способ переработки ренийсодержащего техногенного сырья

Формула изобретения

Способ переработки ренийсодержащего техногенного сырья, включающий хлорирование газообразным хлором, отличающийся тем, что хлорирование ведут при комнатной температуре в жидкой среде диметилформамида и воды при массовом соотношении техногенное сырье:диметилформамид:вода, равном 1:(20-25):(8-10), при введении газообразного хлора при соотношении техногенное сырье:хлор, равном 1:(35-45).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии редких металлов и может быть использовано для извлечения рения из техногенного сырья, содержащего металлический рений или его сплавы.

Известен способ извлечения рения в виде оксида из отходов сплавов специальных областей техники [патент РФ № 93036785, 1996], включающий измельчение исходного материала и термообработку его в присутствии кислорода с образованием паров оксида рения и твердого огарка. Процесс ведут с предварительным подогревом подаваемого в реакционную камеру кислорода до 1000-1100°С, давлении газа 1,1-1,3 атм. Температура обжига 1100-1250°С, продолжительность 2,0-2,5 часа.

Недостатком указанного способа является высокая температура обжига и необходимость подогрева газа, требующие больших энергозатрат.

Известен также способ совместного извлечения платины и рения из отработанных платинорениевых катализаторов [патент РФ №2167213, 2001], заключающийся в кислотном выщелачивании при наложении постоянного тока в течение 7-8 часов в соляно-сернокислом растворе. Платина и рений переходят в раствор, соответственно, в виде PtCl ₆ ^2- и ReO₄ ^- и затем осаждаются на катоде в виде чистых металлов.

Недостатком этого способа является то, что он применим только для техногенного сырья с низким содержанием рения, при этом металл извлекается с поверхности основы. Кроме того, способ требует специального электрохимического оборудования.

Известен способ переработки материалов с низким содержанием металлов, в частности молибдена и вольфрама [патент РФ № 2002839, кл. С 22 В 34/34, С 22 В 34/36, бюлл. № 41-42, 1992 г.], заключающийся в хлорировании материала газообразным хлором при комнатной температуре в среде диметилформамида при массовом соотношении перерабатываемого материала, диметилформамида и хлора, равном 1:(20-25):(25-30). Способ позволяет достичь степени извлечения молибдена до 97% и вольфрама до 70%. Процесс проходит в одну стадию и не требует подвода тепла извне.

Недостатком указанного способа является то, что в случае применения его для извлечения рения из ренийсодержащих техногенных отходов он оказывается малоэффективным. По нашим данным, при хлорировании индивидуального металлического рения в течение 1 часа в среде диметилформамида степень перехода рения в раствор составляет не более 3% (см. Таблицу).

Технической задачей является разработка эффективной технологии извлечения рения в процессе переработки техногенного сырья с высоким содержанием рения в нем в виде металла или сплава. Перерабатываемым сырьем могут быть отходы специальных сплавов, катализаторы, отработанные термопары.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения по назначению и по совокупности существенных признаков является способ переработки отходов производства рения путем взаимодействия металла с газообразным хлором при 650-750°С с образованием пентахлорида рения [Крейн О.Е. Отходы рассеянных редких элементов, М.: Металлургия, 1985, с.93-94] (прототип). Извлечение рения составляет 90-97%.

Недостатками способа по прототипу являются высокие энергозатраты и, как следствие, необходимость использовать специальное громоздкое оборудование.

Заявленное изобретение направлено на упрощение способа за счет снижения температуры процесса извлечения рения.

Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки ренийсодержащего техногенного сырья, включающий хлорирование газообразным хлором, отличающийся тем, что хлорирование ведут при комнатной температуре в жидкой среде диметилформамида и воды при массовом соотношении техногенное сырье:диметилформамид:вода, равном 1:(20-25):(8-10), при введении газообразного хлора при соотношении техногенное сырье:хлор, равном 1:(35-45).

Заявленное соотношение компонентов обусловлено тем, что при массовом количестве диметилформамида ниже, чем 20 и выше, чем 25 на единицу перерабатываемого материала, степень извлечения рения снижается, при массовом количестве воды ниже, чем 8 и выше, чем 10 на единицу перерабатываемого материала, степень извлечения рения также снижается. Соотношение перерабатываемый материал:хлор является расчетным и обусловлено недостатком либо избытком хлора.

Принципиальной основой данного способа является то, что в жидкой среде, состоящей из диметилформамида и воды, в присутствии свободного хлора образуется комплекс, обладающий каталитическим воздействием на процесс хлорирования рения.

Отличительной особенностью предлагаемого способа извлечения рения является то, что хлорирование ведется в водно-органической среде при вышеприведенном соотношении компонентов, без подвода тепла извне.

В результате такой переработки рений, а также молибден, вольфрам и другие металлы, входящие в состав жаропрочных и жаростойких сплавов, также переходят в раствор, причем степень перехода находится в зависимости от содержания этих компонентов в исходном сырье.

