cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2023-5-25-33cvmet-1527Research ArticleМеталлургия редких и благородных металловMetallurgy of Rare and Precious MetalsОкислительное выщелачивание рения из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавовOxidative leaching of rhenium from grinding waste of rhenium-containing superalloyshttps://orcid.org/0000-0001-8354-0018ТаргановИ. Е.TarganovI. E.

Игорь Евгеньевич Тарганов – аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов (ТРЭН)

125047, Россия, г. Москва, Миусская пл., 9

Igor E. Targanov – Postgraduate Student of the Department of Technology of Rare Elements and Nanomaterials (TREN)

9 Miusskaya Sq., Moscow, 125047

targanov.igor@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0009-3497-160XСолодовниковМ. А.SolodovnikovM. A.

Максим Александрович Солодовников – студент кафедры ТРЭН 

125047, Россия, г. Москва, Миусская пл., 9

Maksim A. Solodovnikov – Student of the Department of TREN

9 Miusskaya Sq., Moscow, 125047

solodovnikovmaksim1@gmail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5523-0247ТрошкинаИ. Д.TroshkinaI. D.

Ирина Дмитриевна Трошкина – д.т.н., профессор кафедры ТРЭН 

125047, Россия, г. Москва, Миусская пл., 9

Irina D. Troshkina – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of TREN

9 Miusskaya Sq., Moscow, 125047

troshkina.i.d@muctr.ruРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваРоссияMendeleev University of Chemical Technology of RussiaRussian Federation2023201020232952533Copyright © Тарганов И.Е., Солодовников М.А., Трошкина И.Д., 20232023Тарганов И.Е., Солодовников М.А., Трошкина И.Д.Targanov I.E., Solodovnikov M.A., Troshkina I.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1527

В агитационном режиме исследована возможность окислительного выщелачивания рения в присутствии соляной кислоты из отходов механической обработки (шлифотходов) изделий из Re-содержащего жаропрочного сплава ЖС-32ВИ на основе никеля. Использовали фракцию шлифотходов –0,071 мм с наибольшим выходом (49,2 мас.%). Процесс извлечения рения осуществляли в двух вариантах: в первом – шлифотходы контактировали с раствором соляной кислоты при температуре ~100 °С, после охлаждения раствора выщелачивания в него добавляли раствор пероксида водорода; во втором – выщелачивание проводили с применением раствора соляной кислоты с порционным добавлением раствора пероксида водорода. Наибольшее значение степени извлечения рения (91,0 %) наблюдалось при выщелачивании в первом варианте, начальная концентрация соляной кислоты составила 8 М, мольное соотношение добавляемых реагентов – ν(HCl) : ν(H2O2) = 2,7 : 1,0. Была изучена кинетика выщелачивания никеля раствором соляной кислоты (6 М) при температуре 70 °С и соотношении фаз шлифотход : раствор, равном 1 г : 50 мл. Анализ обработки кинетических данных с использованием моделей «сжимающейся сферы», Гинстлинга–Броунштейна и Казеева–Ерофеева позволяет утверждать, что процесс выщелачивания никеля протекает в кинетической области. Исследована кинетика выщелачивания рения из твердого остатка солянокислого выщелачивания никеля из шлифотходов. Применение для обработки данных тех же кинетических моделей позволяет выделить диффузию пероксида водорода в ренийсодержащем твердом остатке как лимитирующую стадию. 

The study investigated the feasibility of oxidative leaching rhenium in the presence of hydrochloric acid from machining waste (grinding waste) derived from products made of ZhS-32VI, a nickel-based heat-resistant alloy containing rhenium. This was achieved through agitation leaching process. The grinding waste fraction size of –0.071 mm, which accounted for the highest yield (49.2 wt.%), was utilized in the experiments. The rhenium leaching process was conducted in two variations: in the first option, grinding waste was mixed with a hydrochloric acid solution at ~100 °C, followed by the addition of hydrogen peroxide to the leaching solution after it had cooled; in the second option, leaching was performed using a hydrochloric acid solution with the gradual addition of hydrogen peroxide solution. The highest degree of rhenium leaching (91.0 %) was achieved in the first option. In this case, the initial concentration of hydrochloric acid was 8 M, and the molar ratio of the added reagents was ν(HCl): ν(H2O2) = 2.7 : 1.0. The kinetics of nickel leaching using a 6 M hydrochloric acid solution at 70 °C, with a solid-to-liquid phase ratio of 1 g : 50 ml, was also examined. The analysis of the kinetic data, processed using the “contracting sphere,” Ginstling–Brounshtein, and Kazeev–Erofeev models, indicates that the nickel leaching process occurs within the kinetic region. Additionally, the kinetics of rhenium leaching from the solid residue obtained after the hydrochloric acid leaching of nickel from grinding waste was investigated. Employing the same kinetic models to analyze the data, it was determined that the limiting stage of this process involves the diffusion of hydrogen peroxide within the rhenium-containing solid residue. 

