BR102015007208A2

BR102015007208A2 - método para separar constituintes para coleta e recuperação de constituintes

Info

Publication number: BR102015007208A2
Application number: BR102015007208A
Authority: BR
Inventors: Mark Lipkin Don; Vilapakkam Gourishankar Karthick; Kishore Manepalli Satya; Robert Grossman Theodore
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-10-30
Also published as: CN105013604B; JP2015205810A; US9409185B2; EP2933023A1; CN105013604A; US20150298137A1; JP6571369B2; CA2887090C; BR102015007208A8; CA2887090A1

Abstract

"método para separar constituintes e sistema para coleta e recuperação de constituintes" trata-se de sistemas e métodos para recuperação de constituintes de terras raras de revestimentos de barreira ambiental (ebcs). um método inclui separar constituintes que contêm terras raras (re) de uma matéria-prima particulada que contém uma mistura de silicatos de re e constituintes não magnéticos inclui dispor um membro de coleta nos arredores da matéria-prima e magnetizar o membro de coleta para gerar um campo magnético suficiente para atrair de forma seletiva os silicatos de re ao membro de coleta. o método inclui adicionalmente remover os silicatos de re do membro de coleta.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA SEPARAR CONSTITUINTES PARA COLETA E RECUPERAÇÃO DE CONSTITUINTES (51) Int. Cl.: B03C 1/02 (30) Prioridade Unionista: 17/04/2014 US 14/255,650 (73) Titular(es): GENERAL ELECTRIC COMPANY (72) Inventor(es): SATYA KISHORE MANEPALLI; DON MARK LIPKIN; KARTHICK VILAPAKKAM GOURISHANKAR; THEODORE ROBERT GROSSMAN (85) Data do Início da Fase Nacional:

31/03/2015 (57) Resumo: MÉTODO PARA SEPARAR CONSTITUINTES E SISTEMA PARA COLETA E RECUPERAÇÃO DE CONSTITUINTES Trata-se de sistemas e métodos para recuperação de constituintes de terras raras de revestimentos de barreira ambiental (EBCs). Um método inclui separar constituintes que contêm terras raras (RE) de uma matéria-prima particulada que contém uma mistura de silicatos de RE e constituintes não magnéticos inclui dispor um membro de coleta nos arredores da matéria-prima e magnetizar o membro de coleta para gerar um campo magnético suficiente para atrair de forma seletiva os silicatos de RE ao membro de coleta. O método inclui adicionalmente remover os silicatos de RE do membro de coleta.

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1/20 “MÉTODO PARA SEPARAR CONSTITUINTES E SISTEMA PARA COLETA E RECUPERAÇÃO DE CONSTITUINTES”

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um método para separar constituintes e sistema para coleta e recuperação de constituintes.

Antecedentes da Invenção [002] Materiais que contêm silício, tais como, por exemplo, cerâmica monolítica, ligas, intermetálicos, e compósitos dos mesmos têm propriedades desejáveis para uso em estruturas projetadas para serviço em altas temperaturas em tais aplicações como motores aeronáuticos ou industriais de turbina a gás, permutadores de calor, e motores de combustão interna. Revestimentos de barreira ambiental (EBCs) são aplicados em materiais que contêm silício para proteger os materiais de exposição prejudicial a ambientes químicos e cargas térmicas excessivas. Desse modo, EBCs são projetados para serem termicamente estáveis em alta temperatura, ambientes que contêm vapor d’água e minimizam porosidade interconectada e rachaduras verticais que aprimoram caminhos de exposição entre a superfície de material e o ambiente.

[003] EBCs podem ser sistemas de única camada ou de múltiplas camadas, com cada camada servindo pelo menos uma função, tal como para fornecer uma barreira térmica, mitigar oxidação ou volatilização de substrato, ou evitar reação química com camadas adjacentes ou o substrato. Em muitos sistemas de EBC, pelo menos uma camada é substancialmente formada a partir de um silicato de RE, em que o RE inclui um ou mais dos elementos ítrio (Y), itérbio (Yb), Hólmio (Ho), Érbio (Er), Túlio (Tm), e Lutétio (Lu). Os silicatos de RE podem ser, por exemplo, RE monossilicatos (RE2S1O5) e dissilicatos de RE (RE2S12O7). Os silicatos de RE têm taxas relativamente baixas de volatilização de sílica em atmosferas de combustão, baixa condutividade térmica e excelente compatibilidade de termomecânica e termoquímica com os substratos que

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2/20 contêm silício mencionados acima.

[004] Os materiais de EBC podem ser depositados em componentes com o uso de uma faixa de processos de revestimento, incluindo aspersão térmica (por exemplo, combustão ou aspersão de plasma), deposição à base de pasta aquosa (por exemplo, aspersão de pasta aquosa, imersão, deposição eletroforética), deposição de vapor químico, e deposição de vapor físico.

[005] Durante a fabricação ou aplicação do EBC, uma grande quantidade dos silicatos que contêm RE é perdida como refugos de fabricação. Por exemplo, para as camadas de EBC termicamente aspergidas, até 90% do pó de matéria-prima pode ser perdido por sobreaspersão, partículas não aderentes, ou depositadas em acessórios ferramentais. A coleta desse refugo resulta tipicamente em comescla de constituintes que contêm RE de alto valor com outros constituintes ou contaminantes de baixo volume. Esses constituintes ou contaminantes de baixo volume podem incluir, por exemplo, silício elemental (Si) e silicatos de Bário (Ba), Estrôncio (Sr) e Alumínio (Al) (por exemplo, tais como constatados em bário-estrôncio-aluminossilicato (BSAS)).

