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发表于 2022-6-5 18:25:00
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稀土抛光粉的发展现状及应用
【摘 要】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” 。
【关键词】稀土、抛光粉、稀土抛光粉
【正 文】
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” 。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
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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4µm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(1nm100nm) ;亚微米级( 100nm1µ) ;微米级( 1µm100µ) 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1µ10µ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10µ粒度大于10µ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1µ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→
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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1µ6µm(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0.4µ1.3µm 。
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0.5µ1.5µm(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1.5µ2.5µm 。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。
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我国已有的三大品级共11种牌号的铈系稀土抛光粉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。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C1型适用于电视机显象管、眼镜片和平板玻璃等的抛光 H500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 |
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