[发明专利]使稀土和氧化锆材料再循环的方法

说明书

优先权信息

本申请要求Nicholas H. Burlingame在2011年12月7日提交的美国临时专利申请61/630,255号“Method of Recycling Oxide Materials”(使氧化物材料再循环的方法)和Nicholas H. Burlingame和Samuel Burlingame在2012年12月6日提交的美国实用专利申请13/706,546号“Method for Recycling of Rare Earth and Zirconium Oxide Materials”(使稀土和氧化锆材料再循环的方法)的优先权。Nicholas H. Burlingame在2011年12月7日提交的美国临时专利申请号61/630,255“Method of Recycling Oxide Materials”(使氧化物材料再循环的方法)和Nicholas H. Burlingame和Samuel Burlingame在2012年12月6日提交的美国实用专利申请13/706,546号“Method for Recycling of Rare Earth and Zirconium Oxide Materials”(使稀土和氧化锆材料再循环的方法)全文通过引用结合到本文中。

技术领域

本文公开以可再用形式从废料回收稀土矿物(稀土)和氧化锆的方法和过程。更具体地讲，该方法包括混合硫酸铵粉末和包含氧化物废料的粉末；在足以使废料分解成残余物的温度灼烧混合物，该残余物在很大程度上溶于水溶液；使残余物溶于水，以得到包含盐形式稀土成分的溶液；用至少一种分离方法从溶液分离稀土成分；随后用分离的稀土成分(盐或溶液)作为原料。

稀土和氧化锆材料对宽范围技术是重要的。重要的工业部门，例如国防、制造、能源、运输、光学和电子，都使用很多稀土材料。稀土在很多技术中作为组成组件而存在，包括导航/制导系统、石油精炼催化剂、先进车用电池、风力涡轮发电机、喷气发动机、微型磁盘驱动器、扬声器、电视和显示器、紧凑型荧光灯泡和光缆。另外，目前经济上可行的稀土源有限，使回收稀土成为对工业价值极高的实践。然而，所有稀土矿物中只有很少百分比被再循环。公开的实施方案提供使氧化物材料再循环的简单方法，尤其适用于包含稀土的材料和包含氧化锆的材料。

在本文的实施方案中公开以可再用形式从包含稀土矿物和氧化锆的废料回收稀土矿物的方法。此类废料可由一些工业过程产生，包括热喷涂、电子束气相沉积、牙科材料的生坯加工和立方锆宝石生产。这种方法的基础由下列组成：a)混合硫酸铵粉末和包含氧化物废料的粉末；b)在足以使废料分解成残余物的温度灼烧混合物，该残余物在很大程度上溶于水溶液；c)使残余物溶于水，以得到包含盐形式稀土成分的溶液；d)用至少一种分离方法从溶液分离稀土成分；和e)随后用分离的稀土成分(盐或溶液)作为原料。如果这些废料出现在涂层中，则通过以下去除涂层：在浓硫酸铵溶液中处理该材料，以覆盖表面，然后加热涂覆的部分，以使硫酸铵优先煮解并破坏涂层。在(d)中，通过沉淀或其它分离方法，可进一步从废滤液回收氧化锆。通过适当沉淀和浓缩在(d)中产生的滤液，还可回收在回收中使用的反应物。

在本文的实施方案中还公开以可再用形式从包含稀土矿物但无氧化锆的废料中回收稀土矿物的方法。这些废料由紧凑型荧光灯泡、含稀土的催化剂、稀土-铁合金磁体、锰酸镧燃料电池电极和NiMH电池产生。如果这些材料在涂层中出现，也公开去除包含这些废料的涂层的方法。涉及的步骤与以上关于材料经受的反应相同，不同之处在于在没有氧化锆存在下用草酸盐沉淀剂沉淀(d)中的稀土矿物。另外，如果稀土废料为非氧化物，则在与硫酸铵反应之前必须使材料氧化。如果这些材料在涂层中出现，则使材料在饱和硫酸铵溶液中经处理，以用硫酸铵涂覆表面，这允许在涂覆的表面上优先的化学侵蚀，以实现材料去除。

本文还公开从锆石回收氧化锆的方法，所述锆石是通过金属铸造操作产生的典型废料。

附图简述

图1为代表本文公开的示例性方法的流程图；并且

图2-6描绘在数个实施例中公开的回收的稀土氧化物的X射线衍射图。

本文所述的不同实施方案不旨在使本公开限于所述的实施方案。相反，本发明旨在覆盖可在所述不同实施方案、实施例和等价物的精神和范围内包括的所有备选、改进和等价物。为了总体理解，参考附图。在全部附图中，类似的附图标记用于指示相同或类似的要素。还应注意到，附图可以不按比例绘制，并且某些区域可能有意地未按比例绘制，以便能够适当地描绘这些特征和方面。