BR18574006
Разработка инновационных безотходных технологий переработки минерального и техногенного сырья цветной металлургии Казахстана и получения новых материалов
Руководитель проекта: Кенжалиев Б.К.
Актуальность: Проблема, на решение которой направлена программа: Для развития промышленного потенциала горно-металлургического комплекса республики необходимы разработка новых экологически безопасных технологий переработки труднообогатимых упорных руд и техногенных отходов, способствующих более полному извлечению меди, золота, скандия, галлия, РЗМ, титана; а также создание процессов для производства новых материалов и изделий из них. Исполнители имеют большой задел разработки новых научных и технологических решений по аналогичным направлениям. Основными подходами, применяемыми в программе, являются разработка технологических решений по извлечению меди, золота, скандия, галлия, РЗМ, титана из низкокачественного минерального и техногенного сырья; отработка основных технологических параметров процессов; испытания разработанных технологий и выдача рекомендаций к их внедрению. Актуальность: Создание новых, технологий переработки низкокачественного минерального и техногенного сырья является актуальной задачей, решение которой позволит повысить экономическую и экологическую эффективность использования такого сырья при получении меди, золота, скандия, галлия, РЗМ, титана. Также требуется создание процессов для организации отечественных производств по получению магниевых сплавов из лома, отливок из титановых сплавов с использованием аддитивных моделей и высокоглиноземистых огнеупорных изделий, что будет способствовать повышению импортозамещения. Практическая значимость результатов исследований: Результаты проекта будут способствовать повышению роста производства цветных, благородных, редких и редкоземельных металлов. Так, технологии переработки сульфидных медных концентратов обеспечат производство дополнительно 1250 т меди в год; технологии переработки промпродуктов и отходов глиноземного производства позволят дополнительно получать ежегодно до 50 тыс. т оксида алюминия, 10 т оксида скандия и 20 т галлия; технологии переработки техногенных отходов металлургического и химического производств позволят получить концентрат РЗМ и диоксид титана. Организация получения магниевых сплавов из лома, отливок из титановых сплавов с использованием аддитивных моделей и высокоглиноземистых огнеупорных изделий будет способствовать повышению импортозамещения. В получении результатов программы заинтересованы следующие предприятия: АО «Алтынтау Кокшетау», ТОО «Эдванс Майнинг Технолоджи», ТОО «Kazakhmys Smelting», Павлодарский алюминиевый завод, ТОО «УК ТМК».
Цель: Разработать новые технологии переработки труднообогатимых бедных руд и техногенных отходов с извлечением цветных, благородных, редких и редкоземельных металлов с выдачей исходных данных для внедрения и получения новых материалов.
Задачи проекта:
Задача 1: Разработать новые технологические схемы переработки труднообогатимых бедных руд, техногенных отходов и получения новых материалов.
Задача 2: Разработать основные технологические параметры переработки труднообогатимых бедных руд, техногенных отходов и получения новых материалов.
Задача 3: Испытать разработанные технологии переработки труднообогатимых бедных руд, техногенных отходов и получения новых материалов с выдачей рекомендаций для внедрения.
Ожидаемые результаты:
Будут разработаны:
- технологии извлечения золота с использованием сверхтонкого измельчения и гидрометаллургической переработки концентрата с использованием новых катализирующих окислителей и технологии извлечения меди гидрометаллургическими методами с использованием новых катализирующих окислителей, исходные данные для составления технологического регламента применительно для производства. Усовершенствованные технологические схемы извлечения золота и меди, позволяющие повысить на 1,5-2,0 % извлечение ценных компонентов по сравнению с существующими технологиями;
- комплексная безотходная технология переработки сульфидных медных концентратов с непрерывным глубоким обеднением шлаков и использованием силикатной части шлака, исходные данные для внедрения на производстве. Технология позволит перерабатывать концентраты с минимальными потерями меди и благородных металлов и получать шлаки с остаточным содержанием меди менее 0,3 %, что снижает потери меди со шлаками до 50 %, и использовать силикатную часть шлаков для производства строительных материалов;
- технологии концентрирования и извлечения металлического галлия, гидрооксида скандия и силикатной продукции широкого спектра из промпродуктов и отходов глиноземного производства, исходные данные для технологического регламента и организации производства.
