blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-2-155-161blackmet-3043Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESЭффективность барботажных технологий при переработке техногенного сырьяEffectiveness of bubbling technologies in processing technogenic raw materialsКовалевВ. Н.KovalevV. N.

Виктор Николаевич Ковалев, к.т.н., генеральный директор

Россия, 143432, Московская область, Истра, ул. Панфилова, 51-А

Viktor N. Kovalev, Cand. Sci. (Eng.), General Director

51-A Panfilova Str., Istra, Moscow Region 143432, Russian Federation

energoterm@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4343-914XЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Леопольд Игоревич Леонтьев, академик, советник, Президиум РАН; д.т.н., профессор, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; главный научный сотрудник, Институт металлургии имени академика Н.А. Ватолина Уральского отделения РАН

620016, Россия, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 32а

Leopol’d I. Leont’ev, Academician, Adviser, Russian Academy of Sciences; Dr. Sci. (Eng.), Prof., National University of Science and Technology “MISIS”; Chief Researcher, Vatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016, Russian Federation

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

32a Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

leo@presidium.ras.ruООО НПП «Энерготерм-система»РоссияLLC RPE “Energoterm-System”Russian FederationИнститут металлургии имени академика Н.А. Ватолина Уральского отделения РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Президиум РАНРоссияVatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; National University of Science and Technology “MISIS”; Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of the Russian Academy of Sciences (Department of Chemistry and Mate­rial Sciences)Russian Federation202626042026692183189Copyright © Ковалев В.Н., Леонтьев Л.И., 20262026Ковалев В.Н., Леонтьев Л.И.Kovalev V.N., Leont’ev L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/3043

В статье представлен инновационный подход к переработке техногенных отходов с использованием барботажной технологии. Описана общая технологическая схема комплекса, использующего дутье горячим воздухом вместо воздуха, обогащенного кислородом. Результаты расчета экономической эффективности показывают, что предполагаемый срок окупаемости инвестиций в строительство завода на базе агрегата с барботируемым шлаковым расплавом (АБШР) мощностью 250 000 т чугуна в год составляет приблизительно 1,5 года эксплуатации. Фотографии иллюстрируют конструктивные решения, реализованные в опытно-промышленной барботажной установке, где дорогостоящие медные панели с водяным охлаждением были заменены на более эффективные и экономичные трубные панели. В статье описываются основные технологические и экономические преимущества, достигаемые за счет использования барботажной технологии в АБШР: производство железа и ферромарганца с вдвое более низкой себестоимостью по сравнению с себестои­мостью этих материалов при производстве в доменных и электропечах; производство товарной продукции из шлака (плавленого цементного клинкера, щебня, камнелитейных изделий и др.); производство плавленых фосфатов с низкой себестоимостью; экологически чистая и рентабельная переработка всех видов твердых бытовых отходов (несортированных отходов, остатков при сортировке и отходов, хранящихся на старых свалках). Представлен пример расчета затрат на производство железа из низкосортной руды с использованием АБШР, подтверждающий, что срок окупаемости инвестиций составляет около 1,5 лет. В заключение статьи сформулированы ключевые преимущества барботажной технологии как перспективного решения для переработки промышленных отходов.

The article presents an innovative approach to processing man-made waste using bubbling technology. A general technological scheme of a complex employing hot air blast instead of oxygen-enriched air is described. The results of an example economic efficiency calculation demonstrate that the estimated investment payback period for constructing a plant based on a unit with bubbling molten slag (UBMS) with annual iron production capacity of 250,000 tons is approximately 1.5 years of operation. Photographs illustrate the design solutions implemented in a pilot indust­rial bubbling unit where expensive copper water-cooled panels were replaced with more efficient and cost-effective pipe panels. The article outlines the main technological and economic advantages achieved through the use of bubbling technology in the UBMS process, including the production of iron and ferromanganese at approximately half the cost compared to blast furnace and electric furnace methods, the production of commercial slag-based materials (fused cement clinker, crushed stone and stone products), the low-cost production of fused phosphates, as well as environmentally friendly and economically efficient recycling of all types of solid household waste (unsorted waste, sorting residues, and waste stored in old landfills). An example cost calculation for producing iron from low-grade ore using UBMS technology is presented confirming that the investment payback period is about 1.5 years. The article concludes by formulating the key advantages of bubbling technology as a promising solution for industrial waste processing and resource recovery.

