[發明專利]一種熔融鋅脆化回收鎳基單晶高溫合金廢料的方法

在審

• 申請號: 201910714785.1
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110343848A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 陳振斌;周亦胄;孫元;張洪宇;柳春麗
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學;中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22B1/00
• 分類號: C22B1/00;C22B7/00;C22B21/00;C22B23/00;C22B34/32;C22B34/34;C22B34/36;C22B34/24;C22B61/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種熔融鋅脆化回收鎳基單晶高溫合金廢料的方法，屬于冶金領域。該方法首先采用真空密封技術將鎳基單晶高溫合金與鋅以質量比為1:4～1:10封裝于石英管中，在溫度為900～1400℃的真空熔煉爐中加熱4～10h，爐冷至溫度為100～150℃后取出試樣。經鋅脆化后的高溫合金廢料很容易破碎成粉末，可利用傳統的濕法冶金工藝最大限度地回收高溫合金廢料中的金屬元素。本發明解決了高溫合金廢料難破碎、難溶解的問題，增大了高溫合金廢料與浸出液的接觸面積，從而提高高溫合金的溶解速率和回收效率。

技術領域：

本發明涉及冶金技術領域，具體涉及一種熔融鋅脆化回收鎳基單晶高溫合金廢料的方法。

背景技術：

鎳基單晶高溫合金在高溫下具有優異的機械強度和結構穩定性，廣泛應用于渦輪發動機等先進動力推進系統熱端部件。鎳基單晶高溫合金中含有Ni、Al、Nb、Ta、Cr、Co、Mo、W、Re、Hf等十多種金屬元素，合金化程度非常復雜。為了進一步提高鎳基單晶高溫合金的承溫能力，高溫合金中Mo、Ta、W、Re等難熔金屬的含量不斷增加，其含量已超過20％。鎳基單晶高溫合金的廣泛生產和使用產生越來越多無法再利用的廢料。因此，開發一種簡單有效的高溫合金廢料回收方法是十分必要的。

高溫合金難溶解、難破碎的特性使其回收時間長、成本高、能耗大，研究者們已經開發出了多種高溫合金廢料的回收工藝。高溫合金廢料回收工藝可分為火法冶金和濕法冶金兩種。火法冶金是將含有少量雜質和具有明顯合金成分的高溫合金廢料通過電渣爐熔化得到一種新的合金熔體，經熔渣脫氮、高溫熔體吹氬、陶瓷過濾等工藝，除去合金熔體中的非金屬夾雜物、有害元素和氣體，最后得到新的合金鑄錠。然而，火法冶金在回收高溫合金廢料的過程中，導致近20％的金屬損失，造成巨大的資源浪費，在高溫合金回收中受到限制。含有大量雜質和其它有價金屬元素的高溫合金廢料采用濕法冶金回收，尤其是濕法冶金可兼顧到元素的提純。因此，備受研究者青睞，其中電解法是最主要的方法之一。然而，這些方法受到鈍化膜的阻礙，高溫合金廢料的溶解速率非常低。盡管鈍化膜的突破機理研究已經取得了積極的進展，但是目前仍沒有明確的方法來解決高溫合金電化學溶解過程中的鈍化膜問題。高溫合金廢料也可通過連續的火法冶金和濕法冶金工藝回收。在此工藝中，高溫合金廢料與NaOH或Na₂SO₄在高溫回轉爐中熔融，然后粉碎并在HCl、H₂SO₄或HCl+HNO₃溶液中浸出，基體元素和難熔金屬元素Mo、W、Re在浸出液中以不同的形式存在，進一步分離和純化后可獲得不同的純金屬元素。但是，殘留的NaOH或Na₂SO₄會導致回收的金屬元素純度降低，目前仍無法工業化應用。

發明內容：

為了克服現有高溫合金回收技術存在的上述不足之處，本發明的目的在于提供一種熔融鋅脆化回收鎳基單晶高溫合金廢料的方法，該方法首先將高溫合金廢料進行鋅脆化處理使之易被粉碎，然后利用濕法冶金工藝最大限度地回收高溫合金廢料中的金屬元素。該方法可以有效解決高溫合金廢料難溶解、難破碎的問題，具有較好的工程應用價值和經濟價值。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種熔融鋅脆化回收鎳基單晶高溫合金廢料的方法，該方法首先將鎳基單晶高溫合金廢料進行鋅脆化處理，鋅脆化處理過程為：采用真空密封技術將鎳基單晶高溫合金廢料與鋅混合并封裝于石英管中，然后放入真空熔煉爐中進行加熱熔煉，熔煉一段時間后取出，獲得脆性大、易破碎的合金試樣；經鋅脆化處理后的合金試樣破碎成粉末，并利用濕法冶金工藝回收其中的金屬元素。

所述鎳基單晶高溫合金廢料在進行鋅脆化處理前，先在95vol.％乙醇溶液中清洗，以去除表面污染物。

所述鎳基單晶高溫合金廢料與鋅塊的質量比為1:4～1:10。

所述石英管的直徑為10～100mm，高為100～500mm。