Визначення можливості електрохімічного розчинення суперсплаву, що використовується в елементах турбін, у лужних розчинах із добавками

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.337836

Ключові слова:

жаростійкий суперсплав, електрохімічне розчинення, лужний електроліт, пасивація, вибіркове вилуговування, реній

Анотація

Об’єктом дослідження є електрохімічне анодне розчинення жаростійкого нікелевого суперсплаву на основі нікелю (приблизно 62%), отриманого із знищених вузлів спеціальної техніки, який містить цінні метали зокрема: реній (приблизно 4 %), кобальт, вольфрам, молібден, тантал, ніобій та інші. Проблемою, що вирішувалася, була відсутність ефективного електрохімічного методу селективного вилучення цих компонентів, зокрема ренію та других цінних елементів з суперсплаву такого складу, у лужному середовищі. Експериментально досліджено анодну поведінку сплаву у 0.5 M NaOH за наявності різних комплексоутворювальних та активуючих добавок (NaCl, лимонна кислота, сіль ЕДТА, дігідропірофосфат натрію). Показано, що жодна з добавок не забезпечує суттєвого прискорення анодного розчинення. Останнє  продемонстровано тим, що підвищення значення середніх питомих кількостей електрики, розрахованих для 5 циклів циклічної вольтамперних кривих, що пішли на розчинення сплаву, в усіх випадках не перевищувало 8%. В інших випадках значення були суттєво меньше за базовий розчин, що містив тільки луг. Встановлено, що анодне розчинення має поверхнево-вибірковий характер: Ni, Co, Cr, Re, Al вилуговуються в електроліт, а на поверхні формується шар, збагачений W, Ta, Nb, Mo. Зміна хімічного складу підтверджена даними рентгенофлуоресцентного аналізу (зниження вмісту Ni до приблизно 48%, підвищення W з приблизно 9 до 20% на поверхні). Приведено теоретичне обгрунтування приведених результатів, яке базується на фізико-хімічних властивостях сполук, які можуть утворюватись при анодному розчиненні з добавками. Відсутність активуючого ефекту від добавок свідчить про доцільність подальших досліджень у чистому NaOH. Отримані дані мають практичне значення для селективного розділення компонентів суперсплаву перед подальшою глибшою переробкою

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток, Український державний університет науки і технологій

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Юрій Євгенович Скнар, Український державний університет науки і технологій

Доктор хімічних наук, завідувач кафедри

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Тетяна Євгенівна Бутиріна, Український державний університет науки і технологій

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Ірина Володимирівна Скнар, Український державний університет науки і технологій

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Оксана Вікторівна Демчишина, Криворізький національний університет

Кандидат хімічних наук, асистент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Елла Вікторівна Часова, Криворізький національний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Посилання

