稀土抛光粉的发展现状及应用.doc

稀土抛光粉的发展现状及应用 铈基稀土抛光粉是较为重要的稀土产品之一。因其具有切削能力强，抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点，故比其他抛光粉（如 Fe2O3 红粉）的使用效果佳，而被人们称为 “ 抛光粉之王 ” 。目前该产品在我国发展较快，应用日广，产量猛增，发展前景看好。铈基稀土抛光粉是较为重要的稀土产品之一。因其具有切削能力强，抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点，故比其他抛光粉（如 Fe2O3 红粉）的使用效果佳，而被人们称为 “ 抛光粉之王 ” 。目前该产品在我国发展较快，应用日广，产量猛增，发展前景看好。 我国具有丰富的铈资源，据测算，其工业储量约为 1800 万吨（以 CeO2 计），这为今后我国持续发展稀土抛光粉奠定了坚实的基础，也是我国独有的一大优势，并可促进我国稀土工业继续高速发展。1、稀土抛光粉的发展过程红粉（氧化铁）是历史上最早使用的抛光材料，但它的抛光速度慢，而且铁锈色的污染也无法消除。随着稀土工业的发展，于二十世纪 30 年代，首先在欧洲出现了用稀土氧化物作抛光粉来抛光玻璃。在第二次世界大战中，一个在伊利诺斯州罗克福德的 W F 和 Barnes J 公司工作的雇员，于 1943 年提出了一种叫做巴林士粉（ Barnesite ）的稀土氧化物抛光粉，这种抛光粉很快在抛光精密光学仪器方面获得成功。由于稀土抛光粉具有抛光效率高、质量好、污染小等优点，激起了美国等国家的群起研究。这样，稀土抛光粉就以取代传统抛光粉的趋势迅速发展起来。国外于 60 年前开始生产稀土抛光粉，二十世纪 90 年代已形成各种标准化、系列化的产品达 30 多种规格牌号。目前，国外的稀土抛光粉生产厂家主要有 15 家（年生产能力为 200 吨以上者）。其中，法国罗地亚公司年生产能力为 2200 多吨。是目前世界上最大的稀土抛光粉生产厂家。美国的抛光粉年产量能力达 1500 吨以上。日本生产稀土抛光粉的原料采用氟碳铈矿、粗氯化铈和氯化稀土三种，工艺上各不相同。日本稀土抛光粉的生产在烧结设备和技术上均具特色。 1968 年，我国在上海跃龙化工厂首次研制成功稀土抛光粉。随后西北光学仪器厂、云南光学仪器厂相继采用独居石为原料，研制成功不同类型稀土抛光粉。北京有色金属研究总院、北京工业学院等单位于 1976 年研制并推广了 739 型稀土抛光粉， 1977 年又研制成功了 771 型稀土抛光粉。 1979 年甘肃稀土公司研制成功了 797 型稀土抛光粉。目前国内已有 14 个稀土抛光粉生产厂家（年生产能力达 30 吨以上者），最大的一家年生产能力为 2220 吨（包头天骄清美稀土抛光粉有限公司）。但与国外相比仍有较大差距，主要是稀土抛光粉的产品质量不稳定，未能达到标准化、系列化，还不能完全满足各种工业领域的抛光要求，因此必须迎头赶上。2 稀土抛光粉的种类2.1 以稀土抛光粉中C e O 2 量来划分稀土抛光粉的主要成分是 CeO2 ，据其 CeO2 量的高低可将铈抛光粉分为两大类 : 一类是 CeO2 含量高的价高质优的高铈抛光粉 ，一般 CeO2/TREO 80% ，另一类是 CeO2 含量低的廉价的低铈抛光粉，其铈含量在 50% 左右，或者低于 50% ，其余由 La2O3 ， Nd2O3 ， Pr6O11 组成。对于高铈抛光粉来讲 ，氧化铈的品位越高 ，抛光能力越大 ，使用寿命也增加 ，特别是硬质玻璃长时间循环抛光时 ( 石英、光学镜头等 ) ，以使用高品位的铈抛光粉为宜。低铈抛光粉一般含有 50% 左右的 CeO2 ， 其余 50% 为 La2O3?SO3 ， Nd2O3?SO3 ， Pr6O11?SO3 等碱性无水硫酸盐或 LaOF 、 NdOF 、 PrOF 等碱性氟化物 ，此类抛光粉特点是成本低及初始抛光能力与高铈抛光粉比几乎没有两样 ，因而广泛用于平板玻璃、显像管玻璃、眼镜片等的玻璃抛光，但使用寿命难免要比高铈抛光粉低。2.2 以稀土抛光粉的大小及粒度分布来划分稀土抛光粉的粒度及粒度分布对抛光粉性能有重要影响。