The object of research, development or design (in Russian) : Ускоряющийся рост концентрации атмосферного CO₂, в основном обусловленный сжиганием ископаемого топлива и технологическими выбросами энергоёмких отраслей, требует масштабируемых путей долговременного хранения углерода. Минеральная карбонизация (МК) позволяет превращать CO₂ в термодинамически стабильные карбонатные минералы. Этот процесс сформировался как дополнение к геологическому хранению, особенно для малых и средних источников выбросов и регионов, где закачка в недра затруднена. МК использует обильные кальций- и магнийсодержащие материалы (например, ультрамафитовые хвосты, сталелитейные и ферросплавные шлаки, бруситсодержащие остатки) для постоянной фиксации CO₂ без необходимости долгосрочного мониторинга. Помимо климатических преимуществ, МК повышает ценность промышленных побочных продуктов, продвигая цели циркулярной экономики за счёт сокращения отходов и получения сопутствующей продукции. Тем не менее широкое внедрение ограничивается кинетикой (растворением/гидратацией CO₂ и выщелачиванием катионов), энергетическими и логистическими издержками, а также неоднородностью сырья, определяющей его реакционную способность. Казахстан представляет стратегически значимую площадку: значительные объёмы хвостов хромовых месторождений и металлургических шлаков сосуществуют с растущими промышленными выбросами CO₂.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Атмосфералық CO₂ концентрациясының жедел өсуі, негізінен қазба отынының жануы және энергияны көп қажет ететін салалардың технологиялық шығарындыларымен байланысты, көміртекті ұзақ мерзімді сақтау үшін масштабталатын жолдарды қажет етеді. Минералды карбонизация (МК) CO₂-ны термодинамикалық тұрақты карбонатты минералдарға айналдырады. Бұл процесс геологиялық сақтауды толықтыру ретінде пайда болды, әсіресе шағын және орта шығарынды көздері мен жер астына енгізу қиын болатын аймақтар үшін. МК ұзақ мерзімді мониторинг қажеттілігінсіз CO₂-ны тұрақты түрде бекіту үшін кальций мен магний бар мол материалдарды (мысалы, ультранефикалық қалдықтар, болат құю және ферроқорытпа шлактары және бруцит бар қалдықтар) пайдаланады. Климаттық пайдадан басқа, МК өнеркәсіптік қосалқы өнімдерге құндылық қосады, қалдықтарды азайту және қосалқы өнімдерді өндіру арқылы айналмалы экономика мақсаттарын алға жылжытады. Дегенмен, кеңінен қолдану кинетикамен (CO₂ еруі/гидратациясы және катиондарды шаймалау), энергия және логистикалық шығындармен және оның реактивтілігін анықтайтын шикізаттың гетерогенділігімен шектеледі. Қазақстан стратегиялық маңызды аймақ болып табылады: хром кеніштерінің қалдықтары мен балқыту шлактарының айтарлықтай көлемі өнеркәсіптік CO₂ шығарындыларының өсуімен қатар өмір сүреді. .

Aim of work (in Russian) : Этот отчёт оценивает минеральную карбонизацию (МК) как долговременный путь снижения выбросов CO₂ применительно к промышленному контексту Казахстана. Мы характеризуем хвосты хромовых рудников и ферросплавные шлаки, моделируем поведение системы «растворение–осаждение» с помощью PHREEQC в релевантных водных химических условиях и испытываем экз-situ каталитический маршрут с использованием миметика карбоангидразы на основе композита Co/NC, полученного из ZIF. Результаты показывают, что необработанные хромовые хвосты при исходных условиях являются слабыми дополнительными цементирующими материалами (SCM), но их свойства могут быть улучшены предложенными методами предварительной обработки. Вместе с тем они являются перспективным сырьём для образования стабильных карбонатов. Также установлено, что каталитическое усиление гидратации CO₂ снижает кинетические барьеры и обеспечивает более быструю минерализацию. Мы намечаем практические направления внедрения МК в увязке с целями циркулярной экономики, делая акцент на лабораторных демонстрациях.

