JP2015205810A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 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を提供する。
【解決手段】 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。
【選択図】図１

Description

本発明は、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に関する。

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、航空及び産業用の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の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、基材の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、シリカの揮発速度、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、製造屑として失われる。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、元素態ケイ素（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／又はエンジンの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。

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。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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本明細書中で「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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、磁場発生器３４は、１以上の電磁石３６（例えば、通電される複数組のコイル）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。

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。

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又は別個の容器（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）」の平易な英語の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を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）」という句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。

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。

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

Claims (20)

1. 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。