用于从环境屏障涂层回收稀土组分的系统和方法
【专利说明】用于从环境屏障涂层回收稀土组分的系统和方法
[0001]发明背景
含硅材料(例如像整体式陶瓷、合金、金属间化物及它们的复合材料)具有用于设计在高温下运行的结构的期望性质，用于例如航空和工业燃气轮机发动机、换热器和内燃机的应用。将环境屏障涂层(EBC)涂敷于含硅材料，以保护材料免于对化学环境和过度热负荷的有害暴露。因此，设计EBC在高温、含有水蒸汽的环境中有热化学稳定，并且使在材料表面和环境之间提供暴露路径的互连孔结构和垂直裂缝最小化。
[0002]EBC可为单层或多层系统，其中每一层用于至少一个功能，例如提供热屏障，减轻基材氧化或挥发，或防止与相邻的层或基材的化学反应。在许多EBC系统中，至少一个层基本上由RE硅酸盐形成，其中RE包括元素钇(Y)、镱(Yb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镥(Lu)中的一种或多种。RE硅酸盐可为例如RE单硅酸盐(RE2S15)和RE 二硅酸盐(RE2Si2O7)。RE硅酸盐在燃烧气氛中具有相对低的二氧化硅挥发速率、低导热率和与以上提及的含硅基材优良的热机械和热化学相容性。
[0003]EBC材料可使用多种涂覆方法在元件上沉积，包括热喷雾(例如，燃烧或等离子体喷雾)、基于浆料的沉积(例如，浆料喷雾、浸渍、电泳沉积)、化学蒸气沉积和物理蒸气沉积。
[0004]在制造或涂敷EBC期间，作为制造碎片，损失大量的含有RE的硅酸盐。例如，对于热喷雾的EBC层，多达90%的原料粉末可损失为过喷、非粘性颗粒，或在工具固定设备上沉积。收集该碎片通常导致高价值的含RE组分与其它低价值组分或污染物共混合。这些低价值组分或污染物可包括，例如，元素硅(Si)，以及钡(Ba)、锶(Sr)和铝(Al)的硅酸盐(例如，例如存在于钡-锶-硅铝酸盐(BSAS))。
[0005]在工厂中废弃/再加工的和最终用途EBC-涂覆元件中出现类似的问题。涂层可通过例如化学剥离或研磨料喷砂的方法从这些元件剥离。例如，如果研磨料喷砂用于剥离涂层，所得到的原料为研磨料介质、RE娃酸盐、含有Ba/Sr/Al的娃酸盐、元素S1、二氧化娃和其它故意添加物和/或由发动机操作或汽提过程得到的杂质的共混合的混合物。
[0006]因此，期望在EBC过喷粉末、EBC浆料沉积粉末和剥离的EBC涂层中，将高价值含RE组分与低价值组分和污染物有效分离。
[0007]发明概述
在一个实施方案中，提供了一种用于将含有稀土(RE)的组分从含有RE硅酸盐和非磁性组分的混合物的微粒原料分离的方法。所述方法包括在原料的附近布置收集构件，和使收集构件磁化，以产生足以将磁性RE硅酸盐选择性吸引至收集构件的磁场。所述方法还包括从收集构件除去RE硅酸盐。
[0008]在另一个实施方案中，提供了一种用于实施以上描述的方法的系统。
[0009]本发明包括以下方面:
1.一种用于将含有稀土(RE)的组分从含有RE硅酸盐和非磁性组分的混合物的微粒原料分离的方法，所述方法包括:
在所述原料的附近布置收集构件； 使所述收集构件磁化，以产生足以将所述RE硅酸盐选择性吸引至所述收集构件的磁场；和
从所述收集构件除去所述RE硅酸盐。
[0010]2.方面I的方法，所述方法还包括当施加磁场时通过漂洗所述收集构件来除去非磁性组分。
[0011]3.方面I的方法，其中除去所述RE硅酸盐包括停止向所述收集构件施加磁场，从而导致从所述收集构件释放所述RE硅酸盐。
[0012]4.方面I的方法，其中所述RE硅酸盐具有顺磁性性质，并且其中施加磁场包括施加至少0.5特斯拉的磁场。
[0013]5.方面I的方法，其中所述原料包含包括镱(Yb)的RE2Si2O7 (REDS)形式的RE 二硅酸盐。