Aim of work (in Kazakh) : Бұл зерттеу Қазақстанның өнеркәсіптік контекстінде CO₂ шығарындыларын ұзақ мерзімді төмендетудің жолы ретінде минералдық карбонизацияны (МК) бағалайды. Біз хром кеніштерінің қалдықтарын және ферроқорытпа шлактарын сипаттаймыз, PHREEQC көмегімен сәйкес сулы-химиялық жағдайларда «еріту–тұндыру» жүйесінің мінез-құлқын модельдейміз және ZIF-тен алынған Co/NC композитіне негізделген карбоангидраза миметигін қолданатын ex situ каталитикалық бағытты сынаймыз. Нәтижелер бастапқы жағдайларда өңделмеген хром қалдықтары қосалқы цементтеуші материал (SCM) ретінде әлсіз екенін, алайда ұсынылған алдын ала өңдеу әдістері арқылы олардың қасиеттерін жақсартуға болатынын көрсетеді. Сонымен бірге, олар тұрақты карбонаттар түзу үшін перспективалы шикізат болып табылады. Сондай-ақ CO₂ гидратациясын каталитикалық күшейту кинетикалық кедергілерді төмендетіп, минералдануды жеделдететіні анықталды. Біз МК-ні айналмалы экономика мақсаттарымен үйлестіре отырып, оны енгізудің практикалық бағыттарын айқындаймыз және зертханалық демонстрацияларға басымдық береміз.

Методы исследования (на русском) : Был проведён всесторонний обзор литературы для оценки химического состава и распространённости горных пород и отходов горнодобывающей промышленности Казахстана, с особым акцентом на их потенциальное применение в технологиях минеральной карбонизации. Для оценки эффективности использования горнопромышленных отходов Казахстана в качестве цементирующих материалов и сырья для процесса карбонизации были выполнены вычислительное моделирование, лабораторные испытания и аналитические исследования.

Методы исследования (на казахском) : Қазақстанның тау жыныстары мен тау-кен өнеркәсібі қалдықтарының химиялық құрамын және таралуын кешенді бағалау үшін жан-жақты әдеби шолу жүргізілді; ерекше назар минералдық карбонизация технологияларында қолдану әлеуетіне аударылды. Қазақстанның горнопромышлендік қалдықтарын цементтеуші материалдар және карбонизация үдерісіне шикізат ретінде пайдалану тиімділігін бағалау мақсатында есептік модельдеу, зертханалық сынақтар және аналитикалық зерттеулер орындалды.

Obtained results and novelty (in Russian) : В отчётный период опубликованы четыре статьи в международных журналах (ACS ES&T Engineering, Chemical Engineering Journal, Materials Chemistry and Physics; импакт-факторы 7,5; 13,4; 4,7), что подтверждает высокую значимость результатов. По Задаче 1 проведён обзор CCS/CCUS с акцентом на минеральную карбонизацию (МК) как устойчивое хранилище CO₂ для малых и средних источников. Задача 2 — анализ технологий улавливания CO₂ и их применимости в промышленности Казахстана. Задача 3 — характеристика хвостов и шлаков (Житикара, Костанай, север РК): XRF/XRD выявили высокий потенциал CaO/MgO, наличие брусита/хризотила; требуется оценка Cr(III)/Cr(VI). Задача 4 — моделирование PHREEQC: в «кислотном дожде» активно растворяются портландит и вюстит; WW/DI проявляют буферный эффект. Задача 5 — эксперименты: кислотная предвыщелачивающая стадия + минерализация CO₂ в двухпоточном реакторе; при pH 3,5 высвобождается >200 мг/л Ca за 2–6 ч. Задача 6 — оценка хвостов как SCM: показана необходимость тонкого помола/термо- и щёлочной активации и смешения с Si/Al-богатым сырьём. Задача 7/10 — синтез и валидация Co/NC как биомиметика карбоангидразы: ускоряет гидратацию CO₂/дегидратацию HCO₃⁻, повышает выход CaCO₃, сохраняет ~84% активности после 5 циклов. Задача 8 — приоритизация потоков для «углеродного обогащения» (шлаки, ультрамафитовые хвосты, зола ТЭС, пыль цементных печей).