ренийникельсуперсплавышлифотходывыщелачиваниесоляная кислотаокислителькинетикаrheniumnickelsuperalloysgrinding wasteleachinghydrochloric acidoxidizing agentkineticsReferencesКаблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Колодяжный М.Ю., Сурова В.А., Нарский А.Р. Перспективы создания высокотемпературных жаропрочных сплавов на основе тугоплавких матриц и естественных композитов. Вопросы материаловедения. 2020;4(104):64—78. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78Kablov E.N., Bondarenko Yu.A., Kolodyazhnyi M.Yu., Surova V.A., Narskii A.R. Prospects for the creation of high-temperature heat-resistant alloys based on refractory matrices and natural composites. Voprosy materialovedeniya. 2020;4 (104):64—78. (In Russ.). https://doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «ГаллеяПринт», 2015. 329 с.Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «ГаллеяПринт», 2015. 329 с.Знаменский В.С., Коржинский М.А., Штейнберг Г.С., Ткаченко С.И., Якушев А.И., Лапутина И.П., Брызгалов И.А., Самотоин Н.Д., Магазина Л.О., Кузьмина О.В., Органова Н.И., Рассулов В.А., Чаплыгин И.В. Рениит, ReS2 —природный дисульфид рения из фумарол вулкана Кудрявый (о. Итуруп, Курильские острова). Записки Российского минералогического общества. 2005;134(5):32—39.Znamenskii V.S, Korzhinskii M.A., Shteinberg G.S., Tkachenko S.I., Yakushev A.I., Laputina I.P., Bryzgalov I.A., Samotoin N.D., Magazina L.O., Kuz’mina O.V., Organova N.I., Rassulov V.A., Chaplygin I.V. Rheniite, ReS2, the natural rhenium disulfide from fumaroles of Kudryavy volcano (Iturup isl., Kurily islands). Zapiski Rossiyskogo Mineralogicheskogo Obshchestva. 2005;134(5):32—39. (In Russ.).Левченко Е.Н., Ключарев Д.С. Нетрадиционные источники критических редких металлов. Труды науч.-практ. конференции «Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий. Освоение, воспроизводство, использование» (Москва, 3—4 дек. 2019 г.). М.: ФГБУ «ВИМС», 2020. С. 116—127.Левченко Е.Н., Ключарев Д.С. Нетрадиционные источники критических редких металлов. Труды науч.-практ. конференции «Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий. Освоение, воспроизводство, использование» (Москва, 3—4 дек. 2019 г.). М.: ФГБУ «ВИМС», 2020. С. 116—127.Nowotnik A. Nickel-based superalloys (Reference module in materials science and materials engineering). 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.02574-1Nowotnik A. Nickel-based superalloys (Reference module in materials science and materials engineering). 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.02574-1Yagi R., Okabe T. Current status of recycling of rhenium and process technologies. Journal of MMIJ. 2016;132: 114—122. https://doi.org/10.2473/journalofmmij.132.114Yagi R., Okabe T. Current status of recycling of rhenium and process technologies. Journal of MMIJ. 2016;132: 114—122. https://doi.org/10.2473/journalofmmij.132.114Polyak D.E. USGS metal prices in the United States through 2010: Rhenium. U.S. Geological Survey, Washington DC, 2013. P. 152—154.Polyak D.E. USGS metal prices in the United States through 2010: Rhenium. U.S. Geological Survey, Washington DC, 2013. P. 152—154.Koizumi Y., Jianxin Z., Kobayashi T., Yokokawa T., Harada H., Aoki Y., Arai M. Development of next generation Ni-base single crystal superalloys containing ruthenium. Journal of the Japan Institute of Metals and Materials. 2003;67(9): 468—471. https://doi.org/10.2320/jinstmet1952.67.9Koizumi Y., Jianxin Z., Kobayashi T., Yokokawa T., Harada H., Aoki Y., Arai M. Development of next generation Ni-base single crystal superalloys containing ruthenium. Journal of the Japan Institute of Metals and Materials. 2003;67(9): 468—471. https://doi.org/10.2320/jinstmet1952.67.9Srivastava R.R., Kim M.S., Lee J.C., Jha M.K., Kim B.S. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. Journal of Materials Science. 2014;49: 4671—4686. http://doi.org/10.1007/s10853-014-8219-ySrivastava R.R., Kim M.S., Lee J.C., Jha M.K., Kim B.S. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. Journal of Materials Science. 2014;49: 4671—4686. http://doi.org/10.1007/s10853-014-8219-yWang X.G., Liu J.L., Jin T., Sun X.F. The effects of ruthenium additions on tensile deformation mechanisms of single crystal superalloys at different temperatures. Materials and Design. 2014;63:286—293. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.06.009Wang X.G., Liu J.L., Jin T., Sun X.F. The effects of ruthenium additions on tensile deformation mechanisms of single crystal superalloys at different temperatures. Materials and Design. 2014;63:286—293. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.06.009Latief F.H., Kakehi K. Effects of Re content and crystallographic orientation on creep behavior of aluminized Ni-base single crystal superalloys. Materials and Design. 2013;49:485—492. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.01.022Latief F.H., Kakehi K. Effects of Re content and crystallographic orientation on creep behavior of aluminized Ni-base single crystal superalloys. Materials and Design. 2013;49:485—492. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.01.022Байконуров Е.Г., Усольцева Г.А., Чернышова О.В., Дробот Д.В. Влияние технологических параметров на процесс электрохимической переработки ренийсодержащего жаропрочного сплава. Цветные металлы. 2017;10:56—60. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.08.08Baikonurov E.G., Usol’tseva G.A., Chernyshova O.V., Drobot D.V. The effect of technological parameters on electrochemical processing of rhenium-containing heat-resistant alloy. Non-ferrous metals. 2017;10:56—60. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2017.08.08Петрова А.М., Касиков А.Г. Извлечение рения из отходов обработки и эксплуатации жаропрочных никелевых суперсплавов. Авиационные материалы и технологии. 2012;3:9—13.Petrova A.M., Kasikov A.G. Extraction of rhenium from waste processing and operation of heat-resistant nickel superalloys. Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2012;3:9—13. (In Russ.).Касиков А.Г., Петрова A.M. Рециклинг рения. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. 163 с.Касиков А.Г., Петрова A.M. Рециклинг рения. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. 163 с.Singh Gaur R.P., Wolfe T.A., Braymiller S.A. Recycling of rhenium-containing wire scrap. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015; 50:79—85. http://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.11.003Singh Gaur R.P., Wolfe T.A., Braymiller S.A. Recycling of rhenium-containing wire scrap. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015; 50:79—85. http://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.11.003Anderson C.D., Taylor P.R., Anderson C.G. Extractive metallurgy of rhenium: A review. Minerals and Metallurgical Processing. 2013;30(1):59—73. http://doi.org/10.1007/BF03402342Anderson C.D., Taylor P.R., Anderson C.G. Extractive metallurgy of rhenium: A review. Minerals and Metallurgical Processing. 2013;30(1):59—73. http://doi.org/10.1007/BF03402342Agapova L.Ya., Kilibayeva S.K., Zagorodnyaya A.N. Electrochemical processing of metal wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys. Solid State Phenomena. 2021;316:631—636. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.631Agapova L.Ya., Kilibayeva S.K., Zagorodnyaya A.N. Electrochemical processing of metal wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys. Solid State Phenomena. 2021;316:631—636. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.631Mamo S., Elie M., Baron M., Simons A., Gonzalez-Rodriguez J. Leaching kinetics, separation, and recovery of rhenium and component metals from CMSX-4 superalloys using hydrometallurgical processes. Separation and Purification Technology. 2019;212:150—160. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2018.11.023Mamo S., Elie M., Baron M., Simons A., Gonzalez-Rodriguez J. Leaching kinetics, separation, and recovery of rhenium and component metals from CMSX-4 superalloys using hydrometallurgical processes. Separation and Purification Technology. 2019;212:150—160. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2018.11.023Тарганов И.Е., Трошкина И.Д. Кинетика серно-кислотного выщелачивания никеля из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(4):24—31. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31Таrganov I.E., Troshkina I.D. Kinetics of sulfuric acid leaching of nickel from grinding waste of rhenium containing superalloys. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2021;27(4):24—31. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31Zante G., Boltoeva M., Masmoudi A., Barillon R., Trébouet D. Selective separation of cobalt and nickel using a stable supported ionic liquid membrane. Separation and Purification Technology. 2020;252:117477. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117477.hal-03419681Zante G., Boltoeva M., Masmoudi A., Barillon R., Trébouet D. Selective separation of cobalt and nickel using a stable supported ionic liquid membrane. Separation and Purification Technology. 2020;252:117477. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117477. hal-03419681Free M.L. Hydrometallurgy: Fundamentals and applications. New Jersey, USA: John Wiley & Sons. 2013, 444 p.Free M.L. Hydrometallurgy: Fundamentals and applications. New Jersey, USA: John Wiley & Sons. 2013, 444 p.Гинстлинг А.М., Броунштей н Б.И. О кинетике диффузии реакций в сферических частицах. Журнал прикладной химии. 1950;23:1249—1259.Ginstling A.M., Brounshtein B.I. Concerning the diffusion kinetics of reactions in spherical particles. Zhurnal prikladnoi khimii. 1950;23:1249—1259. (In Russ.).

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