blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-1-31-38blackmet-3014Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEОсобенности совместного известкового автоклавного обескремнивания кварц-титановых концентратов и гидротермального синтеза гидросиликатов кальцияFeatures of joint lime autoclave desiliconization of quartz-titanium concentrates and hydrothermal synthesis of calcium hydrosilicateshttps://orcid.org/0000-0001-5192-3786ЗаблоцкаяЮ. В.ZablotskayaYu. V.

Юлия Витальевна Заблоцкая, к.т.н., старший научный сотрудник

Россия, 119334, Москва, Ленинский пр. 49

Yuliya V. Zablotskaya, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119334, Russian Federation

yuliaz202123@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-5419-2189ТужилинА. С.TuzhilinA. S.

Алексей Сергеевич Тужилин, к.т.н.

Россия, 119334, Москва, Ленинский пр. 49

Aleksei S. Tuzhilin, Cand. Sci. (Eng.)

49 Leninskii Ave., Moscow 119334, Russian Federation

astuzhilin@mail.ruСадыховГ. Б.SadykhovG. B.

Гусейн Бахлулович Садыхов, д.т.н., заведующий лабораторией проблем металлургии комплексных руд им. академика И.П. Бардина

Россия, 119334, Москва, Ленинский пр. 49

Gusein B. Sadykhov, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Bardin Laboratory of Metallurgy of Complex Ores

49 Leninskii Ave., Moscow 119334, Russian Federation

sadykhov@imet.ac.ruИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2026250220266913138Copyright © Заблоцкая Ю.В., Тужилин А.С., Садыхов Г.Б., 20262026Заблоцкая Ю.В., Тужилин А.С., Садыхов Г.Б.Zablotskaya Y.V., Tuzhilin A.S., Sadykhov G.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/3014

В ИМЕТ РАН разработан автоклавный известково-щелочной способ обескремнивания титановых концентратов Пижемского и Ярегского месторождений (Средний и Южный Тиман, Республика Коми). Рудами этих месторождений являются кварц-лейкоксеновые и кварц-ильменит-лейкоксеновые песчаники. Формирование титановой составляющей данных месторождений связано с лейкоксенизацией ильменита. Геологический процесс включал удаление железа из материнских титановых минералов и заполнение образующихся пустот кварцем путем его кристаллизации из гидротермальных растворов. Это привело к ультрадисперсному размеру включений (1 – 20 мкм) SiO2 и его структуре, характеризующейся более слабыми (ненасыщенными) связями Si – O (Si). В результате достигается высокая степень обескремнивания лейкоксенового и ильменитового концентратов при температуре 220 °C в автоклавных условиях за счет почти полного удаления кварца из зерен титана. Одновременно протекает гидротермальный синтез гидратов метасиликата кальция (тоберморита, ксонотлита), морфологические свойства которых зависят от условий автоклавного выщелачивания. В автоклаве в течение сравнительно короткой продолжительности процесса при соотношении СаО/SiO2 = 0,7 – 1,0 происходит формирование кальциевого силиката с игольчатым габитусом, который образует преимущественно радиально-лучистые агломераты. При последующем прокаливании происходит полная их дегидратация с кристаллизацией β-волластонита (CaSiO3 ), приобретающего все большее практическое применение в различных областях, в том числе и наукоемких.

The Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Russian Academy of Sciences (IMET RAS) developed an autoclave lime-alkali desiliconization method for titanium concentrates from the Pyzhemskoye and Yaregskoye deposits (Sredny and Yuzhny Timan, Komi Republic). The ores of these deposits are quartz-leucoxene and quartz-ilmenite-leucoxene sandstones. The formation of the titanium component of these deposits is associated with the leucoxenization of ilmenite. The geological process involved the removal of iron from the parent titanium minerals and the filling of the resulting voids with quartz through its crystallization from hydrothermal solutions. This resulted in the ultra-dispersed size of inclusions (1 – 20 µm) of SiO2 and its structure characterized by weaker (unsaturated) Si – O (Si) bonds. As a result, a high degree of desiliconization of leucoxene and ilmenite concentrates is achieved at 220 °C under autoclave conditions due to the almost complete removal of quartz from titanium grains. At the same time, hydrothermal synthesis of calcium metasilicate hydrates (tobermarite, xonotlite) takes place, the morphological properties of which depend on the conditions of autoclave leaching. In the autoclave, during a relatively short duration of the process, at a ratio of CaO/SiO2 = 0.7 – 1.0, calcium silicate with a needle-like habit is obtained, which forms predominantly radially radiant sinters. Upon subsequent calcination, their complete dehydration occurs with the crystallization of β-wollastonite (CaSiO3 ) increasingly gaining practical application in various fields, including science-intensive ones.

