

HO      Si      OH      O      S      O

OH           O

2–
б
Si(OH)3

O

Al      O

(HO)3Si      O                   Si(OH)3

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 505-516
© В.А.Чантурия, 2022

DOI: 10.31897/PMI.2022.31

510

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

Таким образом, установлено, использование азотной кислоты наиболее экономически и тех-

нологически целесообразно, так как обеспечивает высокие качественно-количественные показатели 
выщелачивания эвдиалитового концентрата и сокращение потерь РЗЭ с силикатным гелем, 
в связи с чем дальнейшие исследования проводились с использованием азотной кислоты.

Влияние энергетических воздействий на структурно-химические свойства, фазовый со-

став основных минералов эвдиалитового концентрата и эффективность азотнокислотного
выщелачивания. Ранее проведенными исследованиями установлена возможность использования 
энергетических воздействий для направленного модифицирования поверхностных свойств минералов, 
селективной дезинтеграции и интенсификации процессов вскрытия упорных концентратов 

60 мкм
20 мкм
30 мкм

а
б
в

Спектр 1
г

0        1        2        3        4         5        6        7        8        9        10      11      12       13 кэВ

Полная шкала 10258 имп. Курсор 13,794 (18 имп.)

Рис.5. Кристаллы (а), сростки (б, в) и энергодисперсионный спектр (г) REE2(SO4)3

50 мкм
40 мкм

а
б

Рис.6. Кристаллы (а, б) и энергодисперсионный спектр CaTi (SO4)3 (в)

Спектр 1

0        1        2        3        4         5        6        7        8        9        10      11      12       13 кэВ

Полная шкала 1478 имп. Курсор 13.825 (11 имп.)

в