[006] Um problema similar surge com componentes revestidos com EBC refugados/retrabalhados e em uso final em fábrica. Os revestimentos podem ser esvaziados desses componentes por processos tais como esvaziamento químico ou jateamento abrasivo com granalha. Por exemplo, se jateamento abrasivo com granalha for usado para esvaziar os revestimentos, a matéria-prima resultante é uma mistura mesclada do meio abrasivo, silicatos de RE, silicatos que contêm Ba/Sr/AI, Si elemental, dióxido de silício, e outras adições internacionais e/ou impurezas resultantes da operação de motor ou do processo de esvaziamento.

[007] Portanto, isso desejável para separar de forma eficiente constituintes de alto valor que contêm RE de constituintes e contaminantes de

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3/20 baixo valor em pós de sobreaspersão de EBC, pós de deposição de pasta aquosa de EBC, e revestimentos de EBC esvaziados.

Descrição da Invenção [008] Em uma realização, é fornecido um método para separar constituintes que contêm terras raras (RE) de uma matéria-prima particulada que contém uma mistura de silicatos de RE e constituintes não magnéticos. O método inclui dispor um membro de coleta nos arredores da matéria-prima, e magnetizar o membro de coleta para gerar um campo magnético o suficiente para atrair de forma seletiva os silicatos de RE magnéticos ao membro de coleta. O método inclui adicionalmente remover os silicatos de RE do membro de coleta.

[009] Em outra realização, um sistema é fornecido para realizar o método descrito acima.

Breve descrição dos Desenhos [010] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema para coleta e recuperação de constituintes que contêm terras raras (RE) a partir de uma matéria-prima de revestimento de barreira ambiental (EBC) de acordo com várias realizações.

[011] A Figura 2 é um fluxograma que ilustra a separação magnética de constituintes que contêm RE de uma matéria-prima de EBC de acordo com várias realizações.

[012] A Figura 3 é uma imagem de microscópio de elétron de varredura (SEM) de um silicato de RE que contém a matéria-prima de EBC que contém constituintes e contaminantes sem RE.

[013] A Figura 4 é uma imagem de microscópio de elétron de varredura (SEM) da matéria-prima de EBC da Figura 3 depois de realizar a separação magnética de acordo com várias realizações.

[014] As Figuras 5 e 6 são resultados tabulados a partir de espectroscopia de raios-x dispersiva de energia (EDX) que mostra a composição

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4/20 de matéria-prima antes e depois do processo de separação magnética realizado na matéria-prima de EBC ilustrada nas Figuras 3 e 4.

[015] A Figura 7 é um fluxograma de um método para realizar a separação magnética de constituintes que contêm RE da matéria-prima de EBC de acordo com uma realização.

Descrição de Realizações da Invenção [016] Várias realizações serão mais bem entendidas quando lidas em conjunto com os desenhos anexos. Visto que as Figuras ilustram diagramas dos blocos funcionais ou operacionais de várias realizações, os blocos funcionais não são necessariamente indicativos da divisão entre componentes ou etapas. Desse modo, por exemplo, um ou mais dos blocos funcionais podem ser implantados em um único componente ou processo ou múltiplos componentes ou processos. Deve-se entender que as várias realizações não são limitadas às disposições e são mostradas de forma instrumental nos desenhos.

[017] Conforme usado no presente documento, um elemento ou etapa citada no singular e continuada com a palavra um ou uma deve ser entendido como não excludente do plural dos ditos elementos ou etapas, a menos que tal exclusão seja explicitamente declarada. Ademais, referências a uma (1) realização não são destinadas a serem interpretadas como excludentes da existência de realizações adicionais que também incorporam os recursos citados. Ademais, a menos que explicitamente declarado o contrário, as realizações compreender ou ter um elemento ou uma pluralidade de elementos que têm uma propriedade particular pode incluir tais elementos adicionais que não têm essa propriedade.

[018] Em geral, várias realizações fornecem um processo de separação magnética para separar constituintes que contêm terras raras (RE) de constituintes de baixo valor e/ou impurezas, a fim de recuperar um produto

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5/20 que contêm RE de alta pureza que pode ser subsequentemente retornado ao uso de alto valor. Por exemplo, várias realizações fornecem extração de constituintes que contêm RE de uma matéria-prima que contém silicatos de RE que tem íons de RE fortemente paramagnéticos e constituintes ou contaminantes não magnéticos de baixo volume. Em várias realizações, conforme usado no presente documento, o termo “não magnético(a)” inclui tanto diamagnético(a) quanto fracamente paramagnético.

[019] O processo de separação em algumas realizações permite a separação de ítrio (Y) e itérbio (Yb) de uma matéria-prima que contém Bário (Ba), Estrôncio (Sr), Alumínio (Al), e Silício (Si). No entanto, deve-se verificar que, em várias realizações, o EBC pode conter outras combinações, assim como diferentes quantidades e/ou faixas de constituintes não magnéticos e/ou contaminantes, incluindo orgânicos e metais.

[020] Praticando-se pelo menos uma realização descrita no presente documento, a atualização eficiente ou recuperação de constituintes de alto valor que contêm RE de refugo de EBC coletado durante o processo de aplicação e esvaziamento de revestimento pode ser fornecida. Em algumas realizações, um processo de base magnética é fornecido para separar os constituintes de alto valor que contêm RE dos constituintes ou contaminantes de baixo volume a fim de recuperar uma corrente de espécie que contém RE que tem contaminantes reduzidos e que pode ser subsequentemente reciclado e retornado em uso de alto valor. O processo de separação em uma realização inclui a separação de constituintes de EBCs que contêm itérbio-ítrio de contaminantes que contêm Ba, Sr, Al e Si. No entanto, diferentes composições de matéria-prima que contêm RE podem ser processadas e constituintes adicionais ou diferentes que contêm elementos adicionais ou diferentes podem ser removidos.

