Опыт ИРНИТУ: новые флотационные технологии и реагенты для горной отрасли

Растущий спрос на критические металлы меняет ситуацию в горной отрасли. В условиях истощения участков недр, которые находятся в эксплуатации с прошлого века, в промышленный оборот всё активнее запускаются более бедные и сложные для отработки комплексные месторождения, а также твёрдые минеральные отходы.

Но для эффективного извлечения из них полезных компонентов нужны новые технологии и материалы. Свой вклад в решение этой задачи вносит коллектив созданной в 2023 году в Иркутском национальном исследовательском техническом университете (ИРНИТУ) лаборатории «Флотация и химия реагентов».

Разработкой флотационных технологий и реагентикой на кафедре обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды занимались задолго до того, как иркутский политех получил статус национального университета. Ещё с последней четверти XX века вуз активно сотрудничал с предприятиями нефтегазового комплекса и горной промышленности.

«Тематика эта появилась не спонтанно. В 1980-1990 годы ректором института был Сергей Борисович Леонов, имя которого носит сегодня наша кафедра. Уже тогда велась большая работа по синтезу и опробованию флотационных реагентов для извлечения полезных ископаемых.

Продолжая эти традиции, мы пять лет назад инициировали аналогичные исследовательские работы, но с учётом актуальных запросов предприятий нефтегазохимического комплекса и горно-обогатительных фабрик, а это «зелёные» реагенты, применение новых, более эффективных флотационных, селективных, сорбционных технологий, переработка ТМО, очистка стоков. Сразу же возобновилась коллаборация с Иркутским институтом химии им. А. Е. Фаворского: коллеги синтезируют реагенты, а мы их опробуем на разных видах сырья, в том числе на образцах золотосодержащих, полиметаллических, апатитонефелиновых руд.

В 2023 году наша лаборатория получила официальный статус, а фактически был создан консорциум, в который сегодня, помимо института химии СО РАН, входят НИиПИ «ТОМС», Иркутский завод тяжёлого машиностроения и ряд других индустриальных партнёров, которые занимаются научными исследованиями, производством реагентов и горно-обогатительного оборудования», — рассказал руководитель лаборатории «Флотация и химия реагентов», доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды им. С. Б. Леонова ИРНИТУ Александр Бурдонов.

Сегодня сотрудники этой лаборатории выполняют НИОКР по заказу крупных горных и металлургических предприятий, среди которых подразделения АЛРОСА, ПАО «Норильский никель», ИЗТМ, «СервисТехноПром», ПАО «СИБУР Холдинг». А кроме того, реализуют гранты Российского научного фонда, привлекая к научно-исследовательской работе студентов и аспирантов.

Запатентованные реагенты для золотосульфидных руд

В 2024 году учёные запатентовали реагенты для флотационного обогащения золотосодержащих сульфидных руд. Это стало результатом совместной работы ИРНИТУ и ИрИХ им. А. Е. Фаворского СО РАН в рамках программы «Приоритет-2030». Этот федеральный проект Министерства науки и высшего образования призван заместить импортные и создать новые отечественные технологии. В реализации проекта участвовали доценты ИРНИТУ Александр Бурдонов и Вячеслав Барахтенко, аспирантка Татьяна Сахабутдинова, научные сотрудники ИрИХ СО РАН Игорь Розенцвейг, Екатерина Верочкина, Надежда Вчисло и Виктория Федосеева.

По словам Александра Бурдонова, авторский коллектив разработал композицию из 2-метил-3-бутин-2-ола (собирателя), метилизобутиленкарбинола (вспенивателя) и медного купороса (активатора). Второй вариант — это комплекс собирателей, в основе которого бутиловый ксантогенат калия. Реагенты необходимо смешивать и добавлять в пропорции от 10 до 100 граммов на тонну руды. Синтезированные соединения усиливают действие уже имеющихся химических составов и повышают процент извлечения драгоценного металла.

