Инженерно-геологическая характеристика гипсосодержащих отходов нейтрализации серной кислоты известняком

Одной из актуальных проблем инженерной геологии является обоснование безопасного и рационального складирования отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленностей. В работе представлена инженерно-геологическая характеристика гипсосодержащих отходов нейтрализации серной кислоты известняком, рассматриваемых как слабые техногенные дисперсные грунты, на основе комплексных исследований их состава и физико-механических свойств. Объектом изучения является мономинеральный материал — двуводный гипс, полученный в результате химической реакции CaCO₃ и H₂SO₄ при участии воды. Исследования включали гранулометрический, рентгенофазовый, химический анализ, микроскопию, а также комплекс исследований механических свойств. Установлены зависимости прочностных и фильтрационных свойств от плотности и влажности материала. Показано, что данный тип гипсосодержащих отходов обладает специфическими свойствами, отличающими их от природных грунтов, что требует учета при использовании стандартных методик для их изучения. Установлено, что гипсосодержащие отходы нейтрализации серной кислоты обладают высокой сжимаемостью и низкой фильтрационной способностью. Учитывая эти особенности, предложены рекомендации по проектированию гипсохранилищ и обращению с подобными отходами. Полученные данные могут быть использованы для обоснования инженерных решений при складировании, рекультивации и утилизации гипсосодержащих отходов, а также при разработке нормативных требований к оценке их свойств.

Поспехов Г. Б., Изотова В. А. Инженерно-геологическая характеристика гипсосодержащих отходов нейтрализации серной кислоты известняком // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 11-1. — С. 131—148. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_111_0_131.

авторы выражают благодарность сотрудникам Научного центра геомеханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского горного университета, преподавателям и аспирантам кафедры инженерной и экологической геологии МГУ им. М. В. Ломоносова, а также коллегам из ЦКП «АИРИЗ» ИГГД РАН за консультации и помощь в проведении исследований.

Поспехов Георгий Борисович — заведующий лабораторией моделирования Научного центра геомеханики и проблем горного производства, кандидат геолого-минералогических наук, https://orcid.org/0000-0001-9090-5150, 199106, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, 21-я линия В. О., 2, Россия, e-mail: pospehov@spmi.ru;
Изотова Виолетта Андреевна — аспирант кафедры гидрогеологии и инженерной геологии, https://orcid.org/0000-0003-4202-4767, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, 21-я линия В. О., 2, Россия, телефон: +79112764538, e-mail: s185021@stud.spmi.ru.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Изотова Виолетта Андреевна, e-mail: s185021@stud.spmi.ru.

