Electrochemical production of microdispersed tungsten oxide powder from technogenic waste of metallic tungsten under the influence of alternating current in ammonia carbonate solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A comparative analysis of the processes of electrochemical oxidation of metallic tungsten in ammonium carbonate solutions under the action of direct and sinusoidal alternating current of industrial frequency (50 Hz) was carried out with a change in current density (0.3 – 2.0 A/cm2), temperature (20 – 50 °C) and concentration of ammonium carbonate (0.5 – 1.0 M) in the electrolyte. It was revealed that the maximum oxidation rate of metallic tungsten under the action of alternating current, corresponding to its complete transition into solution, is ~960 mg/cm2•h, but is two times lower than that when using direct current. It was found that the use of alternating current allows for the electrochemical oxidation of tungsten with the formation of a microdispersed powder based on tungsten (IV) oxide. A basic technological scheme of the process of electrochemical processing of metallic tungsten waste under the action of alternating current has been proposed and tested, allowing the production of tungsten oxide powder (with a tungsten extraction rate of ~42%) along with ammonium paratungstate.

About the authors

O. G. Kuznetsova

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. M. Levin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. S. Anokhin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

O. M. Levchuk

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

A. O. Bolshih

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

V. G. Leontiev

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Material Science of the Russian Academy of Science

