高温合金酸浸渣氧化焙烧—碱浸工艺研究.pdf

2 0 1 5 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鲻n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 s ．0 8 ．0 1 l 高温合金酸浸渣氧化焙烧一碱浸工艺研究 吴永谦，吴贤，陈昆昆，张卜升，郭瑞，马光 西北有色金属研究院，西安7 1 0 0 1 6 摘要采用氧化焙烧一碱浸工艺提取某废旧高温合金酸浸渣中的钨。考察了焙烧温度、焙烧时间、氢氧 化钠浓度、浸出温度及浸出时间等对钨浸出率的影响。结果表明，在下述最佳工艺条件下，钨浸出率可 达9 8 ％以上焙烧温度7 0 0 ℃、焙烧时间6 0m i n 、氢氧化钠浓度1 6 0g ／L 、浸出温度8 5 ℃、液固比3 、浸出 时间6 0m i n 。 关键词高温合金；焙烧；碱浸；钨 中图分类号T F 8 4 1 ．1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 8 一0 0 4 3 一0 3 S t u d yo no x y g e nR o a s t i n ga n dA l k a l iL e a c h i n go f A c i dL e a c h i n gS l a go fW a s t eS u p e r a l l o y W UY o n g q i a n ，W UX i a n ，C H E NK u n k u n ，Z H A N GB o s h e n g ，G U 0R u i ，M AG u a n g N o r t h w e s tI n S t i t u t ef o rN o n f e r r o u sM e t a lR e s e a r c h ，X i ’a n7 1 0 0 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t T u n g s t e nw a sr e c o v e r e df r o ma c i dl e a c h i n gs l a go fw a s t es u p e r a l l o yb yo x y g e nr o a s t i n ga n da l k a h l e a c h i n g ．T h ee f f e c t so fr o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，r o a s t i n gt i m e ，N a O Hc o n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ， l e a c h i n gt i m eo nt u n g s t e nI e a c h i n gr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt u n g s t e nI e a c h i n gr a t ei s9 8 ％ a b o V eu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gr o a s t i n gt e m p e r a t u r eo f7 0 0 ℃，r o a s t i n gt i m eo f6 0m i n ， N a 0 Hc o n c e n t r a t i o no f1 6 0g ／L ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f8 5 ℃，L ／S 一3 1 ，a n dl e a c h i n gt i m eo f6 0m i n ． K e yw o r d s s u p e r a l I o y ；r o a s t i n g ；a l k a I il e a c h i n g ；t u n g s t e n 钨广泛应用于航空航天、核工业、汽车工业、信 息工业、钢铁工业以及建筑业中，随着国民经济的不 断发展，对钨的需求越来越大，造成我国的钨原料逐 渐短缺[ 1 - 3 ] 。高温合金是制造航空航天发动机热端 部件的关键材料，也是大型动力设备，如工业燃气轮 机、氦气轮机、烟气轮机、火力发电机组等装置的核 心材料[ 4 巧] 。高温合金组成复杂，其中大多含有 1 0 ％左右的钨，随着经济的发展，我国仅在航空航 天、发电领域使用的高端和新型高温合金需求量每 年呈1 5 ％以上的速度增长，但是在母合金至成品加 工过程中，成品率较低，只有2 0 ％～3 0 ％，会产生大 量高温合金废料，而从材料到最终产品有效利用率 仅为1 5 ％左右[ 6 ] 。