用于從環(huán)境屏障涂層回收稀土組分的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】用于從環(huán)境屏障涂層回收稀土組分的系統(tǒng)和方法
[0001]發(fā)明背景
含硅材料(例如像整體式陶瓷、合金、金屬間化物及它們的復(fù)合材料)具有用于設(shè)計(jì)在高溫下運(yùn)行的結(jié)構(gòu)的期望性質(zhì)，用于例如航空和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器和內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用。將環(huán)境屏障涂層(EBC)涂敷于含硅材料，以保護(hù)材料免于對(duì)化學(xué)環(huán)境和過(guò)度熱負(fù)荷的有害暴露。因此，設(shè)計(jì)EBC在高溫、含有水蒸汽的環(huán)境中有熱化學(xué)穩(wěn)定，并且使在材料表面和環(huán)境之間提供暴露路徑的互連孔結(jié)構(gòu)和垂直裂縫最小化。
[0002]EBC可為單層或多層系統(tǒng)，其中每一層用于至少一個(gè)功能，例如提供熱屏障，減輕基材氧化或揮發(fā)，或防止與相鄰的層或基材的化學(xué)反應(yīng)。在許多EBC系統(tǒng)中，至少一個(gè)層基本上由RE硅酸鹽形成，其中RE包括元素釔(Y)、鐿(Yb)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)和镥(Lu)中的一種或多種。RE硅酸鹽可為例如RE單硅酸鹽(RE2S15)和RE 二硅酸鹽(RE2Si2O7)。RE硅酸鹽在燃燒氣氛中具有相對(duì)低的二氧化硅揮發(fā)速率、低導(dǎo)熱率和與以上提及的含硅基材優(yōu)良的熱機(jī)械和熱化學(xué)相容性。
[0003]EBC材料可使用多種涂覆方法在元件上沉積，包括熱噴霧(例如，燃燒或等離子體噴霧)、基于漿料的沉積(例如，漿料噴霧、浸漬、電泳沉積)、化學(xué)蒸氣沉積和物理蒸氣沉積。
[0004]在制造或涂敷EBC期間，作為制造碎片，損失大量的含有RE的硅酸鹽。例如，對(duì)于熱噴霧的EBC層，多達(dá)90%的原料粉末可損失為過(guò)噴、非粘性顆粒，或在工具固定設(shè)備上沉積。收集該碎片通常導(dǎo)致高價(jià)值的含RE組分與其它低價(jià)值組分或污染物共混合。這些低價(jià)值組分或污染物可包括，例如，元素硅(Si)，以及鋇(Ba)、鍶(Sr)和鋁(Al)的硅酸鹽(例如，例如存在于鋇-鍶-硅鋁酸鹽(BSAS))。
[0005]在工廠中廢棄/再加工的和最終用途EBC-涂覆元件中出現(xiàn)類似的問(wèn)題。涂層可通過(guò)例如化學(xué)剝離或研磨料噴砂的方法從這些元件剝離。例如，如果研磨料噴砂用于剝離涂層，所得到的原料為研磨料介質(zhì)、RE娃酸鹽、含有Ba/Sr/Al的娃酸鹽、元素S1、二氧化娃和其它故意添加物和/或由發(fā)動(dòng)機(jī)操作或汽提過(guò)程得到的雜質(zhì)的共混合的混合物。
[0006]因此，期望在EBC過(guò)噴粉末、EBC漿料沉積粉末和剝離的EBC涂層中，將高價(jià)值含RE組分與低價(jià)值組分和污染物有效分離。
[0007]發(fā)明概述
在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于將含有稀土(RE)的組分從含有RE硅酸鹽和非磁性組分的混合物的微粒原料分離的方法。所述方法包括在原料的附近布置收集構(gòu)件，和使收集構(gòu)件磁化，以產(chǎn)生足以將磁性RE硅酸鹽選擇性吸引至收集構(gòu)件的磁場(chǎng)。所述方法還包括從收集構(gòu)件除去RE硅酸鹽。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于實(shí)施以上描述的方法的系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明包括以下方面:
1.一種用于將含有稀土(RE)的組分從含有RE硅酸鹽和非磁性組分的混合物的微粒原料分離的方法，所述方法包括:
在所述原料的附近布置收集構(gòu)件； 使所述收集構(gòu)件磁化，以產(chǎn)生足以將所述RE硅酸鹽選擇性吸引至所述收集構(gòu)件的磁場(chǎng)；和
從所述收集構(gòu)件除去所述RE硅酸鹽。
[0010]2.方面I的方法，所述方法還包括當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)通過(guò)漂洗所述收集構(gòu)件來(lái)除去非磁性組分。
[0011]3.方面I的方法，其中除去所述RE硅酸鹽包括停止向所述收集構(gòu)件施加磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致從所述收集構(gòu)件釋放所述RE硅酸鹽。
[0012]4.方面I的方法，其中所述RE硅酸鹽具有順磁性性質(zhì)，并且其中施加磁場(chǎng)包括施加至少0.5特斯拉的磁場(chǎng)。
[0013]5.方面I的方法，其中所述原料包含包括鐿(Yb)的RE2Si2O7 (REDS)形式的RE 二硅酸鹽。
[0014]6.方面 5 的方法，其中所述原料包含 REDS 和 RE2S15 (REMS)、(Ba, Sr) Si2Al2O8(BSAS)或Si中的至少一種，并且其中分離和除去非磁性污染物包括分離和除去REMS、BSAS或Si中的至少一種。
