Опоки месторождений России как природные сорбенты для очистки сточных вод: химико-минералогический состав и адсорбционно-структурные свойства

Сорбционная доочистка относится к наиболее эффективным методам удаления биологически устойчивых загрязняющих веществ из производственных сточных вод. Актуальной задачей является расширение минерально-сырьевой базы недорогих природных сорбентов, пригодных для водоочистки. Цель работы – установление общих закономерностей химико-минералогического состава и адсорбционно-структурных свойств опок ряда месторождений Российской Федерации как основы их применения в качестве сорбентов без предварительной термохимической обработки. Исследованы образцы опок Каменноярского, Саратовского, Артемовского и Сухоложского месторождений, а также инзенский диатомит; сравнение проводили с кварцевым песком и бентонитом. Химический состав изучен методом энергодисперсионной спектроскопии, минеральный – методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии, адсорбционно-структурные характеристики – по низкотемпературным изотермам адсорбции азота (методы Брунауэра–Эммета–Теллера и Ленгмюра), сорбционная активность – по адсорбции метиленового синего. Установлена высокая однородность химического состава по породообразующим оксидам: коэффициент вариации содержания SiO2 и Al2O3 не превышает 7% как в пределах месторождения, так и по классу дисперсных кремнеземов в целом. Показано, что сорбционная способность возрастает с увеличением содержания глинозема, глинистых минералов и оксидов щелочных и щелочноземельных металлов и снижается с ростом содержания кремнезема. Подтвержден мезопористый характер опок (изотермы IV типа), определено влияние измельчения на пористую структуру. Обоснована возможность применения нативных опок в напорных фильтрах без термохимической модификации, что снижает себестоимость сорбента при сохранении его физико-химических свойств.

Вурдова Н. Г., Овчинникова Т. И., Мещанова В. Д., Вурдов П. Ю. Опоки месторождений России как природные сорбенты для очистки сточных вод: химикоминералогический состав и адсорбционно-структурные свойства // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 12. – С. 18–31. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_12_0_18.

Вурдова Надежда Георгиевна¹ — д-р техн. наук, профессор, EMBA, e-mail: nadya_vurdova@mail.ru, ORCID ID: 0009-0001-4624-1569,
Овчинникова Татьяна Игоревна¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: ovchinnikova_ti@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5849-6473,
Мещанова Валерия Дмитриевна¹ — аспирантка, e-mail: Meschanova.valera@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0007-2832-7709,
Вурдов Петр Юрьевич¹ — аспирант, e-mail: prod@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0003-4302-8783,
¹ НИТУ МИСИС.

Вурдова Н.Г., e-mail: vurdova2019@gmail.com.

1. Вурдова Н. Г. Принцип эколого-экономической сбалансированности в развитии водного хозяйства крупного предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 2. — С. 28—42. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_2_0_28.

2. Al Aqad K. M., Abdelnaby M. M., Tanimu A., Abdulazeez I., Elsharif A. M. Adsorbent materials for water treatment: a review of current trends and future challenges // Environmental Pollution and Management. 2025, vol. 2, pp. 1—13. DOI: 10.1016/j.epm.2024.12.003.

3. Тарасевич Ю. И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. — Киев: Наукова думка, 1981. — 208 с.

4. Природные сорбенты СССР / Под ред. У. Г. Дистанова. — М.: Недра, 1990. — 208 с.

5. Чукин Г. Д. Химия поверхности и строение дисперсного кремнезема. — М.: Принта, 2008. — 172 с.

6. Салахутдинова А. Р., Алыков Н. М., Алыков Н. Н. Установка для очистки воды с использованием сорбента на основе опок Астраханской области // Экология и промышленность России. — 2014. — № 5. — С. 8—12. DOI: 10.18412/1816-0395-2014-5-8-12.

7. Коростелева Ю. А., Фетюхина Е. Г., Игнарина Л. М. Сорбент на основе диатомита Диамикс Аква — эффективная и выгодная альтернатива угольным фильтрам в очистке вод электростанций // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. — 2020. — № 6. — С. 44—51.

8. Иванова Л. А., Просеков А. Ю., Иванов П. П., Михайлова Е. С., Тимощук И. В., Горелкина А. К. Оценка эффективности очистки сточных вод угольных предприятий от взвешенных твердых частиц с использованием различных фильтрующих материалов // Горное дело и технология. — 2024. — № 9(3). — С. 263—270. DOI: 10.17073/2500-0632-2024-03-227.

9. Abu Khadra M. R., Eid M. H., Allam A. A., Ajarem J. S., Almalki A. M., Salama Y. Evaluation of different forms of Egyptian diatomite for the removal of ammonium ions from Lake Qarun: A realistic study to avoid eutrophication // Environmental Pollution. 2020, vol. 266, pt. 2, article 115277. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115277.