Email: olyaKolya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Guar, R.P. Critical review of chemical metallurgy of tungsten / R.P. Guar // Miner., Met., Mater. Soc. 2023. January. P.285–295.
  2. Zeiler, B. Recycling of tungsten: current share, economic limitations, technologies and future potential / B. Zeiler, A. Bartl, W. Schubert // Int. J. Refractory Metals and Hard Materials. 2021. V.98. Art.105546.
  3. Shen, L. Tungsten extractive metallurgy: a review of processes and their challenges for sustainability / L. Shen, X. Li, D. Linberg, P. Taskinen // Minerals Eng. 2019. V.142. Art.105934.
  4. Кузнецова, О.Г. Получение паравольфрамата аммония в процессе электрохимической переработки сплавов вольфрам-рений в растворах карбоната аммония / О.Г. Кузнецова, А.М. Левин, В.Г. Леонтьев, М.А. Севостьянов, А.О. Больших, О.М. Левчук // Металлы. 2024. №. 2. С.3–8. –(O.G. Kuznetsova, A.M. Levin, V.G. Leontiev, M.A. Sevostyanov, A.O. Bol`shikh, O.M. Levchuk.”Poluchenie paravolframata ammoniya v protsesse elektrokhimitcheskoy pererabotki splavov volfram-reniy v rastvorakh karbonata ammoniya”//Metally.2024. №. 2. P.3–8.)
  5. Кузнецова, О.Г. Электрохимическая переработка отходов тяжелых вольфрамовых сплавов в растворах карбоната аммония / О.Г. Кузнецова, А.М. Левин, С.В. Конушкин, О.И. Цыбин, А.О. Больших // Металлы. 2023. №1. C. 9–15. – (O.G. Kuznetsova, A.M. Levin, S.V. Konushkin, O.I. Tsybin & A.O. Bol’shikh, «Electrochemical processing of the wastes of heavy tungsten alloys in ammonium carbonate solutions». Russian Metallurgy (Metally). 2023. Is.1. P.7–12.)
  6. Палант, А.А. Электрохимическая переработка металлических отходов вольфрама / А.А. Палант, В.А. Павловский, Р.А. Априамов // Цв. металлы. 1995. №10. C.47–49. – (A.A. Palant, V.A. Pavlovskiy, R.A. Apriamov, ”Elektrokhimitcheskaia pererabotka metallicheskikh otkhodov vol`frama”, Tsvetnye metally.1995. №10. P.47–49.)
  7. Агеева, Е.В. Структура и свойства порошков, полученных электродиспергированием чистых вольфрамовых металлоотходов в дистиллированной воде / Е.В. Агеева, Д.А. Улитин, М.С.Королев, А.Е. Агеева // Изв. Юго-Западного гос. ун-та. Сер.: Техника и технологии. 2024. Т.14. №2. С.20–24. – (E.V. Ageeva, D.A.Ulitin, M.S.Korolev, A.E. Ageeva, «Struktura i svoystva poroshkov, poluchennykh elektrodispergirovaniyem chistykh vol’framovykh metallootkhodov v distillirovannoy vode», Izv. Jugo-Zapadnogo gos. un-ta. Ser.: Tehnika i tehnologii. 2024. T.14. №2. P.20–24.)
  8. Колобов, Г.А. Технологии вторичных тугоплавких редких металлов / Г.А. Колобов, В.С. Панов, Н.Н. Ракова // Изв. вузов. Цв. металлургия. 2014. №1. C.41–48. (G.A. Kolobov, V.S. Panov, N.N. Rakova, «Tehnologii vtorichnyh tugoplavkih redkih metallov», Izv. vuzov. Tcv. metallurgija. 2014. №1. P.41–48.)
  9. Рузиев, У.Н. Анодная переработка металлических отходов вольфрама в аммиачном электролите с добавкой нитрата аммония / У.Н. Рузиев, С.Н. Расулова, В.П. Гуро, Х.Т. Шарипов, М.А. Ибрагимова, У.Р. Эрназаров // Universum: химия и биология : эл. науч. ж. 2022. №7(97).– (U.N. Ruziev, S.N. Rasulova, V.P. Guro, H.T. Sharipov, M.A. Ibragimova, U.R. Jernazarov, «Anodnaja pererabotka metallicheskih othodov vol’frama v ammiachnom jelektrolite s dobavkoj nitrata ammonija», Universum: himija i biologija : jel. nauch. zh. 2022. №7(97).)
  10. Букин, В.И. Переработка производственных отходов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы / В.И. Букин, М.С. Игумнов, В.В. Сафонов, Вл. В. Сафонов. – М.: Изд. Дом «Деловая столица», 2002. 224 с. – (V.I. Bukin, M.S. Igumnov, V.V. Safonov, Vl. V. Safonov, «Pererabotka proizvodstvennyh othodov i vtorichnyh syr’evyh resursov, soderzhashhih redkie, blagorodnye i cvetnye metally».– Moscow: Izd. Dom «Delovaja stolica», 2002. 224p.)