目前，国外废旧高温合金返回料 回收利用率已达7 0 ％以上，但国内对此方面的研究 却很少，为解决高温合金规模化处理工艺和再生利 用技术难题，西北有色金属研究院对此开展了大量 的研究[ 7 _ 1 引，提出新型雾化喷粉一溶解一湿法分离 处理废旧高温合金的技术路线，本文主要研究其中 酸浸渣中钨的分离提取。 1 试验部分 1 ．1 原料 收稿日期2 0 1 4 1 2 一0 3 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 i 2 A A 0 6 3 2 0 4 作者简介吴永谦 1 9 8 8 一 ，男，四川达州人，助理工程师． 试验原料为某牌号废旧高温合金经酸浸以后的 主要成分为钨。由于高温合金在酸浸之前首先 万方数据 4 4 有色金属 冶炼部分 h t t p 7 f y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第8 期 进行了雾化喷粉得到粒度较小的高温合金粉，其酸 浸渣粒度小于7 4 拉m 占9 0 ％，主要成分 ％ w 4 6 ．1 4 、T a 1 2 ．0 3 、H f3 ．1 3 、T i1 ．3 4 。 1 ．2 试验原理及方法 酸浸渣中的钨在空气中5 0 0 ～6 0 0 ℃可以迅速 氧化成W 0 。，w O 。与N a O H 及N a 。C 0 。反应生成 N a 。w O 。。因此，利用钨在空气中容易被氧化的性 质，可以先将酸浸渣进行氧化焙烧生成W O 。后碱浸 得到N a w O 。溶液，利用浓缩结晶法回收其中的 N a O H ，在此过程中N a 。w O 。过饱和结晶析出。其 工艺流程如图1 所示。 合金酸浸渣 图l 工艺流程图 F i g ．1 P r o c e s sf l o wd i a g r a m 称取一定量的酸浸渣放入坩埚中放置在管式炉 中焙烧，管式炉可通氧气，待焙烧完成后取出加入一 定浓度的氢氧化钠溶液在设定的温度及搅拌速度下 浸出一定时间后过滤，滤渣烘干送分析。酸浸渣成 分经X R F 法分析，溶液中的钨采用I C P 法分析。 2结果与讨论 2 ．1 氧化焙烧 考察氧化焙烧温度和焙烧时间对钨浸出率的 影响。 2 ．1 ．1 焙烧温度 在不同温度焙烧6 0m i n 后进行浸出，浸出条 件N a O H 浓度2 0 0g ／L 、液固比3 1 、温度9 5 ℃、时 间6 0m i n ，结果如图2 所示。从图2 可看出，在温度 较低时，钨的浸出率很低，这是由于钨在低温条件下 难以氧化，而温度达到7 0 0 ℃后，钨的浸出率基本保 持不变。故选取焙烧温度为7 0 0 ℃。 术 、 斟 寻| 鲻 诹 温厦，℃ 图2 焙烧温度对钨浸出率的影响 F i g ．2 E f ￡e c to fr o a s t i n gt e m p e r a t u r eo n t u n g s t e nI e a c h i n gr a t e 2 ．1 ．2 焙烧时间 在7 0 0 ℃焙烧不同时间后进行浸出，浸出条件 铜2 ．1 ．1 节，焙烧时间对钨浸出率的影响见图3 。 母 、 ．B { } 羽 蒯 嘏 图3 焙烧时间对钨浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fr o a s t i n gt i m eo n t u n g s t e nl e a c h i n gr a t e 由图3 可知，焙烧时间过短，钨还有大量未被氧 化导致浸出率降低。焙烧时间达到6 0m i n 后，钨的 浸出率较高，因此选取的焙烧时间为6 0m i n 。 2 ．2 碱浸 原料经过7 0 0 ℃焙烧6 0m i n 后，钨大部分转化 为W O 。，加入氢氧化钠溶液后钨生成N a 。W O 。进入 溶液，而钽、铪等圈在浸出渣中。 2 ．2 ．1 氢氧化钠浓度 在液固比3 l 、浸出时间6 0m i n 、浸出温度9 5 ℃的条件下，氢氧化钠浓度对钨浸出率的影响如图 4 所示。图4 表明，当氢氧化钠浓度达到1 6 0g ／L 后，钨浸出率基本保持不变，因此取氢氧化钠浓度为 1 6 0g ／L 。 2 ．2 ．2 浸出温度 固定条件液固比3 1 、浸出时间6 0m i n 、氢氧 万方数据 2 0 1 5 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p 7 ／y S y l ．b g r i m m 。c n 4 5 母 、 斟 丑 弼 诹 N a o H 浓度， g L 一。 图4 氢氯化钠浓度对钨浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c to fN a o Hc O n c e n t r a t i o no n t u n g s t e nl e a c h i n gr a t e 化钠浓度1 6 0g ／L ，不同浸出温度时的钨浸出率如 图5 所示。 