Окислительное выщелачивание рения из шлифотходов ренийсодержащих суперсплавов

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. 

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;4(104):64—78. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78

2. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «ГаллеяПринт», 2015. 329 с.

3. 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.

4. 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.

5. Nowotnik A. Nickel-based superalloys (Reference module in materials science and materials engineering). 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.02574-1

6. Yagi 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.132.114

7. Polyak D.E. USGS metal prices in the United States through 2010: Rhenium. U.S. Geological Survey, Washington DC, 2013. P. 152—154.

8. 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/jinstmet1952.67.9

9. Srivastava 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-y

10. Wang 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.2014.06.009

11. Latief 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.2013.01.022

12. Байконуров 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.2017.08.08

13. Петрова А.М., Касиков А.Г. Извлечение рения из отходов обработки и эксплуатации жаропрочных никелевых суперсплавов. Авиационные материалы и технологии. 2012;3:9—13.

14. Касиков А.Г., Петрова A.M. Рециклинг рения. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. 163 с.

15. 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.2014.11.003

16. Anderson 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/BF03402342

17. Agapova 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.316.631

18. Mamo 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.2018.11.023

19. Тарганов 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/10.17073/0021-3438-2021-4-24-31

20. Zante 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-03419681

21. Free M.L. Hydrometallurgy: Fundamentals and applications. New Jersey, USA: John Wiley & Sons. 2013, 444 p.

22. Гинстлинг А.М., Броунштей н Б.И. О кинетике диффузии реакций в сферических частицах. Журнал прикладной химии. 1950;23:1249—1259.