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Есептік кезеңде халықаралық журналдарда төрт мақала жарияланды (ACS ES&T Engineering, Chemical Engineering Journal, Materials Chemistry and Physics; импакт-факторлар 7,5; 13,4; 4,7), бұл нәтижелердің маңызын растайды. 1-міндет: CCS/CCUS шолуы, шағын және орта көздер үшін тұрақты CO₂ қоймасы ретінде минералдық карбондауға (МК) басымдық. 2-міндет: әртүрлі салалардағы CO₂ ұстау технологиялары және олардың Қазақстан өнеркәсібіндегі қолданбалығы. 3-міндет: хвосттар мен шлактарды (Жітіқара, Қостанай, ҚР солт.) сипаттау: XRF/XRD жоғары CaO/MgO, брусит/хризотил барын көрсетті; Cr(III)/Cr(VI) үлестерін бағалау қажет. 4-міндет: PHREEQC модельдеуі — «қышқыл жаңбырда» портландит пен вюстит белсенді ериді; WW/DI айқын буферлік әсер береді. 5-міндет: қышқылмен алдын ала шаймалау + екіағынды реакторда CO₂ минералдануы; pH 3,5 кезінде 2–6 сағ ішінде >200 мг/л Ca босайды. 6-міндет: SCM ретінде хвосттарды бағалау: өте ұсақ ұнтақтау, термо-/сілтілік белсендіру және Si/Al-бай шикізатпен араластыру қажет. 7/10-міндеттер: карбоангидраза биомимигі ретінде Co/NC синтезі/валидациясы — CO₂ гидратациясын/ HCO₃⁻ дегидратациясын жеделдетеді, CaCO₃ шығымын арттырады, 5 циклдан кейін ~84% белсенділікті сақтайды. 8-міндет: «көміртекпен байыту» үшін басым ағындар (ККП/ДСП шлактары, ультрамафиттік хвосттар, ЖЭС күлі, цемент пеші шаңы). 9-міндет: in situ МК — брусит/хризотилден Mg²⁺ ерте шаймалып, кейін магнезиттің тұнбасымен аяқталуы тәсілдің өміршеңдігін дәлелдейді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Данная работа показывает, что промышленные остатки Казахстана могут служить сырьём для минеральной карбонизации. Исследование позиционирует минеральную карбонизацию как прагматичный и долговечный вариант декарбонизации промышленности в Казахстане. Вместо того чтобы полагаться исключительно на глубокое геологическое хранение, МК использует материалы, которые страна уже производит в значительных объёмах — хвосты обогащения и металлургические шлаки — для превращения CO₂ в стабильные минералы. Наши результаты приводят к простому выводу: даже если некоторые отходы непригодны для прямого использования в цементе, они всё равно могут стать основой эффективных путей долговременного хранения углерода. Карбонизацию можно интегрировать в существующие промышленные площадки, согласовать с приоритетами обращения с отходами и спроектировать так, чтобы обеспечивать выгоды, выходящие за рамки сокращения выбросов — повышение безопасности хвостохранилищ и получение потенциальных строительных материалов.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Бұл зерттеу Қазақстанның өнеркәсіптік қалдықтарының минералды көмірқышқылдандыру үшін шикізат ретінде қызмет ете алатынын көрсетеді. Зерттеу минералды көмірқышқылдандыруды Қазақстандағы өнеркәсіптік декарбонизациялаудың прагматикалық және тұрақты нұсқасы ретінде көрсетеді. Минералды көмірқышқылдандыру тек терең геологиялық сақтауға сүйенудің орнына, CO₂-ны тұрақты минералдарға айналдыру үшін ел қазірдің өзінде айтарлықтай мөлшерде өндіретін материалдарды - минералдандыру қалдықтары мен балқыту зауыттарының қождарын пайдаланады. Біздің нәтижелеріміз қарапайым қорытындыға әкеледі: кейбір қалдықтар цементте тікелей пайдалануға жарамсыз болса да, олар көміртекті ұзақ мерзімді тиімді сақтау жолдарының негізін құра алады. Карбонизацияны қолданыстағы өнеркәсіптік алаңдарға біріктіруге, қалдықтарды басқару басымдықтарымен үйлестіруге және шығарындыларды азайтудан тыс пайда әкелуге - қалдық бөгеттерінің қауіпсіздігін жақсартуға және әлеуетті құрылыс материалдарын өндіруге арналған.