  11. Палант, А.А. Оптимизация электрохимической переработки вольфрама при наложении переменного тока / А.А. Палант, В.А. Брюквин, О.М. Грачева // Цветные металлы. 2006. №11. С.50–52. – (A.A. Palant, V.A. Brjukvin, O.M. Gracheva «Optimizacija jelektrohimicheskoj pererabotki vol’frama pri nalozhenii peremennogo toka»// Tcvetnye metally. 2006. №11. P.50–52.)
  12. Атанесянц, А.Г. Анодное поведение металлов / А.Г. Атанесянц. – М.: Металлургия, 1989. 151с. – (A.G. Atanesjanc, «Anodnoe povedenie metallov», – Moscow: Metallurgija, 1989. 151p.)
  13. Васько, А.Т. Электрохимия молибдена и вольфрама / А.Т. Васько. – Киев. : Наукова думка, 1977. 171с.– (A.T. Vas’ko, «Jelektrohimija molibdena i vol’frama»,– Kiev: Naukova dumka, 1977. 171p.)
  14. Поздеева, А.А. Электрохимическое поведение вольфрама в кислых и щелочных средах. Природа и состав анодных окисных пленок / А.А. Поздеева, Е.И. Антоновская, А.М. Сухотин // Тр. ин-та прикладной химии. 1970. Вып. 66. С.252–256. – (A.A. Pozdeeva, E.I. Antonovskaja, A.M. Suhotin, «Jelektrohimicheskoe povedenie vol’frama v kislyh i shch–elochnyh sredah. Priroda i sostav anodnyh okisnyh plenok»// Tr. Instituta Prikladnoj Khimii. 1970. Vyp. 66. P.252–256.)
  15. Левчук, О.М. Электрохимическая переработка отходов редких тугоплавких металлов под действием переменного тока / О.М. Левчук, А.А. Палант, В.А. Брюквин, А.М. Левин, О.И. Цыбин // Цветные металлы. 2011. №5. С.29–35. – (O.M. Levchuk, A.A. Palant, V.A. Brjukvin, A.M. Levin, O.I. Cybin, «Elektrokhimicheskaja pererabotka othodov redkih tugoplavkih metallov pod dejstviem peremennogo toka»//Tcvetnye metally. 2011. №5. P.29–35.)
  16. Шульгин, Л.П. Электрохимические процессы на переменном токе / Л.П. Шульгин. – Л.: Наука, 1974. 70 c. – (L.P. Shul’gin, «Elektrohimicheskie processy na peremennom toke».– Leningrad: Nauka, 1974. 70 p.)
  17. Баешов, А.Б. Растворение вольфрама в щелочной среде при поляризации нестацонарными токами / А.Б. Баешов, У.А. Абдувалиева, М.Ж. Журинов // Изв. НАН Респ. Казахстан. Сер. Хим. 2007. №4. С.3–6. – (A.B. Baeshov, U.A. Abduvalieva, M.Zh. Zhurinov, «Rastvorenie vol’frama v shhelochnoj srede pri poljarizacii nestaconarnymi tokami», Izvestiya NAN Resp. Kazahstan. Ser. Himiya. 2007. №4. P.3–6.)
  18. Белов, С.Ф. Анодное растворение вольфрама в гидроксиде натрия в присутствии ионов NH4+, SO42-, CO32- / С.Ф. Белов, М.С. Игумнов, А.М. Левин // Изв. вузов. Цв. металлургия. 1991. №1. С.124–127. – (S.F. Belov, M.S. Igumnov, A.M. Levin, «Anodnoe rastvorenie vol’frama v gidrokside natrija v prisutstvii ionov NH4+, SO42-, CO32-»// Izvestiya vuzov. Tcvetnaye metallurgija. 1991. №1. P.124–127.)
  19. Гуриев, Р.А. Электрохимическое растворение вольфрама под действием переменного тока / Р.А. Гуриев, М.Н. Алкацев // Изв. вузов. Цв. металлургия. 1980. №1. С.61–64. – (R.A. Guriev, M.N. Alkacev, «Jelektrohimicheskoe rastvorenie vol’frama pod dejstviem peremennogo toka»// Izvestiya vuzov. Tcvetnaye metallurgija. 1980. №1. P.61–64.)
  20. Абраменко, Ю.А. Электрохимический синтез наноструктурных порошков оксидов вольфрама и молибдена при электролизе переменным ассиметричным синусоидальным током в растворе калиевой щелочи / Ю.А. Абраменко, В.В. Демьян, И.Ю. Жукова, Е.Н. Панина // Докл. нац. науч.-практ. конф «Актуал. пробл. науки и техники». – Ростов-на-Дону: DSTU, 2017. С.178, 179. – (Ju.A. Abramenko, V.V. Dem’jan, I.Ju. Zhukova, E.N. Panina, «Jelektrohimicheskij sintez nanostrukturnyh poroshkov oksidov vol’frama i molibdena pri jelektrolize peremennym assimetrichnym sinusoidal’nym tokom v rastvore kalievoj shhelochi»// Dokl. nac. nauch.-prakt. konf «Aktual. probl. nauki i tehniki». – Rostov-na-Donu: DSTU, 2017. P.178, 179.)
