CN103555206B

CN103555206B - 稀土抛光粉及其制备方法

Info

Publication number: CN103555206B
Application number: CN201310501157.8A
Authority: CN
Inventors: 赵月昌; 高玮; 陈曦; 倪萍; 赵秀娟; 王昕�
Original assignee: SHANGHAI HUAMING GONA RARE EARTH NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUAMING GONA RARE EARTH NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN103555206A

Abstract

本发明提供了稀土抛光粉及其制备方法。稀土抛光粉由稀土氧化物和硅酸铝组成；其中稀土氧化物为氧化镧铈或氧化镧铈镨；稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为66-85%；其余为硅酸铝。该稀土抛光粉通过将碳酸稀土与硅铝酸盐配浆、球磨、干燥、焙烧、粉碎而制得。与现有技术相比，本发明制备的稀土抛光粉由于不引入氟，在应用过程中操作条件温和，抛蚀量和耐磨性高等优点；该产品的生产过程具有制备工艺简单，无环境污染，成本低等优点。

Description

稀土抛光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀土抛光粉及其制备方法，更确切地说，是关于一种以铈基稀土化合物为原料，经化学法制得的应用于显示器及显示屏的玻璃基板、光学玻璃元件等表面抛光处理的无氟铈基混合稀土抛光粉及其制备方法。

背景技术

稀土抛光粉是稀土产品的重要延伸产品，它具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点。高精度稀土抛光材料以其粒度均匀、硬度适中、抛光效率高、抛光质量好、使用寿命长以及清洁环保等优点，在液晶显示屏产业中发挥至关重要的作用，成为电子及微电子信息产业发展的关键化学品之一。自20世纪40年代发明稀土抛光粉以来，生产量与应用量逐渐增加。稀土抛光粉的生产工艺随着稀土分离工艺的进步而改变。近几年随着信息产业的快速发展，液晶显示、平面显示、光学元件等对抛光粉的需求越来越多，抛光精度要求越来越高。

目前，市场上的稀土抛光粉是一种混合稀土氧化物，主要是由氧化铈（CeO₂）为主要成分，同时含有氧化镧（La₂O₃）、氧化镨（Pr₆O₁₁）的一种或两种。根据氧化铈（CeO₂）含量占稀土氧化物(TREO)总含量的比例可分为两个主要类别，一类是高铈含量，一类是低铈含量。制造这些类别铈基稀土抛光粉的方法并无大异。

早期的稀土抛光粉以氟碳铈矿为主要原料，从粉碎原料开始，然后再进行化学处理(湿处理)。化学处理方法包括氟化作用，即加入氟组分以确保铈基稀土抛光粉的高研磨性能，并用无机酸处理除去碱金属(如钠)以防焙烧过程中粒子的异常生长。对经过湿处理的原料进行过滤、干燥、高温焙烧，使原料粒子互相烧结在一起，再次粉碎和分级，制得所需粒度和粒度分布的稀土抛光粉。后来又发展为以混合碳酸稀土为原料进行生产。随着稀土分离成本的降低，采用铈含量更高的稀土原料生产稀土抛光粉已不再增加稀土抛光粉的成本，甚至其生产成本更低。

铈基稀土抛光粉广泛使用的原因是铈基稀土抛光粉除了能形成高精度的研磨面外，还能在较短的时间内磨去大量玻璃而获得高研磨值。这里，对于铈基稀土抛光粉的研磨机理不必确定明确的定论，但是据说磨料中所含的氟组分起重要作用。也就是说，除了氧化铈的机械研磨作用以外，还同时发生如下化学研磨作用:磨料中所含的氟组分和玻璃表面发生反应，使玻璃成为氟化物而加快玻璃表面的侵蚀。因此，对于铈基稀土抛光粉，认为在机械作用和化学作用两者都充分进行时能发挥从未有过的良好研磨特性。因此，目前的稀土抛光粉中均含有氟成分。

CN101899281A公开了一种稀土抛光粉及其制造方法，该抛光粉作为研磨材料，含有氧化铈，氧化镧、氧化镨，其稀土总量TREO在90wt%以上，同时877-3型稀土抛光粉稀土总量TREO中，CeO₂含量的比例占70-80%,La₂0₃含量的比例占19-29%，Pr₆0₁₁含量比例占0.05-2%，Nd₂0₃含量比例小于0.2%;为保证必要的研磨速度，在湿法合成工序配入了起化学作用的氟F元素，并控制产品粒度的初步形成，因此所制得的877-3型稀土抛光粉能够迅速得到抛光效果好的研磨表面。

CN101155891A提供研磨速度快、可得到伤痕的发生少、表面粗糙度小的高精度研磨面，并且安全、制造工序简便、且廉价的氧化铈系研磨材料及其制造方法。本发明的氧化铈系研磨材料的制造方法，包括(a)在含铈的轻稀土类盐的水溶液中添加沉淀剂，使轻稀土类的盐析出，得到含有轻稀土类盐粒子的第1浆液的工序(b)在含有轻稀土类盐粒子的浆液中添加氟化剂，使轻稀士类的盐和氟化剂反应，得到含有轻稀土类氟化物粒子的第2浆液的工序(c)将第1浆液和第2浆液混合，得到混合浆液的工序;及(d)对混合浆液进行干燥和烧成的工序。

