№82-23
Синтез гумату калію як спосіб екологічної переробки відходів вуглезбагачення
Р.О. Дичковський1, https://orcid.org/0000-0002-3143-8940
І.О. Мірошников1, https://orcid.org/0009-0005-6451-3969
А.Ю. Перерва2 https://orcid.org/0009-0009-0542-595X
1 Національний технічний університет "Дніпровська політехніка", Дніпро, Україна
2 ПАТ "Львівська вугільна компанія", с. Сілець, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 82:274-287
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.274
АНОТАЦІЯ
Мета. Розробка та оцінка екологічно безпечного методу переробки відходів вуглезбагачення у гумат калію при сумісному вилученні сполук молібдену шляхом лужної екстракції, з акцентом на підвищенні ресурсоефективності, зниженні екологічного навантаження та отриманні продукту з доданою вартістю для аграрних і технологічних застосувань.
Методика досліджень. Передбачає послідовну комплексну підготовку, сегрегацію відходів (визначення вологості, зольності та вмісту органічної речовини), проведення лужної екстракції з використанням гідроксиду калію при контрольованих режимах температури та тривалості реакції, очищення та концентрування розчину гумату, а також структурно-функціональний аналіз отриманого продукту за допомогою FTIR-спектроскопії, визначення рН, катіонно-обмінної здатності та елементного складу. Додатково здійснено мас-балансову оцінку та аналіз технологічної й екологічної ефективності процесу..
Результати дослідження. Дослідження показало, що відходи вуглезбагачення містять значну частку гумінових речовин, придатних для лужної екстракції. Визначено оптимальні умови процесу, що забезпечують високий вихід гумату калію зі стабільною структурою та типовими функціональними групами гумінових полімерів. Отриманий продукт характеризується високою розчинністю, підвищеною катіонно-обмінною здатністю та хорошою стабільністю. Крім того, запропонований процес суттєво зменшує масу відходів, що підлягають захороненню, створюючи екологічно безпечний шлях їх утилізації..
Наукова новизна полягає у встановленні залежностей розвитку маси кореневої системи, висоти надземної частики та узагальненого інтегрального коефіцієнта, що відображає ефективність стимулюючої дії на рослини вилученого гумату калію з відходів вуглезбагачення. Дослідженням встановлено ефективний та екологічно безпечний метод синтезу гумату калію з техногенних відходів, а також визначено оптимальні умови лужної екстракції, за яких досягається максимальний вихід гумату при збереженні структурної цілісності функціональних груп.
Практичне значення полягає у розробці нового методу вилучення гумату із відходів вуглезбагачення, можливості впровадження запропонованої технології на збагачувальних фабриках, що дозволяє перетворювати маловартісні техногенні відходи на комерційно цінний продукт для агрономії, рекультивації ґрунтів та екотехнологій. Запропоновані технологічні рішення забезпечують зменшення витрат на поводження з відходами, знижують екологічні ризиків і підтримують принципи циркулярної економіки у вугільній галузі.
Ключові слова: гумат калію, відходи вуглезбагачення, лужна екстракція, гумінові речовини, утилізація відходів, екологічний синтез, ресурсоефективність.
Перелік посилань
1. Lapshyn, Ye, Shevchenko, O., Dybrin, S., & and Dychkovskyi, R. (2025). Feasibility of Fine Classification in Processing Watered Coal Sludge from Storage: A Case Study of the Dnipro Coke Chemical Plant. Acta Montanistica Slovaca, 100. https://doi.org/10.46544/ams.v30i1.07
2. Wilde, S. A. (1937). The Use of Liquid Humate Fertilizers in Forest Nurseries. Journal of Forestry, 35(4), 388–392. https://doi.org/10.1093/jof/35.4.388
3. Ратушняк, Г., Бікс, Ю., & Лялюк, А. (2022). Експериментальні дослідження теплопровідності теплоізоляційних матеріалів із мінеральної вати. Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві, 19(1), 12–42.
4. Singh, T., & Singhal, R. (2012). Poly(acrylic acid/acrylamide/sodium humate) superabsorbent hydrogels for metal ion/dye adsorption: Effect of sodium humate concentration. Journal of Applied Polymer Science, 125(2), 1267–1283. Portico. https://doi.org/10.1002/app.35435
5. Ataollahi, F., Piltz, J. W., Casburn, G. R., & Holman, B. W. B. (2024). The quality and nutritional value of beef from Angus steers fed different levels of humate (K Humate S100R). Veterinary and Animal Science, 24, 100355. https://doi.org/10.1016/j.vas.2024.100355
6. Polyanska, A., Savchuk, S., Dudek, M., Sala, D., Pazynich, Y., & Cicho, D. (2022). Impact of digital maturity on sustainable development effects in energy sector in the condition of Industry 4.0. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 97–103. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-6/097
7. Beshley, S., Baranov, V., & Shpak, Y. (2021). Вплив кам'яновугільного попелу та гумату калію на вміст нітрогену і карбону в субстраті відвалу вуглепромисловості й органах Sorghum drummondii (Nees ex Steud.) Millsp. & Chase. Вісник Львівського університету. Серія біологічна, (85), 45–52. Kochmar, I., & Karabyn, V. (2022).
