AP09259637 — Development of a highly efficient non-waste technology for the disposal of ash from coal combustion with the production of marketable products

Goal of the work: Creation of an innovative environmentally friendly, highly efficient waste-free technology for processing ash from coal combustion to produce high-purity silica, special pure aluminum oxide (Tabular Alumina), an iron-containing product and REM.

Relevance of the work:  The creation and development of new science-intensive industries of high processing stages (5th, 6th and 7th stages) requires the expansion of production and the use of rare and rare earth metals. At present, these metals may well be obtained from coal or its waste, including accumulated ash and slag waste. At the same time, the approach aimed at extracting exclusively REM from ash does not seem promising, since in this case, the meaning of the complexity of the use of raw materials is lost. Given that the main components of the ash are oxides of aluminum, silica and iron, it is necessary to take into account the possibility of extracting the entire spectrum of metals. In this perspective, of great interest for practice can be a highly efficient technology for processing ash with a complex extraction of silica, aluminum oxide, iron and rare-earth metals into commercial products. Issues related to the study of the theoretical aspects of this technology are of great interest.

Scientific supervisor: Candidate of technical sciences, Professor,  Dosmukhamedov Nurlan

Results obtained:  In this study, a new methodology and software were developed to calculate key parameters of magnetic separation, roasting, and leaching processes of ash. For the first time, nomograms were constructed to determine reagent consumption based on raw material composition and process capacity. Balance and technological experiments were carried out to establish optimal processing conditions for power plant ash. The feasibility of a comprehensive technology combining magnetic separation, roasting, and leaching was demonstrated. High-quality products were obtained, including an iron-containing product, pure silicon dioxide, and metallurgical alumina. A two-stage leaching process was developed and material balances were calculated. The results confirm the high economic efficiency, environmental safety, and strong potential of the technology for industrial implementation.

