Переработка вольфрама

Когда говорят про переработку вольфрама, многие сразу представляют себе просто сдачу лома — спрессованные куски, стружку, старые контакты. Но на самом деле, если копнуть глубже, это целая цепочка решений, где каждый этап влияет на выход и качество конечного продукта. Часто упускают из виду, что вольфрам, особенно легированный или в виде сплавов, требует не просто переплавки, а селективного подхода к разделению и очистке. Самый больной вопрос — оксидный слой и загрязнения, которые ?запекаются? при высоких температурах, если не подготовить шихту правильно.

С чего начинается реальная переработка

На практике всё упирается в классификацию поступающего сырья. У нас, например, был случай, когда привезли партию лома отслуживших электродов дуговых печей. Внешне — однородный вольфрамовый пруток, но по факту часть была с медным покрытием, часть — с ториевым легированием. Если всё пустить в общий передел, получится некондиция по составу и, что важнее, по радиационному фону. Пришлось вручную сортировать, хотя изначально планировали механизировать. Это к вопросу о том, почему автоматизация на входном контроле часто спотыкается.

Дальше — подготовка к химическому или термическому раскрытию. Чистый металлический вольфрам, особенно крупные куски, иногда можно переплавить в вакуумных дуговых печах, но это дорого и не всегда оправдано для вторички. Чаще идёт путь через щелочное или кислотное выщелачивание, чтобы перевести вольфрам в растворимую форму — обычно паравольфрамат аммония. Тут тонкость: если в ломе есть молибден, а он почти всегда присутствует в сплавах типа ВМ, то разделение становится головной болью. Стандартные методы осаждения не всегда срабатывают, приходится играть с pH и температурой, иногда даже возвращаться к экстракции.

Один из наших экспериментов, который в итоге признали неудачным, — попытка использовать восстановление водородом прямо из оксида, полученного из низкосортного лома (смесь стружки, пыли, окалины). Казалось бы, классическая схема: вольфрамовый ангидрид -> восстановление -> металлический порошок. Но из-за переменного содержания примесей кальция и кремния, которые попали из абразивного инструмента, порошок спекался неравномерно, гранулометрия ?плыла?. В итоге партию пришлось переводить в ферровольфрам, что снизило маржинальность. Вывод: без тщательного анализа состава на каждом этапе можно легко уйти в минус.

Оборудование и ?подводные камни? технологической цепочки

Если говорить про аппаратурное оформление, то многое зависит от масштаба. Для небольших объёмов, скажем, переработки бракованных вольфрамовых нитей накаливания или сварочных электродов, достаточно реакторов из определённых марок нержавейки с хорошей стойкостью к щелочам. Но когда речь заходит о ломе твёрдых сплавов (ВК, ТК), где кроме вольфрама есть кобальт, титан, та же проблема молибдена, без многоступенчатой системы фильтрации и осаждения не обойтись. И здесь часто экономят на мелочах — например, на материале фильтр-прессов, а потом удивляются, почему идёт подмес.

Кстати, про кобальт. Его выделение из твёрдосплавного лома — отдельная тема, но если не извлечь, то при последующем карбидировании вольфрама могут возникнуть проблемы с формированием WC-фазы. Мы как-то получили порошок с повышенным содержанием свободного углерода именно из-за остаточного кобальта, который сыграл роль катализатора нежелательных реакций. Пришлось корректировать режим карбидирования, увеличивать выдержку в атмосфере водорода. Мелочь, а повлияла на весь график.

Ещё один практический момент — работа с пылевидными фракциями. Вольфрамовая пыль, особенно после шлифовки или дробления, пирофорна, требует особых условий хранения и транспортировки. На одном из участков у нас была локальная вспышка именно из-за самовозгорания такой пыли, осевшей в вентиляции. После этого пересмотрели систему аспирации и перешли на мокрое пылеулавливание с немедленной передачей пульпы в реактор. Трудоёмко, но безопаснее.

Где и как используется вторичный вольфрам

Качество восстановленного металла или карбида определяет его дальнейшую судьбу. Высокодисперсный чистый порошок с контролируемой формой частиц может уйти на производство новых вольфрамовых электродов, нагревателей для высокотемпературных печей. Более грубые фракции, с допустимыми примесями — на легирование сталей или в виде ферровольфрама. Но здесь есть нюанс: многие потребители, особенно в металлургии, до сих пор с предубеждением относятся к вторичному сырью, считая, что параметры будут ?плавать?. Приходится доказывать паспортами химического анализа и результатами пробных плавок.

