28512

بازيابي تنگستن از قراضه ابزار برش كاربيد سمانته تنگستن - كبالت

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- استخراج فلزات

1399

1402/4/13

محمدرضا ابوطالبي - سيد حسين سيدين

حامد توكلي

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

تنگستن يك عنصر استراتژيك و پركاربرد در صنايع مختلف هر كشور است. عمده تنگستن دنيا صرف توليد كاربيدهاي سمانته مي‌شود كه به طور عمده براي توليد ابزارهاي برش استفاده مي‌شوند. كاربيد سمانته از كاربيد تنگستن و يك بايندر مانند كبالت يا نيكل ساخته مي¬شود. ابزارهاي برش پس از مصرف و قراضه شدن به‌عنوان يك منبع ثانويه مهم براي توليد تنگستن به شمار مي‌آيند. روش‌هاي متفاوتي براي بازيابي تنگستن بر اساس خواص مورد نياز ارائه شده است. روش جداسازي تنگستن از كبالت توسط فرايند هيدرومتالورژي با سديم هيدروكسيد از جمله روش‌هايي است كه قابليت حذف كامل كبالت و حل سازي تنگستن در خود را دارد. همچنين استفاده از اين روش، مزيت تبديل تنگستن به محصولات مياني متفاوتي را دارد. هدف از اين پژوهش، بازيابي تنگستن با خلوص بالا از ابزار كاربيد تنگستن مستعمل به روش هيدرومتالورژي بوده كه طي آن شرايط مناسب هر مرحله از فرايند تعيين و مشخص گرديد. در اولين مرحله از اين پژوهش، كاربيدهاي سمانته در كوره الكتريكي در دماي مناسب و تحت اتمسفر هوا اكسيد شده و سپس مورد خردايش قرار گرفتند. پودرهاي اكسيد شده شامل 86.6 درصد اكسيد تنگستن و 8.7 درصد اكسيد كبالت و همچنين ديگر ناخالصي¬هايي مانند كروم بود. كاربيدهاي اكسيد شده پس از آسياكاري در محلول بازي سديم هيدروكسيد حل سازي شدند. شرايط بهينه جهت انجام فرايند ليچينگ در محلول سديم هيدروكسيد، دماي 85 درجه سانتي¬گراد، l/s برابر 10، نسبت استوكيومتري سديم هيدروكسيد به اكسيد تنگستن برابر 10 و زمان دو ساعت بود. همچنين كبالت بصورت هيدروكسيد كبالت رسوب داده شد. در ادامه فرايند، تنگستن حل شده در سود سوزآور به¬وسيله كلسيم كلريد به‌ صورت شئليت با شرايط بهينه دماي 50 درجه سانتي‌گراد، pH برابر 11.2 و نسبت مولي كلسيم كلريد به سديم تنگستات محلول: 2.6 رسوب داده شد. رسوب شئليت توسط اسيدكلريدريك به اسيد تنگستيك تبديل شد. تبديل شئليت به اسيد تنگستيك باعث شد كبالت و كلسيم از ساختار تنگستن حذف شوند. درصد بازيابي تنگستن از ابتداي فرايند تا توليد اسيد تنگستيك 96 درصد بود. همچنين در مرحله ليچينگ بازي، 98.6 درصد اكسيد تنگستن موجود در قراضه كاربيد سمانته در محلول سديم هيدروكسيد حل شد. براي حذف ناخالصي¬ها و توليد تنگستن با خلوص بالا (99.9 درصد)، اسيد تنگستيك در آمونيوم هيدروكسيد حل سازي شد. شرايط بهينه ليچينگ دماي 45 درجه سانتي¬گراد، زمان دو ساعت، غلظت آمونيوم هيدروكسيد برابر 20 درصد و نسبت جامد به مايع (l/s) برابر 10 در نظر گرفته شد. در اثر انحلال تنگستن در محلول آمونيوم هيدروكسيد، ناخالصي¬هاي رسوب‌كرده فيلتر شدند و همچنين در ادامه فرايند در اثر تبخير محلول آمونيوم هيدروكسيد، تنگستن به‌صورت آمونيوم پاراتنگستات (APT) رسوب كرد. خلوص APT به‌دست‌آمده 99.9 درصد بود كه در دماي 500 درجه سانتي‌گراد و در مدت زمان دو ساعت در كوره تبديل به اكسيد تنگستن شد. در آخرين مرحله اين پژوهش اكسيد تنگستن با 1 درصد وزني ليتيم كربنات توسط گاز هيدروژن احيا شد. ليتيم كربنات باعث رشد حداقل 1.45 برابري اندازه دانه تنگستن نسبت به تنگستن احيا شده بدون ليتيم كربنات شد.

1402/04/25

Recovery of tungsten from scrap of Tungsten-Cobalt Cemented Carbide cutting tools

7/3/2024 12:00:00 AM

Tungsten, a strategic and essential element, plays a crucial role in various industries worldwide. The majority of global tungsten consumption is for the production of cemented carbides, primarily utilized in cutting tools. As cutting tool scrap serves as a vital secondary source of tungsten, diverse methods have been developed to recover tungsten based on the desired properties. This research aims to recover high-purity tungsten and optimize the various stages of the process. A hydrometallurgical process with sodium hydroxide was employed due to its ability to completely remove cobalt and dissolve tungsten. The process also offers the advantage of converting tungsten into various intermediate products. In the first stage, cemented carbides were oxidized by a furnace and subsequently leached in an alkaline sodium hydroxide solution after grinding. Optimal leaching conditions were determined to be 85°C, a liquid-to-solid (l/s) ratio of 10, stoichiometric ratio of sodium hydroxide to tungsten oxide 10, and a duration of 2 hours. Tungsten was precipitated as Scheelite under optimal conditions of 50°C, pH 11.2, and a calcium chloride-to-sodium tungstate ratio of 2.6. Following this, Scheelite was converted to tungstic acid using hydrochloric acid, resulting in a 96% tungsten recovery from the start of the process. Additionally, 99% of the tungsten was dissolved in the solution during the leaching stage. To achieve high purity tungsten and eliminate impurities, the tungstic acid was leached in ammonium hydroxide. The optimal conditions for this stage were 45°C, 2 hours, 20% ammonium hydroxide concentration, and an l/s ratio of 10. Tungsten dissolution in the ammonium hydroxide solution led to impurity precipitation. Following the evaporation of the ammonium hydroxide solution, tungsten precipitated as Ammonium Paratungstate (APT) with a purity of 99.99%. The APT was then converted to tungsten oxide at 500°C over 2 hours. In the final stage, tungsten oxide was reduced by hydrogen with the addition of 1% by weight of lithium carbonate. The presence of lithium carbonate increased the grain size of tungsten by1.45 times compared to tungsten reduced without lithium. This research demonstrates an effective process for recovering high purity tungsten and optimizing each step in the process.

تنگستن , كاربيدسمانته , بازيابي , كبالت

tungsten , cemented carbide , Recovery , cobalt

Ali Reza Kazemi

Mohammad Reza Aboutalebi