但是，目前稀土抛光粉的制备过程中，氟化处理条件、焙烧温度、分级条件等目前都是靠经验来决定的，但它们之间的关系并不那么简单，尤其是把焙烧温度、分级条件这样的制造工艺作为标准是很难推定研磨特性的。同时不均匀的氟化反应会在燃烧时形成混合稀土氟化物的硬块，或导致保留下未反应的稀土氧化物颗粒。混合稀土氟化物颗粒的硬块导致划痕。另外，如果保留了未反应的稀土氧化物颗粒，则不能在长时间内保持高抛光速率。

同时，在目前的稀土抛光粉的制备过程中，由于氟元素的引入，无论是制备过程中氟化氢的溢出，还是焙烧过程中氟化稀土的升华等，均对环境引起很大的污染，给后处理增加了很多的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土抛光粉及其制备方法，以满足商业对生产成本及日益严格的抛光精度的要求，克服现有技术引入氟元素而存在的上述缺陷。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种稀土抛光粉，其特征在于：由硅酸铝和稀土氧化物组成。

进一步，所述稀土氧化物为氧化镧铈或氧化镧铈镨；所述稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为66-85%，其余为硅酸铝。

进一步，所述稀土氧化物为氧化镧铈或氧化镧铈镨；所述氧化镧铈或氧化镧铈镨的CeO₂/TREO为60%～70%；所述氧化镧铈镨的Pr₆O₁₁/TREO为3%～5%；其余为氧化镧。

作为本发明的第二方面，一种稀土抛光粉及其的制备方法，包括以下步骤：

（1）球磨：在搅拌条件下，将碳酸稀土与硅铝酸盐加入至水中，配成固含量为40-60%的浆液，球磨至D50为2-3μm，然后转入反应罐中，加热至60-80℃，保温2～5h，得浆液A；

（2）干燥：将浆液A在120～180℃下干燥10-20h；

（3）焙烧：将干燥后的物料在960-1030℃下焙烧3.5-5.5h；

（4）破碎：将焙烧后的物料经破碎至D50为1.5～2.5μm，得所述稀土抛光粉。

其中，步骤（1）中，所述碳酸稀土为碳酸镧铈或碳酸镧铈镨中的一种，其中，碳酸镧铈或碳酸镧铈镨的TREO为45%～50%，碳酸镧铈或碳酸镧铈镨的CeO₂/TREO为60%～70%；所述碳酸镧铈镨的Pr₆O₁₁/TREO为3%～5%。

其中，步骤（1）中，所述硅铝酸盐选自高岭土、膨润土、埃洛石或硅酸镁铝中的任意一种或组合。

其中，步骤（1）中，碳酸稀土占碳酸稀土与硅铝酸盐质量总和的80-90%。

所述硅铝酸盐的灼减失重为10-17%。

术语“REO”指的是稀土氧化物（Rare Earth Oxide的缩写）；

术语“TREO”指的是稀土氧化物总量（Total Rare Earth Oxides的缩写）

术语“CeO₂/TREO”指的是氧化铈占稀土氧化物总量的比例；

术语“D50”指的是一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的稀土抛光粉由于不引入氟，在应用过程中操作条件温和，抛蚀量和耐磨性高等优点；该产品的生产过程具有制备工艺简单，无环境污染，成本低等优点。

附图说明

图1为实施例1制备的抛光粉的粒度分布图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

颗粒度测试方法是采用激光散射原理的激光粒度仪测得，采用珠海欧美克LS-POP(Ⅵ)型激光粒度仪。

实施例1

在搅拌条件下，将80g碳酸镧铈（TREO为45%,CeO₂/TREO为60%）、20g高岭土（灼减失重为15%）加入到150g水中，经球磨至D50为2.02μm后，转入反应罐中，加入至60℃，保温5h，在120℃保温20h。然后在960℃下焙烧5.5h后，经气流粉碎至D50为1.51μm，得稀土抛光粉。稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为68%，硅酸铝的质量含量为32%。图1为实施例1制备的抛光粉的粒度分布图。

实施例2

在搅拌条件下，将90g碳酸镧铈（TREO为45%,CeO₂/TREO为63%，Pr₆O₁₁/TREO为3%）、10g膨润土（灼减失重为15%）加入到67g水中，经球磨至D50为2.97μm后，转入反应罐中，加入至80℃，保温2h，在180℃保温10h。然后在1030℃下焙烧3.5h后，经气流粉碎至D50为2.98μm，得稀土抛光粉。稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为82.6%，硅酸铝的质量含量为17.4%。

