Перспективы использования отходов переработки сподумена в производстве строительных материалов

Изучен химический и фазовый состав литиевого шлака, являющегося отходом переработки сподуменового концентрата Колмозерского месторождения в Мурманской области. Установлено, что основными минеральными фазами литиевого шлака являются выщелоченный сподумен (β-сподумен), неразложившийся сподумен (α-сподумен), кварц. Химический состав литиевого шлака представлен в основном SiO₂ и Al₂O₃ (64,1 и 22,8 мас. % соответственно), остаточное содержание Li₂О составляет 0,43 мас. %. Выявлено, что литиевый шлак обладает высокими пуццолановыми свойствами и может быть использован в качестве активной минеральной добавки в цемент. Коэффициент замены цемента литиевым шлаком может достигать 30 мас. %, при таком содержании прочность цементно-литиево-шлаковых образцов в возрасте 28 сут превышает прочностные показатели контрольного состава на 11–34%. Термическая и механическая активация литиевого шлака способствует изменению кристаллической структуры и размера частиц, образованию дополнительного количества аморфной фазы, что позволяет улучшить реакционную способность и гидравлическую активность цементно-литиево-шлаковых смесей как в начальные, так и в более поздние сроки твердения. Основными продуктами гидратации цементно-литиево-шлаковых смесей являются портландит, эттрингит, браунмиллерит, гель гидросиликатов кальция, непрореагировавшие частицы клинкерных минералов и фазы литиевого шлака. Выявлено, что присутствующие в литиевом шлаке Al₂O₃ и SiO₂ реагируют с портландитом и образуют дополнительное количество эттрингита и гидросиликата кальция, тем самым повышая прочность. Использование отходов переработки сподумена в производстве строительных материалов будет способствовать устойчивому развитию литиевой промышленности, позволит сохранить природные ресурсы и защитить окружающую среду.

В.В. ТЮКАВКИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
К.А. ЯКОВЛЕВ, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН (184209, г. Апатиты, Академгородок мкр., 26а)

1. Черных Т.Н., Горбачевских К.А., Комелькова М.В., Платковский П.О., Криушин М.В., Орлов А.А. Применение доменного гранулированного шлака для самовосстанавливающихся биобетонов // Строительные материалы. 2024. № 1–2. С. 42–48. EDN: ­YGSKWN. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-42-48
2. Маркова И.Ю., Строкова В.В., Степаненко М.А., Сивальнева М.Н. Анализ процессов структурообразования цементного камня в присутствии добавок из отходов ТЭС различного состава // Строительные материалы. 2025. № 9. С. 68–78. EDN: ­TVUHBQ. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2025-839-9-68-78
3. Xiong H., Sun J., Liu С., at al. Study on sintering behavior and properties of lithium slag-based foamed ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids. 2023. Vol. 617. 122499. EDN: ­GMWQFO. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2023.122499
4. Li M., Shi R., Xie J., at al. Frontiers in liquid lithium mining: innovations and advances in extraction techniques. Results in Engineering. 2025. Vol. 28. 107352. EDN: ­FUUHTY. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.107352
5. Huang S.Z., Wang Y., Zhang L., at al. Insight into the kinetic behavior of microwave-assisted synthesis of NaX zeolite from lithium slag. New Journal of Chemistry. 2023. Vol. 47. Iss. 30, pp. 14335–14343. EDN: ­XGERJH. https://doi.org/10.1039/d3nj02260a
6. Rahman S.M.A., Mahmood A.H., Shaikh F., Sarker P. Fresh state and hydration properties of high-volume lithium slag cement composites. Materials and Structures. 2023. Vol. 56. 91. EDN: ­SCKAWA. https://doi.org/10.1617/s11527-023-02177-x
7. Yang B., Zhang Y., Weifeng Z., at al. Recycling lithium slag into eco-friendly ultra-high performance concrete: Hydration process, microstructure development, and environmental benefits. Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 91. 109563. EDN: ­UJKGKC. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.109563
8. Zhihai H., Jingyu Ch., Shigui D., at al. Hydration and microstructure of concrete containing high volume lithium slag. Materials Express. 2020. Vol. 10. No. 3, pp. 430–436. EDN: ­QHKTLY. https://doi.org/10.1166/mex.2020.1644
9. Karrech A., Dong M. Skut J., at al. Management and valorisation of delithiated β-spodumene and its processing stream. Case Studies in Construction Materials. 2021. Vol. 15. e00671. EDN: ­NGFGQX. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2021.e00671
10. Rahman SM A., Aaron D, Khair S., at al. Assessment of lithium slag as a supplementary cementitious material: Pozzolanic activity and microstructure developme. Cement and Concrete Composites. 2023. Vol. 134. 105262. EDN: ­YRBDJK.
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105262
11. Amin Md T.E., Sarker P.K., Shaikh F.U.A. Effect of lithium slag as supplementary cementitious material on sulphate attack resistance of cement mortar. Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 108. 112858. EDN: ­FYRRJJ.
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.112858
12. Li J.Z., Huang S.W. Recycling of lithium slag as a green admixture for white reactive powder concrete. Journal of Material Cycles and Waste. 2020. Vol. 22, pp. 1818–1827. EDN: ­SDAHYY. https://doi.org/10.1007/s10163-020-01069-4
13. Razzazan S., Mashaan N.S., Paraskeva T. Lithium slag as a supplementary cementitious material for sustainable concrete: a review. Materials. 2025. Vol. 18. Iss. 15. 3641. EDN: ­NEUDBA. https://doi.org/10.3390/ma18153641
14. Gu T., Zhang G., Wang Z., Laibao L., et al. Review: The formation, characteristics, and resource utilization of lithium slag. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 432. 136648. EDN: ­OPBXOF.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136648
15. Касиков А.Г., Щелокова Е.А., Яковлев К.А., Коровин В.Н., Глуховская И.В. Сернокислотное выщелачивание сподуменового концентрата Колмозерского месторождения. Труды Кольского научного центра РАН. Сер.: Технические науки. 2023. Т. 14. № 2. С. 102–106. EDN: ­AFXXBL. https://doi.org/10.37614/2949-1215.2023.14.2.018
16. Wang Y.R., Wang D.M., Zheng Y., at al. Thermal activation mechanism and activity evaluation of lithium slag: Insights from simulated hydration. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 411. 134615. EDN: ­CGDGAQ.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.134615
17. Yang J., Li Z., Yang Ch., at al. Study on the activation and pozzolanic reaction mechanism of lithium slag under the effect of composite activation. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 448. Art. No. 125757. EDN: ­UPUXXO.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.138223