Тематику этого исследования определила геологическая и ресурсная специфика региона. По данным пресс-службы правительства Иркутской области за 2024 год, недропользователи вели здесь добычу на 390 месторождениях золота. Неудивительно, что новый продукт оказался востребованным у золотопромышленников. Однако реагенты нужны и для работы с другими видами твёрдых полезных ископаемых.

Технологии извлечения цветных металлов из полиметаллических руд в России постоянно совершенствуются. Это направление деятельности лаборатории «Флотация и химия реагентов» стало ключевым. В течение трёх лет исследователи разработали более четырёх десятков реагентов, чтобы с их помощью процесс обогащения ТПИ стал более совершенным и позволял получать больше нужных компонентов из горных пород.

«Процесс флотации требует использования комплексных химических реагентов, включая собиратели, пеноообразователи, модификаторы поверхности, регуляторы рН. Разработка подходящих композиций для каждого вида сырья играет жизненно важную роль в эффективности флотации.

Например, собиратели отвечают за повышение гидрофобности, поэтому так важно уделить внимание их подбору, чтобы увеличить контрастность поверхностных свойств разделяемых минералов», — отмечают соавторы статьи «Синтез новых производных ксаноагентов и дитикарбаматов и их применение в процессах обогащения», среди которых Александр Бурдонов, Игорь Розенцвейг, Екатерина Верочкина, Надежда Вчисло.

До этого, в 2022 году, Александр Бурдонов выиграл грант Российского научного фонда на реализацию проекта по теме «Новые флотореагенты для обогащения металлических руд на основе элементных халькогенов, халькогенсодержащих веществ и хлорорганических электрофилов». Результаты исследований опубликованы и вызвали интерес отраслевого экспертного сообщества.

Технологии извлечения редких и редкоземельных металлов

Новым этапом в деятельности лаборатории стал поиск соединений для извлечения редких и редкоземельных металлов. На финансирование этого направления тоже пойдут средства гранта Российского научного фонда. Нужно отметить, что для ИРНИТУ это опять-таки тема не новая: в институте обобщён многолетний опыт исследований, связанных с гидроминеральными источниками сырья.

По словам профессора кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды ИРНИТУ Елены Зелинской, которая занимается изучением промышленных рассолов с 1992 года, наработки учёных в этой области не только стали темой многочисленных публикаций, но и были апробированы на реальных объектах.

В качестве источников критически важного сырья, безусловно, рассматриваются и полиметаллические месторождения. И это важно, ведь уже к 2030 году России предстоит увеличить объёмы выпуска РМ и РЗМ в семь-восемь раз и сократить долю импорта в их потреблении до 15%. По официальной оценке, которую высказал вице-премьер Дмитрий Патрушев в апреле 2025 года, на регионы СФО приходится до 18% разведанных запасов редкоземельных металлов России. Среди них и те, которые могут составить конкуренцию мировому монополисту — Китаю, который в прошлом году обеспечил более 70% мировой добычи оксидов РЗМ.

Есть редкозёмы и в Иркутской области. По информации Роснедр за 2021 год, только на Белозиминском месторождении балансовые запасы оцениваются примерно в 1,65 млн т РЗМ (по категории C2). Это около 5,7% общероссийских запасов. Иркутская область включена в «Стратегию развития Сибири до 2035 года» как один из центров добычи РЗМ, поскольку регион обладает развитой научно-технологической базой и значительными запасами ниобия и тантала.

Именно эти металлы — в центре внимания исследователей из лаборатории «Флотация и химия реагентов».

Сложность в том, что все сибирские месторождения — комплексные, то есть в руде содержится сразу несколько полезных компонентов, но концентрация каждого из них не слишком высока. Поэтому требуются подходящие для каждого вида сырья технологии обогащения и разделения.

