Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск

Кинетика серно-кислотного выщелачивания никеля из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавов

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31

Полный текст:

Аннотация

В агитационном режиме изучена кинетика серно-кислотного выщелачивания никеля – основного компонента шлифотходов Re-содержащего жаропрочного суперсплава ЖС-32ВИ, образующихся при механической обработке изделий и содержащих примеси абразивного материала, масел, керамики и другие загрязняющие вещества, с концентрированием тугоплавких металлов в твердом остатке. Содержание никеля составляет 60 %, а кроме него, в шлифотходах присутствуют и другие металлы, такие как рений, хром, кобальт, вольфрам, тантал, молибден, гафний, титан и алюминий. Процесс выщелачивания никеля из отходов раствором серной кислоты осуществляли в термостатированной ячейке при повышенной температуре (55–85 °С), соотношении фаз отходы : 3 М раствор H2SO4, равном 1 г : 10 мл, и скорости перемешивания – 200 мин–1. Для изучения кинетики использовали фракцию –0,071 мм с наибольшим выходом (49,2 мас.%) в составе шлифотходов. Получены кинетические кривые выщелачивания никеля из отходов, имеющие выпуклый характер. Установлено, что при изменении температуры от 55 до 85 °С время до прекращения выщелачивания уменьшается с 220 до 140 мин, а извлечение никеля из раствора увеличивается от 45 до 99 %. Данные полученных кинетических кривых линеаризированы по уравнениям «сжимающейся сферы», Гистлинга-Броунштейна и Казеева–Ерофеева (последнее наиболее пригодно для описания). С учетом оценки коэффициентов корреляции анаморфоз установлено, что выщелачивание никеля из шлифотходов лимитирует химическая реакция и процесс протекает в кинетической области реагирования. Кажущаяся энергия активации, рассчитанная с использованием уравнения Аррениуса и констант скоростей, полученных при обработке линеаризованных кинетических кривых по модели «сжимающейся сферы», составила 47,5±0,5 кДж/моль. Такое ее значение подтверждает протекание процесса в кинетической области, интенсифицировать процесс в которой можно повышением температуры его проведения.

Об авторах

И. Е. Тарганов
Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. Менделеева
Россия

Аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе

125047, г. Москва, Миусская пл., 9



И. Д. Трошкина
Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. Менделеева
Россия

Доктор технических наук, профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе

125047, г. Москва, Миусская пл., 9



Список литературы

1. Каблов 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. No. 4(104). С. 64—78. DOI: 10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78.

2. Петрушин Н.В., Оспенникова О.Г., Елютин Е.С. Рений в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газотурбинных двигателей. Авиационные материалы и технологии. 2014. No. S5. С. 5—16.

3. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Косты- лев А.И. Технология рения. М.: ООО «Галлея-Принт», 2015.

4. Ryohei Yagi, Toru H. Okabe. Current status and smelting technologies of rhenium. J. Jap. Inst. Met. Mater. 2016. Vol. 80 (6). P. 341—349. DOI: 10.2320/jinstmet.J2016022.

5. Cheng Tingyu, Xiong Ning, Peng Kaiyuan, Yang Haibing, Yin Jingchuan. Technology of production and application of rhenium and its alloys. Xiyou jinshu Cailiao Yu Gongcheng/Rare Metal Materials and Engineering. 2009. Vol. 38. No. 2. P. 373—376.

6. Bryskin B.D. (Ed.). Proceedings of the International symposium on rhenium and rhenium alloys: TMS Annual Meeting. USA, Orlando (Florida), 1997.

7. Anderson C.D., Taylor P.R., Anderson C.G. Extractive metallurgy of rhenium: A review. Miner. Metal. Process. 2013. Vol. 30. No. 1. P. 59—73.

8. Pollock T.M., Tin S. Nickel-based superalloys for advanced turbine engine: chemistry, microstructure and properties. J. Propuls. Power. 2006. Vol. 22. No. 2. P. 361—374.

9. Mamo S.K., Elie M., Baron M.G., Simons A.M., Gonzalez-Rodriguez J. Leaching kinetics, separation, and recovery of rhenium and component metals from CMSX-4 superalloys using hydrometallurgical processes. Separat. Purif. Technol. 2019. Vol. 212. P. 150—160. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.11.023.

10. USGS Mineral Commodity Yearbook 2021. DOI: 10.3133/mcs2021.

11. Каблов Е.Н., Карпов Ю.А., Титов В.И., Карфидова Е.Н., Кудрявцева Г.С., Гундобин Н.В. Определение рения и рутения в наноструктурированных жаропрочных никелевых сплавах для авиационно-космической техники. Завод. лаб. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. No. 1. С. 6—12.

12. Касиков А.Г., Петрова A.M. Рециклинг рения. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014.