[021] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema 20 de

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6/20 acordo com várias realizações que permite a coleta e recuperação de constituintes que contêm RE, tais como resultantes de um processo de aplicação de EBC. Em particular, um sistema de fabricação/aplicação de EBC 22 fornece fabricar e/ou aplicar um EBC a um objeto 24. Por exemplo, o objeto 24 pode ser um material que porta silício com o sistema de fabricação/aplicação de EBC 22 que aplica um EBC ao mesmo conforme conhecido no estado da técnica, tal como com o uso de um processo de aspersão de plasma. No entanto, qualquer método no estado da técnica pode ser usado para aplicar o EBC ao objeto, por exemplo, aspersão térmica (por exemplo, combustão ou aspersão de plasma), deposição à base de pasta aquosa (por exemplo, aspersão de pasta aquosa, imersão, deposição eletroforética), deposição de vapor químico e deposição de vapor físico. Adicionalmente, o objeto 24 pode ser qualquer objeto e não é limitado a um objeto formado de um material que porta silício. O objeto pode ser, por exemplo, um componente de turbina a gás. Em algumas realizações, e conforme outro exemplo, o objeto 24 pode ser um objeto formado de um material de substrato de compósito de matriz de cerâmica (CMC), por exemplo, para uso em motores aeronáuticos ou industriais de turbina a gás, permutadores de calor, e motores de combustão interna.

[022] Adicionalmente, o EBC aplicado ao objeto 24 pelo sistema de fabricação/aplicação de EBC 22 pode ser qualquer tipo de EBC que contém RE. Em algumas realizações, a matéria-prima pode conter itérbio (Yb) na forma de pelo menos um dentre RE2S12O7 (REDS) ou RE2S1O5 (REMS). Em uma realização, o EBC compreende os constituintes a seguir (que ilustra os constituintes de um ou mais realizações): (Y,Yb)2SÍ2O7 (YbYDS), Y2S1O5 (YMS), (Ba,Sr)SÍ2Al20e (BSAS), Si. No entanto, deve-se verificar que outros compostos ou composições podem formar parte do EBC ou a matéria-prima de admissão para reciclagem. Por exemplo, a matéria-prima pode incluir constituintes tais como, porém, sem limitação, S1O2, AI2O3, Fe2O3, Fe3O4, Ζ1Ό2 estabilizado por

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Υ2Ο3, (Ni.Co)CrAIY, e compostos orgânicos. Por exemplo, o EBC pode ser um EBC/TBC conforme descrito no documento de patente n^e U.S. 7.867.575. Conforme outro exemplo, um componente que tem um EBC pode ser formado conforme descrito no documento de patente n⁵ U.S. 7.910.172. Outros exemplos são descritos nos documentos de patente n⁵ U.S. 8.343.589, U.S.8.273.470, U.S.8.039.113.

[023] Deve-se observar que, quando é feita referência no presente documento a pelo menos um dentre “A” ou “B”, isso significa pelo menos um dentre A, ou pelo menos um dentre B, ou pelo menos um de A e pelo menos um dentre B. Por exemplo, pelo menos um dentre Y ou Yb inclui: Y, ou Yb, ou Y e Yb. Em algumas realizações, a matéria-prima é um pó não depositado de matéria-prima que inclui pelo menos um dentre REDS ou REMS e pelo menos um dentre (Ba,Sr)SÍ2Al20e (BSAS) ou Si, e em que pelo menos o Si e BSAS são substancialmente removidos do pó não depositado de matéria-prima, afetando uma atualização da matéria-prima que contém RE. Em algumas realizações, a matéria-prima compreende um REDS em que o RE compreende uma mistura de ítrio (Y) e itérbio (Yb) na forma de YbYDS, e o YbYDS é extraída de forma seletiva da matéria-prima.

[024] Conforme ilustrado na Figura 1, ao aplicar o EBC (ou TBC) ao objeto 24, por exemplo, aspergindo-se termicamente as camadas de EBC no objeto 24, uma parte do pó de matéria-prima não se deposita na a superfície do objeto 24. Dependendo da geometria do objeto a ser revestida, os parâmetros de processo e uso de ferramenta/instalação usados, em excesso de 90% do pó de matéria-prima pode não se depositar no objeto 24. Em particular, o pó não depositado de matéria-prima pode ser perdido como pó de sobreaspersão, quicar a parte como partículas não aderentes, ou depositar como um revestimento nas instalações de ferramentas, conforme ilustrado pelas setas 26. Nesses processos, o pó de matéria-prima que contém RE se mistura com

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8/20 contaminantes assim como com outros componentes do revestimento, tais como silício elemental (Si) e/ou silicatos de Bário (Ba), Estrôncio (Sr), e Alumínio (Al).

