[发明专利]高温合金废料金属综合回收的方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍基高温合金，特别是含有稀贵金属铼、钌、钨、钼、钽等的镍基高温合金废料的综合回收方法。

背景技术

镍基高温合金是指以镍为基（含镍50%以上）的奥氏体合金。在650～1100℃范围具有较高强度、较好抗氧化和耐腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。

镍基合金含有十多种合金元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀有金属元素等。

镍基高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。也可用做火箭发动机、核反应堆、石油化工和能源转换设备等的高温部件。目前，在先进的发动机上，镍合金已占总重量的一半，不仅涡轮叶片及燃烧室，而且涡轮盘甚至后几级压气机叶片也开始使用镍合金。在现代飞机发动机中，涡轮叶片几乎全部采用镍基合金制造。镍合金能成为高温合金的主导，其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物g'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。

由于镍基高温合金中的合金元素众多，在其服务期限结束后进行再循环应用较困难，但其含有的合金元素均为自然界储量不多的战略性金属原料。基于我国的资源国情，镍、钴、铼、钽、钨、钼等资源匮乏，对镍基高温合金废料的回收利用无论从环境效益和经济效益来讲，都是非常有意义的。

镍基高温合金废料的回收主要有火法和湿法冶金两种，但是由于其工艺的复杂特性以及经济评价、环境评价等多发面考虑，尚未有一种经济可行的回收工艺予以实践。目前针对镍基高温合金的特点，如，化学成分复杂多变，主流工艺采用湿法工艺进行综合回收利用，其工艺一般包括浸出、化学预除杂、萃取除杂、镍钴分离等工艺过程，但此工艺流程长，能耗高、耗酸量大，环保处理成本高，且稀有金属直收率低，容易在流程中损失，经济效益不明显。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种经济、高效、环保的高温合金废料金属综合回收新工艺，以简化工艺流程，降低整个工序的能耗，以及降低无机酸的耗量，减少环保要求里，尤其是提高稀有金属直收率，最大限度地回收高价稀有金属，提高整个工艺的经济效益。

本发明通过下列技术方案实现：一种高温合金废料金属综合回收的方法，经过下列各步骤：

将镍基高温合金废料切割碎粒成1～2cm，再进行熔融，并以气雾化方式将其雾化为合金金属粉末，将合金金属粉末与粒径为100～150μm的氧化硅粉末按体积比1：1混合均匀，构建金属粉末床层，然后以2～5℃/分钟的升温速度将金属粉末床层升温至400～500℃，同时自下而上地通入氧气或者压缩空气，保温1～3小时，随后降温至300～400℃，并停止通入氧气或者压缩空气，然后自下而上地通入氮气和氯气，在300～400℃下保温1～3小时，再以5～10℃/分钟升温至500～600℃，保温1～3小时，随后降温至200℃以下，停止通入氮气和氯气；期间产生的气体（ReCl₅、WCl₆、MoCl₅、TaCl₅以及RuCl₃）通过水收集得到溶液A（含有高铼酸根离子，钨酸根离子，钼酸根离子以及TaCl₅以及RuCl₃的水溶液），并经常规方法分离提纯得到铼、钨、钼、钽、钌，金属粉末床层上的反应残留物B经水洗获得溶液C及滤渣D，将滤渣D在温度35～45℃下置于质量浓度为10～30%的盐酸溶液浸泡1～3小时，再经过滤得到溶液E和滤渣F，将滤渣F舍弃，并将溶液C与溶液E合并后经常规方法分离提纯得到镍、钴、铜。

所述合金金属粉末是雾化为10～50μm的合金金属粉末。

所述金属粉末床层的厚度为2～10cm。

所述通入氧气或者压缩空气的压力为1.5～2大气压，气流流量为200～2000ml/分钟。

所述通入氮气和氯气的压力为1.2～2大气压，氮气的流量为200～2000ml/分钟，氯气的流量为100～1000ml/分钟，氮气与氯气流量比控制在2～4：1。