从环境阻挡涂层回收稀土成分的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了从环境阻挡涂层回收稀土成分的系统和方法。一种方法包括从包含RE硅酸盐和非RE污染物的原料提取稀土(RE)氧化物成分。所述方法包括使RE从原料沥滤进入酸，以形成酸溶液，对酸溶液进行草酸盐沉淀，以生成RE草酸盐水合物，并从酸溶液分离RE草酸盐水合物。所述方法还包括热处理RE草酸盐水合物，以生成包含从原料提取的RE元素的RE氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景含硅材料，例如单片陶瓷、合金、金属间化物及其复合材料，具有用于设计在一些应用中高温工作的结构的合乎需要性质，这些应用如航空和工业燃气涡轮发动机、热交换器和内燃机。环境阻挡涂层(EBCs)施加到含硅材料以避免该材料有害暴露于化学环境和过热负载。因此，设计EBC在高温含水蒸气的环境中热化学稳定，并使在材料表面和环境之间提供暴露通道的互连孔隙和垂直裂纹最小化。
EBCs可以为单层或多层系统，且各层起至少一种作用，例如提供隔热，减轻基材氧化或挥发，或防止与相邻层或基材化学反应。在很多EBC系统中，至少一个层基本上由RE硅酸盐形成，其中RE包括一种或多种元素钇(Y)、镱(Yb)、钬(Ho)、铥(Tm)和镥(Lu)。RE硅酸盐可例如为RE单硅酸盐(RE2SiO5)和RE二硅酸盐(RE2Si2O7)。RE硅酸盐具有在燃烧气氛中相对较低的二氧化硅挥发速率、低热导率和与上述含硅基材优异热机械相容性。
EBC材料可用一定范围的涂布方法沉积到部件上，包括热喷涂(例如燃烧或等离子体喷涂)、基于浆料的沉积(例如喷浆、浸渍、电泳沉积)、化学气相沉积和物理气相沉积。
在EBC制备或施加期间，大量含RE的硅酸盐作为制造废料损失。例如，对于热喷涂EBC层，多达90%原料粉末可损失于过量喷涂非粘附颗粒，或沉积在加工固定装置上。收集这种废料一般导致高价值含RE材料与其它低价值成分或污染物共混。这些可包括元素硅(Si)和钡(Ba)、锶(Sr)和铝(Al)的硅酸盐(例如，发现于钡锶铝硅酸盐(BSAS))。
最终使用的EBC涂布部件出现类似问题。涂层可由诸如磨料喷砂过程从这些部件剥离，产生研磨介质、RE硅酸盐、包含Ba/Sr/Al的硅酸盐、元素Si、二氧化硅和由发动机操作或剥离过程产生的其它杂质的共混混合物。
目前，REs不能有效地从EBC过量喷涂粉末、EBC浆料沉积加工和经剥离EBC涂层回收。
概述在一个实施方案中，提供了一种从包含RE硅酸盐和非RE污染物的原料提取稀土(RE)氧化物成分的方法。所述方法包括使所述RE从原料沥滤进入酸，以形成酸溶液，对所述酸溶液进行草酸盐沉淀，以生成RE草酸盐水合物，并从所述酸溶液分离RE草酸盐水合物。所述方法还包括热处理所述RE草酸盐水合物，以生成包含从原料提取的RE元素的RE氧化物。
在另一个实施方案中，提供了一种具有构造成进行上述方法的收集和回收系统的系统。
附图简述图1为根据各种实施方案的用于收集和回收环境阻挡涂层(EBC)废料的系统的方框图。
图2为用于从环境阻挡涂层(EBCs)化学提取稀土(RE)元素的根据一个实施方案的方法的流程图。
图3为从图2的方法产生的草酸盐水合物的扫描电子显微镜(SEM)图。
图4为来自图2的化学方法的列表结果。
图5为说明根据一个实施方案的从EBCs化学提取RE元素的流程图。
图6和7为来自图5的化学方法的列表结果。
详述在结合附图阅读时，将更好地理解各种实施方案。附图在一定程度上说明各种实施方案的功能或操作方框的图解，功能方框不必指示在部件或步骤之间的划分。因此，例如，一个或多个功能方框可在单一部件或过程或多个部件或过程中实施。应理解，各种实施方案不限于图中所示的配置和手段。
