chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2021-16-5-438-447chemicallytech-1753Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВApplication of pulse current for dissolution of heat-resistant GS32-VI alloyПрименение импульсного тока для растворения жаропрочного сплава ЖС32-ВИhttps://orcid.org/0000-0003-0543-7474ЧернышоваО. В.ChernyshovaO. V.

 к.т.н., доцент, доцент кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 86

Scopus Author ID 8961258100 

 Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements,

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

Scopus Author ID 8961258100

oxcher@mitht.ruЕлемесовТ. Б.YelemessovT. B.

 младший научный сотрудник лаборатории нового оборудования и материалов

050012, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай  батыра, д. 168 

 Junior Researcher, Laboratory of New Equipment and Materials

168, Bogenbai Batyr st., Almaty, 050012, Republic of Kazakhstan

baseke@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1702-9435ДроботД. В.DrobotD. V.

 д.х.н., профессор, профессор кафедры химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 86

Scopus Author ID 35580931100, Researcher ID AAR-3711-2019 

 Dr. Sci. (Chem.), Professor, K.A. Bolshakov Department of Chemistry and Technology of Rare Elements

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

Scopus Author ID 35580931100, Researcher ID AAR-3711-2019

dvdrobot@mail.ruИнститут тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»РоссияMIREA – Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationИнститут высоких технологийКазахстанInstitute of High TechnologiesKazakhstanИнститут тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»РоссияMIREA – Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian Federation202128112021165438447Copyright © Chernyshova O.V., Yelemessov T.B., Drobot D.V., 20212021Чернышова О.В., Елемесов Т.Б., Дробот Д.В.Chernyshova O.V., Yelemessov T.B., Drobot D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1753

Objectives. To identify the regularities of electrochemical processing of the heat-resistant GS32-VI alloy in a sulfuric acid electrolyte with a concentration of 100 g/dm3 under the action of a pulsed current in a pulsed mode.Methods. Using the electrochemical technological complex EHK-1012 (developed by IP Tetran) and a non-compensatory method of measuring potential, polarization and depolarization curves with a change in pulse duration and a pause between them were recorded. The current pulses had an amplitude ranging from 0 to 3.5 A (when recording the polarization and depolarization curves), pulse durations ranging from 200 to 1200 ms, and a pause (delay) between pulses ranging from 50 to 500 ms. There were no reverse current pulses.Results. The parameters of the current program that provide the maximum values of the alloy dissolution rate and current output were determined: with a current pulse amplitude of 2 A, a current pulse duration of 500 ms, and a pause duration between pulses of 250 ms, the maximum dissolution rate of the alloy is 0.048 g/h·cm2, while the current output for nickel is 61.6% with an anode area of 10 cm2. The basic technological scheme for processing the heat-resistant GS32-VI alloy, which includes anodic alloy dissolution in a pulsed mode, is proposed.Conclusions. Electrochemical dissolution of GS32-VI alloy under pulsed current action results in an optimal dissolution rate ratio of the alloy components, ensuring the production of a cathode precipitate with a total nickel and cobalt content of 97.5%.

Цели. Выявить закономерности электрохимической переработки жаропрочного сплава ЖС32-ВИ, проводимой в импульсном режиме в сернокислом электролите с концентрацией 100 г/дм3 под действием импульсного тока.Методы. Снятие поляризационных и деполяризационных кривых с изменением длительности импульса и паузы между ними проводили с помощью электрохимического технологического комплекса ЭХК-1012 (разработан ООО ИП «Тетран»), использующего некомпенсационный способ измерения потенциала. Амплитуда импульсов тока находилась в диапазоне значений от 0 до 3.5 А (при снятии поляризационных и деполяризационных кривых), длительности импульсов изменялись от 200 до 1200 мс, пауза (задержка) между импульсами – от 50 до 500 мс, импульсы реверсивного тока отсутствовали.Результаты. Определены параметры токовой программы, обеспечивающие максимальные значения скорости растворения сплава и выхода по току. При амплитуде импульса тока 2 А, длительности импульса тока 500 мс и продолжительности паузы между импульсами 250 мс максимальная скорость растворения сплава 0.048 г/ч·см2, при этом выход по току для никеля равен 61.6% при площади анода 10 см2. Предложена принципиальная технологическая схема переработки жаропрочного сплава ЖС32-ВИ, включающая анодное растворение сплава в импульсном режиме.Выводы. Электрохимическое растворение сплава ЖС32-ВИ под действием импульсного тока способствует оптимальному соотношению скоростей растворения составляющих сплава, что обеспечивает получение катодного осадка с суммарным содержанием никеля и кобальта 97.5%.