10. Muntean S. G., Nistor M. A., Nastas R., Petuhov O. Dyes and heavy metals removal from aqueous solutions using raw and modified diatomite // Processes. 2023, vol. 11, no. 8, article 2245. DOI: 10.3390/pr11082245.

11. Gonfa G., Kidanu A., Akram S., Basant L., Kezembayeva G., Bokov D., Asghari A., Yadav K., Saravanan A., Hosseini-Bandegharaei A. Adsorptive removal of Cr(VI) from water using silver nanoparticle modified-diatomite nanocomposite // Scientific Reports. 2025, vol. 15, article 41993. DOI: 10.1038/s41598-025-25998-y.

12. Bizhanova G., Abdibattayeva M., Ping W., Mussina U., Kurbanova L., Zhumazhanov A., Akhmetzhanova D., Doszhanov O., Ismukhanbetov B., Bolatova D., Doszhanov Y. Efficient removal of ammonium nitrogen from aquatic systems using thermally and alkali-modified diatomite and zeolite // Water. 2026, vol. 18, no. 9, article 1104. DOI: 10.3390/w18091104.

13. Alsar Zh., Duskinova B., Insepov Z. New sorption properties of diatomaceous earth for water desalination and reducing salt stress of plants // Eurasian Chemico-Technological Journal. 2020, vol. 22, no. 2, pp. 89—97. DOI: 10.18321/ectj955.

14. Hussein E. B., Rasheed F. A., Mohammed A. S., Kayani K. F. Emerging nanotechnology approaches for sustainable water treatment and heavy metals removal: a comprehensive review // RSC Advances. 2025, vol. 15, no. 48, article 41061. DOI: 10.1039/D5RA06914A.

15. Gondek K., Micek P., Baran A., Bajda T., Kowal J., Lis M., Wyrobisz-Papiewska A., Wojtysiak D., Smoron K. Modified natural diatomite with various additives and its environmental potential // Materials. 2023, vol. 16, no. 12, article 4494. DOI: 10.3390/ma16124494.

16. Zawadzka B., Siwiec T., Reczek L., Marzec M., Jóźwiakowski K. Modeling of phosphate sorption process on the surface of Rockfos® material using langmuir isotherms // Applied Sciences. 2024, vol. 14, no. 23, article 10996. DOI: 10.3390/app142310996.

17. Makarski M., Piotrowska K., Żbikowski A., Pawłowski K., Rygało-Galewska A., Szmidt M., Łozicki A., Niemiec T. Silica–calcite sedimentary rock (opoka) enhances the immunological status and improves the growth rate in broilers exposed to ochratoxin A in feed // Animals. 2024, vol. 14, no. 1, article 0024. DOI: 10.3390/ani14010024.

18. Вурдова Н. Г., Куликова Е. Ю. Утилизация опасных шламов литификацией опоками // Строительство и техногенная безопасность. — 2024. — № 35 (87). — С. 81—87. DOI: 10.29039/2413-1873-2024-35-81-87. 

19. Вурдова Н. Г., Абуова Г. Б., Боронина Л. В., Захаров С. С., Радченко О. П., Фролов М. А. Исследование характеристик гетероповерхностных композиционных сорбентов на основе вторичного сырья // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. — 2024. — № 2 (95). — С. 133—142. DOI: 10.35211/18154360_2024_2_133.

20. Vurdova N. G., Ovchinnikova T. I., Tertychnaya S. V., Kulikova A. A., Meshchanova V. D., Vurdov P. Y., Birman Y. A., Krotova M. V., Yakusheva A. A. An innovative technical solution for the extraction and disposal of hazardous industrial waste for landfill decommissioning // Environments. 2026, vol. 13, no. 5, article 0272. DOI: 10.3390/environments13050272.

21. Антонинова Н. Ю., Собенин А. В., Усманов А. И., Кузнецова Я. А. Об основных параметрах безотходной технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов при проектировании разработки медноколчеданных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 12-1. — С. 90—103. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_121_0_90.

22. Михайлова Е. С., Тимощук И. В., Горелкина А. К., Семенова С. А. Изучение состояния поверхности сорбентов АС и МС после элиминации анионов из сточных вод предприятий угледобычи // Устойчивое развитие горных территорий. — 2025. — Т. 17. — № 1. — С. 27—40. DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-1-27-40.

23. Апакашев Р. А., Малышев А. Н., Лебзин М. С., Курмачева В. С., Гордеева Ю. Ф. Влияние кислотности среды на десорбцию ионов меди (II) из природных сорбентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 12-1. — С. 22—33. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_22.

24. Овчинникова Т. И., Серянина А. В., Соколова А. А., Тертычная С. В. Оценка геоэкологических рисков как элемент управления экологической безопасностью на металлургических предприятиях // Черные металлы. — 2024. — № 8. — С. 71—76. DOI: 10.17580/chm.2024.08.08.

25. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геоэкологических рисков при ведении открытых и подземных горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 205—216. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-205-216.