稀土抛光粉的发展与应用.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 e 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 ) ; 微米级 ( 1m 100 ) ，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 10 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 ，粒度大于 10 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 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 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 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 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 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。表 1近年来我国稀土抛光粉的品种与质量状况级别牌号化学成份 /%平均粒度/ 物理性能( 粒度 / 筛 目 )比重 /(g/cm 3)规格/ 个REOCeO2F( 一 ) 高级铈稀土抛 光粉高铈粉 1 型-99-1 66.5 8.01铈粉型-99-200 4007.01A-8 型-99-300 4006.5 7.03( 二 ) 中级铈稀土抛739 型9080 853 60.4 1.36.0 7.12771 型82480.7 3.05.8 7.01795 型9050320 4005.8 6.41797 型88484 70.5 1.55.5 6.43( 三 ) 低级铈稀土抛 光粉817 型90453 63205.8 6.41877 型84486 80.5 2.06.5 7.01C 1 型85454 7100 2006.5 7.02H-500 型95501.5 2.55.6 6.43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