импульсный токсерная кислотасплав ЖС32-ВИполяризационная и деполяризационная кривыеамплитуда импульса токадлительность импульса токапауза между импульсами токаpulse currentsulfuric acidGS32-VI alloypolarization and depolarization curvesamplitude of pulse currentduration of pulse currentpause between pulse currentReferencesLutz L.J., Parker S.A., Stephenson J.B. Recycling of Contaminated Superalloy Scrap via Electrochemical Processing. TMS Аnnual. Meeting. 1993:1211–1220.Lutz L.J., Parker S.A., Stephenson J.B. Recycling of Contaminated Superalloy Scrap via Electrochemical Processing. TMS Аnnual. Meeting. 1993: 1211–1220.Prasad V.S., Rao S.A., Prakash U., et al. Recycling of Superalloy Scrap through Electro Slag Remelting. ISIJ International. 1996;36(12):1459–1464. https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.1459Prasad V.S., Rao S.A., Prakash U., et al. Recycling of Superalloy Scrap through Electro Slag Remelting. ISIJ International. 1996;36(12):1459–1464. https://doi.org/10.2355/isijinternational.36.1459Rao S.R. (Ed.). Resource Recovery and Recycling from Metallurgical Wastes. V. 7. Elsevier Science; 2006. 580 p. https://doi.org/10.1016/s0713-2743(06)x8083-2Rao S.R. (Ed.). Resource Recovery and Recycling from Metallurgical Wastes. V. 7. Elsevier Science; 2006. 580 p. https://doi.org/10.1016/s0713-2743(06)x8083-2Sibley S.F. (Ed.). Flow studies for recycling metal commodities in the United States. Reston, Virginia: US Geological Survey; 2004. V. 1196. https://doi.org/10.3133/cir1196Sibley S.F. (Ed.). Flow studies for recycling metal commodities in the United States. Reston, Virginia: US Geological Survey; 2004. V. 1196. https://doi.org/10.3133/cir1196Worrell E., Reuter M.A. Handbook of Recycling: State of the art for Practitioners, Analysts, and Scientists. Elsevier; 2014. 600 p.Worrell E., Reuter M.A. Handbook of Recycling: State of the art for Practitioners, Analysts, and Scientists. Elsevier; 2014. 600 p.Палант А.А, Брюквин В.А., Левин А.М., Левчук О.М. Комплексная электрохимическая технология переработки отходов жаропрочных никелевых сплавов, содержащих рений, вольфрам, тантал, ниобий и другие ценные металлы. Металлы. 2014;(1):25–27.Palant A.A., Bryukvin V.A., Levin A.M., Levchuk O.M. Combined electrochemical processing of the wastes of nickel superalloys containing rhenium, tungsten, tantalum, niobium and other precious metals. Russ. Metall. 2014;2014(1):20–22. https://doi.org/10.1134/S0036029514010108Палант А.А., Брюквин В.А., Левчук О.М., Палант А.В., Левин А.М. Способ электрохимической переработки металлических отходов жаропрочных никелевых сплавов, содержащих рений: Пат. 2401312 РФ. Заявка № 2009113255/02; заявл. 09.04.2009; опубл. 10.10.2010. Бюл. 28.[Original Russian Text: Palant A.A., Bryukvin V.A., Levin A.M., Levchuk O.M. Combined electrochemical processing of the wastes of nickel superalloys containing rhenium, tungsten, tantalum, niobium and other precious metals. Metally. 2014;(1):25–27 (in Russ.).]Stoller V., Olbrich A., Meese-Marktscheffel J., et al. Process for electrochemical decomposition of superalloys: Pat. 10155791 DE. Publ. 17.07.2003.Palant AA, Bryukvin VA, Levchuk OM, Palant AV, Levin AM. Method of electrochemical treatment of heatproof nickel alloy metal wastes that contain rhenium: Pat. 2401312 RF. Publ. 10.10.2010.Krynitz U., Olbrich A., Kummer W., Schloh M. Method for the decomposition and recovery of metallic constituents from superalloys: Pat. 5776329 USA. Publ. 07.07.1998.Stoller V., Olbrich A., Meese-Marktscheffel J., et al. Process for electrochemical decomposition of superalloys: Pat. 10155791 DE. Publ. 17.07.2003.Stoller V., Olbrich A., Meese-Marktscheffel J., et al. Electrochemical dissolution process for disintegrating superalloy scraps: Pat. 1312686 EP. Publ. 16.01.2008.Krynitz U., Olbrich A., Kummer W., Schloh M. Method for the decomposition and recovery of metallic constituents from superalloys: Pat. 5776329 USA. Publ. 07.07.1998.Srivastava R., Kim M., Lee J., et al. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. J. Mate. Sci. 2014;49(14):4671–4686. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8219-yStoller V., Olbrich A., Meese-Marktscheffel J., et al. Electrochemical dissolution process for disintegrating superalloy scraps: Pat. 1312686 EP. Publ. 16.01.2008.