Визначення ефективністі та селективністі анодного розчинення жароміцного суперсплаву з ренієм у середовищах з хлорид-іоном та сульфатною або метансульфоновою кислотами

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342421

Ключові слова:

переробка суперсплавів, анодне розчинення, вилучення ренію, нікелеві суперсплави

Анотація

Об’єктом дослідження є електрохімічне анодне розчинення жаростійкого нікелевого суперсплаву, що містить реній та інші легуючі елементи, у кислотних електролітах із додаванням хлориду натрію. Досліджуваний сплав отримано з лому високотемпературного обладнання. У роботі досліджено анодне розчинення цього суперсплаву у двох кислотних середовищах – на основі сірчаної та метансульфонової кислот. Виконано порівняльний аналіз результатів циклічної вольтамперометрії та гальваностатичних експериментів. Встановлено, що в електроліті на основі сірчаної кислоти анодні процеси перебігають інтенсивніше, про що свідчать більші густини струму. Проте такий метод фіксує не лише струми розчинення металів, а й побічні процеси – анодне виділення кисню та доокиснення розчинених іонів. У гальваностатичних умовах, що дозволяють безпосередньо визначати масові втрати сплаву, показано, що метансульфонова кислота з хлоридом натрію забезпечує більшу швидкість розчинення, навіть попри нижчу електропровідність середовища. Це пояснюється вищою розчинністю та стабільністю метансульфонатів легуючих компонентів (Cr, Al, Nb, Ta, Re), що зменшує схильність поверхні до пасивації. У середовищі H2SO4+NaCl розчинення відбувається більш рівномірно, хоча з меншою масовою ефективністю, що зумовлено утворенням малорозчинних сульфатів. У метансульфонатному електроліті в інтервалі j = 1.5–2.5 А/дм² співвідношення Ni, Cr, Co, W та Re найбільш близьке до складу вихідного сплаву, при цьому у розчин переходить і реній, відсутній у сірчанокислому середовищі. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації першої стадії переробки жароміцних сплавів та розробки електрохімічних технологій вилучення стратегічно важливих металів з промислових відходів

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, Криворізький національний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Ірина Володимирівна Скнар, Український державний університет науки і технологій

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Ірина Валреіївна Суха, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технологій природних і синтетичних полімерів, жирів та харчової продукції

Оксана Вікторівна Демчишина, Криворізький національний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Посилання