[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中的至少一种，并且其中分离和除去非磁性污染物包括分离和除去REMS、BSAS或Si中的至少一种。
[0015]7.方面I的方法，所述方法还包括在介质中分散所述原料。
[0016]8.方面I的方法，所述方法还包括在分离前实施原料制备，包括以下至少之一:
(i)粉碎所述原料以降低原料的粒径或从附聚物释放含RE组分，(ii)筛选或筛分所述原料以除去过大的颗粒，(iii)实施所述原料的浮选分离以除去低密度组分或污染物，(iv)对所述原料实施低场磁性分离以除去铁磁性污染物，和(V)在液体介质中分散所述原料。
[0017]9.方面I的方法，其中使所述收集构件磁化包括使用至少一个电磁体以使所述收集构件磁化。
[0018]10.一种用于从具有含RE组分的粉末原料收集和回收含有稀土(RE)的组分的系统，所述系统包含:
设置用于施加磁场的磁场发生器；和
在所述粉末原料的附近布置的可磁化的收集构件，施加的磁场导致含RE组分选择性吸引至所述收集构件，以影响所述含RE组分从所述粉末原料的分离。
[0019]11.方面10的系统，所述系统还包含当施加磁场时设置用于漂洗所述收集构件的收集和回收系统。
[0020]12.方面10的系统，所述系统还包含设置用于停止向所述收集构件施加磁场的收集和回收系统，从而导致从所述收集构件释放已分离的含RE组分，从而收集所述含RE组分。
[0021]13.方面10的系统，其中所述含RE组分具有顺磁性性质，并且其中所述磁场发生器进一步设置用于施加至少0.5特斯拉的磁场。
[0022]14.方面10的系统，其中所述粉末原料包含包括镱(Yb)的RE 二硅酸盐RE2Si2O7(REDS) ο
[0023]15.方面10的系统，其中所述粉末原料包含YbYDS形式的钇(Y)和镱(Yb)，并且所述系统还包含设置用于从所述粉末原料的剩余部分分离YbYDS的收集和回收系统。
[0024]16.方面10的系统，所述系统还包含设置用于在介质中分散所述原料的收集和回收系统。
[0025]17.方面10的系统，所述系统还包含收集和回收系统，其设置用于在分离前进行以下之一:(i)粉碎所述原料以降低所述原料的粒径或从附聚物释放含RE组分，(ii)筛选或筛分所述原料以除去过大的颗粒，(iii)实施所述原料的浮选分离以除去低密度组分或污染物，(iv)对所述原料实施低场磁性分离以除去铁磁性污染物，和(V)在液体介质中分散所述原料。
[0026]18.方面10的系统，其中所述收集和回收系统进一步设置用于使用至少一个电磁体来施加磁场。
[0027]19.方面10的系统，其中所述磁场发生器进一步设置用于施加小于0.5特斯拉的磁场，以将铁磁性颗粒与所述粉末原料分离。
[0028]20.方面10的系统，所述系统还包含具有设置用于移动所述粉末原料的运送装置系统的收集和回收系统，其中当所述粉末原料经过磁场时，所述磁场使含RE组分从所述运送装置移动。
[0029]附图简述
图1为根据各种实施方案，用于从环境屏障涂层(EBC)原料收集和回收含有稀土(RE)的组分的系统的方框图。
[0030]图2为说明根据各种实施方案，含RE组分从EBC原料的磁性分离的流程图。
[0031]图3为含有非RE组分和污染物的含有RE硅酸盐的EBC原料的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0032]图4为在根据各种实施方案实施磁性分离之后，图3的EBC原料的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0033]图5和6为显示在对图3和4中说明的EBC原料实施的磁性分离过程之前和之后的原料组成的能量色散X-射线光谱法(EDX)的表格结果。
[0034]图7为根据一个实施方案，用于实施含有RE的组分从EBC原料的磁性分离的方法的流