лейкоксенильмениткварцволластонитизвестковое автоклавное обескремниваниеЯрегское месторождениеПижемское месторождениеleucoxeneilmenitequartzwollastonitelime autoclave desiliconizationYaregskoye depositPyzhemskoye depositРабота выполнялась по государственному заданию № 075-00319-25-00. По материалам XVI Международной научной конференции «Физико-химические основы металлургических процессов» имени академика А.М. Самарина.The work was performed according to the state assignment No. 075-00319-25-00. Based on the materials of the 16th International Scientific Conference “Physicochemical Foundations of Metallurgical Processes” named after Academician A.M. Samarin.ReferencesSchulz K.J., DeYoung J., Seal R., Bradley D. Critical mineral resources of the United States – Economic and environmental geology and prospects for future supply: U.S. Geological Survey Professional Paper; 2017:797. https://doi.org/10.3133/pp1802Schulz K.J., DeYoung J., Seal R., Bradley D. Critical mineral resources of the United States – Economic and environmental geology and prospects for future supply: U.S. Geological Survey Professional Paper; 2017:797. https://doi.org/10.3133/pp1802Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2022 году. Москва: Роснедра; 2023:634.State Report on the State and Use of Mineral Resources of the Russian Federation in 2020. Moscow: Rosnedra; 2021:568.Садыхов Г.Б., Анисонян К.Г., Заблоцкая Ю.В., Олюнина Т.В., Копьев Д.Ю., Гончаров К.В., Балмаев Б.Г., Тужилин А.С. Фундаментальные проблемы обогащения кварц-лейкоксеновых песчаников Тимана с получением качественного титанового сырья. Титан. 2023;(1(77)):4–20.Sadykhov G.B., Anisonyan K.G., Zablotskaya Yu.V., Olyu­nina T.V., Kop’ev D.Yu., Goncharov K.V., Balmaev B.G., Tuzhilin A.S. Fundamental problems of enrichment of quartz-leucoxene sandstones of Timan obtaining high-quality titanium raw materials. Titan. 2023;(1(77)):4–20. (In Russ.)Макеев А.Б., Скублов С.Г., Галанкина О.Л., Василь­­ев Е.А., Красоткина А.О. Псевдорутил-лейкоксен-кварцевые руды Тимана – новый генетический вид титанового сырья: перспективы промышленного освоения. Георесурсы. 2023;25(3):163–174. https://doi.org/10.18599/grs.2023.3.10Makeev A.B., Skublov S.G., Galankina O.L., Vasil’ev E.A., Krasotkina A.O. Pseudorutyl-leucoxene quartz ores of Timan – a new genetic type of titanium raw mate­rials: prospects for industrial development. Georesoursy. 2023;25(3):163–174. (In Russ.). https://doi.org/10.18599/grs.2023.3.10Леонтьев Л.И. Перспективы развития титанового потенциала Ярегского месторождения. Разведка и охрана недр. 2021;(8):56–60.Leontev L.I. Prospects for the development of the titanium potential of the Yareg deposit. Prospect and protection of mineral resources. 2021;(8):56–60. (In Russ.).Кузин Е.Н., Мокрушин И.Г., Кручинина Н.Е. Оценка возможности использования лейкоксен-кварцевого концентрата в качестве сырья для получения титанатов алюминия и магния. Записки Горного института. 2023;264:886–894. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.15Kuzin E.N., Mokrushin I.G., Kruchinina N.E. Assessment of the possibility of using leucoxene-quartz concentrate as raw material for production of aluminium and magnesium titanates. Journal of the Mining Institute. 2023;264:886–894. (In Russ.). https://doi.org/10.31897/PMI.2023.15Сметанников А.Ф., Оносов Д.В., Коротченкова О.В., Оносова Е.Ф. Десиликация кварц-лейкоксенового концентрата из нефти и промпродуктов титановых руд. Горный журнал. 2023;(11):103–108. https://doi.org/10.17580/gzh.2023.11.18Smetannikov A.F., Onosov D.V., Korotchenkova O.V., Onosova E.F. Desilication of quartz–leucoxene concentrate of oil and titanium ore middlings. Gornyi Zhurnal. 2023;(11):103–108. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/gzh.2023.11.18Игнатьев В.Д., Бурцев И.Н. Лейкоксен Тимана. Санкт-Петербург: Наука; 1997:215.Ignatiev V.D., Burtsev I.N. Timan’s Leukoxene. St. Petersburg: Nauka; 1997:215. (In Russ.).Пат. 2779624 RU. Способ переработки кварц-лейкоксе­новых концентратов с получением искусственного порис­того рутила, синтетического игольчатого волластонита и прокаленного кварцевого песка / Садыхов Г.Б., Анисонян К.Г., Заблоцкая Ю.В. и др.; заявлено 23.11.2021; опубликовано12.09.2022. Бюллетень № 2021134186.Sadykhov G.B., Anisonyan K.G., Zablotskaya Yu.V., etc. Method for processing quartz-leucoxene concentrates to produce artificial porous rutile, synthetic needle-like wollastonite and calcined quartz sand. Patent RF no. 2779624. IPC C22B 34/12, C22B3/06, C01G 23/047. Bulleten’ izobretenii. 2021. (In Russ.).Заблоцкая Ю.В., Садыхов Г.Б., Гончаренко Т.В., Олюни­­на Т.В., Анисонян К.Г., Тагиров Р.К. Особенности процессов автоклавного выщелачивания лейкоксенового кон­центрата с участием Ca(OH)2 . Металлы. 2011;(6):9–14.Zablotskaya Yu.V., Sadykhov G.B., Goncharenko T.V., Olyu­nina T.V., Anisonyan K.G., Tagirov R.K. Features of autoclave leaching of leucoxene concentrate with participation of Ca(OH)2 . Metally. 