Combined method for processing spent acid etching solution obtained during manufacturing of titanium products

Nikolai A. Bykovskii; Evgenii A. Kantor; Nikolai S. Shulaev; Vadim S. Fanakov

Research article

Geotechnical Engineering and Engineering Geology

Combined method for processing spent acid etching solution obtained during manufacturing of titanium products

Authors:

Nikolai A. Bykovskii¹

Evgenii A. Kantor²

Nikolai S. Shulaev³

Vadim S. Fanakov⁴

About authors

1 — Ph.D. Associate Professor Institute of Chemical Technologies and Engineering – Branch of the Ufa State Petroleum Technological University ▪ Orcid
2 — Ph.D., Dr.Sci. Professor Ufa State Petroleum Technological University ▪ Orcid
3 — Ph.D., Dr.Sci. Professor Institute of Chemical Technologies and Engineering – Branch of the Ufa State Petroleum Technological University ▪ Orcid
4 — Assistant Ufa State Petroleum Technological University ▪ Orcid

Date submitted:

2024-04-10

Date accepted:

2024-06-03

Online publication date:

2024-07-19

Abstract

Possessing high strength, low density and significant chemical resistance, titanium has found wide application in various fields of the national economy – the chemical industry, aviation and rocket technology, mechanical engineering, medicine, etc. The production of titanium products is hampered by a fairly strong oxide film covering its surface. Removal of the oxide film from the surface of titanium workpieces is carried out by etching in solutions of mineral acids of various compositions. A spent acid etching solution (SAES) is formed, containing titanium salt and the remainder of unreacted acids. Almost all etching solutions contain HF and one of the strong acids. This is H 2 SO 4 , HCl or HNO 3 . Thus, the SAES includes ions of titanium, fluorine or chlorine, orsulfate, or nitrate. SAES is quite toxic and must be diluted or cleaned several times before being discharged into a reservoir. Most of the methods used to extract impurities contained in SAES lead to a decrease in their content. As a result of such purification, there is a loss of substances contained in SAES in significant quantities and of interest for further use. The work presents experimental results obtained from the combined processing of SAES containing titanium fluoride, hydrofluoric and hydrochloric acids. At the first stage, SAES is treated with sodium hydroxide. The resulting titanium hydroxide precipitate is filtered off. At the second stage, the filtrate containing sodium fluoride and chloride is processed in a membrane electrolyzer. In this case, not only the extraction of sodium salts from the filtrate occurs, but also the production of sodium hydroxide and a mixture of hydrofluoric and hydrochloric acids. Sodium hydroxide can be used for processing SAES, and a mixture of acids for etching titanium workpieces.

Keywords:

titanium etching spent etching solution electrochemical processing membrane electrolyzer titanium hydroxide sodium hydroxide hydrochloric acid hydrofluoric acid