Level of implementation (in Russian) : Завершены обзор и отбор сырьевых потоков (шлаки, ультрамафитовые хвосты), выполнено PHREEQC-моделирование «растворение–осаждение», подтверждена лабораторно экз-situ карбонизация с повышенным выходом CaCO₃ и ускорением гидратации CO₂ на Co/NC. Сформирован перечень промышленных кандидатов (сталь/ферросплавы, ТЭС-зола, цементная пыль), определены приоритетные площадки

Level of implementation (in Kazakh) : Шикізат ағындары (қождар, ультрамафикалық қалдықтар) іріктелді, PHREEQC арқылы «еру–тұнбаға түсу» модельденді, зертханада ex-situ карбонизация расталды: Co/NC катализаторы CO₂ гидратациясын жеделдетіп, CaCO₃ түзілімін арттырды. Өнеркәсіптік кандидаттар тізімі (болат/ферроқорытпа, ЖЭС күлі, цемент шаңы) жасалды

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта определяется сочетанием технологического и эколого-экономического эффекта. Лабораторные испытания подтвердили ускорение гидратации CO₂ на Co/NC и рост выхода карбонатов Ca/Mg по сравнению с безкаталитическим контролем, что снижает индукционные периоды и повышает степень связывания углерода. Использование местных хвостов и шлаков уменьшает стоимость сырья, расходы на утилизацию и поддерживает циркулярную экономику. Моделирование PHREEQC позволяет адресно подбирать условия (pH, ионная сила, режим подачи CO₂) для максимизации выщелачивания Ca²⁺/Mg²⁺ и выхода карбонатов. Интеграция с существующей инфраструктурой (ТЭС, металлургия, цемент) повышает масштабируемость.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі технологиялық және экологиялық-экономикалық нәтижелердің үйлесімімен айқындалады. Зертханалық сынақтар Co/NC катализаторы CO₂ гидратациясын жеделдетіп, Ca/Mg карбонаттарының түзілуін арттыратынын көрсетті, бұл индукциялық кезеңді қысқартып, көміртекті байланыстыру дәрежесін ұлғайтады. Жергілікті қалдықтарды (хвост, қож) пайдалану шикізат құнын және жою шығындарын төмендетіп, айналмалы экономиканы қолдайды. PHREEQC модельдеуі оңтайлы шарттарды (pH, иондық күш, CO₂ беру режимі) таңдап, Ca²⁺/Mg²⁺ бөлінуі мен карбонат шығымын көбейтеді. ТЭС, металлургия, цемент инфрақұрылымымен ықпалдастыру ауқымдауды жеңілдетеді.

Field of application (in Russian) : Область применения охватывает промышленные узлы с крупными потоками CO₂ и щёлочных отходов. В металлургии (ферросплавные и стальные шлаки) — экз-situ/ин-situ карбонизация для снижения выбросов и получения карбонатных добавок к вяжущим. В горнодобывающем секторе — обработка ультрамафитовых хвостов (брисит/серпентин) для долговременного хранения CO₂ и стабилизации хвостохранилищ. В электроэнергетике (ТЭС) — карбонизация золы-уноса/шлакосмесей с использованием дымовых газов. В цементной промышленности — карбонизация пыли печей и интеграция карбонатных продуктов в низкоуглеродные составы. Городская экология — нейтрализация кислотных стоков с одновременным связыванием CO₂.

Field of application (in Kazakh) : Қолдану саласы CO₂ ағындары мен сілтілі қалдықтары мол өндіріс орындарын қамтиды. Металлургияда (ферроқорытпа, болат қождары) — экз-situ/ин-situ карбонация арқылы шығарындыларды азайтып, төменкөміртекті қоспалар алу. Тау-кен секторында — ультрамефит қалдықтарын (брусит/серпентин) карбонациялап, CO₂-ні ұзақ мерзімге бекіту және қоймалардың тұрақтылығын арттыру. Энергетикада (ЖЭО) — ұшпа күл/шлак қоспаларын түтін газдарымен карбонациялау. Цемент өнеркәсібінде — пеш шаңын карбонациялап, өнімді төменкөміртекті құрамдарға енгізу. Қалалық экологияда — қышқылды ағындарды бейтараптандыра отырып CO₂ байланыстыру.