  21. Гуриев, Р.А. Влияние частоты переменного тока на электрохимическое растворение тугоплавких металлов / Р.А. Гуриев, А.Д. Погорелый // Изв. вузов. Цв. металлургия. 1982. №3. С.45–48. – (R.A. Guriev, A.D. Pogorelyj, «Vlijanie chastoty peremennogo toka na jelektrohimicheskoe rastvorenie tugoplavkih metallov»// Izvestiya vuzov. Tcvetnaye metallurgija. 1982. №3. P.45–48.)
  22. Ануфриева, Г.И. Электрохимическое растворение металлических отходов вольфрама и молибдена в аммиачных электролитах: автореф. дис. … канд. техн. наук / Ануфриева Галина Ивановна. – М., 1994. 19 с. – (G.I. Anufrieva, «Jelektrohimicheskoe rastvorenie metallicheskih othodov vol’frama i molibdena v ammiachnyh jelektrolitah»: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk / Anufrieva Galina Ivanovna. – Moscow, 1994. 19 p.)
  23. Пат. SU 1794108. МПК : С25С 1/22, С22В 34/36. Способ переработки отходов металлического вольфрама / Павловский В.А., Палант А.А., Резниченко В.А., Ануфриева Г.И., Априамов Р.А., Ткаченко Н.Я., Письменный В.И., Закарчевный Д.И., Крохин А.С., Приходько А.К. Заявка №4936980; заявл. 16.05.1991; опубл. 07.02.1993. Бюл. №5. – (Pat. SU 1794108. Int. Cl.: С25С 1/22, С22В 34/36. Sposob pererabotki othodov metallicheskogo vol’frama / Pavlovskij V.A., Palant A.A., Reznichenko V.A., Anufrieva G.I., Apriamov R.A., Tkachenko N.Ja., Pis’mennyj V.I., Zakarchevnyj D.I., Krohin A.S., Prihod’ko A.K. Zajavka №4936980; zajavl. 16.05.1991 ; opubl. 07.02.1993. Bjul. №5.)
  24. Pat. Hungarian 190811. Int. Cl. C25F 3/08. Eljaras kemeny fem hulladekok anodos oxidalasa es reszleges oldatba vitekere / K. Vadasti, L.Bartha, I. Szilassy, G. Miketa. 1982.
  25. Pat. US 5021133. Int. Cl. C25B 1/100. US Cl. 204/86; 204/91; 423/53; 423/606. Electrolytic method for producing ammonium paratungstate from cemented tungsten carbide / C.D. Vanderpool, T.K. Kim. GTE Prod. Corp. (US). – №504408. 04.04.1990. 04.06.1991.
  26. Кузнецова, О.Г. Получение паравольфрамата аммония в процессе электрохимической переработки отходов W и сплавов W-Re / О.Г. Кузнецова, А.М. Левин // Матер. XIV Междунар. н.-техн. конф. «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (3–7 июля 2023 г.). – Иваново : Ин-т химии и растворов им. Г.А. Крестова РАН. 2023. С.106. – (O.G. Kuznecova, A.M. Levin, «Poluchenie paravol’framata ammonija v processe jelektrohimicheskoj pererabotki othodov W i splavov W-Re»// Mater. XIV Mezhdunar. n.-tehn. konf. «Sovremennye metody v teoreticheskoj i jeksperimental’noj jelektrohimii» (3–7 ijulja 2023). – Ivanovo: Institut Khimii i Rastvorov im. G.A. Krestova RAN. 2023. P.106.)
  27. Кузнецова, О.Г. Электрохимическое получение микродисперсного оксида вольфрама (IV) под действием переменного тока / О.Г. Кузнецова, А.М. Левин, М.А. Севостьянов, О.М. Левчук, А.О. Больших, В.Г. Леонтьев // 3-я Межд. науч.-практ. конф. «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» (РЕДМЕТ–2024) : Сб. тезисов. (Москва, 3–5 апреля 2024 г.). – М. : АО «Гиредмет» им. Н.П. Сажина, 2024. С.143, 144. – (O.G. Kuznecova, A.M. Levin, M.A. Sevost’janov, O.M. Levchuk, A.O. Bol’shih, V.G. Leont’ev, «Jelektrohimicheskoe poluchenie mikrodispersnogo oksida vol’frama (IV) pod dejstviem peremennogo toka»// 3-th Mezhd. nauch.-prakt. konf. «Redkie metally i materialy na ih osnove: tehnologii, svojstva i primenenie» (REDMET–2024): Sb. tezisov (Moskva, 3–5 Aprel 2024). – Moskow: AO «Giredmet» im. N.P. Sazhina, 2024. P.143, 144.)