[025] Em várias realizações, um sistema de coleta e recuperação 28 é fornecido para coletar e recuperar a matéria-prima não depositada que contém RE. Em particular, o sistema de coleta e recuperação 28 coleta o pó não depositado misturado de matéria-prima e contaminantes e separa os constituintes que contêm RE 30 dos constituintes e contaminantes de baixo valor. O sistema de coleta e recuperação 28 na realização ilustrada inclui uma área de retenção e armazenamento 32 em que pó não depositado de matériaprima se acumula e é retido. Por exemplo, o pó não depositado de matéria-prima pode cair na área de retenção e armazenamento 32 por forças gravitacionais ou, em algumas realizações, outras forças podem ser aplicadas (por exemplo, uma força de vácuo ou sucção, tais como com o uso de um ciclone, ou gerando-se fluxo de ar de um ventilador, ou uma força eletroestática). O pó não depositado coletado de matéria-prima é então processado conforme descrito em mais detalhes no presente documento para separar e recuperar os constituintes que contêm RE 30, tais como em uma pureza e forma que facilita o reuso em aplicações de alto valor, incluindo, porém, sem limitação, EBCs. Em algumas realizações, o pó não depositado de matéria-prima pode ser processado antes de ser coletado com a área de retenção e armazenamento 32. Uma ou mais área de armazenamento ou coleta pode ser móvel.

[026] Em algumas realizações, uma preparação de matéria-prima etapa pode ser realizada antes do processo de separação magnética descrito no presente documento, tal como o uso de não liberação física magnética e técnicas de separação. Por exemplo, em várias realizações, o pó ou revestimento coletado no sistema de coleta e recuperação 28 é cominuído, tal como por trituração, para diminuir o tamanho de partícula e/ou quebrar aglomerados. Adicionalmente, alguma atualização dos constituintes que contêm RE na

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9/20 matéria-prima pode ser fornecida com o uso de técnicas tais como triagem ou peneiramento para remover grandes contaminantes (por exemplo, materiais de mascaramento, lascas de usinagem, ou detritos orgânicos), ou separação gravimétrica (por exemplo, flutuação) para remover contaminantes de baixa densidade ou alta densidade, ou separação magnética de baixo campo para remover contaminantes ferromagnéticos.

[027] Em operação, em várias realizações, o sistema de coleta e recuperação 28 é usado para realizar uma separação magnética de constituintes que contêm RE da matéria-prima, tais como o pó de matéria-prima de EBC não depositado. Por exemplo, em uma realização, o sistema de coleta e recuperação 28 fornece separação de YbYDS do resto da matéria-prima. O YbYDS pode ser primeiro disperso em um meio (por exemplo, tal como água ou álcool com dispersantes padrão). Desse modo, YbYDS pode ser separado de uma matériaprima de EBC que contém uma mistura de YbYDS e constituintes não magnéticos. Deve-se observar que em algumas realizações, em vez de um processo de separação úmida, um processo de separação seca pode ser usado.

[028] O sistema de coleta e recuperação 28 pode usar campos magnéticos gerados ao separar as REs dos contaminantes. Por exemplo, o sistema de coleta e recuperação 28 pode usar a separação magnética na qual o material magneticamente suscetível ou atraído, tal como YbYDS, é separado de uma matéria-prima (dispersa em um meio ou no estado seco) com o uso de uma força magnética. O material magneticamente não suscetível que, nessa realização, pode compreender constituintes e/ou contaminantes de EBC de baixo volume, permanece no meio e é desse modo separado do YbYDS. Por exemplo, em algumas realizações descritas no presente documento, YMS, BSAS, e/ou Si são removidos do YbYDS. Desse modo, em várias realizações, uma separação física dos constituintes de alto valor que contêm RE é alcançada.

[029] Em particular, na realização ilustrada, o sistema de coleta e

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10/20 recuperação 28 inclui um gerador de campo magnético 34 que é configurado para gerar um campo magnético para uso na separação dos constituintes que contêm RE da matéria-prima. Por exemplo, o gerador de campo magnético 34 pode ser um separador magnético conforme conhecido no estado da técnica, tal como um separador magnético de alta intensidade. Em algumas realizações, o gerador de campo magnético 34 opera para gerar um campo magnético na faixa de cerca de 0,1 Tesla (T) a cerca de 5 T. Por exemplo, em uma realização, um campo magnético de cerca de 1,4 T é aplicado ao pó não depositado de matériaprima, que pode ser disperso em um meio, tal como água ou isopropanol (disponível junto à Dow Chemical Company), com um ou mais dispersantes, tais como Darvan (disponível junto à Vanderbilt Minerais) pelo gerador de campo magnético 34. No entanto, deve-se verificar que outros meios, dispersantes, e forças de campo magnético podem ser usadas conforme desejado ou necessário.

[030] O gerador de campo magnético 34 também pode incluir um ou mais eletroímãs 36 (por exemplo, conjuntos de bobinas que são energizadas), que são usadas para realizar a separação magnética no pó de matéria-prima conforme descrito em mais detalhes no presente documento. Por exemplo, o gerador de campo magnético 34 gera um campo magnético que atrai os constituintes que contêm RE paramagnéticos a um membro de coleta, deixando os materiais não magnéticos para trás. Deve-se observar que, embora o gerador de campo magnético 34 inclua um eletroímã 36, imãs permanentes podem ser usados. Imãs permanentes podem ser especialmente úteis na separação de constituintes/contaminantes ferromagnéticos da matéria-prima.

[031] Em operação, o pó não depositado de matéria-prima é primeiramente coletado na área de retenção e armazenamento 32 (que pode incluir dispersão conforme descrito no presente documento) e então a separação é realizada com o uso do gerador de campo magnético 34. Em algumas

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11/20 realizações, múltiplos geradores de campo magnético 34 podem ser fornecidos para realizar a separação magnética conforme descrito no presente documento.