  1. Miracle, D. B., Senkov, O. N. (2017). A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Materialia, 122, 448–511. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081
  2. Pollock, T. M., Tin, S. (2006). Nickel-Based Superalloys for Advanced Turbine Engines: Chemistry, Microstructure and Properties. Journal of Propulsion and Power, 22 (2), 361–374. https://doi.org/10.2514/1.18239
  3. Chen, J., Zhou, X., Wang, W., Liu, B., Lv, Y., Yang, W. et al. (2018). A review on fundamental of high entropy alloys with promising high–temperature properties. Journal of Alloys and Compounds, 760, 15–30. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.05.067
  4. Diwahar, D., Manivachakan, V., Syed, R. B. (2025). An Overview of Rare Earth-Doped Ceramic Thermal Barrier Coatings for High-Temperature Performance of Nickel-Based Superalloys. High Temperature Corrosion of Materials, 102 (4). https://doi.org/10.1007/s11085-025-10340-8
  5. Zhou, Y., Zhao, X., Fan, Y., Yue, Q., Xia, W., Pan, Q. et al. (2025). Composition Optimization in Alloy Design for Nickel-Based Single Crystal Superalloy: A Review. Metals, 15 (7), 793. https://doi.org/10.3390/met15070793
  6. Darolia, R. (2018). Development of strong, oxidation and corrosion resistant nickel-based superalloys: critical review of challenges, progress and prospects. International Materials Reviews, 64 (6), 355–380. https://doi.org/10.1080/09506608.2018.1516713
  7. 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: PBP «Ekonomika», 324. Available at: https://www.researchgate.net/publication/390199010_Resursi_strategicnih_korisnih_kopalin_Ukraini
  8. China hits back at US tariffs with export controls on key rare earths. Available at: https://www.reuters.com/world/china-hits-back-us-tariffs-with-rare-earth-export-controls-2025-04-04/
  9. 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
  10. Lv, L., Meng, J., Liu, C., Zhang, J., Wang, X., Bu, C. et al. (2026). Upcycling valuable metals of spent LIB cathode into high-performance catalysts for CO2-CH4 dry reforming. Fuel, 405, 136429. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136429
  11. 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
  12. Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Burkov, A. A., Kondrat'ev, D. A. et al. (2018). Synthesis of NI(II)-TI(IV) layered double hydroxides using coprecipitation at high supersaturation method. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (24), 9652–9656. Available at: https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_1218_7500.pdf
  13. Sihai, L., Xiangfan, N., Liucheng, Z., Xi, Y., Weifeng, H., Yinghong, L. (2017). Thermal stability of surface nanostructure produced by laser shock peening in a Ni-based superalloy. Surface and Coatings Technology, 311, 337–343. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.031
  14. Zhang, Y., Fan, Y., Feng, K., Lu, C., Wang, Y., Shao, T. (2024). Evolution of high-temperature hardness of multimodal γ′ nickel-based superalloy. Journal of Materials Research and Technology, 29, 3771–3781. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.02.093
  15. Wolf, A. (2022). Stockpiling of Critical Metals as a Risk Management Strategy for Importing Countries. Journal of Resilient Economies (ISSN: 2653-1917), 2 (2). https://doi.org/10.25120/jre.2.2.2022.3931
  16. 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
  17. Srivastava, R. R., Kim, M., Lee, J., Jha, M. K., Kim, B.-S. (2014). Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. Journal of Materials Science, 49 (14), 4671–4686. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8219-y
  18. Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Investigation of the anodic behavior of w-based superalloy for electrochemical selective treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (108)), 55–60. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218355
  19. Кovalenko, 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
  20. Kim, M.-S., Lee, J.-C., Park, H.-S., Jun, M.-J., Kim, B.-S. (2018). A multistep leaching of nickel-based superalloy scrap for selective dissolution of its constituent metals in hydrochloric acid solutions. Hydrometallurgy, 176, 235–242. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.02.002
  21. Mamo, S. K., Elie, M., Baron, M. G., Simons, A. M., Gonzalez-Rodriguez, J. (2019). Leaching kinetics, separation, and recovery of rhenium and component metals from CMSX-4 superalloys using hydrometallurgical processes. Separation and Purification Technology, 212, 150–160. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.11.023
  22. Ali, I., Gaydukova, A., Kon’kova, T., ALOthman, Z. A., Sillanpää, M. (2023). Kinetics and Optimization of Metal Leaching from Heat-Resistant Nickel Alloy Solid Wastes. Molecules, 28 (14), 5545. https://doi.org/10.3390/molecules28145545
  23. Constantin, A. D., Hall, S., Pourhossein, F., Farnaud, S. (2025). Strategies for Nickel and Cobalt Mobilisation from Ni-Based Superalloy Residue Powders Using a Sustainable and Cost-Effective Bioleaching Method. Processes, 13 (7), 2157. https://doi.org/10.3390/pr13072157
  24. Wang, S., Sun, F., Liu, X., Chen, X., Li, J., He, L., Zhao, Z. (2025). A decomposition method for nickel-based superalloys by sulfurization: Recycling valuable metals. Journal of Alloys and Compounds, 1025, 180359. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.180359
  25. Tian, Q., Gan, X., Cui, F., Yu, D., Guo, X. (2021). Selective Extraction of Ni from Superalloy Scraps by Molten Mg-Zn. Metals, 11 (6), 993. https://doi.org/10.3390/met11060993
  26. Wang, L., Lu, S., Fan, J., Ma, Y., Zhang, J., Wang, S. et al. (2022). Recovery of Rare Metals from Superalloy Scraps by an Ultrasonic Leaching Method with a Two-Stage Separation Process. Separations, 9 (7), 184. https://doi.org/10.3390/separations9070184
  27. Ge, Y., Zhu, Z., Wang, D. (2017). Electrochemical Dissolution Behavior of the Nickel-Based Cast Superalloy K423A in NaNO3 Solution. Electrochimica Acta, 253, 379–389. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.046
  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. Kovalenko, V., Kotok, V., Kovalenko, I. (2018). Activation of the nickel foam as a current collector for application in supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 56–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133472
  30. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
Визначення ефективністі та селективністі анодного розчинення жароміцного суперсплаву з ренієм у середовищах з хлорид-іоном та сульфатною або метансульфоновою кислотами

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-31

Як цитувати

Коток, В. А., Скнар, Ю. Є., Бутиріна, Т. Є., Скнар, І. В., Суха, І. В., & Демчишина, О. В. (2025). Визначення ефективністі та селективністі анодного розчинення жароміцного суперсплаву з ренієм у середовищах з хлорид-іоном та сульфатною або метансульфоновою кислотами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (137), 32–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342421

Номер

Том 5 № 6 (137) (2025): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

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

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.