2011;(6):9–14. (In Russ.).Zablotskaya Yu.V., Sadykhov G.B., Tuzhilin A.S., Olyu­nina T.V. Effects of desilication conditions on the formation of wollastonite during the autoclave leaching of silica–titanium concentrates. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024;58(1):95–100. https://doi.org/10.1134/S0040579524700192Zablotskaya Yu.V., Sadykhov G.B., Tuzhilin A.S., Olyu­nina T.V. Effects of desilication conditions on the formation of wollastonite during the autoclave leaching of silica–titanium concentrates. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024;58(1):95–100. https://doi.org/10.1134/S0040579524700192Baltakys K., Siauciunas R. The infuence of γ-Al2O3 and Na2O on the formation of calcium silicate hydrates in the CaO–quartz–H2O system. Mater Science – Poland. 2007;25(1):185–198.Baltakys K., Siauciunas R. The infuence of γ-Al2O3 and Na2O on the formation of calcium silicate hydrates in the CaO–quartz–H2O system. Mater Science – Poland. 2007;25(1):185–198.Zanaveskin K.L., Maslennikov A.N., Zanaveskina S.M., Dmitriev G.S., Zanaveskin L.N., Politova E.D., Vlasenko V.I. Leaching SiO2 and Al2O3 impurities from leucoxene from the Yaregskoe deposit by sodium hydroxide solution. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019;53(4): 669–679. https://doi.org/10.1134/S0040579519040110Zanaveskin K.L., Maslennikov A.N., Zanaveskina S.M., Dmitriev G.S., Zanaveskin L.N., Politova E.D., Vlasenko V.I. Leaching SiO2 and Al2O3 impurities from leucoxene from the Yaregskoe deposit by sodium hydroxide solution. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019;53(4): 669–679. https://doi.org/10.1134/S0040579519040110Deleuze M., Goiffon A., Ibanez A., Phillipot E. Solvent influence on kinetics and dissolution mechanism of quartz in concentrated basic media (NaOH, KOH, LiOH). Journal of Solid State Chemistry. 1995;118(2):254–260. https://doi.org/10.1006/jssc.1995.1341Deleuze M., Goiffon A., Ibanez A., Phillipot E. Solvent influence on kinetics and dissolution mechanism of quartz in concentrated basic media (NaOH, KOH, LiOH). Journal of Solid State Chemistry. 1995;118(2):254–260. https://doi.org/10.1006/jssc.1995.1341Waleed T. Rashid. Optimization alkaline leaching of silicon element from bauxite ore. Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences. 2021;14(3):174–179. https://doi.org/10.30772/qjes.v14i3.890Waleed T. Rashid. Optimization alkaline leaching of silicon element from bauxite ore. Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences. 2021;14(3):174–179. https://doi.org/10.30772/qjes.v14i3.890Zulumyan N., Isahakyan A., Melikyan S. The influence of NaOH on the synthesis of calcium silicates. Journal of Inorgamic and Organometric Polymers and Mate­rials. 2017;27:1323–1332. https://doi.org/10.1007/s10904-017-0586-9Zulumyan N., Isahakyan A., Melikyan S. The influence of NaOH on the synthesis of calcium silicates. Journal of Inorgamic and Organometric Polymers and Mate­rials. 2017;27:1323–1332. https://doi.org/10.1007/s10904-017-0586-9Taylor H.F.W. Cement Chemistry. London: Thomas Telford; 1997:480.Taylor H.F.W. Cement Chemistry. London: Thomas Telford; 1997:480.Black L., Garbev K., Stumm A. Structure, bonding and morphology of hydrothermally synthesised xonotlite. Advances in Applied Ceramics. 2009;108(3):137–144. https://doi.org/10.1179/174367608X353638Black L., Garbev K., Stumm A. Structure, bonding and morphology of hydrothermally synthesised xonotlite. Advances in Applied Ceramics. 2009;108(3):137–144. https://doi.org/10.1179/174367608X353638Гладун В.Д., Акатьева Л.В., Холькин А.И. Синтетические силикаты кальция. Москва: ИРИСБУК; 2011:232.Gladun V.D., Akatieva L.V., Kholkin A.I. Synthetic Calcium Silicates. Moscow: IRISBOOK; 2011:232. (In Russ.).Smalakys G., Siauciunas R. Peculiarities of xonotlite synthesis from the raw materials with diferent SiO2 activities. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020;142: 1671–1679. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09744-2Smalakys G., Siauciunas R. Peculiarities of xonotlite synthesis from the raw materials with diferent SiO2 activities. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020;142: 1671–1679. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09744-2Baltakys K., Siauciunas R. Physically and chemically bound H2O in the gyrolite structure. Materials Science – Poland. 2009;27(1):255–263.Baltakys K., Siauciunas R. Physically and chemically bound H2O in the gyrolite structure. Materials Science – Poland. 2009;27(1):255–263.Набойченко С.С., Ни Л.П., Шнеерсон Я.М., Чугаев Л.В. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ; 2002:940.Naboichenko S.S., Ni L.P., Schneerson Ya.M., Chugaev L.V. Autoclave Hydrometallurgy of Non-Ferrous Metals. Yeka­terinburg: USTU-UPI; 2002:940. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.