对于一定组分和加工工艺的抛光粉，平均颗粒尺寸越大，则玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多数情况下，颗粒尺寸约为 4m 的抛光粉磨削速度最大。相反地，如果抛光粉颗粒平均粒度较小，则磨削量减少 ，磨削速度降低，玻璃表面平整度提高，标准抛光粉一般有较窄的粒度分布，太细和太粗的颗粒很少，无大颗粒的抛光粉能抛光出高质量的表面，而细颗粒少的抛光粉能提高磨削速度。此外，稀土抛光粉也可以根据其添加剂的不同种类来划分，稀土抛光粉生产技术属于微粉工程技术， 稀土抛光粉属于超细粉体，国际上一般将超细粉体分 3 种：纳米级 (1nm 100nm); 亚微米级 ( 100nm 1 m ) ; 微米级 ( 1m 100 m ) ，据此分类方法，稀土抛光粉可以分为： 纳米级稀土抛光粉、亚微米级稀土抛光粉及微米级稀土抛光粉 3 类，通常我们使用的稀土抛光粉一般为微米级，其粒度分布在 1 m 10 m之间 ，稀土抛光粉根据其物理化学性质一般使用在玻璃抛光的最后工序，进行精磨 ，因此其粒度分布一般不大于 10 m，粒度大于 10 m的抛光粉 ( 包括稀土抛光粉 ) 大多用在玻璃加工初期的粗磨。小于 1 m的亚微米级稀土抛光粉，由于在液晶显示器与电脑光盘领域的应用逐渐受到重视，产量逐年提高。纳米级稀土抛光粉目前也已经问世，随着现代科学技术的发展，其应用前景不可预测，但目前其市场份额还很小，属于研发阶段。3、稀土抛光粉生产工艺概述3.1 生产原料目前，我国生产铈系稀土抛光粉的原料有下列几种 :(1) 氧化铈 (CeO2) ，由混合稀土盐类经分离后所得 (w(CeO2)=99%); (2) 混合稀土氢氧化物 (RE(OH)3) ，为稀土精矿 (w(REO)50%) 化学处理后的中间原料 (w(REO)=65% ， w(CeO2)48%);(3) 混合氯化稀土 (RECl3) ，从混合氯化稀土中萃取分离得到的少铕氯化稀土 ( 主要含 La ， Ce ， Pr 和 Nd ， w(REO)45% ， w(CeO2)50%); (4) 高品位稀土精矿 (w(REO)60% ， w(CeO2)48%) ，有内蒙古包头混合型稀土精矿，山东微山和四川冕宁的氟碳铈矿精矿。以上原料中除第 1 种外，第 2 ， 3 ， 4 种均含轻稀土 (w(REO)98%) ，且以 CeO2 为主， w(CeO2) 为 48% 50% 。这些原料均供应充足，这是我国大力发展铈系稀土抛光粉的物质基础和优势。3.2 生产工艺及设备3.2.1 高铈系稀土抛光粉的生产以稀土混合物分离后的氧化铈为原料，以物理化学方法加工成硬度大，粒度均匀、细小，呈面心立方晶体的粉末产品。其主要工艺过程为 :原料 高温 煅烧 水淬 水力分级 过滤 烘干 高级铈系稀土抛光粉产品。主要设备有 : 煅烧炉，水淬槽，分级器，过滤机，烘干箱。主要指标 : 产品中 w(REO)=99% ， w(CeO2)=99%; 稀土回收率约 95%; 平均粒经 1 m 6m( 或粒度为 200 目 300 目 ) ，晶形完好。该产品适用于高速抛光。这种高铈抛光粉最早代替了古典抛光的氧化铁粉（红粉）。3.2.2 中铈系稀土抛光粉的制备用混合稀土氢氧化物 (w(REO)=65% ， w(CeO2)48%) 为原料，以化学方法预处理得稀土盐溶液，加入中间体 ( 沉淀剂 ) 使转化成 w(CeO2)=80% 85% 的中级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为 :原料 氧化 优溶 过滤 酸溶 沉淀 洗涤过滤 高温煅烧 细磨筛分 中级铈系稀土抛光粉产品。主要设备有 : 氧化槽，优溶槽，酸溶槽，沉淀槽，过滤机，煅烧炉，细磨筛分机及包装机。主要指标 : 产品中 w(REO)=90% ， w(CeO2) =80% 85% ; 稀土回收率约 95% ; 平均粒度 0.4 m 1.3m 。该产品适用于高速抛光，比高级铈稀土抛光粉进行高速抛光的性能更为优良。