[032] O sistema de coleta e recuperação 28 também inclui uma ou mais áreas de coleta de RE 38 (uma é mostrada) para coleta de constituintes que contêm RE separados. Em uma realização, o eletroímã 36 cria um campo magnético que magnetiza um membro de coleta 37, tal como um anel de aço (quando a corrente flui através das bobinas que formam o eletroímã 36) que pode ser colocado na área de retenção e armazenamento 32 ou um recipiente separado, ilustrado nessa realização como uma câmara 42 (por exemplo, um vaso através do qual os líquidos podem passar conforme descrito no presente documento). No entanto, deve-se observar que outros formatos e configurações de membros de coleta 37 podem ser usados em vez de anéis ou adicionalmente aos mesmos. Por exemplo, em uma realização, o membro de coleta 37 pode ser palha de aço posicionada dentro da câmara 42.

[033] Quando um ou mais dos eletroímãs 36 são energizados pelo gerador de campo magnético 34, os constituintes mais fortemente paramagnéticos do pó de matéria-prima disperso são atraídos ao membro de coleta 37. O membro de coleta 37 pode ser dispenso dentro da câmara 42. Enquanto os constituintes que contêm RE são atraídos ao membro de coleta 37 e retidos no mesmo, os constituintes não magnéticos permanecem no meio. Esses constituintes de baixo valor podem ser removidos por, por exemplo, drenagem do meio na área de coleta de contaminante 40. A etapa de drenagem pode incluir adicionalmente enxaguar o anel enquanto um ou mais dos eletroímãs 36 são energizados. Em seguida, os constituintes que contêm RE podem ser coletados, por exemplo, energizando-se o eletroímã 36, o que faz com que os constituintes que contêm RE se liberem do membro de coleta 37, por exemplo, à área de coleta de RE 38. A etapa de liberação pode incluir adicionalmente uma etapa de enxague com o uso de, por exemplo, água ou

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12/20 álcool. Constituintes que contêm RE coletados na área de coleta 38 podem ser separados do meio líquido por meio de filtração.

[034] Deve-se observar que a configuração da área de coleta de RE 38 e da área de coleta de contaminante 40 pode ser variada, tal como baseada na aplicação particular ou nas quantidades total e relativa de constituintes que contêm RE a serem coletados. Desse modo, após a separação, os constituintes que contêm RE e contaminantes podem ser mantidos em diferentes áreas de armazenamento para reuso subsequente e descarte, respectivamente.

[035] Deve-se observar também que diferentes mecanismos podem ser fornecidos para facilitar a transferência dos constituintes que contêm RE à área de coleta de RE 38 e dos contaminantes à área de coleta de contaminante 40. Por exemplo, diferentes condutos podem ser fornecidos para direcionar ou controlar o fluxo dos constituintes que contêm RE e dos contaminantes à área de coleta de RE 38 e à área de coleta de contaminante 40, respectivamente. No entanto, deve-se observar que quaisquer mecanismos de transferência adequados podem ser usados, que pode incluir tubos de transferência ou outros dispositivos de transporte.

[036] Adicionalmente, a área de coleta de RE 38 e a área de coleta de contaminante 40 podem ser configuradas para operação móvel. Por exemplo, a área de coleta de RE 38 e a área de coleta de contaminante 40 podem compreender membros móveis (por exemplo, rodas, cilindros, correias transportadoras, ou trilhos) que permitem o movimento da área de coleta de RE 38 e da área de coleta de contaminante 40 em relação ao campo magnético gerado pelo gerador de campo magnético 34. Por exemplo, quando o gerador de campo magnético 34 é energizado, a área de coleta de contaminante 40 pode ser posicionada em proximidade ao gerador de campo magnético 34 para coletar os constituintes de matéria-prima que não são atraídos ao membro de coleta 37

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13/20 e/ou enxaguados do membro de coleta 37. Em seguida, a área de coleta de contaminante 40 pode ser movida e a área de coleta de RE 38 posicionada em proximidade para coletar os constituintes que contêm RE. Quando os eletroímãs 36 são desenergizados, os constituintes que contêm RE são liberados (antes ou depois de uma etapa opcional de enxague) e coletados pela área de coleta de RE 38. Desse modo, a área de coleta de RE 38 e a área de coleta de contaminante 40 podem ser movidas de forma seletiva e independente dentro e fora das posições de coleta.

[037] Embora as realizações precedentes tenham descrito a dispersão de matéria-prima em um meio líquido, separação seca pode ser fornecida. Em um exemplo de separação seca, aplicar o campo magnético à matéria-prima em passagem, tal como ao longo de um sistema transportador, move os constituintes que contêm RE do transportador pelo campo magnético à área de coleta de RE 38 enquanto os constituintes não magnéticos permanecem no transportador e são coletados na área de coleta de contaminante 40. Ademais, embora as realizações precedentes tenham descrito a separação de passagem única, múltiplas iterações das etapas de processo acima podem ser prontamente implantadas de modo a aumentar a fidelidade de separação (isto é, reduzir a quantidade de deslizamento de constituinte que contêm RE na corrente de contaminante e contaminantes na corrente de coleta de RE). Desse modo, qualquer um do teor da área de coleta de RE 38, da área de coleta de contaminante 40, ou ambos, podem ser redispersos e formados em ciclo através do processo de separação magnética etapas conforme descritas acima.

[038] Deve-se observar que outras variações são contempladas. Por exemplo, em algumas realizações, elementos podem ser intencionalmente adicionados aos constituintes que contêm RE a fim de facilitar a separação magnética. Em uma realização, um óxido de ferro pode ser adicionado ao dissilicato de RE para permitir a separação em forças de campo magnético

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14/20 menor. Em outra realização, Yb pode ser adicionado ao YMS para permitir a separação magnética do último.