References

Лысенко М.П., Тлехусеж М.А. Титан и его применение в различных отраслях промышленности // Научное обозрение. Педагогические науки. 2019. № 4. Ч. 4. С. 64-67.
Дьяченко А.Н., Дьяченко Е.Н., Крайденко Р.И. Диоксид титана: рынок, производство, новые технологии // Лакокрасочные материалы и их применение. 2021. № 7-8. С. 41-50.
Петрова Т.А., Епишина А.Д. Антикоррозионная защита трубопроводного транспорта на горно-перерабатывающих предприятиях // Обогащение руд. 2023. № 6. С. 52-58. DOI: 10.17580/or.2023.06.09
Солдатов В.Г., Вавилин Я.А. Применение титана для раскисления стали // Уральский научный вестник. 2019. Т. 9. № 2. С. 17-21.
Zeynalov E.B., Huseynov E.R., Salmanova N.I., Abdurahmanova N.A. Nano-grade titanium dioxide on the nanocarbon carrier as catalyst in aerobic oxidation of alkyl aromatic hydrocarbons // Chemical Problems. 2020. № 3 (18). P. 351-360. DOI: 10.32737/2221-8688-2020-3-351-360
Трушин П.В. Применение мелкогранулированного никелида титана в хирургической практике // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2019. Т. 14. № 3. С. 472-475 (in English). DOI: 10.14300/mnnc.2019.14114
Marin E., Lanzutti A. Biomedical Applications of Titanium Alloys: A Comprehensive Review // Materials. 2024. Vol. 17. Iss. 1. № 114. DOI: 10.3390/ma17010114
Lakshmanan V.I., Roy R., Halim M.A. Innovative Process for the Production of Titanium Dioxide / Innovative Process Development in Metallurgical Industry. Cham: Springer, 2016. P. 359-383. DOI: 10.1007/978-3-319-21599-0_18
Sadeghi M.H., Esfahany M.N. Development of a Safe and Environmentally Friendly Sulfate Process for the Production of Titanium Oxide // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2022. Vol. 61. № 4. P. 1786-1796. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c03364
de Formanoir C., Suard M., Dendievel R. et al. Improving the mechanical efficiency of electron beam melted titanium lattice structures by chemical etching // Additive Manufacturing. 2016. Vol. 11. P. 71-76. DOI: 10.1016/j.addma.2016.05.001
Liu Z., Tsai I.-L., Thompson G.E. et al. Chemical etching behaviour of titanium in bromine-methanol electrolyte // Materials Chemistry and Physics. 2015. Vol. 160. P. 329-336. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.04.045
Marin E., Diamanti M.V., Boffelli M. et al. Effect of etching on the composition and structure of anodic spark deposition films on titanium // Materials & Design. 2016. Vol. 108. P. 77-85. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.06.088
Черемисина О.В., Сергеев В.В., Федоров А.Т., Алферова Д.А. Разделение редкоземельных металлов и титана в процессе комплексной переработки апатитового концентрата // Обогащение руд. 2020. № 5. С. 30-34. DOI: 10.17580/or.2020.05.05
Денисова О.В., Карапетян К.Г. Углеродные материалы, поверхностно модифицированные ионами переходных металлов // Цветные металлы. 2023. № 8. С. 56-61. DOI: 10.17580/tsm.2023.08.10
Ковальская К.В., Горланов Е.С. Лигатуры Al – Ti – B: структурообразование в модифицированных сплавах // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 57-64. DOI: 10.17580/tsm.2022.07.06
Тюлягин П.Е., Мурашова Н.М., Морозова Я.А., Насакина Е.О. Травление титана с помощью обратных микроэмульсий додецилсульфата натрия, содержащих неорганические кислоты // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 9 (244). С. 53-55.
Spitaels L., Rivière-Lorphèvre É., Díaz M.C. et al. Surface finishing of EBM parts by (electro-) chemical etching // Procedia CIRP. 2022. Vol. 108. P. 112-117. DOI: 10.1016/j.procir.2022.03.023
Motasim M., Aydoğan S., Agacayak T. et al. The influence of sodium fluoride on the dissolution kinetics of metallic titanium in citric acid solution using the rotating disc method // Hydrometallurgy. 2024. Vol. 226. № 106297. DOI: 10.1016/j.hydromet.2024.106297
Черемисина О.В., Пономарева М.А., Молотилова А.Ю. и др. Сорбционная очистка вод кислотонакопителя от железа и титана на органических полимерных материалах // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 971-980. DOI: 10.31897/PMI.2023.28
Коломенский А.Б., Шахов С.В., Коломенский Б.А. Влияние газонасыщенных слоев и оксидных пленок на ударную вязкость титановых сплавов различных групп прочности // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13. № 2. С. 132-139.
Штефан В.В., Смирнова А.Ю. Оксидирование титана в Zr, Mo-содержащих растворах // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2017. Т. 53. № 2. С. 197-203. DOI: 10.7868/S0044185617020243
Любушкин Т.Г., Носова Т.И., Кузин Е.Н. Исследование влияния добавки соединений титана на процесс коагуляционной очистки сточных вод гальванического производства // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 12 (247). С. 108-110.
Bhattacharya S., Saha I., Mukhopadhyay A. et al. Role of nanotechnology in water treatment and purification: Potential applications and implications // International Journal of Chemical Science and Technology. 2013. Vol. 3. Iss. 3. P. 59-64.
Кузин Е.Н., Аверина Ю.М., Курбатов А.Ю., Чередниченко А.Г. Повышение эффективности очистки сточных вод гальванических производств с использованием титансодержащих коагулянтов и мембранной очистки // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 3. С. 27-31. DOI: 10.18412/1816-0395-2024-3-27-31
El Khalloufi M., Drevelle O., Soucy G. Titanium: An Overview of Resources and Production Methods // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 12. № 1425. DOI: 10.3390/min11121425
Karshyga Z., Ultarakova A., Lokhova N. et al. Processing of Titanium-Magnesium Production Waste // Journal of Ecological Engineering. 2022. Vol. 23. Iss. 7. P. 215-225. DOI: 10.12911/22998993/150004
Патент № 2538900 РФ. Способ очистки сточных вод титано-магниевого производства / Н.Г.Осипенко, С.В.Кирьянов, С.А.Рзянкин, В.В.Тетерин. Опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1.
Патент № 2786369 РФ. Способ обработки перед напылением титан-германий (Ti-Ge) / Т.А.Исмаилов, Б.А.Шангереева, А.Р.Шахмаева, Э.Казалиева. Опубл. 20.12.2022. Бюл. № 35.
Патент № 2758704 РФ. Способ обработки тонких листов из титана / А.П.Орлов. Опубл. 01.11.2021. Бюл. № 31.
Патент № 2522061 РФ. Способ изготовления анодов / Л.С.Иванова, В.В.Макшаков, С.В.Задорожный. Опубл. 10.07.2014. Бюл. № 19.
Быковский Н.А., Винокуров Е.Г., Шулаев Н.С. Экспериментальный анализ эффективности электрохимического процесса переработки сточных вод производства бикарбоната натрия с получением гидроксида натрия // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. № 8. С. 139-145. DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6445
Мешалкин В.П., Шулаев Н.С., Быковский Н.А., Аристов В.М. Физико-химические основы комбинированной энергоресурсоэффективной технологии переработки стоков производства кальцинированной соды // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2020. Т. 494. № 1. С. 45-49. DOI: 10.31857/S268695352005009X
Bykovskii N.A., Puchkova L.N., Fanakova N.N. et al. Recycling the Wastewater in the Production of Ethylenediamine // Chemical and Petroleum Engineering. 2019. Vol. 54. Iss. 11-12. P. 787-794. DOI: 10.1007/s10556-019-00551-7

Combined method for processing spent acid etching solution obtained during manufacturing of titanium products

Abstract

References

Similar articles