Сущность способа заключается в следующем. Измельченные исходные материалы помещают в раствор, содержащий смесь диметилформамида (ДМФА) и воды, в массовом соотношении перерабатываемый материал:диметилформамид:вода, равном 1:(20-25):(8-10). При непрерывном перемешивании через смесь барботируют хлор, расход которого поддерживается исходя из соотношения перерабатываемый материал:хлор, равного 1:(35-45). Процесс не требует подогрева, при этом, температура раствора, за счет выделения тепла протекающей реакции, может повышаться до 60-80°С. Продолжительность процесса, в зависимости от содержания рения в материале, составляет от 1 до 5 часов. По окончании хлорирования подачу хлора прекращают и после отстаивания в течение 10-12 часов смесь подвергают фильтрации. Непрохлорированный остаток может быть подвергнут повторному хлорированию.

Ниже приведены примеры реализации заявленного способа.

Пример 1. Отходы сплава МВР с содержанием Re 42,5%, Мо 43%, W 11,4% в количестве 2 г загружают в колбу, снабженную мешалкой и содержащую 40 мл диметилформамида и 16 мл воды. Скорость подачи хлора составляет 6 л/час. Хлорирование ведут в течение 5 ч, по окончании которых подачу хлора прекращают, а реакционную смесь выдерживают в течение 10 ч. Затем реакционную смесь фильтруют. Убыль массы отходов за одну операцию составляет 41,2%. Данные химического анализа полученного раствора свидетельствуют, что степень извлечения в раствор за одну операцию хлорирования составляет для Re 25,7%, для Мо 33,2%, для W 34,4%. Концентрация металлов в растворе составляет 3,9 г/л для Re, 5,1 г/л для Мо и 1,4 г/л для W.

Пример 2.

Остаток от хлорирования отходов сплава МВР по Примеру 1 в количестве 0,8 г загружают в раствор, содержащий 20 мл диметилформамида и 8 мл воды, и проводят хлорирование так же, как в Примере 1. Соотношение отходы:диметилформамид:вода составляет 1:25:10 при расходе хлора 6 л/час. Хлорирование ведут в течение 5 ч. Убыль массы отходов составляет 43%. Суммарная степень извлечения рения за 2 операции по Примерам 1-2 составляет 35,6% по отношению к содержанию в исходном сплаве МВР, молибдена - 45,0%, вольфрама - 43,0%.

Пример 3. Механическую смесь порошкообразных металлов, содержащую Re 20% и W 80%, в количестве 2 г загружают в смесь 40 мл диметилформамида и 16 мл воды и проводят переработку так же, как в Примере 1. Убыль смеси металлов за одну часовую операцию хлорирования составляет 23,0%. По данным химического анализа степень извлечения в раствор составляет для Re 46,2%, для W 17,2%.

Пример 4. Механическую смесь порошкообразных металлов, содержащую Re 5% и W 95%, в количестве 2 г загружают в смесь 40 мл диметилформамида и 16 мл воды и проводят переработку так же, как в Примере 1. Убыль смеси металлов за одну часовую операцию хлорирования составляет 10,8%. По данным химического анализа степень извлечения в раствор составляет для Re 39,2%, для W 9,26%.

Данные примеров сведены в Таблицу.

В Таблице также приведены данные по извлечению металлического рения по заявленному способу и по патенту РФ №2002839. Показано, что в присутствии 40% добавки воды к диметилформамиду степень перехода рения в раствор возрастает до 96%, что значительно выше по сравнению со степенью перехода рения в безводном растворе, при этом получается раствор с высокой концентрацией рения, достигающей 47,8 г/л.

Как видно из примеров и данных таблицы, извлечение рения из отходов сплава МВР хлорированием в среде диметилформамида и воды при заявленном соотношении техногенное сырье:диметилформамид:вода и при достаточном содержании хлора позволяет за одну операцию достичь степени извлечения Re 25,7% при исходной комнатной температуре процесса и исходном содержании рения в сплаве 42,5%.

Таким образом, предложенный способ позволяет вовлечь в сферу производства техногенное сырье, содержащее рений и другие ценные металлы, входящие в состав жаростойких и твердых сплавов.

Предложенный способ проходит в одну стадию, не требует подвода тепла извне, прост в оформлении, не требует дефицитного оборудования и дорогостоящих реагентов, что существенно упрощает процесс извлечения рения из отходов сплавов специальных областей техники и исключает значительные энергозатраты.

Таблица.
№	Перерабат. материал	Содержание металла в исходном сырье, %			Соотнош. перераб. матер.:ДМФА:H2O:хлор	Продолж. хлорир., час	Степень хлорир. исходного материала, %	Степень извлечения металла, %			Концентрация металла в растворе, г/л
		Re	Мо	W				Re	Мо	W	Re	Мо	W
1	Сплав MBP	42,5	43,0	11,4	1:20:8:35	5	41,2	25,7	33,2	34,4	3,9	5,1	1,4
2	Остаток от хлорир. по Примеру 1	-	-	-	1:25:10:45	5	43,0	35,6	45,0	43,0	3,0	3,6	0,7
3	Смесь Re+W	20	-	80	1:20:8:35	1	23,0	46,2	-	17,2	3,3	-	4,9
4	Смесь Re+W	5	-	95	1:20:8:35	1	10,8	39,2	-	9,3	0,7	-	3,1
	Re мет.	100	-	-	1:20:8:35	1	96,1	96,1	-	-	47,8	-	-
	Re мет. (по патенту РФ №2002839)	100	-	-	1:20:0:25	1	3,1	3,1	-	-	1,5	-	-