[0015]7.方面I的方法，所述方法還包括在介質(zhì)中分散所述原料。
[0016]8.方面I的方法，所述方法還包括在分離前實(shí)施原料制備，包括以下至少之一:
(i)粉碎所述原料以降低原料的粒徑或從附聚物釋放含RE組分，(ii)篩選或篩分所述原料以除去過(guò)大的顆粒，(iii)實(shí)施所述原料的浮選分離以除去低密度組分或污染物，(iv)對(duì)所述原料實(shí)施低場(chǎng)磁性分離以除去鐵磁性污染物，和(V)在液體介質(zhì)中分散所述原料。
[0017]9.方面I的方法，其中使所述收集構(gòu)件磁化包括使用至少一個(gè)電磁體以使所述收集構(gòu)件磁化。
[0018]10.一種用于從具有含RE組分的粉末原料收集和回收含有稀土(RE)的組分的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含:
設(shè)置用于施加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器；和
在所述粉末原料的附近布置的可磁化的收集構(gòu)件，施加的磁場(chǎng)導(dǎo)致含RE組分選擇性吸引至所述收集構(gòu)件，以影響所述含RE組分從所述粉末原料的分離。
[0019]11.方面10的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)設(shè)置用于漂洗所述收集構(gòu)件的收集和回收系統(tǒng)。
[0020]12.方面10的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含設(shè)置用于停止向所述收集構(gòu)件施加磁場(chǎng)的收集和回收系統(tǒng)，從而導(dǎo)致從所述收集構(gòu)件釋放已分離的含RE組分，從而收集所述含RE組分。
[0021]13.方面10的系統(tǒng)，其中所述含RE組分具有順磁性性質(zhì)，并且其中所述磁場(chǎng)發(fā)生器進(jìn)一步設(shè)置用于施加至少0.5特斯拉的磁場(chǎng)。
[0022]14.方面10的系統(tǒng)，其中所述粉末原料包含包括鐿(Yb)的RE 二硅酸鹽RE2Si2O7(REDS) ο
[0023]15.方面10的系統(tǒng)，其中所述粉末原料包含YbYDS形式的釔(Y)和鐿(Yb)，并且所述系統(tǒng)還包含設(shè)置用于從所述粉末原料的剩余部分分離YbYDS的收集和回收系統(tǒng)。
[0024]16.方面10的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含設(shè)置用于在介質(zhì)中分散所述原料的收集和回收系統(tǒng)。
[0025]17.方面10的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含收集和回收系統(tǒng)，其設(shè)置用于在分離前進(jìn)行以下之一:(i)粉碎所述原料以降低所述原料的粒徑或從附聚物釋放含RE組分，(ii)篩選或篩分所述原料以除去過(guò)大的顆粒，(iii)實(shí)施所述原料的浮選分離以除去低密度組分或污染物，(iv)對(duì)所述原料實(shí)施低場(chǎng)磁性分離以除去鐵磁性污染物，和(V)在液體介質(zhì)中分散所述原料。
[0026]18.方面10的系統(tǒng)，其中所述收集和回收系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置用于使用至少一個(gè)電磁體來(lái)施加磁場(chǎng)。
[0027]19.方面10的系統(tǒng)，其中所述磁場(chǎng)發(fā)生器進(jìn)一步設(shè)置用于施加小于0.5特斯拉的磁場(chǎng)，以將鐵磁性顆粒與所述粉末原料分離。
[0028]20.方面10的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包含具有設(shè)置用于移動(dòng)所述粉末原料的運(yùn)送裝置系統(tǒng)的收集和回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所述粉末原料經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，所述磁場(chǎng)使含RE組分從所述運(yùn)送裝置移動(dòng)。
[0029]附圖簡(jiǎn)述
圖1為根據(jù)各種實(shí)施方案，用于從環(huán)境屏障涂層(EBC)原料收集和回收含有稀土(RE)的組分的系統(tǒng)的方框圖。
[0030]圖2為說(shuō)明根據(jù)各種實(shí)施方案，含RE組分從EBC原料的磁性分離的流程圖。
[0031]圖3為含有非RE組分和污染物的含有RE硅酸鹽的EBC原料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0032]圖4為在根據(jù)各種實(shí)施方案實(shí)施磁性分離之后，圖3的EBC原料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0033]圖5和6為顯示在對(duì)圖3和4中說(shuō)明的EBC原料實(shí)施的磁性分離過(guò)程之前和之后的原料組成的能量色散X-射線光譜法(EDX)的表格結(jié)果。
[0034]圖7為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，用于實(shí)施含有RE的組分從EBC原料的磁性分離的方法的流