Интересный кейс был с компанией ООО Шэньси Футайпу Металлические Материалы (сайт — https://www.ftpjs.ru). Они, как известно, работают с широким спектром тугоплавких металлов, включая вольфрам, молибден, тантал. Их специфика — не только продажи, но и глубокая переработка под конкретные изделия: трубы, прутки, пластины. Так вот, при заказе на вольфрамовый пруток для электронно-лучевой сварки они выдвигали жёсткие требования по газосодержанию (кислород, водород) и границам зёрен. Наш стандартный продукт из вторичного сырья, полученный прессованием и спеканием, не проходил по полному набору параметров — сказывались микропримеси, которые влияли на рекристаллизацию. Пришлось дорабатывать технологию дополнительной вакуумной отжига в зоне высоких температур. Это тот случай, когда запросы рынка заставляют совершенствовать саму переработку.

К слову, их деятельность, охватывающая НИОКР, переработку и импорт-экспорт, показательна. Рынок тугоплавких металлов становится всё более глобальным, и умение работать с вторичным сырьём, доводя его до кондиций, сравнимых с первичным металлом, — это серьёзное конкурентное преимущество. Особенно когда речь идёт о таких формах, как проволока или тонкие пластины, где дефекты структуры критичны.

Экономика процесса: что часто не учитывают

Стоимость переработки вольфрама сильно привязана к энергоёмкости. Восстановление водородом, высокотемпературные печи, вакуумные установки — всё это ?ест? много энергии. Поэтому в регионах с дорогой электроэнергией рентабельность всего цикла может быть под вопросом, если не налажены логистика и предварительная сортировка. Иногда дешевле отгрузить отсортированный лом на стороннее предприятие, где есть современные печи с рекуперацией тепла, чем строить свой полный цикл.

Ещё одна статья расходов, которую склонны недооценивать, — утилизация сопутствующих отходов. После химической переработки остаются растворы с остаточными солями, иногда с тяжёлыми металлами. Их нейтрализация и захоронение — это отдельный технологический и финансовый процесс. Мы в своё время заключили договор со специализированным полигоном, но транспортные расходы съедали львиную долю маржи от небольшой партии. Теперь стараемся накапливать отходы до критического объёма, чтобы отвозить экономически оправданными партиями.

И, конечно, логистика сырья. Вольфрамовый лом — материал плотный, с высокой удельной стоимостью. Казалось бы, перевозить выгодно. Но если это не однородные брикеты, а, например, смешанная стружка в бочках, то коэффициент выхода металла после переработки может упасть на 10-15% из-за повышенного окисления и потерь при транспортировке. Пришлось разработать свою тару — контейнеры с инертной атмосферой для ответственных поставок. Дорого, но для некоторых видов лома необходимо.

Взгляд вперёд: тенденции и личные соображения

Сейчас много говорят о циркулярной экономике, и вольфрам, как стратегический и дорогой металл, здесь в первых рядах. Но на мой взгляд, основное развитие будет не в области новых химических методов извлечения (хотя и это важно), а в цифровизации и отслеживании. Если бы от каждого изделия, скажем, катода или тяжелого сплава, можно было бы получить ?цифровой паспорт? с точным составом, то задача сортировки и выбора технологии переработки упростилась бы на порядок. Пока же мы часто действуем вслепую, полагаясь на опыт и выборочный анализ.

Ещё один тренд — запрос на локальность. Не везти лом через полстраны или континент, а организовывать локальные пункты предварительной обработки: дробление, прессование, первичную классификацию. Это снижает риски и издержки. Компании типа упомянутой ООО Шэньси Футайпу, с их широкой специализацией на тугоплавких металлах и готовыми каналами сбыта, могли бы стать центрами таких хабов, принимая подготовленное сырьё от мелких сборщиков.

В целом, переработка вольфрама — это не конвейер, а скорее ремесло, где нужно постоянно балансировать между химией, металлургией и экономикой. Каждая партия лома — немного уникальна, и готовых рецептов нет. Главное — не бояться пробовать, фиксировать ошибки и не повторять их в следующий раз. И помнить, что даже неудачный опыт с переводом в ферросплав — это всё равно опыт, который где-то, возможно, пригодится для другого заказа или другого сплава. Металл не пропадает, он просто меняет форму, и наша задача — помочь ему сделать это эффективно.