逮 胬 丑 嬲 敢 碱授目刮重，℃ 图5 碱浸温度对钨浸出率的影响 F i g ．5 E f f ∞to fl e a c h i n gt e m p e r a t u r eo n t u n g S t e nl e a c h i n gr a t e 由图5 可看出，钨的浸出率在8 5 ℃以下随温度 的升高而升高，8 5 ℃以后则基本保持不变。由于温 度过高，溶液易挥发，同时能耗也会增加。因此最优 水浸温度选取8 5 ℃。 2 ．2 ．3 浸出时间对钨浸出率的影响 在液固比3 1 、浸出温度8 5 ℃、氢氧化钠浓度 1 6 0g ／L 的条件下，浸出时间对钨浸出率的影响如 图6 所示。从图6 可见，在碱浸时间少于6 0m i n 时，浸出率随时间增长而升高，超过6 0m i n 后浸出 率基本保持不变，此时钨的浸出率达到9 8 ％。试验 确定最优水浸时间为6 0m i n 。 为验证单因素条件试验结果，进行了3 次重复 验证试验。取1 0 0g 废高温合金酸浸渣在管式炉中 通氧气进行焙烧，焙烧温度7 0 0 ℃，焙烧时问6 0 m i n ，焙烧后酸浸渣由黑色变成土黄色，将焙烧产物 母 、 替 寻| 爱l 般 提出时间，I I l i “ 图6 浸出时间对钨浸出率的影响 F i g ．6E f f ∞to fl e 躯h i n gt i m eo n t u n g s t e nl e a c h i n gr a t e 在氢氧化钠浓度1 6 0g ／L 、液固比3 1 、浸出温度8 5 ℃、浸出时间6 0m i n 的条件下进行浸出。3 次验证 试验中钨浸出率分别为9 8 ．3 5 ％、9 8 ．3 6 ％、 9 8 ．4 0 ％。可知，验证试验中钨的浸出率均在9 8 ％ 以上，同时氧化焙烧不会出现烧结，焙烧料取出相对 于加碱焙烧更容易。后续采用浓缩结晶回收氢氧化 钠，离子交换一结晶回收钨可实现废旧高温合金酸 浸渣中钨的有效回收。 3结论 采用氧化焙烧一碱浸工艺提取废旧高温合金酸 浸渣中钨的最佳条件为焙烧温度7 0 0 ℃、焙烧时间 6 0m i n 、氢氧化钠浓度1 6 0g ／L 、浸出温度8 5 ℃、液 固比3 1 、浸出时间6 0m i n ，在上述条件下，钨浸出 率可达9 8 ％以上。 参考文献 [ 1 ] 孔昭庆．新中国钨工业6 0 年[ J ] ．中国钨业，2 0 0 9 ，2 4 5 卜1 0 ． [ 2 ] 殷丽娟．我国钨资源现状与政策效应[ J ] ．中国矿业， 2 0 0 9 ，1 8 1 1 1 3 。 [ 3 ] 张启修，赵秦生．钨钼冶金[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 5 1 2 ． [ 4 ] 郭建亭．高温合金在能源工业领域中的应用现状与发 展[ J ] ．金属学报，2 0 1 0 ，4 6 5 5 1 3 5 2 7 ． [ 5 ] 行卫东，范兴祥，董海刚，等．废旧高温合金再生技术及 进展[ J ] ．稀有金属，2 0 1 3 ，3 7 3 4 9 4 5 0 0 ． [ 6 ] 孟晗琪，马光，吴贤，等．镍钴高温合金废料湿法冶金回 收口] ．广州化工，2 0 1 2 ，4 0 1 7 2 9 3 0 ． [ 7 ] 王靖坤，孟晗琪，王治钧，等．高温合金废料氧化酸浸工 艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 5 1 4 ． 下转第5 8 页 万方数据 5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第8 期 细小，因此气泡所形成的气膜厚度也较小。因为“气 膜电阻”的产生与气泡排开电解质的体积有关，所以 对于排开电解质体积更小的N i F e 0 。基惰性阳极， 其“气膜电阻”无疑也要小于碳素阳极。 3结论 1 N a 。A l F 6 3 ％C a F 2 5 ％A 1 0 。电解质对 N i F e z o 。基惰性阳极的润湿性要好于碳素阳极。 2 低电流密度下，N i F e 。O 。基惰性阳极和碳素 阳极表面气泡的生长过程相近，均经历了形核、长 大、气泡合并、长大、偏移和逸出等过程。但以 N i F e 。0 。为阳极时生成的气泡尺寸较小，气泡的逸 出时间也较短。 3 大电流密度下，N i F e O 。惰性阳极底部气泡 形成逸出较快，气泡尺寸也较小，有利于降低“气膜 电阻”。 参考文献 [ 1 ] K i s sLI ，P o n c s a ks ．E f f e c to ft h eb u b b l eg r o w t hm e c h a n i s 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