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稀土拋光粉

      拋光粉通常由氧化鈰、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻等組份組成,不同的材料的硬度不同,在水中的化學性質也不同,因此使用場合各不相同。氧化鋁和氧化鉻的莫氏硬度為9,氧化鈰和氧化鋯為7,氧化鐵更低。
      鈰基稀土拋光粉是較為重要的稀土產品之一。因其具有切削能力強,拋光時間短、拋光精度高、操作環境清潔等優點,故比其他拋光粉(如Fe2O3紅粉)的使用效果佳.目前該產品在我國發展較快,應用日廣,產量猛增,發展前景看好。
1.1稀土拋光粉的發展過程
      紅粉(氧化鐵)是歷史上較早使用的拋光材料,但它的拋光速度慢,而且鐵銹色的污染也無法消除。隨著稀土工業的發展,于二十世紀30年代,首先在歐洲出現了用稀土氧化物作拋光粉來拋光玻璃。在第二次世界大戰中,一個在伊利諾斯州羅克福德的WF和BarnesJ公司工作的雇員,于1943年提出了一種叫做巴林士粉(Barnesite)的稀土氧化物拋光粉,這種拋光粉很快在拋光精密光學儀器方面獲得成功。由于稀土拋光粉具有拋光效率高、質量好、污染小等優點,激起了美國等國家的群起研究。這樣,稀土拋光粉就以取代傳統拋光粉的趨勢迅速發展起來。
      國外于60年前開始生產稀土拋光粉,二十世紀90年代已形成各種標準化、系列化的產品達30多種規格牌號。
1.2稀土拋光粉的組成及分類
1.2.1以稀土拋光粉中CeO2量來劃分:
      稀土拋光粉的主要成分是CeO2,據其CeO2量的高低可將鈰拋光粉分為兩大類:一類是CeO2含量高的價高質優的高鈰拋光粉,一般CeO2/TREO≥80%,另一類是CeO2含量低的廉價的低鈰拋光粉,其鈰含量在50%左右,或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11組成。
      對于高鈰拋光粉來講,氧化鈰的品位越高,拋光能力越大,使用壽命也增加,特別是硬質玻璃長時間循環拋光時(石英、光學鏡頭等),以使用高品位的鈰拋光粉為宜。低鈰拋光粉一般含有50%左右的CeO2,其余50%為La2O3?SO3,Nd2O3?SO3,Pr6O11?SO3等堿性無水硫酸鹽或LaOF、NdOF、PrOF等堿性氟化物,此類拋光粉特點是成本低及初始拋光能力與高鈰拋光粉比幾乎沒有兩樣,因而廣泛用于平板玻璃、顯像管玻璃、眼鏡片等的玻璃拋光,但使用壽命難免要比高鈰拋光粉低。
1.2.2以稀土拋光粉的大小及粒度分布來劃分:
      稀土拋光粉的粒度及粒度分布對拋光粉性能有重要影響。
      對于一定組分和加工工藝的拋光粉,平均顆粒尺寸越大,則玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多數情況下,顆粒尺寸約為4μm的拋光粉磨削速度
較大。相反地,如果拋光粉顆粒平均粒度較小,則磨削量減少,磨削速度降低,玻璃表面平整度提高,標準拋光粉一般有較窄的粒度分布,太細和太粗的顆粒很少,無大顆粒的拋光粉能拋光出高質量的表面,而細顆粒少的拋光粉能提高磨削速度。此外,稀土拋光粉也可以根據其添加劑的不同種類來劃分,稀土拋光粉生產技術屬于微粉工程技術,稀土拋光粉屬于超細粉體,國際上一般將超細粉體分3種:納米級(1nm~100nm);亞微米級(100nm~1μm);微米級(1μm~100μm),據此分類方法,稀土拋光粉可以分為:納米級稀土拋光粉、亞微米級稀土拋光粉及微米級稀土拋光粉3類,通常我們使用的稀土拋光粉一般為微米級,其粒度分布在1μm~10μm之間,稀土拋光粉根據其物理化學性質一般使用在玻璃拋光的后邊工序,進行精磨,因此其粒度分布一般不大于10μm,粒度大于10μm的拋光粉(包括稀土拋光粉)大多用在玻璃加工初期的粗磨。小于1μm的亞微米級稀土拋光粉,由于在液晶顯示器與電腦光盤領域的應用逐漸受到重視,產量逐年提高。納米級稀土拋光粉目前也已經問世,隨著現代科學技術的發展,其應用前景不可預測,但目前其市場份額還很小,屬于研發階段。
1.3拋光粉的生產原料
      目前,我國生產鈰系稀土拋光粉的原料有下列幾種:(1)氧化鈰(CeO2),由混合稀土鹽類經分離后所得(w(CeO2)=99%);(2)混合稀土氫氧化物(RE(OH)3),為稀土精礦(w(REO)≥50%)化學處理后的中間原料(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%);(3)混合氯化稀土(RECl3),從混合氯化稀土中萃取分離得到的少銪氯化稀土(主要含La,Ce,Pr和Nd,w(REO)≥45%,w(CeO2)≥50%);(4)高品位稀土精礦(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%),有內蒙古包頭混合型稀土精礦,山東微山和四川冕寧的氟碳鈰礦精礦。
      以上原料中除第1種外,第2,3,4種均含輕稀土(w(REO)≈98%),且以CeO2為主,w(CeO2)為48%~50%.我國具有豐富的鈰資源,據測算,其工業儲量約為1800萬噸(以CeO2計),這為今后我國持續發展稀土拋光粉奠定了堅實的基礎,也是我國獨有的一大優勢,并可促進我國稀土工業繼續高速發展。
1.4主要生產工藝及設備
1.4.1高鈰系稀土拋光粉的生產
      以稀土混合物分離后的氧化鈰為原料,以物理化學方法加工成硬度大,粒度均勻、細小,呈面心立方晶體的粉末產品。其主要工藝過程為:原料→高溫→煅燒→水淬→水力分級→過濾→烘干→好的鈰系稀土拋光粉產品。
主要設備有:煅燒爐,水淬槽,分級器,過濾機,烘干箱。
主要指標:產品中w(REO)=99%,w(CeO2)=99%;稀土回收率約95%;平均粒經1μm~6μm(或粒度為200目~300目),晶形完好。該產品適用于高速拋光。這種高鈰拋光粉早代替了古典拋光的氧化鐵粉(紅粉)。
1.4.2中鈰系稀土拋光粉的制備
      用混合稀土氫氧化物(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%)為原料,以化學方法預處理得稀土鹽溶液,加入中間體(沉淀劑)使轉化成w(CeO2)=80%~85%的中級鈰系稀土拋光粉產品。其主要工藝過程為:
原料→氧化→優溶→過濾→酸溶→沉淀→洗滌過濾→高溫煅燒→細磨篩分→中級鈰系稀土拋光粉產品。主要設備:氧化槽,優溶槽,酸溶槽,沉淀槽,過濾機,煅燒爐,細磨篩分機及包裝機。
主要指標:產品中w(REO)=90%,w(CeO2)=80%~85%;稀土回收率約95%;平均粒度0.4μm~1.3μm.該產品適用于高速拋光,比好的鈰稀土拋光粉進行高速拋光的性能更為優良。
1.4.3低鈰系稀土拋光粉的制備
以少銪氯化稀土(w(REO)≥45%,w(CeO2)≥48%)為原料,以合成中間體(沉淀劑)進行復鹽沉淀等處理,可制備低級鈰系稀土拋光粉產品。其主要工藝過程為:
原料→溶解→復鹽沉淀→過濾洗滌→高溫煅燒→粉碎→細磨篩分→低級鈰系稀土拋光粉產品。
主要設備:

溶解槽,沉淀槽,過濾機,煅燒爐,粉碎機,細磨篩分機。主要指標:產品中w(REO)=85%~90%,w(CeO2)=48%~50%;稀土回收率約95%;平均粒徑0.5μm~1.5μm(或粒度320目~400目)。該產品適合于光學玻璃等的高速拋光之用。用混合型的氟碳鈰礦高品位稀土精礦(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%)為原料,直接用化學和物理的方法加工處理,如磨細、煅燒及篩分等可直接生產低級鈰系稀土拋光粉產品。
其主要工藝過程為:
原料→干法細磨→配料→混粉→焙燒→磨細篩分→低級鈰系稀土拋光粉產品。主要設備:球磨機,混料機,焙燒爐,篩分機等。主要指標:產品中w(REO)≥95%,w(CeO2)≥50%;稀土回收率≥95%;產品粒度為1.5μm~2.5μm.該產品適合于眼鏡片、電視機顯象管的高速拋光之用。目前,國內生產的低級鈰系稀土拋光粉的量較多,約占總產量的90%以上。
1.5稀土拋光粉的應用
      由于鈰系稀土拋光粉具有較優的化學與物理性能,所以在工業制品拋光中獲得了廣泛的應用,如已在各種
光學玻璃器件、電視機顯像管、光學眼鏡片、示波管、平板玻璃、半導體晶片金屬精密制品等的拋光。

      拋光是指利用機械、化學或電化學的作用,使工件表面粗糙度降低,以獲得光亮、平整表面的加工方法。是利用拋光工具和磨料顆?;蚱渌麙伖饨橘|對工件表面進行的修飾加工。

      拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度,而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的,有時也用以消除光澤(消光)。通常以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成,兩側用金屬圓板夾緊,其輪緣涂敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。

      拋光時,高速旋轉的拋光輪(圓周速度在20米/秒以上)壓向工件,使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削,從而獲得光亮的加工表面,表面粗糙度一般可達Ra0.63~0.01微米;當采用非油脂性的消光拋光劑時,可對光亮表面消光以改善外觀。 大批量生產軸承鋼球時,常采用滾筒拋光的方法。

      粗拋時將大量鋼球、石灰和磨料放在傾斜的罐狀滾筒中,滾筒轉動時,使鋼球與磨料等在筒內隨機地滾動碰撞以達到去除表面凸鋒而減小表面粗糙度的目的,可去除0.01毫米左右的余量。

      精拋時在木桶中裝入鋼球和毛皮碎塊,連續轉動數小時可得到耀眼光亮的表面。精密線紋尺的拋光是將加工表面浸在拋光液中進行的,拋光液由粒度為W5~W0.5的氧化鉻微粉和乳化液混合而成。 拋光輪采用材質勻細經脫脂處理的木材或特制的細毛氈制成,其運動軌跡為均勻稠密的網狀,拋光后的表面粗糙度不大于Ra0.01微米,在放大40倍的顯微鏡下觀察不到任何表面缺陷。此外還有電解拋光等方法。

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