[039] Várias realizações fornecem um método de separação e recuperação tal como ilustrado na Figura 2 para a separação magnética de constituintes que contêm RE das matérias primas particuladas, que, em algumas realizações é a separação de YbYDS da matéria-prima de EBC. No entanto, deve-se verificar que outras REs podem ser separadas e recuperadas e a Figura 2 é ilustrativa de um tipo de processo de separação magnética que pode ser realizado. Em particular, o processo 50 inclui coletar pó de sobreaspersão 52 conforme descrito no presente documento. O pó de sobreaspersão 52 inclui constituintes que contêm RE, constituintes e contaminantes de baixo valor. Na realização ilustrada, o processo 50 separa magneticamente YbYDS de um pó de matéria-prima de EBC que compreende (Y,Yb)2SÍ2O7 (YbYDS), Y2S1O5 (YMS), (Ba,Sr)SÍ2Al20e(BSAS), Si e outras impurezas menores orgânicas e inorgânicas.

[040] Em particular, o processo 50 inclui gerar e aplicar um campo magnético que separa os constituintes que contêm RE, nesse caso YbYDS, do pó de sobreaspersão 52. Conforme descrito no presente documento, os constituintes que contêm RE são atraídos e coletados na superfície do membro de coleta 37 (mostrado na Figura 1). A separação magnética em 54 se resulta da atração das espécies fortemente paramagnéticas (nesse caso Yb³⁺ em YbYDS) ao membro de coleta 37 conforme descrito no presente documento.

[041] O processo revelado permite a separação magnética dos constituintes que contêm RE dos constituintes e contaminantes de matéria-prima e baixo valor. Em particular, os constituintes que contêm RE fortemente paramagnéticos são atraídos ao membro de coleta 37 quando o campo magnético é externamente aplicado, enquanto os constituintes não magnéticos (por exemplo, constituintes de baixo valor e/ou contaminantes) não são atraídos ao membro de coleta 37 (deve-se observar que, enquanto partículas não

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15/20 magnéticas e fracamente paramagnéticas não são atraídas ao membro de coleta 37, partículas diamagnéticas são repelidas do membro de coleta 37). Em algumas realizações, YbYDS é separado de uma matéria-prima misturada dispersa na água ou álcool com o uso de um campo magnético de 0,5T a 5T.

[042] Por exemplo, a imagem 70 da Figura 3 mostra uma matéria-prima de EBC que compreende (Y,Yb)2SÍ2O7 (YbYDS), Y2SiOs(YMS 76), (Ba,Sr)SÍ2Al20e(BSAS 72), Si 74 e outras impurezas menores orgânicas e inorgânicas. Conforme descrito no presente documento, os constituintes que contêm RE são separados dos constituintes de baixo valor/impurezas no pó de matéria-prima de EBC. Por exemplo, a Figura 4 é uma imagem 80 da mesma matéria-prima de EBC conforme mostrado na imagem 70 da Figura 3 depois de realizar a separação magnética conforme descrito no presente documento. Nesse exemplo, um tamanho de batelada de 5g foi usado contendo uma mistura de YbYDS, YMS, BSAS, e Si, que foram dispersos em isopropanol com algumas gotas de Darvan. Um ímã de NdFeB de 1,4 T foi colocado na mistura e o pó atraído ao ímã foi coletado enxaguando-se com acetona. O processo de separação foi repetido três vezes. Conforme pode ser observado, as partículas BSAS 72 e Si 74 identificadas na imagem 70 foram substancialmente removidas. A separação magnética resultou desse modo em um YbYDS substancialmente puro.

[043] Os resultados de análise química (calculados de espectroscopia de raios-x dispersiva de energia (EDX)) de amostras do exemplo acima e correspondentes às imagens 70 e 80 são mostrados nas Tabelas 90 e 100 das Figuras 5 e 6. Essas tabelas listam a composição da matéria-prima de admissão (antes da separação magnética) e o produto emitido (após a separação magnética), respectivamente. Em cada uma das tabelas 90 e 100, a primeira coluna 92,102 identifica o elemento, a segunda coluna 94,104 identifica a percentagem em peso do elemento, e a terceira coluna 96, 106 identifica a

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16/20 percentagem atômica do elemento.

[044] Conforme pode ser observado comparando-se as tabelas 90 e 100, os contaminantes foram substancialmente removidos com o uso do processo revelado de separação magnética. Adicionalmente, conforme pode ser observado, os elementos de RE Y e Yb permanecem nas proporções atômicas do dissilicato de partida. Desse modo, as constituintes que não contêm RE, que, nessa realização, não são magnéticos (por exemplo, BSAS, Si, YMS), foram reduzidos a quantidades que não afetam a qualidade do produto emitido.

[045] Os vários processos realizados no presente documento podem ser controlados de forma manual, automática ou por uma combinação dos mesmos. Por exemplo, em uma realização, o sistema de coleta e recuperação 28 pode incluir um controlador 29 que controla as etapas de várias realizações descritas no presente documento. Por exemplo, o controlador 29 pode controlar a duração de tempo para processamento nas etapas de várias realizações. Em algumas realizações, a intervenção ou entrada de usuário pode ser fornecida.