List of publications with links to them

1. Dosmukhamedov N.K., Zholdasbay E.E., Daruesh G.S., Argyn A.A., Kurmanseitov M.B. Study of the mechanism of pre-burned ash leaching by hydrochloric acid // 2021. – № 4. – P. 72–80. – DOI: https://doi.org/10.31643/2021/6445.43
2. Досмухамедов Н.К., Каплан В.А., Жолдасбай Е.Е., Даруеш Г.С. Исследование форм нахождения металлов в продуктах комплексной хлоридной технологии переработки золы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2021. – № 10. – С. 106–113. – URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13301
3. Жолдасбай Е.Е., Даруеш Г.С., Курмансеитов М.Б., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К. Угольная отрасль Казахстана: золошлаковые отходы ТЭЦ и перспективы их использования // Results of Modern Scientific Research and Development: материалы VII Международной научно-практической конференции. – Madrid, Spain, 19–21 September 2021. – С. 117–124. – ISBN 978-84-15927-33-4. – URL: https://sci-conf.com.ua
4. Жолдасбай Е.Е., Курмансеитов М.Б., Даруеш Г.С., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К., Егизеков М.Г. Концепция технологии комплексной переработки золы на основе хлорирующего обжига // International Scientific Innovations in Human Life: материалы II Международной научно-практической конференции. – Manchester, UK, 25–27 Aug. 2021. – С. 130–136. – URL: https://sci-conf.com.ua
5. Жолдасбай Е.Е., Даруеш Г.С., Курмансеитов М.Б., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К. К комплексной технологии переработки золы: термодинамика хлорирующего обжига // Modern Scientific Research: Achievements, Innovations and Development Prospects: материалы III Международной научно-практической конференции. – Berlin, Germany, 29–31 Aug. 2021. – С. 94–102. – URL: https://sci-conf.com.ua
6. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е. Балансовые опыты комплексной переработки золы хлорированием с получением металлургического глинозема и кремнезема // Горный журнал Казахстана. – 2022. – № 10. – С. 44–52.
7. Dosmukhamedov N.K., Zholdasbay E.E., Kaplan V.A., Daruesh G.S., Argyn A.A. Features of the crystallization of AlCl₃·6H₂O in the system AlCl₃ – MeClx – HCl – H₂O // Complex Use of Mineral Resources. – 2022. – № 1. – P. 95–102. – DOI: https://doi.org/10.31643/2022/6445.11
8. Dosmukhamedov N.K., Zholdasbay E.E. Technology of ash and slag waste processing by chloridizing roasting // Metallurgist. – 2022. – Vol. 66, No. 1–2. – DOI: https://doi.org/10.1007/s11015-022-01315-0
9. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е. Технология переработки золошлаковых отходов на основе применения хлорирующего обжига // Металлург. – 2022. – № 2. – С. 61–67. – DOI: https://doi.org/10.52351/00260827_2022_02_61
10. Dosmukhamedov N.K., Zholdasbay E.E., Egizekov M.G., Argyn A.A. Behavior of the components of carbon-containing ash under chlorination roasting conditions // Eurasia Mining. – 2022. – No. 2. – P. 40–44. – DOI: https://doi.org/10.17580/em.2022.02.10
11. Жолдасбай Е.Е., Ичева Ю.Б., Курмансеитов М.Б., Досмухамедов Н.К. Получение металлургического глинозема и оксида кремния из золы солянокислотным выщелачиванием // Труды Международной научно-технической конференции. – 2022. – С. 127–131. – URL: https://official.satbayev.university
12. Жолдасбай Е.Е., Егизеков М.Г., Досмухамедов Н.К. Механизм термического разложения гексагидрата хлорида алюминия // Труды Международной научно-технической конференции. – 2022. – С. 132–135. – URL: https://official.satbayev.university
13. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Барменшинова М.Б. Уголь: инновационная хлорная технология переработки золошлаковых отходов: монография. – Алматы: Polytech, 2023. – 246 с.
14. Dosmukhamedov N., Zholdasbay E., Argyn A. Integrated chlorination technology for producing alumina and silica from ash-slag waste of TPP of Kazakhstan // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 23. – P. 1435–1446. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.12.140
15. Жолдасбай Е.Е., Досмухамедов Н.К. Исследование системы AlCl₃ – MeClx – HCl – H₂O: получение кристаллов ГХА // Труды International Satbayev Conference 2023. – 2023. – С. 217–221.
16. Жолдасбай Е.Е., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К. Инновационные технологии для утилизации отходов от сжигания угля // Горный журнал Казахстана. – 2023. – № 5. – С. 24–30.
17. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Егизеков М.Г., Курмансейтов М.Б. Термическое разложение гексагидрата хлорида алюминия с получением оксида алюминия // Кокс и химия. – 2023. – № 7. – С. 1–7.
18. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Ичева Ю.Б. Способ выделения цветных металлов и РЗЭ из маточного раствора // Вестник КазНИТУ. – 2023. – № 1. – С. 5–12. – DOI: https://doi.org/10.51301/ejsu.2023.i1.01
19. Dosmukhamedov N., Zholdasbay E., Egizekov M., Kurmanseitov M. Thermal decomposition of aluminum chloride hexahydrate to produce aluminum oxide // Coke and Chemistry. – 2023. – Vol. 66, No. 7. – P. 355–361. – DOI: https://doi.org/10.3103/S1068364X23700953
20. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Каплан А.В. Оптимизация технологических параметров хлорирующего обжига // Труды университета КарТУ. – 2023. – № 3. – С. 24–29. – DOI: https://doi.org/10.52209/1609-1825_2023_3_24
21. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Аргын А.А. Технология комплексной переработки золы: технологические расчеты // Наука и техника Казахстана. – 2023. – № 3. – С. 133–144. – DOI: https://doi.org/10.48081/RTBP8301
22. Жолдасбай Е.Е., Аргын А.А., Досмухамедов Н.К. Экологические вопросы комплексной переработки золы // Материалы международной научно-практической конференции «Технические науки: проблемы и решения». – 2023. – С. 65–71.
23. Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е. Основные принципы построения инновационной технологии переработки золы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2023. – № 4. – С. 57–61. – URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13531