- технология комплексной переработки некондиционного сырья и техногенных отходов с получением концентрата редкоземельных металлов, диоксида титана с содержанием не менее 90 %, способ сорбционного извлечения редкоземельных металлов, исходные данные для внедрения.
- технология вакуум-дистилляционного рециклинга вторичных легких сплавов с выводом магния в стандартный промпродукт, позволяющая получить двойные сплавы на основе магния и исключить потерю редкоземельных и тугоплавких элементов.
- способ изготовления фасонных отливок из титановых сплавов с применением выжигаемых моделей, получаемых из фотополимеров с использованием аддитивных технологий, и литейных форм из специальных термоотверждаемых формовочных материалов с инновационным составом.
- энергоэффективная технология получения высокоглиноземистых огнеупорных изделий с применением техногенных отходов, получение опытной партии изделий, исходные данные для внедрения.
- технологии сольвометаллургической переработки медных концентратов и техногенного медьсодержащего сырья и проведение полупромышленных испытаний, исходные данные для внедрения.
Конечный результат: Разработанные технологии должны способствовать более полному извлечению указанных выше металлов и снизить их потери, организации производства новых для Казахстана видов товарной продукции, улучшить экологические показатели производств. Разработанные технологии будут ориентированы на реализацию в промышленных условиях на обогатительных фабриках и металлургических предприятиях республики.
В рамках выполнения научно-исследовательских работ по Программе будут:
– опубликованы не менее 3 (трех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению программы, входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе данных Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50 (пятидесяти);
- опубликованы не менее 5 (пяти) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных и/или отечественных изданиях, рекомендованных КОКСОН;
- поданы 3 заявки на изобретение в Национальный институт интеллектуальной собственности;
- проведены испытания в пилотных и/или производственных условиях разработанных технологий; выданы исходные данные для составления технологических регламентов и рекомендации для внедрения в производство.
Перечень опубликованных работ:
1 Kenzhaliev Bagdaulet, Akhmetova Kuralai, Gladyshev Sergei, Abikak Yerkezhan. Sorption extraction of gallium from alumina-alkaline solutions. Transactions of the Indian Institute of Metals https://doi.org/10.1007/s12666-023-03219-2 (Q2,60 %)
2 Kenzhaliyev B, Ketegenov T, Kamunur K, Batkal A, Nadirov R. Efficient Copper Recovery from Chalcopyrite Using an «Isopropanol–Sulfuric Acid–Sodium Dodecyl Sulfate» System. Minerals. 2023; 13(10):1346. https://doi.org/10.3390/min13101346
3 B.K. Kenzhaliev, A. A. Biryukova, T. D. Dzhienalyev, A.V. Panichkin, A.Т. Imbarova, A.М. Uskenbaeva. Аssessment of Microsilica as a Rau Material for Obtaining Mullite-silica Refractories // Processes, 2024. Том 12, Выпуск 1. (процентиль 66%). https://doi.org/10.3390/pr12010200
4 Kenzhaliyev B, Ketegenov T, Mussapyrova L., Nadirov R. Ultrasound-Assisted Selective Leaching of Arsenic from Copper Smelting Flue Dust // Minerals 2024, 14(6), 532; https://doi.org/10.3390/min14060532
5 Volodin V, Kenzhaliyev B, Trebukhov S, Nitsenko A, Linnik X, Trebukhov A. On the Problem of the Distillation Separation of Secondary Alloys of Magnesium with Zinc and Magnesium with Cadmium. // Metals. 2024; 14(6):671. https://doi.org/10.3390/met14060671
6 Kenzhaliyev B.K., Koizhanova A.K., Atanova O.V., Magomedov D.R., Nurdin H. Research and development ofgold ore processing technology // Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources. 2024; 329(2):63-72. https://doi.org/10.31643/2024/6445.17
7 S.V. Gladyshev, B.K. Kenzhaliyev, L.M. Imangaliyeva, A.K. Kasymzhanova, A.I. Manapova. Production of gallium by electrolysis with the application of non-stationary currents. Engineering Journal of Satbayev University. Vol.145(2023), Issue 5, pp.18-24. https://doi.org/10.51301/ejsu.2023.i5.03
8 Патент на полезную модель № 8335 KZ. Печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне / Дюсебекова М.А., Кенжалиев Б.К., Кожахметов С.М., Квятковский С.А., Ситько Е.А., Семенова А.А. Бюл. №40; опубл. 06.10.2023
9 Заявка на полезную модель МПК С22B 34/12, С22B 1/16, С22B 3/04, Способ переработки некондиционного ильменита с повышенным содержанием хрома, авторы Кенжалиев Б. К., Ультаракова А.А., Садыков Н.М.-К., Тойшыбек А.М.