[046] Várias realizações também fornecem um método 110 conforme mostrado na Figura 7 que pode empregar estruturas ou aspectos de diferentes realizações discutidas, tais como podem ser realizadas pelo sistema de coleta e recuperação 28 (mostrado na Figura 1). Em várias realizações, determinadas etapas podem ser omitidas ou adicionadas, determinadas etapas podem ser combinadas, determinadas etapas podem ser realizadas de forma simultânea ou concorrente, determinadas etapas podem ser divididas em múltiplas etapas, determinadas etapas podem ser realizadas em uma ordem diferente, ou determinadas etapas ou séries de etapas podem ser realizadas novamente de modo iterativo.

[047] Em particular, o método 110 inclui coletar a matéria-prima que contém RE em 112, em que a matéria-prima compreende constituintes de

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RE e constituintes/contaminantes sem RE. Por exemplo, EBCs depositados e pó de matéria-prima de EBC não depositado podem ser coletados em 112 conforme descrito em mais detalhes no presente documento. Em algumas realizações, as REs são Y e Yb e os constituintes de baixo valor compreendem BSAS e Si. No entanto, outras REs ou constituintes/contaminantes de baixo valor podem estar alternativa ou adicionalmente presentes no EBC, tais como baseados na aplicação particular para o EBC.

[048] O método 110 também inclui opcionalmente cominuir a matéria-prima em 114 para liberar fisicamente os constituintes que contêm RE e/ou reduzir o tamanho de partícula. O método 110 também inclui opcionalmente em 116 triagem ou peneiramento a matéria-prima para separar da mesma, aglomerados grossos e constituintes que não contêm RE.

[049] O método 110 inclui opcionalmente dispersar a matériaprima em um meio líquido em 118. Por exemplo, a matéria-prima pode ser dispersa em um meio tais como água ou álcool com dispersantes padrão conforme descrito no presente documento. Deve-se observar que a matériaprima pode ser manual, semiautomática, ou automaticamente dispersa no meio. Deve-se observar que em algumas realizações, conforme descrito no presente documento, uma separação seca pode ser realizada em vez de uma separação úmida, de modo que a matéria-prima não seja dispersa em um meio. Por exemplo, a matéria-prima pode ser fisicamente dispersa dentro de um vácuo ou outra câmara de gás ou ar (incluindo um leito fluidizado ou corrente) ou pode ser separado à medida que a matéria-prima é movida ao longo de uma correia transportadora ou dispositivo de transporte similar conforme descrito no presente documento. O método 110 inclui opcionalmente em 120 aplicar um fraco campo magnético (por exemplo, menos do que 0,5T) para separar as partículas ferromagnéticas.

[050] O método 110 inclui aplicar um forte campo magnético (por

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18/20 exemplo, maior do que 0,5T) em 122 para separar os constituintes que contêm RE paramagnéticos. Por exemplo, conforme descrito no presente documento, é gerado um campo magnético que magnetiza um membro de coleta dentro do meio. Por exemplo, um anel de aço ou palha de aço pode ser magnetizado por um campo magnético de 1,4T conforme descrito no presente documento. A magnetização do membro de coleta faz com que os constituintes mais fortemente paramagnéticos coletem no membro de coleta (que pode ser localizado em proximidade ou dentro do meio). Adicionalmente, os constituintes não magnéticos permanecem no meio e não são atraídos ao membro de coleta. Por exemplo, os constituintes fortemente paramagnéticos podem do tipo que contém RE enquanto os constituintes não magnéticos podem ser constituintes de baixo valor e/ou contaminantes.

[051] O método 110 inclui opcionalmente enxaguar o membro de coleta para remover as partículas não magnéticas. Por exemplo, as partículas não magnéticas que não são atraídas ao membro de coleta podem ser enxaguadas e removidas.

[052] Depois que os constituintes que contêm RE são coletados no membro de coleta 37, o método 110 inclui em 126 remover os constituintes que contêm RE separados do membro de coleta. Por exemplo, o membro de coleta pode ser removido do meio (por exemplo, fisicamente removidos do liquido) ou o meio removido do membro de coleta (por exemplo, líquido no qual o membro de coleta é localizado é drenado). Como resultado, os constituintes/contaminantes de baixo valor são removidos dos constituintes que contêm RE. Deve-se observar que uma parte do meio ou dos contaminantes ainda pode permanecer após uma remoção inicial, e uma remoção subsequente pode ser realizada (por exemplo, enxaguando-se o membro de coleta em 124 e/ou repetindo-se a ciclo de processo de dispersão e separação magnética).

[053] Adicionalmente, uma ou mais das etapas 118,120,122,124,

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19/20 e 126 pode ser repetida. Por exemplo, uma parte do meio ou de contaminantes ainda pode permanecer após uma remoção inicial, e uma remoção subsequente pode ser realizada (por exemplo, enxaguando-se o membro de coleta e/ou repetindo-se o ciclo de processo de dispersão e separação magnética). Os constituintes que contêm RE podem, então, ser reusados ou também reciclados.

[054] Várias realizações fornecem a separação magnética de REs de contaminantes em EBCs. Conforme descrito no presente documento, os vários processos são realizados sem mudar os estados químicos e/ou composições dos constituintes que contêm RE.

[055] Embora alguns exemplos fornecidos no presente documento possam ser descritos em processos não automatizados, esses processos e métodos são prontamente receptivos à automatização, tais como, porém, sem limitação, dispersão, mistura, enxague e filtração. Ademais, embora os processos e métodos descritos no presente documento possam ser realizados como processos em batelada, os processos e métodos são prontamente receptivos a operações contínuas ou semicontínuas com o uso de métodos e processos conhecidos no estado da técnica.

