Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

М. А. Солодовников, аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, эл. почта: solodovnikovmaksim1@gmail.com
И. Д. Трошкина, профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: troshkina.i.d@muctr.ru

Имеющейся в России минерально-сырьевой базы рения недостаточно для удовлетворения потребности в этом стратегически важном металле, поэтому вторичное сырье становится практически единственным источником, в значительной степени покрывающим спрос на него. Образующиеся при изготовлении изделий из ренийсодержащих суперсплавов отходы могут быть кусковыми и порошкообразными. При их гидрометаллургической переработке после операции растворения с переводом рения, никеля и кобальта в жидкую фазу остается твердый полупродукт, который содержит вольфрам. Ежегодно в России при обработке деталей из ренийсодержащих спецсплавов накапливается около 30 т вторичного сырья, что при среднем содержании в них вольфрама 7–9 % позволит получать до 2,7 т металла. Рассмотрена возможность гидрометаллургической переработки вольфрам содержащего кека, образующегося в результате переработки отходов ренийсодержащих суперсплавов на основе никеля. Содержание в нем вольфрама составляет 13 % (мас.). Кроме вольфрама, в полупродукте присутствуют другие металлы, такие как тантал, алюминий, кобальт, хром, цирконий, молибден. Предложенный способ переработки включает проведение спекания с щелочным реагентом, последующее водное выщелачивание спека, осаждение и сушку товарного продукта – вольфрамовой кислоты. В результате экспериментов установлено, что спекание следует проводить с двукратным избытком карбоната натрия по отношению к полупродукту при температуре 900 °С или с трехкратным избытком гидроксида натрия при температуре 550 °С. Получены кинетические кривые водного выщелачивания вольфрама из спека полупродукта с гидроксидом и карбонатом натрия. Для определения лимитирующей стадии проведена их обработка по кинетическим и диффузионным моделям. Поскольку полученные зависимости подчиняются уравнениям Яндера, Гистлинга –
Броунштейна и Праута – Томпкинса, можно заключить, что процесс лимитируется внешней диффузией. Повышение его скорости обеспечивается увеличением интенсивности перемешивания. При использовании в качестве осадителей минеральных кислот (HCl, HNO3, H2SO4) максимальная степень осаждения вольфрамовой кислоты из раствора выщелачивания достигалась при двукратном избытке соляной кислоты. В зависимости от выбранного для спекания щелочного реагента содержание вольфрама в кислоте составляло 73,3–73,5 % при сквозном извлечении его спеканием с гидроксидом натрия более 99 %, что соответствует требованиям ГОСТ 2197–78.

1. Шоназарова Ш. И., Пармонов С. Т., Самадов А. У., Каримов М. М. Современное состояние добычи вольфрама и повторной регенерации его отходов в Узбекистане // Цифровые технологии в промышленности. 2024. Т. 2. № 1. С. 61–67.
2. Петрова А. М., Касиков А. Г. Извлечение рения из отходов обработки и эксплуатации жаропрочных никелевых суперсплавов // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 3 (24). С. 9–13.
3. 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. Vol. 49. P. 4671–4686.
4. Liu J., Tang J., Sun Y., Zhou Y., Shi F. Recovery of Ni and Co elements from superalloy leaching solution by sodium roasting and water leaching // JOM. Vol. 76. 2024. P. 3393–3401.
5. Yagi R., Okabe T. H. Rhenium and its smelting and recycling technologies // International Materials Reviews. 2024. Vol. 69, Iss. 2. P. 142–177.
6. Кашин Д. С., Стехов П. А., Чесноков Д. В. Современные тенденции развития газоциркуляционных покрытий // Труды ВИАМ. 2024. № 1 (131). С. 52–59.
7. Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. – Пермь : Авиадвигатель, 2006. – 1202 c.
8. Чижикова О. М., Легошин П. А. Нестандартные методы материалообработки в аэрокосмическом производстве // Современные тенденции развития исследовательских компетенций в условиях инновационного кластера : сборник статей Всероссийской научно-практической конференции
с международным участием (28 февраля 2024 г., г. Таганрог). – Уфа : Аэтерна, 2024. С. 31–33.
9. Gudivada G., Pandey A. K. Recent developments in nickelbased superalloys for gas turbine applications: Review // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 963. 171128.
10. Шешуков О. Ю., Матюхин О. В., Михеенков М. А., Озорнин Н. К. Разработка технологии и оборудования для комплексной переработки техногенных отходов // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве : сборник докладов XI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (TИМ’2023) с международным участием (Екатеринбург, 18–19 мая 2023 г.). – Екатеринбург : УрФУ, 2023. С. 110–114.
11. Душик В. В., Шапоренков А. А., Шапагина Н. А. Перспективные антикоррозионные покрытия на основе вольфрама, его сплавов и соединений // Коррозия: защита материалов и методы исследований. 2023. № 1. С. 80–123.
12. Латыкан Н. С. Использование вольфрама в электроприборах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2022. Т. 3. С. 1247–1249.
13. Удоева Л. Ю., Чумарев В. М., Галкова Л. И., Тюшняков С. Н. Перспективы применения алюминотермии в технологии переработки Ta–W кеков // Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР : труды научно-практической конференции с международным участием и элементами школы молодых ученых. – Екатеринбург : УрО РАН, 2020. С. 329–333.
14. Кузнецова О. Г., Левин А. М., Севостьянов М. А., Леонтьев В. Г., Левчук О. М. Электрохимическая переработка отходов ренийсодержащих сплавов на основе вольфрама в аммиачно-карбонатных растворах // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 5. С. 45–49. DOI: 10.37614/2949-1215.2023.14.5.008
15. Гиганов Г. П., Гиганов В. Г. Исследование экстракции рения и вольфрама из растворов от выщелачивания вольфрамрениевых сплавов // Цветная металлургия. 2008. № 11. С. 17, 18.
16. Касиков А. Г., Петрова А. М. Рециклинг рения : монография. – М.: ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2014. С. 75–77.
17. Targanov I. E., Solodovnikov M. A., Troshkina I. D. Oxidative leaching of rhenium from grinding waste of rhenium-containing superalloys // Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2023. Vol. 29, No. 5. P. 25–33.
18. Разыков Б. З. Исследование и разработка технологии переработки низкосортного шеелитового промпродукта : автореф. дис. … канд. техн. наук. – Москва, 2010. – 20 с.
19. Гиясов А. Ш., Кушназаров П. И. Простое и экспрессное экстракционно-спектрофотометрическое определение вольфрама с помощью роданид-ионов // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19, № 13. С. 47–50.
20. Makino T., Nagai S., Iskandar F., Okuyama K., Ogi T. Recovery and recycling of tungsten by alkaline leaching of scrap and charged amino group assisted precipitatio n // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2018. Vol. 6, No. 3. P. 4246–4252.
21. Дьяченко А. Н., Шагалов В. В. Химическая кинетика гетерогенных процессов : учебное пособие. – Томск : Томский политехнический университет, 2014. – 102 с.
22. Prout E. G., Tompkins F. C. The thermal decomposition of potassium permanganate // Transactions of the Faraday Society. 1944. Vol. 40. P. 488–498.
23. Зеликман А. Н., Вольдман Г. М., Беляевская Л. В. Теория гидрометаллургических процессов. – М. : Металлургия, 1975. – 504 с.
24. Бутуханов В. Л., Минаева Н. Н., Гартман В. В., Хромцова Е. В. Выбор условий осаждения малорастворимых соединений вольфрама // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014. № 1. С. 23–36.
25. ГОСТ 2197–78. Кислота вольфрамовая. Технические условия. – Введ. 01.01.1980.