Техногенные отходы: от экологической проблемы к ресурсу для строительной индустрии

М. А. ФРОЛОВА, к. х. н., зав. кафедрой материаловедения, реставрации и экологии в строительстве; П. А. МАРЬЯНДЫШЕВ, д. т. н., первый проректор по стратегическому развитию и науке. Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова (САФУ)

ЕЖЕГОДНО ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ РОССИИ ГЕНЕРИРУЕТ МИЛЛИАРДЫ ТОНН ОТХОДОВ, ЗАНИМАЮЩИХ ОГРОМНЫЕ ТЕРРИТОРИИ. ВМЕСТО ТОГО ЧТОБЫ ОСТАВАТЬСЯ БРЕМЕНЕМ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, ЭТИ МАТЕРИАЛЫ ВСЕ ЧАЩЕ РАССМАТРИВАЮТСЯ КАК ЦЕННОЕ СЫРЬЕ. ЯРКИЙ ПРИМЕР — УНИКАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ, ГДЕ ОТХОДЫ АЛМАЗОДОБЫЧИ ПРЕВРАЩАЮТСЯ В ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СУРОВЫХ УСЛОВИЙ АРКТИКИ, ЗАКЛАДЫВАЯ ОСНОВЫ ДЛЯ ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВОЙ, ЦИРКУЛЯРНОЙ ЭКОНОМИКИ.

Переработка техногенных отходов горнодобывающей промышленности представляет собой одно из наиболее перспективных направленийв реализации экологической стратегии России. Согласно Указу Президента РФ «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года»,существенно повышается значимость экологическойповестки, ставится задача по сокращению объемов отходов промышленных предприятий, направляемых наполигоны. Эти установки перекликаются с задачаминационального проекта «Экология». Устойчивое развитие страны и ее вклад в глобальное улучшение климататребуют системного повышения доли использованиявторичных ресурсов.

Масштаб проблемы поистине глобален. Существующие технологии добычи и обогащения полезных ископаемых приводят к тому, что на полезную часть приходится лишь небольшая часть извлеченной массы.Ярким примером комплексного подхода к решениюэтой проблемы является деятельность акционерногообщества «Севералмаз», разрабатывающего крупнейшее в Европе месторождение алмазов имени М. В.Ломоносова в Архангельской области. Особенностьюместорождения является состав пород, которые существенно отличаются от типичных кимберлитов и восновном представлены глинистым минералом — сапонитом. Именно сапонит составляет основу отходовпроизводства, объем которых достигает 4 млн т в год.

Эти отходы складируются в специальных хвостохранилищах, занимающих территорию свыше 600 га. Изначально сапонит создавал серьезные технологические трудности. Высокая степень обводненияпород осложняла переработку руды, а мелкие частицы сапонита значительно изнашивали оборудованиеобогатительной фабрики и медленно оседали в воде,ухудшая качество оборотной воды. Для решения этойуникальной задачи «Севералмаз» в сотрудничестве с Северным (Арктическим) федеральным университетом имени М. В. Ломоносова и Научно-образовательным центром «Российская Арктика» инициировал комплексный проект. В 2024 году для очистки оборотнойводы был запущен опытный сгуститель, использующийспециальные реагенты для осаждения частиц сапонита. Это оборудование, разработанное для уличной эксплуатации в условиях длительного холодного сезона,позволяет снизить содержание минералов в воде с 200до 10 г на 1 л за несколько часов.

Параллельно с очисткой воды ведется работа потрансформации сапонитсодержащих отходов в коммерческие продукты. Была введена в эксплуатацию опытно-промышленная установка по выпуску гранулированных минеральных продуктов. Технологический процессвключает сушку и измельчение сапонитсодержащегосырья с последующим гранулированием с добавлением воды. После выхода на полную мощность установкасможет производить до 2 т продукции в час. В перспективе предприятие намерено пройти сертификацию дляпроизводства сапонитовых гранул. В том числе для использования в качестве удобрений в сельском хозяйстве, поскольку сапонит, богатый магнием, кальцием икремнием, способен улучшать структуру почвы и обеспечивать растения питательными веществами.

Наиболее значимые результаты достигнуты в области строительных материалов. Проведенные исследования демонстрируют, что использование высокодисперсной сапонитсодержащей добавки значительноповышает прочность мелкозернистого бетона. Испытания показали, что прочность бетонных блоков с применением сапонита увеличивается почти в два раза приодновременном снижении себестоимости производства на 30%. Это свойство особенно важно для строительных конструкций, эксплуатируемых в суровых условиях Арктики. Ключевым условием для достижения таких показателей является строгое соблюдение режимов твердения бетона, так как переход к ускореннымметодам может негативно сказаться на его прочностных характеристиках из-за способности частиц сапонита к набуханию.

Помимо производства высокопрочного бетона, сапонит находит применение в дорожном хозяйстве. Он используется для создания насыпей, стабилизации грунтов и предотвращения миграции тяжелых металлов впочву. Модифицированный сапонит служит компонентом смесей для антикоррозийных покрытий дорожныхсооружений и для укрепления дорожного основания,что улучшает его долговечность и снижает стоимостьстроительства. Научные изыскания в этой области продолжаются. В настоящее время успешно ведутся исследования по высокотемпературной модификации сапонитсодержащего материала, что позволяет уменьшитьудельную площадь его поверхности, пористость и влагоплощение, а также увеличить истинную плотность. Этооткрывает возможности для создания новых материалов, в том числе конструкционно-теплоизоляционных,магнезиальных вяжущих и керамических изделий. Таким образом, работа, проводимая САФУ и «Севералмазом», выходит за рамки отдельного проекта. Онапредставляет собой действенную модель перехода кциркулярной экономике, при которой отходы одной отрасли становятся ценным сырьем для другой. Внедрение таких технологий не только способствует решениюострых экологических проблем и снижению нагрузкина полигоны, но и создает новые рынки высокотехнологичной продукции, способствуя тем самым устойчивому развитию российской экономики в целом, особенно в стратегически важных арктических регионах.