  1. Li, J., Zhou, L., Lu, N., Song, W., Liang, J., Zhou, Y. et al. (2025). Advances and challenges in energy field assisted additive manufacturing nickel-based superalloys: Printability, microstructure, and performance. Journal of Materials Science & Technology, 239, 124–152. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.03.010
  2. Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
  3. Torralba, J. M., Meza, A., Kumaran, S. V., Mostafaei, A., Mohammadzadeh, A. (2025). From high-entropy alloys to alloys with high entropy: A new paradigm in materials science and engineering for advancing sustainable metallurgy. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 36, 101221. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2025.101221
  4. Hu, C., Wei, Y., Cai, H., Chen, L., Wang, X., Zhang, X. et al. (2021). Research Progress of Platinum-Based Superalloys for High Temperature Applications. Johnson Matthey Technology Review, 65 (4), 535–555. https://doi.org/10.1595/205651321x16221908118376
  5. The Consequences of China’s new rare earths export restrictions. Center for Strategic and International Studies (CSIS). Available at: https://www.csis.org/analysis/consequences-chinas-new-rare-earths-export-restrictions
  6. Babiy, K. V., Bubnova, O. A., Malieiev, Ye. V., Riumina, D. M., Levchenko, K. S., Ikol, O. O. (2024). Resursy stratehichnykh korysnykh kopalyn Ukrainy. Dnipro, 324. Available at: https://www.researchgate.net/publication/390199010_Resursi_strategicnih_korisnih_kopalin_Ukraini
  7. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of tungstate ions on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (95)), 18–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145223
  8. Pure Ni Powder. Additive Manufacturing Material. Available at: https://am-material.com/316l-powder/pure-ni-powder-20240923/
  9. LME Nickel. London Metal Exchange. Available at: https://www.lme.com/Metals/Non-ferrous/LME-Nickel#Summary
  10. Kotok, V., Butyrina, T., Sknar, Y., Demchyshyna, O., Liashenko, A., Sukha, I. (2024). Determination of processing conditions for a heat-resistant superalloy used in turbine elements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (131)), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313452
  11. Li, D., Li, G., Wei, X., Ma, B., Huang, C., Chen, W. et al. (2024). Long-term aging behavior and mechanism of CMSX-4 nickel-based single crystal superalloy at 950 ℃ and 1050 ℃. Journal of Alloys and Compounds, 1004, 175763. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175763
  12. Nychka, J. A., Clarke, D. R., Meier, G. H. (2008). Spallation and transient oxide growth on PWA 1484 superalloy. Materials Science and Engineering: A, 490 (1-2), 359–368. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.043
  13. Stoller, V., Olbrich, A., Meese-Marktscheffel, J., Mathy, W., Erb, M., Nietfeld, G., Gille, G. (2003). Pat. No. EP1312686A2. Electrochemical dissolution process for disintegrating superalloy scraps. Available at: https://patents.google.com/patent/EP1312686A2/en
  14. Xu, W., Gao, K., Chen, K., Lu, J., Li, J., Li, B. et al. (2021). Study on Electrochemical Dissolution Mechanism of Nickel-Based Superalloy Scrap. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.3986790
  15. Agapova, L. Y., Kilibayeva, S. K., Abisheva, Z. S., Sharipova, A. S. (2020). Complex electrochemical processing of technogenic wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys. Non-Ferrous Metals, 24–30. https://doi.org/10.17580/nfm.2020.01.04
  16. Al-Kharafi, F. M., Ateya, B. G., Allah, R. M. A. (2004). Selective dissolution of brass in salt water. Journal of Applied Electrochemistry, 34 (1), 47–53. https://doi.org/10.1023/b:jach.0000005616.41240.d0
  17. Zaky, A. (2013). Electrochemical Dissolution and Passivation of Cu-Ni Alloys in Sodium Sulphate Aqueous Solution. Universal Journal of Chemistry, 1 (1), 1–6. https://doi.org/10.13189/ujc.2013.010101
  18. Chang, J.-K., Hsu, S.-H., Sun, I.-W., Tsai, W.-T. (2008). Formation of Nanoporous Nickel by Selective Anodic Etching of the Nobler Copper Component from Electrodeposited Nickel−Copper Alloys. The Journal of Physical Chemistry C, 112 (5), 1371–1376. https://doi.org/10.1021/jp0772474
  19. El-Sayed, A.-R., Abd El-Lateef, H. M., Mohran, H. S. (2015). Effect of nickel content on the anodic dissolution and passivation of zinc–nickel alloys in alkaline solutions by potentiodynamic and potentiostatic techniques. Bulletin of Materials Science, 38 (2), 379–391. https://doi.org/10.1007/s12034-014-0814-7
  20. Yagi, R., Okabe, T. H. (2024). Review: Rhenium and its smelting and recycling technologies. International Materials Reviews, 69 (2), 142–177. https://doi.org/10.1177/09506608241229042
  21. Yi, A., Jiang, H. (2023). Rhenium-molybdenum separation in an alkaline leaching solution of a waste superalloy by N263 extraction. Arabian Journal of Chemistry, 16 (3), 104516. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2022.104516
  22. Maltseva, T. (2025). Proposed composition of complexes and ion associates in citric acid solutions containing nickel sulfamate and potassium perrhenate. Ukrainian Chemistry Journal, 91 (4), 61–71. https://doi.org/10.33609/2708-129x.91.4.2025.61-71
  23. Nahle, A. (1998). Effect of EDTA on the electrochemical dissolution of tin in NaOH solution. Bulletin of Electrochemistry, 14 (2), 52–56.
  24. Stankovic, S., Grgur, B., Krstajic, N., Vojnovic, M. (2003). Kinetics of the zinc anodic dissolution reaction in near neutral EDTA solutions. Journal of the Serbian Chemical Society, 68 (3), 207–218. https://doi.org/10.2298/jsc0303207s
  25. Rong, H., Zhang, C., Sun, Y., Wu, L., Lian, B., Wang, Y., Chen, Y. et al. (2022). Electrochemical degradation of Ni-EDTA complexes in electroless plating wastewater using PbO2-Bi electrodes. Chemical Engineering Journal, 431, 133230. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133230
  26. Ni2P2O7 Solubility - Is Nickel(II) pyrophosphate Soluble? ChemicalAid. Available at: https://www.chemicalaid.com/tools/solubility.php?hl=en&substance=Ni2P2O7
  27. Mikhailov, I. F. (2016). Perspectives of development of X-ray analysis for material composition. Functional Materials, 23 (1), 5–14. https://doi.org/10.15407/fm23.01.005
  28. Kovalenko, V., Kotok, V., Yeroshkina, A., Zaychuk, A. (2017). Synthesis and characterisation of dye­intercalated nickel­aluminium layered­double hydroxide as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 27–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109814
  29. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Definition of the aging process parameters for nickel hydroxide in the alkaline medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 54–60. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127764
  30. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Solovov, V. A., Kovalenko, P. V., Ananchenko, B. A. (2018). Effect of deposition time on properties of electrochromic nickel hydroxide films prepared by cathodic template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (9), 3076–3086. Available at: https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_0518_7034.pdf
  31. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Selective anodic treatment of W(WC)-based superalloy scrap. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 53–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91205
Визначення можливості електрохімічного розчинення суперсплаву, що використовується в елементах турбін, у лужних розчинах із добавками

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-27

Як цитувати

Коток, В. А., Скнар, Ю. Є., Бутиріна, Т. Є., Скнар, І. В., Демчишина, О. В., & Часова, Е. В. (2025). Визначення можливості електрохімічного розчинення суперсплаву, що використовується в елементах турбін, у лужних розчинах із добавками. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12 (136), 12–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.337836

Номер

Том 4 № 12 (136) (2025): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Valerii Kotok, Yuri Sknar, Tatyana Butyrina, Irina Sknar, Oksana Demchyshyna, Ella Chasova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.