1. Ларионова Н. А. Использование промышленных отходов в качестве вторичного минерального сырья для получения строительных материалов с заданными свойствами. — М.: ГеоИнфо, 2017. — 500 с.
2. Горькова И. М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. — М.: Стройиздат, 1975. — 151 с.
3. Карапетян К. Г., Дорош И. В., Згонник П. В., Коршунов А. Д., Перина А. И. Сорбенты на основе вспененного фосфатного стекла для сбора нефтепродуктов с загрязнённых почв и водных поверхностей // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2024. — Т. 335. — № 8. — С. 227–240. DOI: 10.18799/24131830/2024/8/4484.
4. Данильев С. М., Мулев О. М., Шнюкова О. М. Корреляционно-регрессионный анализ активности естественной электромагнитной и акустической эмиссии в образцах горных пород Октябрьского месторождения // Горный журнал. – 2024. — № 9. — С. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2024.09.08.
5. Огородникова Е. Н., Николаева С. К., Ван Ч. Намывные грунты и управление их свойствами. — М.: Российский университет дружбы народов, 2014. – 368 с.
6. Зиангиров Р. С., Черняк Э. Р. Инженерно-геологические свойства нефелиновых песков — отвалов апатито-нефелинового производства в связи с их складированием // Инженерная геология. — 1979. — Вып. 5. — С. 66–77.
7. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А. Техногенез намывных отложений // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2003. – № 5. — С. 405–413.
8. Прокудина Е. В., Тропников Д. Л., Каратаев А. В., Шукшина О. В. Нейтрализация технической серной кислоты природным известняком на ОАО «Святогор» // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2016. — № 8. — С. 340–345.
9. Взородов С. А. Особенности процесса нейтрализации технической серной кислоты природным известняком // Бутлеровские сообщения. — 2019. — Т. 58. — № 4. — С. 110–118.
10. Леонтьев Л. И. Экологические проблемы «Норильского никеля» и возможные пути их решения // Экология и промышленность России. — 2017. — Т. 21. — № 2. — С. 15–19. DOI: 10.18412/1816-0395-2017-2-15−19.
11. Лысухо Н. А., Ерошина Д. М. Отходы производства и потребления, их влияние на природную среду. — М.: МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2011. — 210 с.
12. Кудашов Е. С. Оценка инженерно-геологических условий намывных гипсонакопителей // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. — 2013. — Т. 270. – С. 77–84.
13. Саенко Ю. В., Ширанов А. М., Невзоров А. Л. Механические свойства фосфогипса и возможные направления его утилизации // Construction and Geotechnics. — 2021. — Т. 12. — № 3. — С. 84–93. DOI: 10.15593/2224−9826/2021.3.09.
14. Avşar E. An experimental investigation of shear strength behavior of a welded bimrock by meso-scale direct shear tests // Engineering Geology. 2021, no. 294, 106321. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106321. 
15. Комаров А. А., Короб Н. Г., Романовский В. И. Синтез дигидрата сульфата кальция из техногенного сырья // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. — 2021. – Вып. 16. — С. 76–82. 
16. Wu P., Liu X., Liu X., Zhang Z., Wei C. Effect of industrial byproduct gypsum on the mechanical properties and stabilization of hazardous elements of cementitious materials: A Review // Materials. 2024, no. 17, 4183. https://doi.org/10.3390/ma17174183. 
17. Лебедев В. А., Федоткина А. Н. Классификация технологий по извлечению геотермальной теплоты // Горная промышленность. — 2025. — № 2. — С. 176–183. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-2-176−183.
18. Chen Qiuju, Ding Wenjin, Sun Hongjuan, Peng Tongjiang. Synthesis of anhydrite from red gypsum and acidic wastewater treatment // Journal of Cleaner Production. 2021, no. 278, 124026. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124026. 
19. Geraldo R. H., Pinheiro S. M. M., Silva J. S., Andrade H. M. C., Dweck J., Gonçalves J. P., Camarini G. Gypsum plaster waste recycling: A potential environmental and industrial solution // Journal of Cleaner Production. 2017, no. 164, pp. 288–300. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.06.188. 
20. Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса. — Пенза: ПГУАС, 2008. — 696 с.
21. Atkinson J. H. and Bransby P. L. The Mechanics of Soils: an Introduction to Critical State Soil Mechanics. — McGraw-Hill Book Co., 1978, 375 p. 
22. Ковалевский В. Н., Мысин А. В., Сушкова В. И. Теоретические аспекты блочного метода взрывной отбойки блочного камня // Горная наука и технологии (Россия). — 2024. — № 9(2). — С. 97–104. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-12−187.
23. Skempton A. W. The Pore Pressure Coefficients A and B. Geotechnique. 1954, no. 4, pp. 143–147. https://doi.org/10.1680/geot.1954.4.4.143.
24. Федоренко Е. В. Интерпретация результатов испытаний при определении прочностных характеристик грунтов. История и состояние вопроса // Грунтоведение. — 2023. — № 1(20). — С. 34–46. DOI: 10.53278/2306-9139-2023-1-20−34−46.
25. Gee G. W., Bauder J. W. Particle-size analysis // Methods of Soil Analysis: Part 1. SSSA Book Series 5.1, 1986, pp. 383–411. 
26. Ryzak M. Methodological aspects of determining soil particle-size distribution using the laser-diffraction method // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2011, no. 174, pp. 624–633. 
27. Иванков С. И., Шубов Л. Я., Троицкий А. В. Рациональные запатентованные технологии переработки и утилизации твердых промышленных отходов. Обзор. Часть 1 // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. — 2021. — № 5. — С. 2–100. DOI: 10.36535/0869-1002-2021-05−1. 
28. Кутепов Ю. Ю., Карасев М. А. Изучение и прогноз уплотнения фосфогипса в отвалах для обоснования их вместимости // Горный журнал. — 2023. — № 5. – С. 61–67. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.09.
29. Маринин М. А. Расчет параметров буровзрывных работ на заданный гранулометрический состав взорванной горной массы при открытой разработке месторождений полезных ископаемых // Горный журнал. — 2025. — № 3. — С. 78–85. DOI: 10.17580/gzh.2025.03.10.
30. Petrakov D. G., Karmanskiy D. A. Comparison of Analytical and Experimental Methods for Determining Dependency of Permeability of Clayey Sandstones on Effective Pressure // International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2025, no. 38 (11), pp. 2502–2510. DOI: 10.5829/ije.2025.38.11b.03. 
31. Tabish R., Yang Z., Wu L., Xu Z., Cao Z., Zheng K., Zhang Y. Predicting the settlement of mine waste dump using multi-source remote sensing and a secondary consolidation model // Frontiers in Environmental Science. 2022, vol. 10, article 885346. DOI: 10.3389/fenvs.2022.885346. 
32. Басалаева П. В., Куранов А. Д. Оценка влияния угла падения литологически неоднородной прослойки пород на устойчивость горизонтальной горной выработки при ее проходке // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 3. — С. 17–30. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_17.
33. Bayatanova L., Rakhadilov B., Kengesbekov A., Kylyshkanov M., Abdulina S., Adilkanova M., Sagdoldina Z. Production of anhydrite binder from waste fluorangydrite // ChemEngineering. 2023, no. 7, p. 28. https://doi.org/10.3390/chemengineering7020028. 
34. Коробанова Т. Н. Изучение прочностных характеристик техногенных пород отвала БФ АО «Апатит» // Успехи современной науки и образования. — 2016. — Т. 7. — № 11. — С. 113–117.
35. Karasev M., Astapenka T. Assessment of the Influence of Formation Conditions of Embankments and Spoil Heaps on Their Stability When Dumped on Clay-Salt Slurries // Eng. 2025, no. 6 (1), p. 2. https://doi.org/10.3390/eng6010002.