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随着我国稀土抛光粉产业的快速发展,铈基稀土抛光粉具有磨削能力强、抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点,已经取代了过去使用的氧化铁磨粉。目前该产品在我国发展较快,应用范围广,且经济价值高,具有较好的发展前景。
铈基稀土抛光粉成分主要包括:La、Ce、Pr、Nd、O、F、Fe、S等化学元素,其中CeO2是主要的有效抛光成分,其他稀土元素主要固溶于CeO2的晶格中,从而改变CeO2晶体的形貌、结构及抛光性能,F、S等元素也会影响抛光粉的晶形、颜色和抛光能力。
稀土抛光粉独特的晶体结构和化学性质,使抛光粉拥有优良的抛光性能。氧化铈通常呈现为一种立方萤石晶体结构,空间群为Fm3m。Ce的价电子层结构是4f15d16s2,外层电子和内部电子间能量差很小,因此,氧化铈有三价和四价两种价态形式。在外部环境的影响下,Ce3+和Ce4+可以相互转化,并伴随着氧空位的形成和消失,基于这种性质,氧化铈具有较强的反应活性,氧化铈磨粒能在工件表面生成易于去除的化学齿,以获得优异的抛光性能。
稀土抛光粉的制备主要有以下几种方式。
氟碳铈矿铈富集物焙烧制备稀土抛光粉
以氟碳酸镧铈精矿(Bastnasite,CeO2/TREO>50%,TREO>70%)为原料,经球磨、焙烧、调浆、过筛(500 mesh)、干燥、分解破碎,最后包装制成产品。该工艺对原料要求不高,生产设备简单,充分利用了氟碳铈矿里的氟元素。该产品曾经大量用于CRT显示器玻壳的抛光研磨。但该产品最大的问题是精矿里的放射性元素未分离,直接应用给环境带来较大隐患。矿中的脉石如石英、重晶石也进入产品,使其应用范围受到限制。随着CRT显示器玻壳被液晶显示器取代,该种抛光粉已不生产。
碳酸稀土焙烧法制备稀土抛光粉
以碳酸镧铈镨(TREO:45%,CeO2>58%)为原料,经干燥、球磨、氢氟酸氟化、再干燥、焙烧、分解破碎、分级,最后混料包装。该工艺采用分离产品少钕碳酸稀土为原料保障了原料的纯净度,且各工序控制严格,得到的产品品质好,多用于精密器件的抛光。
以分离后的铈化合物为原料制备高铈稀土抛光粉
用硝酸稀土、氢氧化铈或碳酸盐等为原料,经萃取分离为单一稀土镧和铈再配成混合物料液(CeO2/TREO=70%,La2O3/TREO=30%),经沉淀制备出氟碳酸镧铈。其主要工艺流程为:分离后的铈化合物→溶解→沉淀→过滤→焙烧→细磨分级→产品。其中由硝酸稀土沉淀的碳酸稀土为六方晶体相。该工艺制备的稀土抛光粉通用性强,多被用作精密镜头抛光。
以氯化稀土为原料制备含氟稀土抛光粉
使用氯化稀土(LaCePrCln﹒nH2O)为原料,加入碳酸氢钠和氟硅酸钠进行沉淀,过滤后加水洗涤,再经干燥、灼烧、加水过筛后干燥,最终形成产品进行包装。该工艺流程的设备简单,缺点是所制得的抛光粉粒度大,抛蚀量过高。
以碳酸镧铈为原料制备含氟稀土抛光粉
将碳酸镧铈作为原料,用盐酸溶解,加入碳酸氢钠、氟化钠和磷酸生成沉淀,待沉淀完全后水洗、过滤、灼烧,再加水调浆,经球磨、喷雾干燥、气流粉碎分级后,形成产品。由于磷的作用,其产品通用性好,适合球面抛光。
以氟化镧铈为原料制备高铈抛光粉
国内某公司生产高铈抛光粉,其工艺以碳酸镧铈和氟化镧铈为原料,加水调制成浆后,经球磨、干燥、粉碎和分级,最后形成产品进行包装。该制备工艺操作简单,减少了氢氟酸的加入,提高了操作过程的安全性,且产品收率高。
参考来源:
[1]中国粉体网
[2]周筱桐,稀土抛光粉再生利用技术的研究
[3]贾培杰等 稀土抛光粉制备工艺优化及性能研究
[4]胡珊珊等,稀土抛光粉产业发展现状与前景
(中国粉体网编辑整理/山林)
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