Oxidationsverfahren für das Recycling von Wolframkarbid

Die Nachfrage nach Wolfram, die durch die Rückgewinnung aus verschiedenen Abfallstoffen erheblich gesteigert wird, hat zur Entwicklung mehrerer wirksamer Recyclingverfahren geführt. Darunter sticht die Oxidationsmethode aufgrund ihrer Effizienz bei der Verarbeitung von Wolframkarbid-Kobalt-Metall (Hartlegierung) oder Wolframrestmetall hervor. Bei dieser Methode werden diese Materialien durch eine Reihe von chemischen Reaktionen und Prozessen in wertvolle wiederverwendbare Formen umgewandelt.

Überblick über die Oxidationsmethode

Die Oxidationsmethode für das Recycling von Wolframcarbid umfasst zwei Hauptschritte: Oxidation und Alkalibehandlung. Zunächst wird das Abfallwolframcarbid mit Sauerstoff umgesetzt, um Wolfram- und Kobaltoxide zu bilden. Anschließend reagieren diese Oxide mit Alkali, um wasserlösliches Natriumwolframat zu erzeugen, das sich leicht vom festen Kobaltoxid trennen lässt. Als Oxidationsmittel werden üblicherweise Kaliumnitrat oder sauerstoffangereicherte Luft verwendet, was zu zwei Hauptvarianten des Verfahrens führt: die Kaliumnitrat-Schmelzmethode und die Oxidationsmethode mit sauerstoffangereicherter Luft.

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1. Kaliumnitrat-Schmelzverfahren

Prozessbeschreibung

• Mechanismus der Reaktion: Kaliumnitrat (oder Natriumnitrat) und Luftsauerstoff dienen als Oxidationsmittel und verwandeln das Wolfram im Abfall in Wolframtrioxid (WO3). Dieses reagiert mit Natriumoxid, einem Zersetzungsprodukt von Natriumnitrat, und bildet lösliches Natriumwolframat (Na2WO4).
• Operative Details: Das Verfahren wird in einem Flammofen durchgeführt, der mit Schweröl oder Gas befeuert wird. Sobald das Kaliumnitrat seinen Schmelzpunkt erreicht hat, reagiert es heftig mit den Wolframabfällen und erhöht die Temperatur auf 1073-1173 K. Nach etwa einer Stunde Rühren und Schmelzen wird das geschmolzene Produkt verarbeitet, um Na2WO4 und Co2O3-Schlacke zu gewinnen.

Vorteile

• Hohe Wolframrückgewinnungsrate (bis zu 99% aus bestimmten Schlacken).
• Schnelle Reaktion und hohe Produktionskapazität.
• Geeignet für verschiedene Arten von wolframhaltigen Abfällen.

Beschränkungen

• Erzeugt beträchtliche Mengen an NO2, was ein Problem für die Umwelt darstellt.
• Alternative Oxidationsmittel wie Natriumsulfat verringern die Verschmutzung, erfordern aber höhere Temperaturen und längere Verarbeitungszeiten.

2. Oxidationsmethode mit sauerstoffangereicherter Luft

Prozessbeschreibung

• Operativer Mechanismus: Mit Sauerstoff angereicherte Luft wird in einen vorgeheizten Oxidationsofen eingeleitet, in dem Temperaturen von 1073 bis 1173 K herrschen. Es bilden sich Wolframoxide, die sich in Alkali auflösen und Na2WO4 erzeugen.
• Wirkungsgrad: Der Oxidationsprozess ist, sobald er in Gang gekommen ist, wärmeautark, so dass keine externe Heizung erforderlich ist. Der Prozess dauert in der Regel 2 bis 7 Stunden, je nach Form und Zusammensetzung des Abfallmaterials.

Vorteile

• Geeignet für eine Vielzahl von wolframhaltigen Materialien wie Stangen, Stäbe, Drähte und Platten.
• Ermöglicht die Rückgewinnung von Kobalt aus dem unlöslichen Rückstand nach der Alkalibehandlung.

Beschränkungen

• Ein gewisser Wolframverlust aufgrund von WO3-Sublimation, mit typischen Rückgewinnungsraten für die Na2WO4-Produktion von 94% bis 97%.

Schlussfolgerung

Sowohl das Kaliumnitrat-Schmelzverfahren als auch das Verfahren der Oxidation mit sauerstoffangereicherter Luft bieten robuste Lösungen für das Recycling Wolframkarbid. Die Kaliumnitrat-Methode ist zwar für ihre schnelle Verarbeitung und hohen Rückgewinnungsraten bekannt, stellt aber auch ein Problem für die Umwelt dar. Das Verfahren mit sauerstoffangereicherter Luft hingegen ist zwar etwas weniger effizient bei der Wolframrückgewinnung, bietet aber mit seinem selbsterhaltenden Wärmemechanismus eine umweltfreundlichere Alternative. Die Eignung der einzelnen Verfahren hängt von den spezifischen Arten und Formen der wolframhaltigen Abfälle ab und ermöglicht eine flexible Anwendung in der Recyclingpraxis.