Sposób odzysku wolframu i kobaltu z odpadów poprodukcyjnych węglików spiekanych

Istota wynalazku:

Wolfram ma bardzo duże znaczenie w stalownictwie. Prawie 95% światowej produkcji tego metalu, z rocznej produkcji wynoszącej ponad 70 000 ton, wykorzystywana jest do produkcji stali i wszelkiego rodzaju stopów. Innym ważnym zastosowaniem wolframu jest produkcja węglików spiekanych. To właśnie węgliki spiekane wykorzystywane są przy produkcji łożysk, ale przede wszystkim przy wyrobie wierteł, noży tokarskich i narzędzi szybkotnących - przeznaczonych do obróbki skrawaniem. W miarę rozwoju techniki wzrasta również ilość zastosowań tych węglików do wyrobu narzędzi do obróbki wiórowej, ostrzy do świdrów górniczych, oczek ciągadeł do drutów, dysz do piaskownic, frezów, wierteł stomatologicznych itp. Równolegle powiększa się ilość złomów węglików spiekanych, które ze względu na zawarte w nich cenne i deficytowe metale, powinny być kierowane do przerobu w celu odzysku tych metali. Przy aktualnym stanie techniki najefektywniej ze złomu węglików spiekanych odzyskiwany jest podstawowy składnik – wolfram, ale nie można zapominać o drugim bardzo cennym metalu - kobalcie, którego zawartość w węglikach sięga 10%.
Tak szerokie zastosowanie przemysłowe wolframu i jego związków uczyniło ten metal jednym z ważniejszych metali technicznych. Ponadto wolfram i kobalt należą do wąskiej grupy, wyselekcjonowanych przez Komisję Europejską, 14 surowców krytycznych, niezbędnych dla właściwego funkcjonowania gospodarki europejskiej. Rosnące zapotrzebowanie przy niewielkiej zawartości w skorupie ziemskiej powodują, że recykling wolframu z odpadów i złomów nabiera istotnego znaczenia. Ważną rolę w pozyskiwaniu wolframu, jak i kobaltu, zwłaszcza w okresach zwyżki cen, odgrywają źródła wtórne do których zalicza się węgliki spiekane. Szacuje się, że z tych materiałów można uzyskać około 10 % światowej produkcji wolframu i kobaltu.
Przeróbka odpadów węglików spiekanych, umożliwiająca odzyskanie cennych składników, napotyka na trudności związane z chemiczną odpornością tych materiałów, związaną z trudnym do rozerwania połączeniem wolfram – węgiel. Opisane w literaturze metody obejmują jedynie odzysk proszków węglika wolframu i ich ponowne wykorzystanie do wytwarzania gotowych produktów, nie pozwalają natomiast na odzysk pozostałych składników węglików spiekanych w formie użytecznych związków o wysokiej czystości.
Zaproponowana w wynalazku metoda odzysku wolframu i kobaltu, z odpadów pochodzących z obróbki węglików spiekanych, polega na roztwarzaniu tych odpadów roztworami kwasów: siarkowym(VI) lub chlorowodorowym, z dodatkiem czynnika utleniającego. Tak prowadzony proces roztwarzania umożliwia przeprowadzenia do roztworu kobaltu i innych metali, z równoczesnym pozostawieniem całości wolframu w osadzie powstającym po roztwarzania. Prażenie tak powstałego osadu w stosunkowo w stosunkowo niskiej temperaturze( 555°C), powoduje ostateczne zniszczenie struktury spieków, wypalenie węgla i wytworzenie tlenków wolframu, głównie WO3, surowca do otrzymywania handlowych związków wolframu np. bardzo popularnego kwasu wolframowego(VI) czy wolframianów(VI). Z roztworów uzyskanych po roztwarzaniu odpadów można bezpośrednio uzyskać, przez zatężanie, uwodnione sole kobaltu, tj.: siarczan(VI) i chlorek kobaltu(II). Aby otrzymać związki kobaltu wysokiej czystości, należy zastosować metodę wymiany jonowej. Selektywne rozdzielenie kobaltu od pozostałych składników roztworu (żelaza, chromu), przy użyciu odpowiednio dobranych żywic jonowymiennych, umożliwia uzyskanie soli kobaltu o wysokiej czystości.

Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:

Złomy i odpady zawierające węgliki spiekane są w Polsce obecnie tylko składowane i nie podlegają recyklingowi na skalę przemysłową. Zaproponowana w wynalazku metoda przerobu odpadów pochodzących z obróbki węglików spiekanych, będzie, zatem jedyną w kraju technologią umożliwiającą skuteczny odzysk zarówno wolframu, jak i drugiego cennego składnika, jakim jest kobalt, z nieprzerabialnych dotąd odpadów. O innowacyjności tej metody i to nie tylko na rodzimym rynku, ale również na skalę światową świadczy fakt, że może być alternatywą dla dotychczas stosowanych w świecie, często skomplikowanych i uniemożliwiających jednoczesny odzysk z dużą wydajnością obu tych metali, metod przerobu odpadów zawierających węgliki wolframu. Upowszechnienie i wdrożenie wynalazku wpłynie istotnie na wzrost konkurencyjności Instytutu Metali Nieżelaznych, nie tylko na polskim rynku, ale przede wszystkim na międzynarodowym, jednocześnie umacniając pozycję IMN wśród światowych liderów w branży metali nieżelaznych.