3.2.3 低铈系稀土抛光粉的制备以少铕氯化稀土 (w(REO)45% ， w(CeO2)48%) 为原料，以合成中间体 ( 沉淀剂 ) 进行复盐沉淀等处理，可制备低级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为 :原料 溶解 复盐沉淀 过滤洗涤 高温煅烧 粉碎 细磨筛分 低级铈系稀土抛光粉产品。主要设备有 : 溶解槽，沉淀槽，过滤机，煅烧炉，粉碎机，细磨筛分机。主要指标 : 产品中 w(REO)=85% 90% ， w(CeO2)=48% 50%; 稀土回收率约 95%; 平均粒径 0.5 m 1.5m( 或粒度 320 目 400 目 ) 。该产品适合于光学玻璃等的高速抛光之用。用混合型的氟碳铈矿高品位稀土精矿 (w(REO)60% ， w(CeO2)48%) 为原料，直接用化学和物理的方法加工处理，如磨细、煅烧及筛分等可直接生产低级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为 :原料 干法细磨 配料 混粉 焙烧 磨细筛分 低级铈系稀土抛光粉产品。主要设备有 : 球磨机，混料机，焙烧炉，筛分机等。 主要指标 : 产品中 w(REO)95% ， w(CeO2)50%; 稀土回收率 95%; 产品粒度为 1.5 m 2.5m 。该产品适合于眼镜片、电视机显象管的高速抛光之用。目前，国内生产的低级铈系稀土抛光粉的量最多，约占总产量的 90% 以上。4、稀土抛光粉的应用在工业上用于制品的抛光粉应具有一定纯度和化学活性；有固定的晶形结构；颗粒均匀和有棱角；有较高的硬度和比重。工业上曾用过的抛光粉有铝、锌、铬、锰、钛、锆、硅、铁和稀土等十多种金属氧化物。在这些抛光粉中铈系稀土抛光粉的抛光效果最佳，它已取代了其它抛光粉（如 SiO2 ， ZrO2 和 Fe2O3 ）的应用，故目前将铈系稀土抛光粉称为 “ 抛光粉之王 ” 。由于铈系稀土抛光粉具有较优的化学与物理性能，所以在工业制品抛光中获得了广泛的应用，如已在各种光学玻璃器件、电视机显像管、光学眼镜片、示波管、平板玻璃、半导体晶片和金属精密制品等的抛光。我国已有的三大品级共 11 种牌号的铈系稀土抛光粉（见表 1 ），它们的具体使用状况为：我国具有丰富的铈资源，据测算，其工业储量约为 1800 万吨（以 CeO2 计），这为今后我国持续发展稀土抛光粉奠定了坚实的基础，也是我国独有的一大优势，并可促进我国稀土工业继续高速发展。级别 牌号 化学成份 /% 平均粒度 / m 物理性能 ( 粒度 / 筛目 ) 比重 /(g/cm 3) 规格 / 个 REO CeO2 F ( 一 ) 高级铈稀土抛光粉 高铈粉 1 型 - 99 - 1 6 6.5 8.0 1 铈粉型 - 99 - 200 400 7.0 1 A-8 型 - 99 - 300 400 6.5 7.0 3 ( 二 ) 中级铈稀土抛光粉 739 型 90 80 85 3 6 0.4 1.3 6.0 7.1 2 771 型 82 48 0.7 3.0 5.8 7.0 1 795 型 90 50 320 400 5.8 6.4 1 797 型 88 48 4 7 0.5 1.5 5.5 6.4 3 ( 三 ) 低级铈稀土抛光粉 817 型 90 45 3 6 320 5.8 6.4 1 877 型 84 48 6 8 0.5 2.0 6.5 7.0 1 C 1 型 85 45 4 7 100 200 6.5 7.0 2 H-500 型 95 50 1.5 2.5 5.6 6.4 3 高铈系稀土抛光粉，主要适用于精密光学镜头的高速抛光。实践表明，该抛光粉的性能优良，抛光效果较好，由于价格较高，国内的使用量较少。 中铈系稀土抛光粉，主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光。该抛光粉与高铈粉比较，可使抛光粉的液体浓度降低 11% ，抛光速率提高 35% ，制品的光洁度可提高一级，抛光粉的使用寿命可提高 30% 。目前国内使用这种抛光粉的用量尚少，有待于今后继续开发新用途。低铈系稀土抛光粉，如 771 型适用于光学眼镜片及金属制品的高速抛光 ;797 型和 C 1 型适用于电视机显象管、眼镜片和平板玻璃等的抛光； H 500 型和 877 型适用于电视机显象管的抛光。