Elektrolytisches und Zinkschmelzverfahren für das Recycling von Wolframkarbid

Elektrolytische Methode.

Das elektrolytische Verfahren ist ein Prozess, bei dem die unterschiedlichen Elektrodenpotenziale der verschiedenen Bestandteile wolframhaltiger Abfallmaterialien in einer Elektrolytlösung genutzt werden, um sie selektiv oder vollständig aufzulösen oder zu oxidieren und so Wolfram zurückzugewinnen. Abfall-Wolframkarbide bestehen hauptsächlich aus Wolframkarbid und Kobaltmetall. In einer sauren Lösung kann Kobalt selektiv gelöst werden, oder Kobalt und Wolframkarbid können gleichzeitig gelöst werden. Bei der Elektrolyse in salzsauerem Medium finden an der Anode die folgenden Auflösungsreaktionen statt (oder WC reagiert nicht):

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• Co-2e === Co2+
  WC + 6H2O - 10e = H2WO4 + CO2 + 10H+
  Die Wasserstoffentwicklungsreaktion findet an der Kathode statt:
  2H+ + 2e === H2(g)

Die Elektrolyse von Wolframkarbidabfällen wird in der Regel in einer Elektrolytlösung mit einer Salzsäurekonzentration von etwa 20 g/l durchgeführt. Eine Nickelplatte dient als Kathode, während eine Graphitanode in einen Anodenrahmen eingesetzt wird, der das Abfallwolframkarbid enthält. Unter der Einwirkung eines Gleichstroms von 1,0-1,5 V löst sich Kobalt kontinuierlich aus dem Abfallwolframkarbid und erzeugt CoCl2, das die dichte und feste Struktur des ursprünglichen Abfallwolframkarbids aufbricht, wodurch sich WC kontinuierlich von der Oberfläche des Abfallwolframkarbids ablöst. Der resultierende Anodenschlamm kann gewaschen, kugelgemahlen und gesiebt werden, um WC zu erhalten, das für die Herstellung von Wolframkarbiden geeignet ist. Diese Methode zeichnet sich durch ihre Einfachheit und ihren geringen Verbrauch an Reagenzien und elektrischer Energie aus. Es eignet sich jedoch nur für die Aufbereitung von Abfall-Wolframkarbiden mit einem Kobaltgehalt von über 10%.

Zinkschmelze Methode.

Beim Zinkschmelzverfahren wird ein Tiegel mit Abfall-Wolframkarbidblöcken und metallischem Zink in einen Vakuumofen gestellt und auf Temperaturen zwischen 773 und 873 K erhitzt (der Schmelzpunkt von Zink liegt bei 693 K). Das in den Wolframkarbidabfällen enthaltene Kobalt reagiert mit dem geschmolzenen Zink zu einer Zink-Kobalt-Legierung, die in die Schmelze übergeht und zur Zersetzung der Wolframkarbidabfälle führt. Anschließend wird das Zink bei einer Temperatur von 1173 K durch Vakuumdestillation entfernt, wobei loses WC (oder Wolfram und Karbide anderer Metalle) und Kobaltpulver entstehen. Das im Kondensator der Vakuumdestillation gesammelte Zink kann nach der Kondensation wiederverwendet werden. Nach dem Kugelmahlen und Sieben wird das WC- und Kobaltpulver zur Herstellung von Wolframkarbiden weitergeleitet. Die Vorteile dieser Methode sind der kurze Produktionsprozess, die Fähigkeit, Wolframkarbide mit niedrigem Kobaltgehalt, die Tantal und Titan enthalten, zu verarbeiten und eine Mischung zu erhalten, die die gleiche Qualität wie das ursprüngliche Abfallmaterial aufweist. Allerdings gibt es auch Einschränkungen, wie z. B. die Notwendigkeit einer einzigen Art von Abfallmaterial, komplexe Anlagen, hoher Energieverbrauch und höhere Kosten im Vergleich zum elektrolytischen Verfahren.