实施例3

在搅拌条件下，将85g碳酸镧铈（TREO为45%,CeO₂/TREO为70%，Pr₆O₁₁/TREO为5%）、10g高岭土（灼减失重为15%），5g硅酸镁铝（灼减失重为17%）加入到170g水中，经球磨至D50为2.53μm后，转入反应罐中，加入至70℃，保温4h，在160℃保温15h。然后在1000℃下焙烧4.5h后，经气流粉碎至D50为2.32μm，得稀土抛光粉。稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为75%，硅酸铝的质量含量为25%。

实施例4

在搅拌条件下，将90g碳酸镧铈（TREO为50%,CeO₂/TREO为60%）、10g高岭土（灼减失重为10%）加入到150g水中，经球磨至D50为2.99μm后，转入反应罐中，加入至70℃，保温3h，在160℃干燥15h。然后在1000℃下焙烧3.5h后，经气流粉碎至D50为1.76μm，得稀土抛光粉。稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为83.3%，硅酸铝的质量含量为16.7%。

实施例5

在搅拌条件下，将90g碳酸镧铈（TREO为47%,CeO₂/TREO为65%）、10g埃洛石（灼减失重为15%）加入到150g水中，经球磨至D50为2.42μm后，转入反应罐中，加入至70℃，保温3h，在150℃保温15h。然后在960℃下焙烧5.5h后，经气流粉碎至D50为1.51μm，得稀土抛光粉。稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为83.3%，硅酸铝的质量含量为16.7%。

对比实施例1

在搅拌条件下，将100g碳酸镧铈（TREO为45%,CeO₂/TREO为60%），加入60g20%的氢氟酸，然后在120℃保温20h。然后在960℃下焙烧5.5h后，经气流粉碎至D50为1.51μm，得所述的稀土抛光粉；

实施例6

取稀土抛光粉500g，加入去离子水至5L，得浓度为100g/L的抛光液浆液。采用UNIPOL802(沈阳科晶)精密研磨抛光机对K9玻璃进行抛光，自动搅拌打浆，过滤循环使用，抛光机轴转速为120r/min，压力为660N/cm²，抛光皮为KSP66B-1.25，抛光时间为6.5小时，每隔一定时间（第一个点为0.5h，以后每小时一次）测试浆液的粒度及记录洗涤干燥后的玻璃的重量。根据所称取抛光元件被抛光前后的质量计算出差值，此差值除以抛光时间即为抛蚀量，分别记为S_h(h代表抛光时间),平均值为S_a，具体数值见表1。

表1

	S₀.₅	S₁.₅	S₂.₅	S₃.₅	S₄.₅	S₅.₅	S₆.₅	Sa
									实施例1	2.46	2.36	2.63	2.38	2.76	2.59	2.59	2.54
实施例2	1.80	2.01	2.19	2.16	2.12	2.15	2.18	2.09
									实施例3	1.93	2.31	2.51	2.48	2.48	2.53	2.49	2.39
实施例4	1.98	2.01	2.09	2.06	2.12	2.05	2.11	2.06
									实施例5	1.98	2.04	2.10	2.08	2.09	2.06	2.05	2.06
对比实施例1	1.89	1.83	1.76	1.7	1.52	1.49	1.45	1.67

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims

1.一种稀土抛光粉，其特征在于：由硅酸铝和稀土氧化物组成；

所述稀土氧化物为氧化镧铈或氧化镧铈镨；所述稀土抛光粉中稀土氧化物的质量含量为66-85％，其余为硅酸铝；

所述稀土氧化物为氧化镧铈或氧化镧铈镨；所述氧化镧铈或氧化镧铈镨的CeO₂/TREO为60％～70％；所述氧化镧铈镨的Pr₆O₁₁/TREO为3％～5％；其余为氧化镧；

其制备方法包括以下步骤：

(1)球磨：在搅拌条件下，将碳酸稀土与硅铝酸盐加入至水中，配成固含量为40-60％的浆液，球磨至D50为2-3μm，然后转入反应罐中，加热至60-80℃，保温2～5h，得浆液A；

(2)干燥：将浆液A在120～180℃下干燥10-20h；

(3)焙烧：将干燥后的物料在960-1030℃下焙烧3.5-5.5h；

(4)破碎：将焙烧后的物料经破碎至D50为1.5～2.5μm，得所述稀土抛光粉。

2.根据权利要求1所述的稀土抛光粉，其特征在于：步骤(1)中，所述碳酸稀土为碳酸镧铈或碳酸镧铈镨中的一种，其中，碳酸镧铈或碳酸镧铈镨的TREO为45％～50％，碳酸镧铈或碳酸镧铈镨的CeO₂/TREO为60％～70％；所述碳酸镧铈镨的Pr₆O₁₁/TREO为3％～5％。

3.根据权利要求1所述的稀土抛光粉，其特征在于：步骤(1)中，所述硅铝酸盐选自高岭土、膨润土、埃洛石中的任意一种或组合。

4.根据权利要求1所述的稀土抛光粉，其特征在于：步骤(1)中，碳酸稀土占碳酸稀土与硅铝酸盐质量总和的80-90％。

5.根据权利要求1所述的稀土抛光粉，其特征在于，所述硅铝酸盐的灼减失重为10-17％。