此外，其它抛光粉用于对光学仪器，摄像机和照像机镜头等的抛光，这类抛光粉国内用量最多，约占国内总用量 85% 以上。5 稀土抛光粉的市场在稀土抛光粉的消费中，日本是最大的消费者，每年约生产 3550 吨 4000 吨抛光粉，产值 35 亿 40 亿日元，还从法国、美国和中国进口部分抛光粉。其中最大的抛光粉消费市场是彩电阴极射线管。二十世纪 90 年代中期，日本阴极射线管的生产转向海外，而平面显示产品产量迅速增加，对铈基抛光粉的需求量也迅速增加。估计日本在液晶显示用平面显示器生产上消费的抛光粉约占其市场的 50% 。 90 年代以来，日本将其阴极射线管用抛光粉的生产技术和设备向海外转移，如 : 日本清美化学从 1989 年开始在海外生产阴极射线管用铈基抛光粉。 1989 年在台湾建立了一家独资企业， 1990 年投入生产，目前的生产能力为每年 1000 吨。 1997 年又与我国包头钢铁公司合资在包头建立了一家专门生产彩电阴极射线管、电子管和平板玻璃抛光用抛光粉的企业。设计能力为每年 1200 吨，所用原料为高品位氟碳铈矿和富铈碳酸稀土。因此，新日本金属化学公司的阴极射线管用抛光粉因受来自中国大陆和台湾大量低价抛光粉的冲击也有意从事用于液晶显示用高性能抛光粉的生产。东北金属化学公司计划专门从事光学镜头和液晶显示屏用抛光粉的生产。6、结束语我国的稀土抛光粉行业从无到有，从小到大，已走过了近 50 年的历史。目前我国在生产、应用、市场和技术设备等方面已取得很大的成就和发展，在世界同行业中已占主导地位，并成为世界稀土抛光粉的生产和供应大国。今后要加快技术设备的创新，提高生产水平。要加速产品标准化和系列化的进程，要增加新品种，提高产品质量，努力提高产品出口量，占领国际市场。 一种含Ce3+的稀土抛光粉及其制备方法 本发明提供了一种含Ce3+的稀土抛光粉及其制备方法。该稀土抛光粉的Ce3+/Ce(mol比)为0.5-20。低价铈在氧化铈晶格中的存在，促进了Ce4+与Ce3+之间的转化，增强了抛光过程中抛光粉与玻璃之间羟基水合物软化层的形成，大大增强了粉体的抛光性能。稀土抛光粉中含Ce3+，抛光粉的悬浮性能好，分散性强，应用到玻璃抛光中切削力大，对玻璃抛光面划痕少，抛光平整度高。含Ce3+的稀土抛光粉制备工艺流程简单，工艺容易控制，易于工业化生产。200810043912-高精度稀土抛光粉及其制备方法 本发明公开了一种高精度稀土抛光粉及其制备方法，其特征在于：D50粒径为0.501.80m；且满足：D100.5D50，D902D50，D1003D50；本发明将硝酸镧铈或氯化镧铈镨溶液加入pH为4.55.5的草酸氨溶液，生成单分散的草酸镧铈或草酸镧铈镨沉淀，然后以将其作为晶种，制备所述高精度稀土抛光粉。采用本发明的方法获得的高精度稀土抛光粉，无需进行气流粉碎和精密分级，具有中位径粒小，粒度分布范围窄的特点，抛光粉的耐磨性和抛光精度稳定性容易控制，产品质量波动小。200710045691-一种液晶显示器抛光粉的生产方法 一种液晶显示器抛光粉的生产方法。其步骤如下：室温下在REO80100克/升、CeO2/REO70的氯化稀土溶液中，搅拌下加含量为3040的氟硅酸，5分钟后加添加剂A，升温7080并保持温度，加混合沉淀剂溶液，至反应终点，pH值为7，搅拌10分钟；静置35小时，虹吸去上清液；搅拌下加冷水至近满槽，停搅拌前加絮凝剂溶液至出现絮凝效果，静置、沉降、虹吸去上清液，如此三遍；洗后升温至98保持10分钟，放料过120目不锈钢筛；固液分离真空抽滤加离心机脱水；滤饼移入石英材料匣钵，装料厚度9cm，送入900隔焰隧道窑，经预热段失水和一定程度分解转化后，于900高温段焙烧34小时，再过冷却段降温至400出窑；焙烧物冷却至近室温，进行分级处理，合格品为产品。200810046208-抛光光学元件的复配抛光粉及制备方法和抛光工艺 本发明抛光光学元件的复配抛光粉及制备方法以及抛光工艺属于光学元件的抛光用的消耗性材料以及制备方法，以及用该抛光粉的抛光工艺。抛光粉由按重量比为0.5份3.