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9、氧化铈抛光粉的生产及其应用和选择

作者:admin 发表时间:2012-8-27 23:05:50 阅读:
 
 
发展历史

  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,稀土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,激发了西方国家的研究热情。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。 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。

成分结构

  氧化铈抛光粉是指由氧化铈组份所组成的抛光粉,氧化铈抛光粉主要成份为二氧化铈(CeO2),其次分别为氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3),此外还含有微量的氧化硅、氧化铝和氧化钙, 另外有些型号的抛光粉为了提供抛光性能加入3-7%氟。

抛光粉晶型结构

在电子显微镜下氧化铈抛光粉的晶型结构

氧化铈抛光粉的使用

1、除了氧化铈抛光粉,其他抛光粉的材料:抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成,不同的材料的硬度不同,在水中的化学性质也不同,因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为9,氧化铈和氧化锆为7,氧化铁更低。氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高,硬度也相当,因此广泛用于玻璃的抛光。

2、氧化铈的颗粒度:粒度越大的氧化铈,磨削力越大,越适合于较硬的材料,ZF玻璃应该用偏细的抛光粉。要注意的是,所有的氧化铈的颗粒度都有一个分布问题,平均粒径或中位径D50的大小只决定了抛光速度的快慢,而最大粒径Dmax决定了抛光精度的高低。因此,要得到高精度要求,必须控制抛光粉的最大颗粒。

3、抛光粉的硬度:抛光粉的真实硬度与材料有关,如氧化铈的硬度就是莫氏硬度7左右,各种氧化铈都差不多。但不同的氧化铈体给人感觉硬度不同,是因为氧化铈抛光粉通常为团聚体,附图为一个抛光粉团聚体的电镜照片。由于烧成温度不同,团聚体的强度也不一样,因此使用时会有硬度不一样的感觉。当然,有的抛光粉中加入氧化铝等较硬的材料,表现出来的磨削率和耐磨性都会提高。

4、抛光浆料的浓度:抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度,浓度越大抛光速度越高。使用小颗粒抛光粉时,浆料浓度因适当调低。

5、氧化铈抛光粉的抛光模的选择:抛光模应该用软一点的。应该指出的是,很多聚氨酯抛光片中添加了氧化铈抛光粉。这些抛光粉的最大颗粒度同样决定了最终的抛光精度。依我之间,最好使用不加抛光粉的抛光模。

影响氧化铈抛光粉性能的指标

1、粉体的粒度大小:决定了抛光精度和速度,常用多少目和粉体的平均粒度大小来。过筛的筛网目数能掌握粉体相对的粒度的值,平均粒度决定了抛光粉颗粒大小的整体水平。

2、粉体莫氏硬度:硬度相对大的粉体具有较快的切削效果,同时添加一些助磨剂等等也同样能提高切削效果;不同的应用领域会有很大出入,包括自身加工工艺。

3、粉体悬浮性:好的粉要求抛光粉要有较好的悬浮性,粉体的形状和粒度大小对悬浮性能具有一定的影响,片形及粒度细些的抛光粉的悬浮性相对的要好一些,但不是决对的。抛光粉悬浮性能的提高也可通过加悬浮液(剂)来改善。

4、粉体的晶型:粉体的晶型是团聚在一起的单晶颗粒,决定了粉体的切削性、耐磨性及流动性。粉体团聚在一起的单晶颗粒在抛光过程中分离(破碎),使其切削性、耐磨性逐渐下降,不规则的六边形晶型颗粒具有良好的切削性、耐磨性和流动性。

5、外观颜色:原料中Pr的含量及灼烧温度等因素有关,镨含量越高,其粉体显棕红色。低铈抛光粉中含有大量的镨(铈镨料),使其显棕红色。高铈抛光粉,灼烧温度越高,其显偏白粉色,温度低(900度左右),其显淡黄色。

  综上所述,为了增加氧化铈抛光粉的抛光速度,通常在氧化铈抛光粉加入氟以增加磨削率。铈含量较低的混合稀土抛光粉通常掺有3-8的氟;纯氧化铈抛光粉通常不掺氟。对ZF或F系列的玻璃来说,因为本身硬度较小,而且材料本身的氟含量较高,因此因选用不含氟的抛光粉为好。

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。

生产工艺

(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 → 高铈稀土抛光粉产品。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%。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)。

(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 微米 ~ 1.3微米 。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)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微米~ 1.5微米 。

  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。

应用领域

  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。

·  主要用于平板玻璃、表蒙玻璃、工艺玻璃等抛光。普通光学玻璃、眼镜、玻璃模具抛光。精密光学玻璃、TN、STN,液晶玻璃基板、精密光学镜头等抛光。棱镜、透镜、投影机镜头抛光。LCD液晶玻璃、TFT、ITO导电玻璃、IC光掩膜等高精度抛光,也适用于金属抛光、工艺饰品、灯具等行业零件的粗抛光。

· 其中高铈系稀土抛光粉,主要适用于精密光学镜头的高速抛光。该抛光粉的性能优良,抛光效果较好,价格较高。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% 。低铈系稀土抛光粉,适用于电视机显像管、眼镜片和平板玻璃等的抛光。

选择氧化铈抛光粉

  选用抛光粉要根据抛光材质的不同,以及抛光精度的要求,选用合适型号的抛光粉。

  根据硬度相近相抛的原理,对不同材质硬度的玻璃要选用相应型号的抛光粉。再有就是根据抛光精度的要求,选用不同粒度范围的抛光粉,粒度指标主要有中心粒径D50,以及D10,D90等。粒度分布测试报告中峰值范围越小,越集中越好。比中心粒径小的粒子对抛光没什么作用,比中心粒径大的粒子会对抛光面造成划痕,所以粒度分布是个重要指标。

  另外,抛光粉中氧化铈的含量对抛光性能有一定的影响,但不同的被抛光材质要用相适应的含量氧化铈的抛光粉,其抛光效果才会更好。

  抛光粉的使用过程一般都是用水或其他介质做载体,虚浮在溶液中,因此其在水中的悬浮性也很重要,悬浮性差的抛光粉沉入容器底部不能随溶液循环使用,因此氧化铈抛光粉的悬浮性对抛光性能也有很大的影响。

  再有就是抛光粉的PH值等指标主要是为了保证抛光操作过程中对人体的安全性。


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