  28. Климник, А.Б. Электрохимический синтез нанодисперсных порошков оксидов металлов / А.Б. Килимник, Е.Ю. Острожкова. – Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. 144 с. – (A.B. Kilimnik, E.Ju. Ostrozhkova, «Jelektrohimicheskij sintez nanodispersnyh poroshkov oksidov metallov».– Tambov: FGBOU VPO «TGTU», 2012. 144 p.)
  29. Демьян, В.В. Поведение кадмия при электролизе переменным асимметричным синусоидальным током в растворе калиевой щелочи. Анализ вольтамперных кривых / В.В. Демьян, Л.П. Фесенко, Е.Ш. Каган, И.Ю. Жуков // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2018. №1. С.105–111. – (V.V. Dem’jan, L.P. Fesenko, E.Sh. Kagan, I.Ju. Zhukov, «Povedenie kadmija pri jelektrolize peremennym asimmetrichnym sinusoidal’nym tokom v rastvore kalievoj shhelochi. Analiz vol’tampernyh krivyh»// Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskij region. Tehnicheskie nauki. 2018. №1. P.105–111.)
  30. Kuznetsova, O.G. Electrochemical processing of heavy tungsten alloy wastes for obtaining a microdispersed iron-nickel base powder by using alternating current / O.G. Kuznetsova, A.M. Levin, M.A. Sevastyanov, O.I. Tsybin, A.O. Bolshikh // IOP Conf Ser: J. Physics. 2021. V.1942. Art.012056.
  31. Авт. свид. 324877 СССР. МПК C25d 1/00, C22b 57/00. Способ переработки отходов металлического вольфрама / В.М. Амосов, В.К. Луцкий, О.М. Тельнова. 1970. – (Int. sert. 324877 SSSR. Int. Cl. C25d 1/00, C22b 57/00. Sposob pererabotki othodov metallicheskogo vol’frama / V.M. Amosov, V.K. Luckij, O.M. Tel’nova. 1970.)
  32. Пат. RU 2340707. МПК: C25С 1/06. Способ электрохимической переработки отходов вольфрама и рения / Палант А.А., Брюквин В.А., Левчук О.М., Палант С.Ф; заявитель и патентообладатель : ИМЕТ РАН. – №2007109905/02 ; заявл. 20.03.1991 ; опубл. 10.12.2008. Бюл. №34. – (Pat. RU 2340707. Int. Cl.: C25C 1/06. Method for electrochemical reprocessing of tungsten or rhenium metal junk / Palant A.A., Brjukvin V.A., Levchuk O.M., Palant S.F; zajavitel’ i patentoobladatel’ : IMET RAN. – №2007109905/02 ; zajavl. 20.03.1991 ; opubl. 10.12.2008. Bjul. №34.)
  33. Левин, А.М. Удельная электропроводность вольфрамсодержащих водных растворов карбоната аммония / А.М. Левин, О.Г. Кузнецова, М.А. Севостьянов // Матер. Межд. науч.-практ. конф. «Теор. и прак. модернизации науч. деят-ти в условиях цифровизации» (г. Воронеж, 07.05.2021 г.). Уфа : OMEGASCIENCE. 2021. С.25–28. – (A.M. Levin, O.G. Kuznecova, M.A. Sevost’janov, «Udel’naja jelektroprovodnost’ vol’framsoderzhashhih vodnyh rastvorov karbonata ammonija»// Mater. Mezhd. nauch.-prakt. konf. «Teor. i prak. modernizacii nauch. dejat-ti v uslovijah cifrovizacii» (Voronezh, 07.05.2021). – Ufa : OMEGASCIENCE. 2021. P.25–28.)
  34. Лапушкин В.М. Система удобрения в лесном хозяйстве: учеб. пособие / В.М. Лапушкин. – М. : Проспект, 2021. 144 с. – (V.M. Lapushkin., «Sistema udobrenija v lesnom hozjajstve : uchebnoe posobie», M. : Prospekt, 2021. 144 p.)
  35. Tungsten Dioxide (http://www.tungsten-oxide.com/brown-tungsten-oxide-1.html) 11.09.2024.
  36. Зеликман, А.Н. Металлургия редких металлов / А.Н. Зеликман, Г.А. Меерсон. – М. : Металлургия, 1973. 608 p. – (A.N. Zelikman, G.A. Meerson, «Metallurgija redkih metallov». – Moscow: Metallurgija, 1973. 608 p.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences