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技術 耐環境皮膜から希土類成分を回収するためのシステム及び方法

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 サチャ・キショア・マネパッリセオドア・ロバート・グロスマンドン・マーク・リプキンカーシック・ビラパッカム・ゴウリシャンカー
出願日 2015年4月9日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-079649
公開日 2015年11月19日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2015-205810
状態 特許登録済
技術分野 磁気分離 珪酸塩及びセ゛オライト、モレキュラーシーブ
主要キーワード 材料表 燃焼溶 幾何学的形 固定工具 収集部材 空気チャンバ 研磨グリット 排出ステップ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

耐環境皮膜から希土類成分回収するためのシステム及び方法を提供する。

解決手段

希土類(RE)ケイ酸塩非磁性成分との混合物を含有する粒状原料から希土類含有成分を分離する方法は、原料の近傍に収集部材を配置するステップと、収集部材を磁化して収集部材に希土類ケイ酸塩を選択的に引き付けるのに十分な磁場を発生させるステップとを含む。本方法は、収集部材から希土類ケイ酸塩を除去するステップをさらに含む。

概要

背景

ケイ素含有材料(例えば、モノリシックセラミック合金金属間化合物及びこれらの複合物など)は、航空及び産業用ガスタービンエンジン熱交換器及び内燃機関などの用途で高温で機能するように設計される構造で用いるのに望ましい特性を有する。耐環境皮膜(EBC:Environmental barrier coating)は、化学的環境への有害な曝露及び過度熱負荷からケイ素含有材料を保護するためにケイ素含有材料に塗工される。したがって、EBCは、蒸気を含む高温の環境下で熱化学的に安定するように、並びに材料表面と環境との間の曝露経路となる相互連絡孔(interconnected porosity)及び垂直亀裂を最小限に抑えるように設計される。

EBCは、単層又は多層のシステムであり得るものであり、このとき、各層は、1以上の機能(遮熱皮膜の形成、基材酸化もしくは揮発の抑制又は隣接する層もしくは基材との化学反応の防止など)を果たす。多くのEBCシステムにおいて、1以上の層は、REケイ酸塩から実質的に形成される。なお、REは、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)及びルテチウム(Lu)のうちの1種類以上を含む。REケイ酸塩は、例えば、RE一ケイ酸塩(RE2SiO5)及びRE二ケイ酸塩(RE2Si2O7)である。REケイ酸塩は、燃焼雰囲気において比較的低い、シリカ揮発速度、低い熱伝導率及び上述のケイ素含有基材との優れた熱機械的及び熱化学的適合性を有する。

EBC材料は、溶射(例えば、燃焼溶射又はプラズマ溶射)、スラリー堆積(例えば、スラリー噴霧、浸漬、電気泳動堆積)、化学蒸着及び物理蒸着を始めとするコーティング法を用いて部品上に堆積される場合がある。

EBCの製造又は塗工の間に、大量のRE含有ケイ酸塩が、製造として失われる。例えば、EBC層を溶射する場合、90%程度の原料粉末が、オーバースプレー、付着しない粒子又は固定工具上への堆積物として失われ得る。この屑の収集は、一般的に、価値の高いRE含有成分と価値の低い他の成分又は夾雑物との混合物をもたらす。これらの価値の低い成分又は夾雑物は、例えば、元素ケイ素(Si)並びにバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びアルミニウム(Al)のケイ酸塩(例えば、アルミノケイ酸ストロンチウムバリウム(BSAS)に見られるものなど)を含む場合がある。

同様の問題が、工場において廃棄再加工される、EBC皮膜された使用後の部品にも生じている。皮膜は、化学的剥離又は研磨グリットブラストなどのプロセスによってこれらの部品から剥離される場合がある。例えば、研磨グリットブラストを用いて皮膜を剥離させる場合、得られる原料は、研磨媒体、REケイ酸塩、Ba/Sr/Alを含有するケイ酸塩、元素Si、二酸化ケイ素及び他の意図的な添加物及び/又はエンジン運転又は剥離プロセスに起因する不純物が混ざり合った混合物である。

したがって、EBCオーバースプレー粉末、EBCスラリー堆積物の粉末及び剥離EBC皮膜中の価値の低い成分及び夾雑物から価値の高いRE含有成分を効率的に分離することが望ましい。

概要

耐環境皮膜から希土類成分回収するためのシステム及び方法を提供する。希土類(RE)ケイ酸塩と非磁性成分との混合物を含有する粒状原料から希土類含有成分を分離する方法は、原料の近傍に収集部材を配置するステップと、収集部材を磁化して収集部材に希土類ケイ酸塩を選択的に引き付けるのに十分な磁場を発生させるステップとを含む。本方法は、収集部材から希土類ケイ酸塩を除去するステップをさらに含む。

目的

国際公開第2013011901号





一実施形態では、希土類(RE)ケイ酸塩と非磁性成分との混合物を含有する粒状原料からRE含有成分を分離する方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

希土類(RE)ケイ酸塩非磁性成分との混合物を含有する粒状原料からRE含有成分を分離する方法であって、原料の近傍に収集部材を配置するステップと、収集部材を磁化して収集部材にREケイ酸塩を選択的に引き付けるのに十分な磁場を発生させるステップと、収集部材からREケイ酸塩を除去するステップとを含む方法。

請求項2

磁場を印加しながら収集部材を洗浄することによって非磁性成分を除去するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。

請求項3

REケイ酸塩を除去するステップが、収集部材への磁場の印加を印加を止めて、収集部材からREケイ酸塩を解放することを含む、請求項1記載の方法。

請求項4

REケイ酸塩が常磁性を有しており、磁場の印加が0.5T以上の磁場を印加することを含む、請求項1記載の方法。

請求項5

原料が、イッテルビウム(Yb)を含むRE2Si2O7(REDS)の形態のRE二ケイ酸塩を含む、請求項1記載の方法。

請求項6

原料が、REDS及びRE2SiO5(REMS)、(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)又はSiの1種以上を含み、非磁性成分の分離除去が、REMS、BSAS又はSiの1種以上を分離除去することを含む、請求項5記載の方法。

請求項7

原料を媒質中に分散させるステップをさらに含む、請求項1記載の方法。

請求項8

分離前に、(i)原料の粒径を小さくするために又は凝集体からRE含有成分を解離するために原料を粉砕すること、(ii)大きすぎる粒子を除去するために原料を選別又はふるい分けすること、(iii)低密度成分又は夾雑物を除去するために原料の浮選を実施すること、(iv)強磁性夾雑物を除去するために原料に対して低磁場磁気分離を実施すること、及び(v)液体媒質中に原料を分散させることの少なくともいずれかを含む原料の準備を実施するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。

請求項9

収集部材を磁化するステップが、収集部材を磁化するために1以上の電磁石を使用することを含む、請求項1記載の方法。

請求項10

希土類(RE)含有成分を有する粉末原料からRE含有成分を収集及び回収するためのシステムであって、磁場を印加するように構成された磁場発生器と、粉末原料の近傍に配置される磁化可能な収集部材であって、加えられる磁場によって、収集部材に、RE含有成分が選択的に引き付けられて、粉末原料からのRE含有成分の分離がもたらされる磁化可能な収集部材とを備えるシステム。

請求項11

磁場を印加しながら収集部材を洗浄するように構成された収集回収システムをさらに備える、請求項10記載のシステム。

請求項12

収集部材への磁場の印加を印加を止めて、収集部材から、分離されたRE含有成分を解放し、これにより、RE含有成分を収集するように構成された収集回収システムをさらに備える、請求項10記載のシステム。

請求項13

RE含有成分が、常磁性を有し、磁場発生器が、0.5T以上の磁場を印加するようにさらに構成されている、請求項10記載のシステム。

請求項14

粉末原料が、イッテルビウム(Yb)を含むRE二ケイ酸塩(RE2Si2O7(REDS))を含む、請求項10記載のシステム。

請求項15

粉末原料が、YbYDSの形態のイットリウム(Y)及びイッテルビウム(Yb)を含み、粉末原料の残りからYbYDSを分離するように構成された収集回収システムをさらに備える、請求項10記載のシステム。

請求項16

媒質中に原料を分散させるように構成された収集回収システムをさらに備える、請求項10記載のシステム。

請求項17

分離前に、(i)原料の粒径を小さくするために又は凝集体からRE含有成分を解離するために原料を粉砕すること、(ii)大きすぎる粒子を除去するために原料を選別又はふるい分けすること、(iii)低密度成分又は夾雑物を除去するために原料の浮選を実施すること、(iv)強磁性夾雑物を除去するために原料に対して低磁場磁気分離を実施すること、及び(v)液体媒質中に原料を分散させることの少なくともいずれかを実施するように構成された収集回収システムをさらに備える、請求項10記載のシステム。

請求項18

収集回収システムが、磁場を印加するために1以上の電磁石を使用するように構成されている、請求項10記載のシステム。

請求項19

磁場発生器が、粉末原料から強磁性粒子を分離するために0.5T未満の磁場を印加するようにさらに構成されている、請求項10記載のシステム。

請求項20

粉末原料を移動させるように構成されたコンベアシステムを有する収集回収システムをさらに備え、磁場が、粉末原料が磁場を通過するときにコンベアからRE含有成分を移動させる、請求項10記載のシステム。

技術分野

0001

本発明は、耐環境皮膜から希土類成分回収するためのシステム及び方法に関する。

背景技術

0002

ケイ素含有材料(例えば、モノリシックセラミック合金金属間化合物及びこれらの複合物など)は、航空及び産業用ガスタービンエンジン熱交換器及び内燃機関などの用途で高温で機能するように設計される構造で用いるのに望ましい特性を有する。耐環境皮膜(EBC:Environmental barrier coating)は、化学的環境への有害な曝露及び過度熱負荷からケイ素含有材料を保護するためにケイ素含有材料に塗工される。したがって、EBCは、蒸気を含む高温の環境下で熱化学的に安定するように、並びに材料表面と環境との間の曝露経路となる相互連絡孔(interconnected porosity)及び垂直亀裂を最小限に抑えるように設計される。

0003

EBCは、単層又は多層のシステムであり得るものであり、このとき、各層は、1以上の機能(遮熱皮膜の形成、基材酸化もしくは揮発の抑制又は隣接する層もしくは基材との化学反応の防止など)を果たす。多くのEBCシステムにおいて、1以上の層は、REケイ酸塩から実質的に形成される。なお、REは、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)及びルテチウム(Lu)のうちの1種類以上を含む。REケイ酸塩は、例えば、RE一ケイ酸塩(RE2SiO5)及びRE二ケイ酸塩(RE2Si2O7)である。REケイ酸塩は、燃焼雰囲気において比較的低い、シリカ揮発速度、低い熱伝導率及び上述のケイ素含有基材との優れた熱機械的及び熱化学的適合性を有する。

0004

EBC材料は、溶射(例えば、燃焼溶射又はプラズマ溶射)、スラリー堆積(例えば、スラリー噴霧、浸漬、電気泳動堆積)、化学蒸着及び物理蒸着を始めとするコーティング法を用いて部品上に堆積される場合がある。

0005

EBCの製造又は塗工の間に、大量のRE含有ケイ酸塩が、製造として失われる。例えば、EBC層を溶射する場合、90%程度の原料粉末が、オーバースプレー、付着しない粒子又は固定工具上への堆積物として失われ得る。この屑の収集は、一般的に、価値の高いRE含有成分と価値の低い他の成分又は夾雑物との混合物をもたらす。これらの価値の低い成分又は夾雑物は、例えば、元素ケイ素(Si)並びにバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びアルミニウム(Al)のケイ酸塩(例えば、アルミノケイ酸ストロンチウムバリウム(BSAS)に見られるものなど)を含む場合がある。

0006

同様の問題が、工場において廃棄再加工される、EBC皮膜された使用後の部品にも生じている。皮膜は、化学的剥離又は研磨グリットブラストなどのプロセスによってこれらの部品から剥離される場合がある。例えば、研磨グリットブラストを用いて皮膜を剥離させる場合、得られる原料は、研磨媒体、REケイ酸塩、Ba/Sr/Alを含有するケイ酸塩、元素Si、二酸化ケイ素及び他の意図的な添加物及び/又はエンジン運転又は剥離プロセスに起因する不純物が混ざり合った混合物である。

0007

したがって、EBCオーバースプレー粉末、EBCスラリー堆積物の粉末及び剥離EBC皮膜中の価値の低い成分及び夾雑物から価値の高いRE含有成分を効率的に分離することが望ましい。

先行技術

0008

国際公開第2013011901号

0009

一実施形態では、希土類(RE)ケイ酸塩と非磁性成分との混合物を含有する粒状原料からRE含有成分を分離する方法を提供する。本方法は、原料の近傍に収集部材を配置するステップと、磁性収集部材を磁化して収集部材にREケイ酸塩を選択的に引き付けるのに十分な磁場を発生させるステップとを含む。本方法は、収集部材からREケイ酸塩を除去するステップをさらに含む。

0010

別の実施形態では、上述の方法を実施するシステムを提供する。

図面の簡単な説明

0011

様々な実施形態に係る、耐環境皮膜(EBC)原料からの希土類(RE)含有成分の収集及び回収のためのシステムのブロック図である。
様々な実施形態に係る、EBC原料からのRE含有成分の磁気分離を示すフロー図である。
非RE成分及び夾雑物を含有する、REケイ酸塩含有EBC原料の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。
様々な実施形態に係る磁気分離を実施した後の、図3のEBC原料の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。
図3に示す、磁気分離プロセスを実施する前のEBC原料の原料組成を示す、エネルギー分散X線分光分析(EDX)の集計結果である。
図4に示す、磁気分離プロセスを実施した後のEBC原料の原料組成を示す、エネルギー分散X線分光分析(EDX)の集計結果である。
実施形態に係る、EBC原料からのRE含有成分の磁気分離を実施する方法のフローチャートである。

実施例

0012

様々な実施形態は、添付図面と併せて読まれるときにより良く理解される。図面が、様々な実施形態の機能ブロック又は動作ブロックの図を示すのと同程度に、機能ブロックは、必ずしも構成要素又はステップ間区分を示していない。したがって、例えば、1以上の機能ブロックが、単一の構成要素もしくはプロセス又は多数の構成要素もしくはプロセスにおいて実施してもよい。様々な実施形態は、図面に示す配置及び手段に限定されない。

0013

本明細書では、単数形で記載された要素又はステップは、文脈から別途明らかでない限り、複数の要素又はステップを除外するものではない。さらに、「一実施形態」という場合、その実施形態に記載された特徴をもつ別の実施形態が存在することを除外するものではない。さらに、別段の明示的な規定がない限り、特定の特徴を有する一又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特徴をもたない追加の要素を含んでもよい。

0014

一般に、様々な実施形態では、後に価値の高い使用に戻され得る高純度のRE含有産物を回収する目的で価値の低い成分及び/又は不純物から希土類(RE)含有成分を分離するために磁気分離プロセスが行われる。例えば、様々な実施形態は、強常磁性REイオンを有するREケイ酸塩及び非磁性の価値の低い成分又は夾雑物を含有する原料からのRE含有成分の抽出を可能にする。本明細書で用いる、用語「非磁性」は、様々な実施形態では、反磁性及び弱常磁性の両方を含む。

0015

ある実施形態に係る分離プロセスは、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)及びケイ素(Si)を含有する原料からのイットリウム(Y)及びイッテルビウム(Yb)の分離を可能にする。しかしながら、様々な実施形態では、EBCは、有機物及び金属を含む非磁性成分及び/又は夾雑物の他の組合せ並びに異なる量及び/又は範囲を含有してもよい。

0016

本明細書で説明されている1以上の実施形態を実施することによって、塗工プロセス及び皮膜剥離中に収集されるEBC屑からの価値の高いRE含有成分の効率的なアップグレーディング又は回収が実現され得る。ある実施形態では、磁気ベースのプロセスが、後に価値の高い使用に再生利用され、戻され得る、夾雑物を低減させたRE含有種の流れを回収する目的で価値の低い成分又は夾雑物から価値の高いRE含有成分を分離するために行われる。一実施形態に係る分離プロセスは、Ba、Sr、Al及びSiを含有する夾雑物からの、EBCのイッテルビウム−イットリウム含有成分の分離を含む。しかしながら、異なるRE含有原料組成物を処理してもよく、また、追加又は異なる元素を含有する追加又は異なる成分を除去してもよい。

0017

図1は、RE含有成分(EBC塗工プロセスに由来するものなど)の収集及び回収を可能にする様々な実施態様に係るシステム20のブロック図である。具体的には、EBC製造/塗工システム22は、物体24に対してEBCを製造及び/又は塗工することを可能にする。例えば、物体24は、当技術分野で知られているようにEBC製造/塗工システム22によってEBCが(プラズマ溶射処理などを用いて)塗工されるケイ素含有材料であってもよい。しかしながら、当該技術分野における任意の方法(例えば、溶射(例えば、燃焼溶射又はプラズマ溶射)、スラリー式堆積(例えば、スラリー噴霧、浸漬、電気泳動堆積)、化学蒸着及び物理蒸着)が、物体にEBCを塗工するために使用されてもよい。さらに、物体24は、任意の物体であってもよく、ケイ素含有材料から形成される物体に限定されない。物体は、例えば、ガスタービンの部品であってもよい。ある実施形態では、また、別の例として、物体24は、セラミックマトリックス複合材料CMC)の基材から形成される物体(例えば、航空及び産業用のガスタービンエンジン、熱交換器及び内燃機関で用いる)であってもよい。

0018

さらに、EBC製造/塗工システム22によって物体24に塗工されるEBCは、任意の種類のRE含有EBCであってもよい。ある実施形態では、原料は、RE2Si2O7(REDS)又はRE2SiO5(REMS)の少なくとも一方の形態のイッテルビウム(Yb)を含有してもよい。一実施形態では、EBCは、以下の成分(1種類以上の例示的な実施形態の成分を示す)、すなわち、(Y,Yb)2Si2O7(YbYDS)、Y2SiO5(YMS)、(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)、Siを含む。しかしながら、他の化合物又は組成物が、再利用のためのEBC又は入力原料の一部をなしてもよい。例えば、原料は、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4、Y2O3安定化ZrO2、(Ni,Co)CrAlY及び有機化合物などであるが、これらに限定されない成分を含んでもよい。例えば、EBCは、米国特許第7867575号に記載されているようなEBC/TBCであってもよい。別の例として、EBCを有する部品は、米国特許第7910172号に記載されているように形成されてもよい。他の例が、米国特許第8343589号、同第8273470号及び同第8039113号に記載されている。

0019

明細書中で「A」又は「B」の少なくともいずれかについて言及する場合、1以上のA、1以上のB、又は1以上のAと1以上のBを意味する。例えば、Y又はYbの少なくとも一方は、Y、Yb又はY及びYbを含む。ある実施形態では、原料は、REDS又はREMSの少なくとも一方及び(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)又はSiの少なくとも一方を含む堆積しなかった原料粉末であり、この場合、少なくともSi及びBSASが、堆積しなかった原料粉末から実質的に除去され、RE含有原料のアップグレーディングが行われる。ある実施形態では、原料は、REDSを含み、この場合、REは、YbYDSの形態のイットリウム(Y)及びイッテルビウム(Yb)の混合物を含み、YbYDSが、原料から選択的に抽出される。

0020

図1に示すように、例えば物体24上にEBC層を溶射することによって物体24にEBC(又はTBC)を塗工するとき、原料粉末の一部は、物体24の表面上に堆積しない。皮膜される物体の幾何学的形状、プロセスパラメータ及び使用される工具固定具によっては、90%超の原料粉末が、物体24上に堆積しない場合がある。具体的には、堆積しなかった原料粉末は、矢印26で示すように、オーバースプレー粉末として失われるか、付着しない粒子として部分的に跳ね返されるか又は固定工具上の皮膜として堆積され得る。これらのプロセスにおいて、RE含有原料粉末は、夾雑物及び皮膜の他の成分(元素態ケイ素(Si)並びに/又はバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びアルミニウム(Al)のケイ酸塩など)と混合される。

0021

様々な実施形態では、収集回収システム28が、堆積しなかったRE含有原料を収集し、回収するために用意される。具体的には、収集回収システム28は、堆積しなかった原料粉末及び夾雑物の混合物を収集し、価値の低い成分及び夾雑物からRE含有成分30を分離する。図示す実施形態に係る収集回収システム28は、堆積しなかった原料粉末が蓄積され、保持される保持領域又は貯蔵領域32を含む。例えば、堆積しなかった原料粉末は、重力によって保持領域又は貯蔵領域32内に落下してもよいし又は、ある実施形態では、他の力が加えられてもよい(例えば、真空力もしくは吸引力サイクロンを使用することもしくはファンから空気流を発生させることなどによる)又は静電力)。次に、収集された堆積しなかった原料粉末は、価値の高い用途(EBCを含むが、これに限定されない)での再使用を容易にする純度及び形態などでRE含有成分30を分離し、回収するために本明細書でより詳細に説明されるように処理される。ある実施形態では、堆積しなかった原料粉末は、保持領域又は貯蔵領域32に収集される前に処理されてもよい。1以上の貯蔵領域又は収集領域は、移動可能であってもよい。

0022

ある実施形態では、原料の準備ステップが、本明細書で説明されている磁気分離プロセスの前に、非磁気的で物理的な解離及び分離技術などを用いて実施してもよい。例えば、様々な実施形態では、収集回収システム28に収集された粉末又は皮膜は、粒径を小さくするために及び/又は凝集体を細かくするために粉砕機などによって粉砕される。さらに、原料中のRE含有成分のある程度のアップグレーディングが、大きな夾雑物(例えば、マスキング材料加工屑、もしくは有機物の残骸)を除去する選別もしくはふるい分け又は低密度もしくは高密度の夾雑物を除去する重量分離(例えば、浮選又は強磁性の夾雑物を除去する低磁場磁気分離などの技術を用いて行われてもよい。

0023

様々な実施形態では、動作時に、収集回収システム28は、原料(堆積しなかったEBC原料粉末など)からのRE含有成分の磁気分離を実施するために使用される。例えば、一実施形態では、収集回収システム28は、原料の残りからのYbYDSの分離を可能にする。YbYDSは、最初に、媒質(例えば、標準的な分散剤を含む水又はアルコールなど)中に分散されてもよい。これにより、YbYDSは、YbYDS及び非磁性成分の混合物を含有するEBC原料から分離され得る。ある実施形態では、湿式分離プロセスの代わりに、乾式分離プロセスを使用してもよい。

0024

収集回収システム28は、夾雑物からREを分離するときに、発生させた磁場を使用してもよい。例えば、収集回収システム28は、磁化可能な又は磁気吸引される材料(YbYDSなど)が磁力を用いて原料(媒質中に分散した又は乾燥状態の原料)から分離される磁気分離を使用してもよい。本実施形態では価値の低いEBC成分及び/又は夾雑物を含み得る磁化しない材料は、媒質中に残留し、これによりYbYDSから分離される。例えば、本明細書で説明されているある実施形態では、YMS、BSAS及び/又はSiが、YbYDSから除去される。このようにして、様々な実施形態では、価値の高いRE含有成分の物理的分離が達成される。

0025

具体的には、図示の実施形態では、収集回収システム28は、原料からのRE含有成分の分離で用いる磁場を発生させるように構成された磁場発生器34を含む。例えば、磁場発生器34は、当技術分野で知られているような磁気分離器(高強度磁気分離器など)であってもよい。ある実施形態では、磁場発生器34は、約0.1T〜約5Tの範囲の磁場を発生させるように動作する。例えば、一実施形態では、約1.4Tの磁場が、磁場発生器34によって、1種類以上の分散剤(Darvan社、Vanderbilt Minerals社から市販)など)を含む媒質(水又はイソプロパノール(Dow Chemical社から市販)など)中に分散されてもよい堆積しなかった原料粉末に加えられる。しかしながら、他の媒質、分散剤及び磁場強度が、要求又は必要に応じて使用されてもよい。

0026

また、磁場発生器34は、1以上の電磁石36(例えば、通電される複数組コイル)を含んでもよく、1以上の電磁石36は、本明細書でより詳細に説明されるように原料粉末に対して磁気分離を実施するために使用される。例えば、磁場発生器34は、後に非磁性材料を残して常磁性RE含有成分を収集部材に吸引させる磁場を発生させる。磁場発生器34は、電磁石36を含んでいるが、永久磁石を使用してもよい。永久磁石は、特に、原料から強磁性成分/夾雑物を分離するのに有用であり得る。

0027

動作時、堆積しない原料粉末は、最初に、保持領域又は貯蔵領域32に収集され(このことは、本明細書で説明されているような分散を含んでもよい)、次に、分離が、磁場発生器34を用いて実施される。ある実施形態では、多数の磁場発生器34が、本明細書で説明されているような磁気分離を実施するために用意されてもよい。

0028

また、収集回収システム28は、分離されたRE含有成分の収集のための1以上のRE収集領域38(1つが示す)を含む。一実施形態では、電磁石36は、収集部材37(鋼製リング電流が、電磁石36を形成するコイルを流れる場合)など)を磁化する磁場を生成する。なお、収集部材37は、保持領域もしくは貯蔵領域32又は別個容器(本実施形態ではチャンバ42(例えば、液体が本明細書で説明されているように通過し得る容器)として示す)内に配置されてもよい。しかしながら、収集部材37の他の形状及び構成が、リングの代わりに又はリングに加えて使用されてもよい。例えば、一実施形態では、収集部材37は、チャンバ42内に配置される鋼綿であってもよい。

0029

1以上の電磁石36が、磁場発生器34によって通電されると、分散した原料粉末のうちのより強常磁性成分が、収集部材37に吸引される。収集部材37は、チャンバ42の内部に配置されてもよい。RE含有成分が、収集部材37に吸引され、収集部材37上に保持されるのに対して、非磁性成分は、媒質中に残留する。これらの価値の低い成分は、例えば夾雑物収集領域40に媒質を排出することによって除去してもよい。排出ステップは、1以上の電磁石36に通電しながらリングを洗浄することをさらに含んでもよい。その後、RE含有成分は、例えば、電磁石36への通電を停止することにより、RE含有成分を、収集部材37から例えばRE収集領域38に解放することによって収集されてもよい。解放ステップは、例えば水又はアルコールを用いた洗浄ステップをさらに含んでもよい。収集領域38に収集されたRE含有成分は、濾過によって液体媒質から分離されてもよい。

0030

RE収集領域38及び夾雑物収集領域40の構成は、収集されるRE含有成分の特定の用途又は総量及び相対量などに基づいて変えられてもよい。このように、分離後、RE含有成分及び夾雑物は、それぞれその後の再使用及び廃棄のために異なる貯蔵領域に保持されてもよい。

0031

また、RE収集領域38へのRE含有成分の移動及び夾雑物収集領域40への夾雑物の移動を容易にするために、異なる機構を用意してもよい。例えば、異なる導管が、RE収集領域38へのRE含有成分の流れ及び夾雑物収集領域40への夾雑物の流れを誘導又は制御するために用意されてもよい。しかしながら、移送管又は他の搬送装置を含んでもよい任意の適切な移送機構を使用してもよい。

0032

さらに、RE収集領域38及び夾雑物収集領域40は、可動動作のために構成されてもよい。例えば、RE収集領域38及び夾雑物収集領域40は、磁場発生器34によって発生される磁場に関連する、RE収集領域38及び夾雑物収集領域40の動作を可能にする可動部材(例えば、ホイールローラベルトコンベア又はレール)を備えてもよい。例えば、磁場発生器34に通電するときに、夾雑物収集領域40は、収集部材37に吸引されない原料成分及び/又は収集部材37から洗浄される原料成分を収集するために磁場発生器34の近傍に配置されてもよい。その後、夾雑物収集領域40は移動されて、RE収集領域38が、RE含有成分を収集するために近傍に配置されてもよい。電磁石36への通電を停止させると、RE含有成分は、解放され(随意の洗浄ステップの前又は後に)、RE収集領域38によって収集される。このように、RE収集領域38及び夾雑物収集領域40は、選択的かつ個別的に収集位置へ/から移動されてもよい。

0033

前述の実施形態は、液体媒質中への原料の分散について説明しているが、乾式分離が行われてもよい。乾式分離の例において、コンベアシステムなどに沿って通過する原料に磁場を印加することによって、RE含有成分が、磁場によりコンベアからRE収集領域38に移動される一方で、非磁性成分は、コンベア上に残留し、夾雑物収集領域40に収集される。さらに、前述の実施形態は、単回通過の分離について説明しているが、上記のプロセスステップの多数回の反復が、分離の厳密性を向上させる(すなわち、夾雑物の流れに紛れ込むRE含有成分の量及びRE収集の流れに紛れ込む夾雑物の量を低減する)ために容易に実施してもよい。このように、RE収集領域38、夾雑物収集領域40又は両方の内容物のいずれかが、上述のような磁気分離のプロセスステップによって再分散され、循環されてもよい。

0034

他の変形例が考えられる。例えば、ある実施形態では、要素が、磁気分離を容易にするためにRE含有成分に意図的に加えられてもよい。一実施形態では、酸化鉄が、より低強度の磁場での分離を可能にするためにRE二ケイ酸塩に加えられてもよい。別の実施形態では、Ybが、そのような磁気分離を可能にするためにYMSに加えられてもよい。

0035

様々な実施形態では、粒状原料からのRE含有成分の磁気分離(ある実施形態ではEBC原料からのYbYDSの分離である)のための、図2に示すような分離・回収方法を提供する。しかしながら、他のREを分離・回収してもよいこと、及び図2は実施し得る磁気分離プロセスの一具体例にすぎない。具体的には、プロセス50は、本明細書で説明されているようにオーバースプレー粉末52を収集することを含む。オーバースプレー粉末52は、RE含有成分、価値の低い成分及び夾雑物を含む。図示す実施形態では、プロセス50は、(Y,Yb)2Si2O7(YbYDS)、Y2SiO5(YMS)、(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)、Si及び他の微量の有機及び無機の不純物を含むEBC原料粉末からYbYDSを磁気的に分離する。

0036

具体的には、プロセス50は、オーバースプレー粉末52からRE含有成分(この場合はYbYDS)を分離する磁場を発生させて加えることを含む。本明細書で説明されているように、RE含有成分は、収集部材37(図1に示す)の表面に吸引され、この上に収集される。磁気分離54は、本明細書で説明されているように収集部材37への強常磁性種(この場合はYbYDS中のYb3+)の吸引に基づいている。

0037

開示すプロセスは、価値の低い原料成分及び夾雑物からのRE含有成分の磁気分離を可能にする。具体的には、磁場が外部から加えられると、強常磁性のRE含有成分が、収集部材37に吸引される一方で、非磁性成分(例えば、価値の低い成分及び/又は夾雑物)は、収集部材37に吸引されない(非磁性及び弱常磁性の粒子が、収集部材37に吸引されないのに対して、反磁性粒子は、収集部材37に反発する)。ある実施形態では、YbYDSは、0.5T〜5Tの磁場を用いて、水又はアルコール中に分散された混合原料から分離される。

0038

例えば、図3の画像70は、(Y,Yb)2Si2O7(YbYDS)、Y2SiO5(YMS)(76)、(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS(72)、Si(74)及び他の微量の有機及び無機の不純物を含むEBC原料を示している。本明細書で説明されているように、RE含有成分は、EBC原料粉末中の価値の低い成分/不純物から分離される。例えば、図4は、本明細書で説明されているような磁気分離を実施した後の、図3の画像70に示すのと同じEBC原料の画像80である。この例では、数滴のDarvanを含むイソプロパノール中に分散されたYbYDS、YMS、BSAS及びSiの混合物を含有する5gのバッチサイズを使用した。1.4TのNdFeB磁石を、混合物内に配置し、磁石に吸引された粉末を、アセトンを用いた洗浄によって収集した。分離プロセスを3回繰り返した。図から分かるように、画像70に認められたBSAS72及びSi74の粒子が、実質的に除去された。このように、磁気分離は、実質的に純粋なYbYDSをもたらした。

0039

画像70及び80に対応する、上記の例のサンプルの化学分析の結果(エネルギー分散X線分光分析(EDX)から算出された)が、図5及び図6の表90及び100に示す。これらの表は、それぞれ入力原料(磁気分離前の)及び出力産物(磁気分離後の)の組成の表である。表90及び100のそれぞれにおいて、第1の列92、102には、元素が記載され、第2の列94、104には、元素の重量パーセントが記載され、第3の列96、106には、元素の原子パーセントが記載されている。

0040

表90と表100との対比から分かるように、夾雑物が、開示す磁気分離プロセスを用いて実質的に除去している。さらに、これから分かるように、RE元素のY及びYbが、出発二ケイ酸塩の原子比の中に残留している。このようにして、非RE含有成分(本実施形態では非磁性である(例えば、BSAS、Si、YMS))が、出力産物の品質に影響を及ぼさない量まで低減された。

0041

本明細書で実施されている様々なプロセスは、手動で、自動で又はこれらの組合せによって制御されてもよい。例えば、一実施形態では、収集回収システム28は、本明細書で説明されている様々な実施形態のステップを制御するコントローラ29を含んでもよい。例えば、コントローラ29は、様々な実施形態のステップの処理の持続時間を制御してもよい。ある実施形態では、使用者による介入又は入力が行われてもよい。

0042

また、様々な実施形態では、述べられている様々な実施形態の構造又は態様を採用し得る、図7に示すような方法110(収集回収システム28(図1に示す)によって実施され得るものなど)を提供する。様々な実施形態では、特定のステップが省略又は追加されてもよく、特定のステップが組み合わされてもよく、特定のステップが、同時に(すなわち、並行して)実施してもよく、特定のステップが、多数のステップに分割されてもよく、特定のステップが、異なる順序で実施してもよく又は、特定のステップもしくは特定の一連のステップが、反復的に再実施してもよい。

0043

具体的には、方法110は、RE含有原料を収集するステップ112を含み、この場合、原料は、RE成分及び非RE成分/夾雑物を含む。例えば、堆積したEBC及び堆積しなかったEBCの原料粉末が、本明細書でより詳細に説明されているようにステップ112において収集されてもよい。ある実施形態では、REは、Y及びYbであり、価値の低い成分は、BSAS及びSiを含む。しかしながら、EBCの特定の用途などに応じて、或いは又はさらに、他のRE又は価値の低い成分/夾雑物が、EBC中に存在してもよい。

0044

また、方法110は、RE含有成分を物理的に解離するために及び/又は粒径を小さくするために原料を粉砕するステップ114を随意に含む。方法110は、原料から粗い凝集体及び非RE含有成分を分離するために原料の選別又はふるい分けステップ116をさらに随意に含む。

0045

方法110は、液体媒質中に原料を分散させるステップ118を随意に含む。例えば、原料は、本明細書で説明されているように、標準的な分散剤を含む水又はアルコールなどの媒質中に分散されてもよい。原料は、手作業で、半自動的に又は自動的に媒質中に分散されてもよい。ある実施形態では、本明細書で説明されているように、乾式分離が、湿式分離の代わりに実施してもよく、この場合、原料は、媒質中に分散されない。例えば、原料は、真空又は他のガスもしくは空気チャンバ流動床又は流れを含む)内で物理的に分散されてもよいし又は本明細書で説明されているように原料がベルトコンベア又は同様の運搬装置に沿って移動されるときに分離されてもよい。方法110は、強磁性粒子を分離するために弱磁場(例えば、0.5T未満の)を加えるステップ120を随意に含む。

0046

方法110は、常磁性のRE含有成分を分離するために強磁場(例えば、0.5T超の)を加えるステップ122を含む。例えば、本明細書で説明されているように、媒質中で収集部材を磁化する磁場を発生させる。例えば、鋼製リング又は鋼綿が、本明細書で説明されているように1.4Tの磁場によって磁化されてもよい。収集部材の磁化によって、より強常磁性成分が、収集部材(媒質の近傍に又は媒質中に配置されてもよい)上に収集される。さらに、非磁性成分は、媒質中に残留し、収集部材に吸引されない。例えば、強常磁性成分は、RE含有のものであってもよく、一方、非磁性成分は、価値の低い成分及び/又は夾雑物であってもよい。

0047

方法110は、非磁性粒子を除去するために収集部材を洗浄することを随意に含む。例えば、収集部材に吸引されていない非磁性粒子が、洗浄され、除去してもよい。

0048

RE含有成分が、収集部材37上に収集された後で、方法110は、収集部材から、分離されたRE含有成分を除去するステップ126を含む。例えば、収集部材が、媒質から除去してもよい(例えば、液体から物理的に除去される)し又は、媒質が、収集部材から除去してもよい(例えば、収集部材がその中に配置されている液体が排出される)。結果として、価値の低い成分/夾雑物が、RE含有成分から除去される。最初の除去後に依然として媒質又は夾雑物の一部が残存している場合があること、及び、次の除去が実施してもよい(例えば、収集部材を洗浄するステップ124並びに/又は分散及び磁気分離のプロセスサイクルを繰り返すことによって)。

0049

さらに、ステップ118、120、122、124及び126の1以上が繰り返されてもよい。例えば、最初の除去後に依然として媒質又は夾雑物の一部が残存している場合があり、次の除去が実施してもよい(例えば、収集部材を洗浄すること並びに/又は分散及び磁気分離のプロセスサイクルを繰り返すことによって)。次に、RE含有成分は、再使用されてもよいし又はさらに再生利用されてもよい。

0050

様々な実施形態が、EBC中の夾雑物からのREの磁気分離を可能にする。本明細書で説明されているように、様々なプロセスは、RE含有成分の化学的状態及び/又は組成を変化させることなく実施される。

0051

本明細書に記載されているいくつかの例は、非自動プロセスとして説明されている場合があるが、これらのプロセス及び方法(分散、混合、洗浄及び濾過などであるが、これらに限定されない)は、容易に自動化を受け入れる。さらに、本明細書で説明されているプロセス及び方法は、バッチプロセスとして実施されている場合があるが、プロセス及び方法は、当該技術分野で周知の方法及びプロセスを用いて連続的又は半連続的な単位の動作を容易に受け入れる。

0052

上記の説明は、例示にすぎず、限定的なものではない。例えば、上述の実施形態(及び/又はその態様)は、互いに組み合わされて使用されてもよい。さらに、多くの修正が、本発明の主題の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の主題の技術に適合させるために行われてもよい。本明細書で説明されている材料の寸法及び種類は、様々な実施形態のパラメータを規定するためのものであるが、これらは、決して限定的なものではなく、例示的な実施形態に過ぎない。多くの他の実施形態は、上記の説明を精査することによって当業者に明らかとなる。したがって、本出願の範囲は、添付の特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に添付の特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「を含む(including)」及び「その場合に(in which)」は、それぞれの用語「を備える(comprising)」及び「その場合に(wherein)」の平易な英語同義語として使用されている。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第1の」、「第2の」及び「第3の」などは、標識として使用されているに過ぎず、その対象に数的要件課すためのものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラスファンクション形式では書かれておらず、以下の特許請求の範囲の限定として明示的に、さらなる構造の欠けた機能の陳述が続く「ための手段(means for)」というが使用されない限り及びこの句が使用されるまでは、米国特許法第112条のパラグラフ(f)に基づいて解釈されないことが意図されている。

0053

この記載された説明では、様々な実施形態を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込み方法の実施を含めて様々な実施形態を実施することを可能にするために、例が使用されている。様々な実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

0054

20 システム
22 EBC製造/塗工システム
24物体
26 矢印
28収集回収システム
29コントローラ
30 RE含有成分
32保持領域又は貯蔵領域
34磁場発生器
36電磁石
37収集部材
38 RE収集領域、収集領域
40夾雑物収集領域
42チャンバ
50 プロセス
52オーバースプレー粉末
54磁気分離
56 YbYDS
58 YMS+BSAS+Si
70 磁気分離前の画像、画像
72 BSAS
74 Si
76 YMS
80 磁気分離後の画像、画像

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