печь ВанюковаРОМЕЛТАБШРбарботажная технологияэффективностьжелезотехногенные отходыокупаемость инвестицийVanyukov furnaceROMELTunit with bubbling molten slagbubbling technologyefficiencyirontechnogenic wastereturn on investmentReferencesПроцесс Ромелт / Под ред. В.А. Роменца. Москва: Издательский дом «Руда и Металлы»; 2005:400.ROMELT Process. Roments V.A. ed. Moscow: Ruda i Metally; 2005:400. (In Russ.).Смирнов Л.А., Леонтьев Л.И., Смирнов Ю.В. Переработка и использование техногенных отходов металлургического производства. В кн.: Труды Международного конгресса «Фундаментальные основы технологий переработки и утилизации техногенных отходов». Екатеринбург: ООО «УИПЦ»; 2012:15–20.Smirnov L.A., Leontyev L.I., Smirnov Yu.V. Processing and utilization of technogenic waste from metallurgical production. In: Proceedings of the Int. Congress “Fundamental Principles of Processing and Utilization Technologies for Technogenic Waste”. Yekaterinburg: UIPTs; 2012:552. (In Russ.).Волынкина Е.П. Анализ состояния и проблем переработки техногенных отходов России. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017;(2(20)):43–49.Volynkina E.P. Analysis of the state and problems of technogenic waste processing in Russia. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2017;(2(20)):43–49. (In Russ.).Ковалев В.Н. Металлургический комплекс для получения товарной продукции из материалов техногенного и природного происхождения. Сталь. 2013;(4):78–82.Kovalev V.N. Metallurgical complex for producing marke­table products from technogenic and natural materials. Stal’. 2013;(4):78–82. (In Russ.).Ковалев В.Н. Эффективные металлургические микрозаводы как механизм интенсивного развития экономики Дальнего Востока и Сибири. В кн.: Сборник трудов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Новые тенденции рационального природопользования. Вторичные ресурсы и проблемы экологии». Том 1. Владивосток: Издательство ДВГТУ; 2010:64–67.Kovalev V.N. Efficient metallurgical microplants as a mechanism for intensive economic development of the Far East and Siberia. In: Proceedings of the Int. Conf. with Elements of a Youth Scientific School “New Trends in Rational Environmental Management. Secondary Resources and Environmental Issues”. Vol. 1. Vladivostok: FESU; 2010:64–67. (In Russ.).Ковалев В.Н. Технологический комплекс для эффективной переработки железосодержащих отходов металлургических заводов. MetalRussia. Oктябрь 2010:26–28.Kovalev V.N. Technological complex for the efficient processing of iron-containing waste from metallurgical plants. MetalRussia. October 2010:26–28. (In Russ.).Ковалев В.Н. Металлургический комплекс «Энерготерм – плавка в жидкой ванне – циклон» для получения железосодержащей товарной продукции из материалов техногенного и природного происхождения. В кн.: Труды XII Конгресса сталеплавильщиков. Москва: Металлург­издат; 2012:21–25.Kovalev V.N. The “Energoterm – Liquid Bath Smelting – Cyclone” metallurgical complex for producing iron-containing marketable products from technogenic and natural materials. In: Proceedings of the XII Congress of Steelma­kers. Moscow: Metallurgizdat; 2012;21–25. (In Russ.).Ковалев В.Н. Эффективность получения чугуна в печи с барботируемым шлаковым расплавом. В кн.: Труды XIII Конгресса сталеплавильщиков. Москва – Полевское; 2014:415–418.Kovalev V.N. Efficiency of pig iron production in a furnace with bubbling molten slag. In: Proceedings of the XIII Congress of Steelmakers. Moscow; Polevskoi; 2014:415–418. (In Russ.).Дорофеев Г.А., Афонин С.М., Шевелев Л.Н. Энерготехнологические особенности использования синтикома при выплавке стали в электродуговых печах. Тула: Издательство ТулГУ; 2013:112.Dorofeev G.A., Afonin S.M., Shevelev L.N. Energy-Technological Features of Using Synticome in Steelmaking in Electric Arc Furnaces. Tula: TSU; 2013:112. (In Russ.).Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем в решении проблем отходов. В сб.: Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки – аналитические обзоры. Серия Экология. Новосибирск; 1995:6–36.Maksimov I.E. Status and prospects for the use of eco-protective systems in solving waste problems. In: Municipal and Industrial Waste: Methods of Neutralization and Recycling – Analytical Reviews. Ecology Series. Novosibirsk; 1995: 6–36. (In Russ.).