本文所用术语“系统”、“单元”或“模块”，例如本文所述的控制器，可包括操作以进行一种或多种功能的硬件和/或软件系统。例如，模块、单元或系统可包括基于在有形和永久计算机可读存储介质(例如，计算机内存)上存储的指令进行操作的计算机处理器、控制器或其它基于逻辑的设备。或者，模块、单元或系统可包括基于设备硬连线逻辑进行操作的硬连线设备。附图中所示模块或单元可代表基于软件或硬连线指令操作的硬件、引导硬件进行操作的软件或其组合。
如本文所用，以单数叙述并且用词“一个/种”处理的要素或步骤应理解为不排除复数个所述要素或步骤，除非明确说明此排除。另外，对“一个实施方案”的提及不旨在视为排除也结合所述特点的另外实施方案的存在。而且，除非明确叙述为相反，否则“包含”或“具有”具有特定性质的一个要素或多个要素的实施方案可包括不具有该性质的另外的此类要素。
一般各种实施方案提供从低价值成分提取或分离稀土(RE)成分或元素的化学方法，从而回收高纯度含RE产物，该产物可随后回到高价值用途，例如，用于EBCs。在一些实施方案中，分离方法构造用于从含钡(Ba)、锶(Sr)、铝(Al)和硅(Si)的原料分离钇(Y)和镱(Yb)。然而，应了解，在各种实施方案中，EBC可包含Ba+Sr+Al+Si+其它元素、Al+Si+其它元素、Si+其它元素或其它组合和不同量和/或范围的包含有机物和金属的污染物。
通过实施本文所述的至少一个实施方案，可提供从在施加过程和涂层剥离期间收集的EBC废料有效回收高价值RE成分。
图1为根据各种实施方案的系统20的方框图，其允许在EBC施加过程后收集和回收RE成分。具体地讲，EBC制备/施加系统22制备EBC和/或将EBC施加到物体24。例如，物体24可以为含硅材料，且EBC制备/施加系统22例如用等离子体喷涂方法向其施加EBC，这在本领域是已知的。然而，可用本领域的任何方法将EBC施加到物体，例如热喷涂(例如，燃烧或等离子体喷涂)、基于浆料的沉积(例如喷浆、浸渍、电泳沉积)、化学气相沉积和物理气相沉积。另外，物体24可以为任何物体，而不限于从含硅材料形成的物体。物体可以例如为燃气涡轮机部件。在一些实施方案中并且作为另一个实例，物体24可以为从陶瓷基质复合材料(CMC)基材材料形成的物体，例如其中用于航空和工业燃气涡轮发动机、热交换器和内燃机的物体。
另外，通过EBC制备/施加系统22施加到物体24的EBC可以为任何类型的含RE的EBC。在一个实施方案中，EBC和待分离的污染物包括通过以下化学式限定的以下化合物或组合物(说明一个或多个示例性实施方案的成分)：(Y,Yb)2Si2O7(YbYDS)、Y2SiO5(YMS)、(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)、Si。然而，应了解，其它化合物或组合物可形成用于循环的EBC或输入原料的部分。例如，污染物可包括化合物，例如但不限于SiO2、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4、Y2O3稳定化的ZrO2、(Ni,Co)CrAlY和有机化合物。例如，EBC可以为美国专利7,867,575中所述的耐烧结、低传导率、高稳定性的EBC/TBC。作为另一个实例，可形成具有EBC的部件，如美国专利7,910,172中所述。其它实例描述于美国专利8,343,589、8,273,470、8,039,113。在一些实施方案中，原料可包含至少一种RE2Si2O7(REDS)或RE2SiO5(REMS)形式的至少一种钇(Y)或镱(Yb)。应注意到，在本文中提及至少一种“A”或“B”时，这意味至少一种A或至少一种B或至少一种A和至少一种B。