Шипачев В.А. Некоторые технологические приемы выделения и очистки рения из жаропрочных сплавов. Химия в интересах устойчивого развития. 2012;20(3):365–368.Srivastava R., Kim M., Lee J., et al. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. J. Mate. Sci. 2014;49(14):4671–4686. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8219-yПалант А.А., Брюквин В.А., Левчук О.М. и др. Комплексная электрохимическая переработка металлических отходов ренийсодержащего жаропрочного никелевого сплава в сернокислых электролитах. Электрометаллургия. 2010;(7):29–33.Shipachev V.A. Some Processing Techniques for Rhenium Isolation and Purification from Refractory Alloys. Khimiya v interesakh ustoichivogo razvitiya = Chemistry for Sustainable Development. 2012;20(3):323–326.Петрова А.М, Касиков А.Г., Громов П.Б., Калинников В.Т. Извлечение рения из отходов сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе никеля. Цветные металлы. 2011;(11):39–43.Palant A.A., Bryukvin V.A., Levchuk O.M., et al. Complex electrochemical processing of metallic rheniumcontaining wastes of heat-temperature nickel alloy in sulphate electrolytes. Electrometallurgiya = Electrometallurgy. 2010;(7):29–33 (in Russ.).Чернышова О.В., Дробот Д.В., Чернышов В.И., Махонько М.В. Способ извлечения никеля при электрохимической переработке жаропрочных никелевых сплавов: Пат. 2542182 РФ. Заявка № 201345573/02; заявл. 11.10.2013; опубл. 20.02.2015. Бюл. № 5.Petrova A.M., Kasikov A.G., Gromov P.B., Kalinnikov V.T. Rhenium recovery from nickel-based complex heat-resistant alloys. Tsvetnye metally = Non-Ferrous Metals. 2011;(11):39–43 (in Russ.).Агапова Л.Я., Абишева З.С., Килибаева С.К., Яхияева Ж.Е. Электрохимическая переработка техногенных отходов ренийсодержащих жаропрочных никелевых сплавов в сернокислых растворах. Цветные металлы. 2017;(10):69–74. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.10.08Chernyshova O.V., Drobot D.V., Chernyshov V.I., Makhon᾽ko M.V. Method of nickel recovery at electrochemical processing of heat-resistant nickel alloys: Pat. 2542182 RF. Publ. 20.02.2015 (in Russ.).Agapova L.Y., Kilibayeva S.K., Abisheva Z.S., Sharipova A.S. Complex electrochemical processing of technogenic wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys. Non-ferrous metals. 2020;(1):24–30. https://doi.org/10.17580/nfm.2020.01.04Agapova L. Ya., Abisheva Z. S., Kilibaeva S. K., Yakhiyaeva Zh. E. Electrochemical processing of technogenic wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys in sulfuric acid solutions. Tsvetnye Metally. 2017;(10):69–74 (in Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2017.10.08Фролова И.И., Соловьева Н.Д., Рыбалкина И.П., Попова Н.Е. Использование нестационарных режимов при электроосаждении никелевых покрытий. Перспективные материалы. 2015;(7):58–63.Agapova L.Y., Kilibayeva S.K., Abisheva Z.S., Sharipova A.S. Complex electrochemical processing of technogenic wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys. Non-ferrous metals. 2020;(1):24–30. https://doi.org/10.17580/nfm.2020.01.04Выпирайло С.Ю., Киреева С.Н., Киреев С.Ю. Электрохимическое осаждение покрытий оловом с использованием импульсного электролиза. Вестник Пензенского государственного университета. 2015;3(11):128–132.Frolova I.I., Solov’eva N.D., Rybalkina I.P., Popova N.E. Use of non-stationary modes in electrodeposition of nickel coatings. Perspektivnye materialy. 2015;(7):58–63 (in Russ.).Михедова Е.В., Черник А.А., Жарский И.М., Яскельчик В.В. Электрохимическое осаждение желтой латуни в условиях импульсного электролиза. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2014;(3):48–52.Vypirailo S.Yu., Kireeva S.N., Kireev S.Yu. Electrochemical deposition of tin coatings using pulsed electrolysis. Vestnik Penz. Gos. Un-ta = Vestnik of Penza State University. 2015;3(11):128–132 (in Russ.).Spanou S., Pavlatou E.A. Pulse electrodeposition of Ni/nano-TiO 2 composites: effect of pulse frequency on deposits properties. J. Appl. Electrochem. 2010;40(7):1325–1336. https://doi.org/10.1007/s10800-010-0080-3Mikhedova E.V., Chernik A.A., Zharskii I.M., Yaskel’chik V.V. Electrochemical deposition of yellow brass under pulse electrolysis conditions. Proceeding of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series. 