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成，三氧化二铬粉的粒度为0.050.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.050.10微米。抛光工艺包括1)上光学元件的抛光模、2)填抛光粉、3)放上镜盘、4)固定镜盘、5)摩擦抛光。抛光模是由按重量比为500份的抛光沥青，和20200份的三氧化二铝粉组成；该抛光工艺中用本发明的抛光粉和抛光模对硒化锌光学元件的抛光可达表面光洁度可达到20-10以上。200710118800-一种铈与非铈稀土的分离以及铈基抛光粉的制备方法 本发明涉及一种从混合稀土中分离铈与非铈稀土，并副产铈基抛光粉的技术。本发明采用高温氟化的方法，向含铈的混合稀土中加入氟，氟加入比例为CeO2重量比的1-50wt，200-800下高温氟化0.5-8hr，氟优先与铈反应形成不溶于酸的铈氟化合物，加酸溶解后，可溶于酸的非铈稀土溶解在溶液中，铈留在渣中，可轻易实现铈与非铈分离的目的。优溶渣中为铈和氟，与铈基抛光粉的主成分相同，经过洗涤灼烧后可得到粒度均匀的颗粒，D5025m，符合抛光粉应用的标准。整个流程减少固液分离步骤，降低辅料消耗，设备单产提高，稀土收率提高，生产过程污染小，没有含F废水的排放，且将价值较低的优溶渣产品做成了高附加值的抛光粉，极大的提高了生产效益。200710065388-一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺 本发明提供了一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺。该工艺通过氨水、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或几种的混合物为沉淀剂，在沉淀后的浆液中加入铵盐和氟离子调节母液中的离子强度，从而增大浆液中固体颗粒的表面电性，高温陈化后，过滤，滤饼干燥、灼烧、球磨过筛后可以得到分散性好、球化度高、超细的稀土抛光粉。得到的抛光粉平均粒径在0.022.0um之间，0比表面积BET10m2/g，粉体呈分散好的球形。该粉体用于光学玻璃抛光、晶体抛光、显示屏抛光等切削力强，划痕少，使用时间长。200710000112-稀土精矿制备高铈钠米量级稀土抛光粉的方法 一种稀土精矿制备高铈钠米量级稀土抛光粉的方法，其特征是：生产步骤为用碳酸氢铵沉淀法从稀土精矿浓硫酸焙烧、水浸液中直接制得混合碳酸稀土；混合碳酸稀土与0.5-2份碱混合，加热至600-800，使混合物熔融，并于熔融状态保温1-4小时，冷却、粉碎、然后加入HF45的工业氢氟酸，其加入量为稀土精矿粉重量的10-20，得到氟氧化稀土富集物；氟氧化稀富集物，粉碎，水洗，滤水，在搅拌机中混合均匀，然后装入带筛高能球磨机中，充入氮气，进行湿粉高能球磨；高能球磨室后筛的下方带有高压气流旋转通道，筛下的粉在高速气流推动下，对粉体的水分进行甩干处理，再进行烘干，得粉粒尺寸500nm的到成品抛光粉。200710300043-使用高岭土生产抛光粉的方法 使用高岭土生产抛光粉的方法属于抛光材料的制备技术领域，是一种利用高岭土为原材料来制备抛光粉的技术。对高岭土进行磨矿和分级加工，使矿粉最大粒径控制在5m以下，然后对其进行脱水、干燥和煅烧，形成抛光粉；按照本发明的生产方法生产出的高岭土抛光粉，对光学玻璃的抛光效果达到了国标规定的级标准，能满足光学玻璃抛光的需要，能抛光硬度小于7.0的各种材料，也可以将生产出的高岭土抛光粉与树脂混炼，制成抛光块，用于大理岩、花岗岩等石材的抛光。200510030027-一种富铈稀土抛光粉的生产方法 本发明公开了一种富铈稀土抛光粉的生产方法。包括如下步骤：晶种制备、沉淀获得碳酸镧铈、氟化获得氟碳酸镧铈、焙烧得到富铈稀土抛光粉。本发明通过采用在碳酸盐沉淀前加入草酸盐晶种这一新型生产工艺，使所得到的富铈稀土抛光粉的单晶颗粒达到1-2微米。采用本发明的方法获得的富铈稀土抛光粉，无需进行气流粉碎和精密分级，抛光粉的耐磨性更好、磨削率更高，抛光精度稳定性更容易控制，产品质量波动较小。2006100