8. Investigation of deportment of chalcophilic heavy metals in the waste rock of Central Coal Enrichment Plant “Chervonohradska” for the purposes of environmental safety of Lviv-Volyn coal basin. Environmental Problems, 7(4), 169–176. https://doi.org/10.23939/ep2022.04.169
9. Miroshnykov, I., Cichoń, D., Shyrin, L., Dybrin, S., & Dychkovskyi, R. (2025). Ensuring the environmental sustainability of molybdenum ore mining. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1457(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1457/1/012014
10. Knysh, I., & Karabyn, V. (2014). Heavy metals distribution in the waste pile rocks of Chervonogradska mine of the Lviv-Volyn coal basin (Ukraine). Pollution Research, 33, 663–670.
11. Voloshchyshyn, A.I., Bosak, P.V., Popovych, V.V., Menshykova, O.V., & Kopystynskyi, Y.O.(2024).Natural phytomelioration of coal mine waste heaps in the context of increased radiation background (on the case of Nadiya mine, Lviv-Volyn coal basin, Ukraine). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415(1), 012130. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1415/1/012130
12. Fischer, C. (2002).Oberflächenquantifizierung an Schwarzpeliten unterschiedlicher Verwitterungsgrade (Doctoral dissertation). Friedrich-Schiller-Universität Jena.
13. Grinberg, I. V. (1957).Issledovanie khimicheskoi prirody i geneticheskie sootnosheniia organicheskogo veshchestva Karpatskikh slantsev i neftei [Study of the chemical nature and genetic relations of organic matter of Carpathian shales and oils]. Academy of Sciences of the Ukrainian SSR.
14. Dychkovskyi, R., Falshtynskyi, V., Saik, P., Lozynskyi, V., Sala, D., Hankus, Ł., Magdziarczyk, M., & Smoliński, A. (2025). Control of contour evolution, burn rate variation, and reaction channel formation in coal gasification. Scientific Reports, 15(1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-93611-3
15. Vladyko, O., Maltsev, D., Gliwiński, Ł., Dychkovskyi, R., Stecuła, K., & Dyczko, A. (2025). Enhancing Mining Enterprise Energy Resource Extraction Efficiency Through Technology Synthesis and Performance Indicator Development. Energies, 18(7), 1641. https://doi.org/10.3390/en18071641
16. Kosenko, A., Khomenko, O., Kononenko, M., Polyanska, A., Buketov, V., Dychkovskyi, R., Polański, J., Howaniec, N., & Smolinski, A. (2025). Sustainable management of iron ore extraction processes using methods of borehole hydro technology. International Journal of Mining and Mineral Engineering, 16(1), 92–112. https://doi.org/10.1504/ijmme.2025.145592
17. Leita, L., Petruzzelli, G., & Fornasier, F. (2003). Ferricyanide-humate formation. Journal de Physique IV (Proceedings), 107, 769–772. https://doi.org/10.1051/jp4:20030414
18. Marini, F., & Walczak, B. (2020). ANOVA-Target Projection (ANOVA-TP). Comprehensive Chemometrics, 495–520. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-409547-2.14578-0
19. Leita, L., De Nobili, M., Catalano, L., & Mori, A. (1998). Formation and voltammetric characterization of iron–humate complexes of different molecular weights. Humic Substances, 165–171. https://doi.org/10.1016/b978-1-85573-806-5.50017-4
20. Pavlychenko, A., Sala, D., Pyzalski, M., Dybrin, S., Antoniuk, O., & Dychkovskyi, R. (2025). Utilizing Fuel and Energy Sector Waste as Thermal Insulation Materials for Technical Buildings. Energies, 18(9), 2339. https://doi.org/10.3390/en18092339
21. Newcomer, R. W., Nybo, J. P., & Newcomer, J. R. (2021). Humate in the Upper Cretaceous Fruitland Formation in northwestern New Mexico. Geology of the Mount Taylor Area, 153–158. https://doi.org/10.56577/ffc-71.153
22. Zaryab, A., Nassery, H. R., Alijani, F., & Knoeller, K. (2023). Identification of hydro-chemical processes in Western Kabul Plain aquifer (Afghanistan) using statistical methods and self-organizing map. Sustainable Water Resources Management, 9(6). https://doi.org/10.1007/s40899-023-00980-6
23. Giesy, J. P., Geiger, R. A., Kevern, N. R., & Alberts, J. J. (1986). UO22+-humate interactions in soft, acid, humate-rich waters. Journal of Environmental Radioactivity, 4(1), 39–64. https://doi.org/10.1016/0265-931x(86)90020-2
дата першого надходження статті до видання – 01.07.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 02.08.2025
дата публікації (оприлюднення) – 03.09.2025