2014;(3):48–52 (in Russ.).Seza A., Jafarian H.R., Hasheminiasari M., Aliofkhazraei M. Effect of duty cycle on corrosion resistance and mechanical properties of tertiary Al2O3/Y2O3/Graphene pulsed electrodeposited Ni-based nano-composite. Procedia Mater. Sci. 2015;11:576–582. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.11.077Spanou S., Pavlatou E.A. Pulse electrodeposition of Ni/nano-TiO2 composites: effect of pulse frequency on deposits properties. J. Appl. Electrochem. 2010;40(7):1325–1336. https://doi.org/10.1007/s10800-010-0080-3Atourki L., Bouabid K., Ihalane E., L. Alahyane L., et al. Pulse electrodeposition of ZnO for thin absorber solar cells. Energy Procedia. 2014;50:376–382. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.045Seza A., Jafarian H.R., Hasheminiasari M., Aliofkhazraei M. Effect of duty cycle on corrosion resistance and mechanical properties of tertiary Al2O3/Y2O3/Graphene pulsed electrodeposited Ni-based nano-composite. Procedia Mater. Sci. 2015;11:576–582. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.11.077Xu Z., Jia L., Zhu D., Qu N., et al. Electrochemical machining of burn-resistant Ti40 alloy. Chinese Journal of Aeronautics (CJA). 2015;28(4):1263–1272. https://doi.org/10.1016/j.cja.2015.05.007Atourki L., Bouabid K., Ihalane E., L. Alahyane L., et al. Pulse electrodeposition of ZnO for thin absorber solar cells. Energy Procedia. 2014;50:376–382. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.045Vazquez-Arenas J., Treeratanaphitak T., Pritzker M. Formation of Co–Ni alloy coatings under direct current, pulse current and pulse-reverse plating conditions. ELECTROCHIM. ACTA. 2012;62:63–72. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.11.085Xu Z., Jia L., Zhu D., Qu N., et al. Electrochemical machining of burn-resistant Ti40 alloy. Chinese Journal of Aeronautics (CJA). 2015;28(4):1263–1272. https://doi.org/10.1016/j.cja.2015.05.007Xia F., Xu H., Liu C., Wang J., et al. Microstructures of Ni–AlN composite coatings prepared by pulse electrodeposition technology. Appl. Surf. Sci. 2013;271:7–11. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.12.064Vazquez-Arenas J., Treeratanaphitak T., Pritzker M. Formation of Co–Ni alloy coatings under direct current, pulse current and pulse-reverse plating conditions. ELECTROCHIM. ACTA. 2012;62:63–72. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.11.085Chen Y.l., Chen P., Lin H., Li X. Effect of Selected Process Parameters on Efficiency Enhancement of Electrochemical Etching and Polishing of Tungsten under Forced Convection. Int. J. Electrochem. Sci. 2020;15(11):10955–10970. http://doi.org/10.20964/2020.11.72Xia F., Xu H., Liu C., Wang J., et al. Microstructures of Ni–AlN composite coatings prepared by pulse electrodeposition technology. Appl. Surf. Sci. 2013;271:7–11. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.12.064Гайдаренко О.В., Чернышов В.И., Чернышов Ю.И. Способ измерения потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки под током: Пат. № 2106620 РФ. Заявка № 9610873225Ж заявл. 26.04.1996; опубл. 10.03.1998.Chen Y.l., Chen P., Lin H., Li X. Effect of Selected Process Parameters on Efficiency Enhancement of Electrochemical Etching and Polishing of Tungsten under Forced Convection. Int. J. Electrochem. Sci. 2020;15(11):10955–10970. http://doi.org/10.20964/2020.11.72Каблов Е.Н. Физико-химические и технологические особенности создания жаропрочных сплавов, содержащих рений. Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2005;46(3):155–167.Gaidarenko O.V., Chernyshov V.I., Chernyshov Yu.I. Method for measuring potential of live main electrode of electrochemical: Pat. 2106620 RF. Publ. 10.03.1998 (in Russ.).Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М. Металлургия рения. М.: Наука; 2007. 298 с. ISBN 5-02-034116-9Kablov E.N. Physicochemical and technological features of production of high-temperature rhenium containing alloys. Moscow University Bulletin. 2005;60(3):16–28.Palant A.A., Troshkina I.D., Chekmarev A.M. Metallurgiya reniya (Metallurgy of rhenium). Moscow: Nauka; 2007. 298 p. (in Russ.). ISBN 5-02-034116-9Palant A.A., Troshkina I.D., Chekmarev A.M. Metallurgiya reniya (Metallurgy of rhenium). Moscow: Nauka; 2007. 298 p. (in Russ.). ISBN 5-02-034116-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.