10 Заявка № 2023/0261.1 от 13.04.2023 Способ извлечения скандия из краcного шлама / Абикак Е.Б., Абдулвалиев Р.А., Кенжалиев Б.К., Гладышев С.В., Ахмадиева Н.К., Касымжанова А.К.
BR18574018
Создание теоретической базы инновационных технологий на основе физико-химических исследований металлосодержащих систем в условиях высокотемпературных и гидрохимических процессов
Руководитель проекта: Абдулвалиев Р.А.
Актуальность: Необходимость вовлечения в промышленную переработку новых источников минерального сырья требует разработки соответствующих технологий. В связи с этим актуальны фундаментальные исследования кинетики и механизма взаимодействия в многокомпонентных металлсодержащих системах, которые станут физико-химическими основами для разработки эффективных, экологически безопасных методов флокулярной флотации, высокотемпературных и гидрометаллургических схем переработки низкокачественного минерального и техногенного сырья с извлечением цветных, редких и благородных металлов. В результате выполнения программы будут созданы теоретические основы нового класса микрогетерогенных эмульсионных реагентов; получены теоретические данные о фазовых превращениях сложных минеральных образований; построены фазовые диаграммы и определены термодинамические константы образования и испарения сплавов на основе магния как модифицирующей или легирующей добавки. Разработка новых технологических решений на основе результатов теоретических исследований будет способствовать внедрению инноваций в металлургической отрасли, увеличению объемов производства цветных, редких, редкоземельных и благородных металлов, ресурсосбережению и решению экологических проблем. Результаты исследований позволят повысить промышленный потенциал республики в сфере металлургического производства благородных, цветных, редких, редкоземельных и тугоплавких металлов за счет применения инновационных технологий. В рамках программы будут исследованы: метод флокулярной флотации для улучшения извлечения тонкодисперсных минералов; влияние биодобавок на процесс выщелачивания благородных металлов из низкокачественного сырья; применение органических многоатомных спиртов для сорбционного извлечения ниобия, лития и РЗМ; кинетические закономерности процесса разложения небокситового сырья с получением глинозема и силикатного шлама; дистилляционная переработка магниевых сплавов; взаимодействие титановых расплавов с цирконатами и титанатами; процессы фазообразования и механизм формирования прочных кальцийфосфатных покрытий на титане; физико-химические свойства оксидных систем и формы содержания цветных металлов в них.
Цель: Установление физико-химических закономерностей и механизма процессов взаимодействия в многокомпонентных металлсодержащих системах при переработке низкокачественного минерального и техногенного сырья методом флокулярной флотации, гидро- и пирометаллургическими способами. Получение новых научных знаний для создания теоретических основ инновационных, экологичных технологий извлечения цветных, редких, редкоземельных и благородных металлов из низкокачественного минерального сырья и техногенных отходов.
Задачи проекта:
Задача 1 - Изучение строения многокомпонентных металлсодержащих систем и механизма процессов взаимодействия, протекающих в многокомпонентных металлсодержащих системах при их переработке.
Задача 2 - Исследование физико-химических закономерностей процессов взаимодействия, протекающих в многокомпонентных металлсодержащих системах при переработке низкокачественного минерального и техногенного сырья.
Задача 3 – Создание теоретических основ для разработки инновационных, экологически безопасных технологий извлечения цветных, редких, редкоземельных и благородных металлов из различного сырья.
Ожидаемые результаты:
В ходе выполнения планируемых исследований будут получены новые фундаментальные знания по кинетике и механизму взаимодействия в многокомпонентных металлсодержащих системах и структуре твердых и жидких систем, которые станут основой для создания инновационных технологий, в частности:
- получены новые микрогетерогенные эмульсионные реагенты на основе изучения их коллоидно-химических свойств, обладающие многофункциональными свойствами;
- получены нано-активаторы и нано-депрессоры для эффективной селекции коллективных концентратов на разноименные минералы;
- использован метод флокулярной микрофлотации для улавливания ультрадисперсных ценных минералов;
- изучены физико-химические характеристики продуктов выщелачивания и структура продуктивных растворов, получены кинетические закономерности и изучен механизм растворения металлов из сложного низкокачественного минерального сырья, изучен состав образующихся при выщелачивании растворов и примесных компонентов на показатели извлечения металлов;
- установлен механизм нового способа гидротермальной активации оксидов щелочноземельных металлов, позволяющий определить закономерность взаимодействия элементов многокомпонентной системы CaO(MgO)-Na2O(K2O)-Al2O3-SiO2 с извлечением в раствор Al2O3 и получением силикатного продукта, не содержащего щелочь и алюминий;
- на основе термодинамических исследований двойных систем магния с легирующими металлами будут созданы новые сплавы специального назначения, обладающие повышенными на 2 % прочностными характеристиками;
- изучены физико-химические процессы, развивающиеся в плазме при реактивном магнетронном распылении мишени из кальция и их влияние на химический и фазовый составы и структуру осаждаемых кальций-фосфатных покрытий; на основе этих данных должен быть разработан эффективный способ покрытий заданного состава и структуры. Разработанный способ позволит увеличить скорость осаждения кальций-фосфатных покрытий в 2-5 раз и снизить стоимость на 40-50 % по сравнению с существующими;
- получены новые данные по влиянию состава многокомпонентных медьсодержащих систем на их свойства и формы нахождения в них цветных металлов;
– опубликованы 5 статей в рецензируемых научных изданиях, входящих во 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти), а также не менее 5 (пяти) статей или обзоров в рецензируемых зарубежных и/или отечественных изданиях, рекомендованных КОКСОН.
Перечень опубликованных работ:
1 Kenzhaliyev, B.; Surkova, T.; Koizhanova, A.; Yessimova, D.; Amanzholova, L.; Dosymbayeva, Z. Study of the Cyanide Leaching of Gold from Low-Grade Raw Materials in the Presence of Amino Acids. Inorganics 2023,11,461. https:// doi.org/10.3390/inorganics11120461
2 Volodin VN, Аbdulvaliyev RA, Trebukhov SA, Nitsenko AV, Linnik XA. Recycling of beryllium, manganese,and zirconium from secondary alloys by magnesium distillation in vacuum. Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources. 2024; 331(4):90-100. https://doi.org/10.31643/2024/6445.42
3 Karshyga Z.; Yersaiynova A.; Yessengaziyev A.; Orynbayev B.; Kvyatkovskaya M.; Silachyov I. Synthesis of Manganese Oxide Sorbent for the Extraction of Lithium from Hydromineral Raw Materials // Materials. – 2023. – Volume 16. – Issue 24, 7548. https://doi.org/10.3390/ma16247548
4 Abdulvaliev R.A., Gladyshev S.V., Akhmadieva N.K., Ruzakhunova G.S., Tugambay S.Sh. Influence of silica on the crystallization process of sodium hydroaluminate.// Complex Use of Mineral Resources. 2025; 333 (2): 71-79 https://doi.org/10.31643/2025/6445.19
5 Rinat Abdulvaliyev, Nazym Akhmadiyeva, Sergey Gladyshev , Nazira Samenova , Olga Kolesnikova, Olimpiada Mankesheva. Behavior of Calcium Compounds under Hydrothermal Conditions during Alkaline Leaching of Aluminosilicates with the Synthesis of Fillers for Composites. // Journal of Composites Science. 2023, 7, 508 (Q2 – 74 процентиль) https://doi.org/10.3390/jcs7120508
6 Mamaeva A.A., Kenzhegulov A.K., Panichkin A.V., Panigrahi M., Fischer D.E. Study of tribological characteristics of micro-arc calcium phosphate coatings on titanium. Complex Use of Mineral Resources.–2024 Vol. 333 No. 2. P. 41-50. https://doi.org/10.31643/2025/6445.16 (квартиль Q3)
7 Mamaeva A.A., Kenzhegulov A.K., Panichkin A.V. Mechanical grinding of hydroxyapatite and its interaction with titanium» // Coatings. 2024, 14(3), 333 https://doi.org/10.3390/coatings14030333
8 Mamaeva A.A., Kenzhegulov A.K., Panichkin A.V. Effect of electric mode of micro-arc oxidation on structural and phase state of calcium-phosphate coating // Materials Research Express. 2024. Том 11, Выпуск 5 (процентиль 79%) https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad4af0