[056] Deve-se entender que a descrição acima é destinada a ser ilustrativa e não restritiva. Por exemplo, as realizações descritas acima (e/ou aspectos das mesmas) podem ser usadas em combinação uma com a outra. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação particular ou material aos ensinamentos da matéria inventiva sem se afastar de seu escopo. Enquanto as dimensões e tipos de materiais descritos no presente documento são destinados a definir os parâmetros de várias realizações, os mesmos não são limitativos de meio algum e são somente realizações. Muitas outras realizações serão evidentes àqueles técnicos no assunto mediante revisão da descrição acima. O escopo da presente aplicação, portanto, deve ser determinado em referência às reivindicações anexas, junto ao

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20/20 escopo total de equivalentes aos quais tais reivindicações são intituladas. Nas reivindicações anexas, os termos “incluir” e “no(a) qual” são usados como os equivalentes de inglês simples dos respectivos termos “compreender” e “em que.” Ademais, nas reivindicações a seguir, os termos “primeiro”, “segundo(a)” e “terceiro(a)” etc. são usados meramente como rotulações, e não são destinados a impor exigências numéricas em seus objetos. Além disso, as limitações das reivindicações a seguir não são escritas em formato meio-mais-função e não são destinados a serem interpretados com base em 35 U.S.C. § 112, parágrafo (f), a menos que e até que tais limitações de reivindicação usem expressamente a frase “meios para” seguido de uma declaração de função vazia de estrutura adicional.

[057] Esta descrição usa exemplos para revelar as várias realizações e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique as várias realizações, incluindo criar e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável das várias realizações é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem a aqueles técnicos no assunto. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações se os exemplos têm elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os exemplos incluem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

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Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA SEPARAR CONSTITUINTES que contêm terras raras (RE) de uma matéria-prima particulada que contêm uma mistura de silicatos de RE paramagnéticos e constituintes não magnéticos, caracterizado pelo fato de que o método compreende:

dispor um membro de coleta (37) nos arredores da matéria-prima; magnetizar o membro de coleta (37) para gerar um campo magnético suficiente para atrair de forma seletiva os silicatos de RE ao membro de coleta, em que aplicar o campo magnético compreende aplicar um campo magnético de pelo menos 0,5 Tesla;

remover os constituintes não magnéticos enxaguando-se o membro de coleta (37), enquanto o campo magnético é aplicado; e remover os silicatos de RE do membro de coleta (37), em que remover os silicatos de RE compreende interromper a aplicação do campo magnético ao membro de coleta (37), causando assim a liberação dos silicatos de RE do membro de coleta (37).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima compreende um dissilicato de RE na forma de RE2SÍ2O7 (REDS) que inclui itérbio (Yb).
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima compreende REDS e pelo menos um dentre RE2S1O5 (REMS), (Ba,Sr)SÍ2Al20e (BSAS) ou Si, e em que separar e remover os contaminantes não magnéticos compreende separar e remover pelo menos um dentre o REMS, o BSAS ou o Si.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente dispersar a matéria-prima em um meio.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações

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1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente realizar a preparação de matéria-prima antes da separação, incluindo pelo menos um dentre (i) cominuir a matéria-prima para diminuir um tamanho de partícula da matéria-prima ou liberar constituintes que contêm RE a partir de aglomerados, (ii) triar ou peneirar a matéria-prima para remover partículas superdimensionadas, (iii) realizar a separação de flutuação da matéria-prima para remover constituintes ou contaminantes de baixa densidade, (iv) realizar a separação magnética de baixo campo na matéria-prima para remover contaminantes ferromagnéticos e (v) dispersar a matéria-prima em um meio líquido.
6. SISTEMA (28) PARA COLETA E RECUPERAÇÃO DE CONSTITUINTES que contêm terras raras (RE) de uma matéria-prima em pó, a matéria-prima contém uma mistura de silicatos de RE e constituintes não magnéticos, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende:

um gerador de campo magnético (34) configurado para aplicar um campo magnético de pelo menos 0,5 Tesla;

um membro de coleta (37) magnetizável disposto nos arredores da matéria-prima em pó, sendo que o campo magnético aplicado faz com que os silicatos de RE atraiam de forma seletiva ao membro de coleta (37) para afetar a separação dos silicatos de RE da matéria-prima em pó;

um sistema transportador para remover os constituintes não magnéticos por meio do aumento do membro da coleção (37), enquanto o campo magnético é aplicado; e um sistema de coleta e recuperação configurado para interromper a aplicação do campo magnético ao membro de coleta (37), causando assim a liberação dos silicatos de RE separados do membro de coleta (37) para coletar assim os silicatos de RE.
7. SISTEMA (28), de acordo com a reivindicação 6,

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3/3 caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de coleta e recuperação configurado para, antes da separação, um dentre (i) cominuir a matéria-prima para diminuir um tamanho de partícula da matéria-prima ou liberar constituintes que contêm RE a partir de aglomerados, (ii) triar ou peneirar a matéria-prima para remover partículas superdimensionadas, (iii) realizar a separação de flutuação da matéria-prima para remover constituintes ou contaminantes de baixa densidade, (iv) realizar a separação magnética de baixo campo na matéria-prima para remover contaminantes ferromagnéticos, e (v) dispersar a matéria-prima em um meio líquido.
8. SISTEMA (28), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de coleta e recuperação que tem um sistema transportador configurado para mover a matéria-prima em pó, em que o campo magnético move os constituintes que contêm RE do transportador à medida que a matéria-prima em pó passa através do campo magnético.

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1/6 ο

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