Большой опыт в этой сфере накопили в КНР, где на одном из самых крупных в мире месторождений Баян-Обо в автономном районе Внутренняя Монголия применяются сразу несколько методов разделения.

Взаимодействие с коллегами из Китая открывает дополнительные возможности для поиска решений, которые будут оптимальными для отечественных предприятий с такой спецификой. И в ИРНИТУ это учитывают. В минувшем году доцент Александр Бурдонов и аспиранты Татьяна Сахабутдинова, Ван Айцин прошли двухнедельную стажировку в Университете науки и технологий Внутренней Монголии (город Баотоу, КНР). Совместные исследования по флотации колумбита и бастензита стали частью дорожной карты, которую подписали ИРНИТУ, ИЗТМ и НИиПИ «ТОМС», участвуя в уже упомянутой программе «Приоритет-2030».

«Под руководством профессора Сяо мы проверяли, насколько применимы новые синтезированные реагенты для обогащения редкоземельных металлов. Первый этап — опыты по флотации, затем — изучение дзета-потенциала флотореагентов, фиксация изменений свойств поверхности. Далее мы измеряли угол смачиваемости, показывающий, с какой эффективностью вещество закрепляется на поверхности минерала при его флотации», — поделилась впечатлениями Татьяна Сахабутдинова.

По словам Александра Бурдонова, это первый шаг в проведении фундаментальных исследований, которые лягут в основу решений производственных задач, которые стоят перед горно-обогатительными предприятиями России по добыче РМ и РЗМ. По этому направлению лаборатория сотрудничает и с горнорудным дивизионом «Росатома», где специалисты также прошли краткосрочную стажировку.

Решения для сгущения, очистки стоков и укладки хвостов

Хвостохранилища и стоки ГОКов содержат целый «букет» химических соединений, как потенциально полезных, так и опасных для окружающей среды. Извлечь нужное и сберечь ресурсы, снизить экологические риски или даже свести их к нулю тоже помогают специально разработанные и подобранные реагенты.

«Этой деятельностью мы занимаемся вместе с коллегами, представляющими Иркутский завод тяжёлого машиностроения. Речь идёт о разработке технологий для сгущения, осветления сточных вод, транспортировки отходов обогащения, укладки хвостов и о других смежных направлениях.

В конструкторском бюро института по нашим требованиям спроектировали оборудование, затем мы своими силами изготовили эти установки и сейчас эксплуатируем их, проводим опробывания, в том числе ряд проектов по сгущению пульп реализовали с алмазодобывающими компаниями. С течением времени нам удалось собрать коллектив, который успешно выполняет такие работы для отраслевых промышленных предприятий как в Сибири и на Дальнем Востоке, так и в других регионах России», — отметил Александр Бурдонов.

Планов и проектов у исследователей из ИРНИТУ много. Совместно с ПАО «СИБУР Холдинг» в лаборатории создают интенсификаторы процесса измельчения и модификаторы реологии, которые ускоряют процесс дробления руд и помогают уменьшить объём хвостохранилищ. Заказчиками выступают горно-обогатительные комбинаты, которые специализируются на золоте, алмазах, меди, никеле.

В апреле 2025 года между ИРНИТУ, ООО «ИЗТМ-Инжиниринг» и НИиПИ «ТОМС» заключено трёхстороннее соглашение. Его подписали ректор политеха Михаил Корняков, гендиректор проектного института «Технологии обогащения минерального сырья» Аркадий Сенченко и замгендиректора Иркутского завода тяжёлого машиностроения Ян Мовшович. Итогом станет производство оборудования для ГОКов. И это не весь список. Впереди — новые инициативы, исследования и проекты.

А потому с уверенностью можно утверждать, что достижения научно-исследовательской лаборатории «Флотация и химия реагентов» — хороший пример того, как с пользой для всех участников процесса сокращается дистанция между теоретическими изысканиями и реальными производственными потребностями недропользователей.

Текст: Мария Кузнецова