例如，至少一种Y或Yb包括：Y或Yb或Y和Yb。在一些实施方案中，原料为未沉积的原料粉末，包括至少一种REDS或REMS和至少一种(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)或Si，且其中至少从未沉积的原料粉末去除Si、Ba、Sr和Al。在一些实施方案中，原料包含YbYDS形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从包含RE硅酸盐和非RE污染物的原料提取稀土(RE)氧化物成分的方法，所述方法包括：使所述REs从原料沥滤进入酸，以形成酸溶液；对所述酸溶液进行草酸盐沉淀，以生成RE草酸盐水合物；从所述酸溶液分离RE草酸盐水合物；并且热处理所述RE草酸盐水合物，以生成包含从原料提取的RE元素的RE氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 US 14/1370081.一种从包含RE硅酸盐和非RE污染物的原料提取稀土(RE)氧化物成分的方法，所述方法包括：
使所述REs从原料沥滤进入酸，以形成酸溶液；
对所述酸溶液进行草酸盐沉淀，以生成RE草酸盐水合物；
从所述酸溶液分离RE草酸盐水合物；并且
热处理所述RE草酸盐水合物，以生成包含从原料提取的RE元素的RE氧化物。
2.权利要求1的方法，其中从所述酸溶液分离RE草酸盐水合物包括过滤和洗涤所述RE草酸盐水合物。
3.权利要求1的方法，所述方法进一步包括对所述酸溶液进行硫酸盐沉淀，并在进行草酸盐沉淀前从所述酸溶液分离硫酸盐沉淀。
4.权利要求1的方法，其中所述原料包含至少一种RE2Si2O7(REDS)或RE2SiO5(REMS)形式的至少一种钇(Y)或镱(Yb)，并且所述沥滤包括用盐酸(HCl)处理，基本上得到二氧化硅(SiO2)的残留物。
5.权利要求1的方法，其中所述EBC包含至少一种REDS或REMS形式的至少一种钇(Y)或镱(Yb)，且在酸溶液中进一步进行硫酸盐沉淀，其中所述硫酸盐沉淀包括向所述酸溶液加入Na2SO4或(NH4)2SO4之一，以生成沉淀，并在草酸盐沉淀前从所述酸溶液分离所述沉淀，其中所述沉淀包含至少一种碱土金属或碱金属。
6.权利要求5的方法，其中所述沉淀为(Ba,Sr)SO4。
7.权利要求6的方法，所述方法进一步包括通过过滤去除所述(Ba,Sr)SO4沉淀。
8.权利要求1的方法，其中所述EBC包含至少一种REDS或REMS形式的至少一种钇(Y)或镱(Yb)，且对所述酸溶液进行草酸盐沉淀，其中对所述酸溶液进行草酸盐沉淀包括作为固体或以水溶液加入草酸，以生成RE草酸盐水合物沉淀。
9.权利要求8的方法，其中在搅拌的同时在室温下加入所述草酸溶液，并进一步包括在第一过滤后用水洗涤所述RE草酸盐水合物，且随后进行第二过滤。
10.权利要求1的方法，其中所述原料包含至少一种REDS或REMS和至少一种(Ba,Sr)Si2Al2O8(BSAS)或Si，且其中从未沉积原料粉末去除至少一种Si、Ba、Sr或Al。
11.权利要求1的方法，其中所述原料包含YbYDS形式的钇(Y)和镱(Yb)，且从所述原料提取的RE元素包含混合的(Yb,Y)2O3。
12.权利要求1的方法，其中所述原料包含REDS形式且具有以大于约90%产率由此提取和回收的至少一种Y或Yb的至少一种钇(Y)或镱(Yb)，且多种污染...

【专利技术属性】
技术研发人员：SK曼帕利，TR格罗斯曼，DM利普金，KV古里尚卡，RJ里昂，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US