Стольникова Е.М., Колдин М.С. Проблемы промышленной безопасности в перерабатывающих производствах. Наука и Образование. 2021;4(2):63.Stolnikova E.M., Koldin M.S. Problems of industrial safety in processing productions. Nauka i Obrazovanie. 2021;4(2):63. (In Russ.).Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание отходов хлорорганических производств. Химическая технология. 2016;(5):58–60.Dmitriev V.I., Korshunov N.N., Solov’ev N.I. Thermal neutralization of waste from chlorinated organic production. Chemical Technology. 2016;(5):58–60. (In Russ.).Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. Москва: Химия; 2016:304.Bernardiner M.N., Shurygin A.P. Fire Treatment and Neutralization of Industrial Waste. Moscow: Khimiya; 2016:304. (In Russ.).Леонтьев Л.И., Маршук Л.А., Пономарев В.И. Вклад науки и производства в реализацию федерального проекта «Экономика замкнутого цикла». В кн.: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований: Труды VI Конгресса c международным участием «ТЕХНОГЕН 2023». Екатеринбург: УрО РАН; 2023:16–26. https://doi.irg/10.34923/technogen-ural.2023.82.57.002Leont’ev L.I., Marshuk L.A., Ponomarev V.I. Contribution of science and industry to implementation of the federal project “Circular economy”. In: Fundamental Research and Applied Developments of Processes for Processing and Utilization of Technogenic Formations: Proceedings of the VI Congress with Int. Participation “TECHNOGEN 2023”. Yekaterinburg: UB RAS; 2023:16–26. (In Russ.). https://doi.irg/10.34923/technogen-ural.2023.82.57.002Климентенок Г.Н., Хайруллин Р.Т, Климентенок Г.Г. Комплексная переработка техногенного сырья сложного состава с получением высоколиквидных продуктов (на примере промышленных отходов уральских предприятий). В кн.: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований: Труды VI Конгресса c международным участием «ТЕХНОГЕН 2023». Екатеринбург: УрО РАН; 2023:26–33. https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.88.62.003Klimentenok G.N., Khairullin R.T., Klimentenok G.G. Comprehensive processing of complex technogenic raw materials to obtain highly marketable products (on the example of Ural industrial waste). In: Fundamental Research and Applied Developments of Processes for Processing and Utilization of Technogenic Formations: Proceedings of the VI Congress with Int. Participation “TECHNOGEN 2023”. Yekaterinburg: UB RAS; 2023:26–33. (In Russ.). https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.88.62.003Старцева О.П. Утилизация промышленных отходов – важнейшая составляющая экономики замкнутого цикла. В кн.: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований: Труды VI Конгресса c международным участием «ТЕХНОГЕН 2023». Екатеринбург: УрО РАН; 2023:45–53. https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.17.39.007Startseva O.P. Recycling of industrial waste as a key component of circular economy. In: Fundamental Research and Applied Developments of Processes for Processing and Utilization of Technogenic Formations: Proceedings of the VI Congress with Int. Participation “TECHNOGEN 2023”. Yekaterinburg: UB RAS; 2023:45–53. (In Russ.). https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.17.39.007Золотова Е.С., Котельникова А.Л., Рябинин В.Ф. Оценка миграции элементов из отхода флотации медеплавильных шлаков в почву и растения. В кн.: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований: Труды VI Конгресса c международным участием «ТЕХНОГЕН 2023». Екатеринбург: УрО РАН; 2023:210–211. https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.84.18.068Zolotova E.S., Kotel’nikova A.L., Ryabinin V.F. Assessment of element migration from flotation waste of copper smelting slags into soil and plants. In: Fundamental Research and Applied Developments of Processes for Processing and Utilization of Technogenic Formations: Proceedings of the VI Congress with Int. Participation “TECHNOGEN 2023”. Yekaterinburg: UB RAS; 2023:210–211. (In Russ.). https://doi.org/10.34923/technogen-ural.2023.84.18.068

The authors declare that there are no conflicts of interest present.