13. Яковлев М.А. Обзор способов переработки отходов ренийсодержащих сплавов. В сб.: Тр. молодых ученых. Владикавказ: Владикавказский науч. центр РАН, 2004. No. 1. С. 23—29.

14. Singh Gaur R.P., Wolfe T.A., Braymiller S.A. Recycling of rhenium-containing wire scrap. Int. J. Refract. Metal. Hard Mater. 2015. Vol. 50. P. 79—85.

15. Srivastava R.R., Kim M.S., Lee J.C. Novel aqueous processing of the reverted turbine-blade alloy for rhenium recovery. Ind. Eng. Chem. Res. 2016. Vol. 55. No. 29. P. 8191—8199.

16. Mishra B., Anderson C.D., Taylor P.R., Anderson C.G., Apelian D., Blanpain B. CR3 Update: Recycling of strategic metal. JOM. 2012. Vol. 64. No. 4. P. 441—443.

17. Ситтиг М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. М.: Металлургия, 1985.

18. Крейн О.Е. Отходы рассеянных редких металлов. М.: Металлургия, 1985.

19. DeBarbadillo J.J. Nickel-based superalloys: physical metallurgy of recycling. Metall. Trans A. Phys. Metall. Mater. Sci. 1983. Vol. 14A. No. 3. P. 329—341.

20. Srivastava R.R., Kim M.S., Lee J.C., Iha M.K., Kim B.S. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. J. Mater. Sci. 2014. Vol. 49. No. 14. P. 4671—4686.

21. Петрова А.М., Касиков А.Г. Извлечение рения из отходов обработки и эксплуатации жаропрочных никелевых сплавов. Авиационные материалы и технологии. 2012. No. 3 (24). С. 9—13.

22. Guro V.P. Ammonium perrhenate purification and rhenium recovery from heat-resistant rhenium nickel superalloys. In: Proc. of 21-st Inter. Conf. on Metallurgy and Materials — Metal 2012 (Czech Republic, Brno, 23—25 May 2012). URL: www.metal2014.com/files/proceedings/02/reports/479.pdf.

23. Ляпин С.Б., Штырлов П.Ю., Хайтмитов А.А., Гуро В.П., Атакузиев А.А. Получение аммония рениевокислого из отходов сплава Fe—Ni—Re. Горный вестник Узбекистана. 2005. No. 2 (21). С. 105—106.

24. Krynitz U., Olbrich A., Kummer W., Schloh M. Method for the decomposition and recovery of metallic constituents from superalloys: Pat. 5776329 (USA). 1998.

25. Палант А.А., Левчук О.М., Брюквин В.А, Левин А.М., Парецкий В.М. Комплексная электрохимическая переработка металлических отходов ренийсодержащего жаропрочного никелевого сплава в сернокислых электролитах. Электрометаллургия. 2010. No. 7. С. 29—33.

26. Левчук О.М., Левин А.М., Брюквин В.А., Трошкина И.Д. Электрохимическая переработка отходов сплава W—Re в щелочных электролитах под действием переменного тока. Цветные металлы. 2016. No. 6 (882). С. 80—84. DOI: 10.17580/tsm.2016.06.11.

27. Чернышева О.В., Дробот Д.В. Варианты электрохимической переработки ренийсодержащего жаропрочного сплава. Хим. технология. 2017. Т. 18. No. 1. С. 36—42.

28. Агапова Л.Я., Абишева З.С., Килибаева С.К., Яхияева Ж.Е. Электрохимическая переработка техногенных отходов ренийсодержащих жаропрочных никелевых сплавов в сернокислых растворах. Цветные металлы. 2017. No. 10. С. 69—74. DOI: 10.17580/tsm.2017.10.08.

29. Касиков А.Г., Петрова A.M., Багрова Е.Г. Извлечение рения из шлифотходов жаропрочных сплавов с применением жидкостной экстракции. Цвет. металлургия. 2009. No. 1. С. 15—20.

30. Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Колпакова И.Д. Комплексоны. М.: Химия, 1970.

31. Free M.L. Hydrometallurgy: Fundamentals and Applications. NJ, USA: John Wiley & Sons, 2013. Vol. 1. Р. 86—122.

32. Гинстлинг А.М., Броунштейн Б.И. О кинетике диффузии реакций в сферических частицах. Журн. прикл. химии. 1950. No. 23. С. 1249—1259.


Для цитирования:


Тарганов И.Е., Трошкина И.Д. Кинетика серно-кислотного выщелачивания никеля из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;(4):24-31. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31

For citation:


Таrganov I.E., Troshkina I.D. Kinetics of sulfuric acid leaching of nickel from grinding waste of rhenium-containing superalloys. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2021;(4):24-31. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31

Просмотров: 23


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)