CN112724839B - 一种制备稀土抛光粉的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备稀土抛光粉的系统及方法，其中，系统包括湿法球磨装置、脱水干燥装置、改性装置、焙烧装置、粉碎装置和分级装置；方法包括：(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A；(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；(3)碳酸稀土干物料B改性；(4)焙烧粉碎分级制得成品；本发明创造性的将氢氟酸、磷酸和硫酸按比例混合制备改性剂，并用改性剂对碳酸稀土干物料在常温下喷洒混合反应进行改性，不但使得碳酸稀土前躯体的晶粒尺寸均匀，氟化反应均匀完全，不产生影响抛光精度及速率的游离态氟离子及氟化物，结晶度高；而且，不产生含氟废水，改性剂可以回收循环利用，安全环保，且降低原材料成本。
Description
技术领域：
本发明属于抛光粉生产技术领域，特别是涉及一种制备稀土抛光粉的系统及方法。
背景技术：
稀土抛光粉广泛应用于显像管、高级光学玻璃、精密光学仪器、航空玻璃、手机盖板、电子设备、电子玻璃、液晶显示器及各种宝石制品的抛光等众多领域。
目前，市场上被广泛使用的稀土抛光粉生产工艺主要有两种，一种是先氟化后碳沉的工艺，即先在稀土溶液中加入氟硅酸形成氟化物后再加入碳酸氢铵进行完全沉淀，干燥、焙烧、粉碎、分级后得到稀土抛光粉产品。如专利公开号为CN101899281A的发明专利公开了一种稀土抛光粉及其制造方法，其生产方法为在湿法合成工序加入了硅氟酸，用碳酸氢铵沉淀，然后经煮沸、脱水、焙烧、湿法分级、干法分级，制备相应的稀土抛光粉。
另一种是先碳沉后氟化工艺，即先加入碳酸氢铵进行沉淀，洗涤后再加入氢氟酸氟化。如专利公开号为CN100497508C的发明专利公开了一种富铈稀土抛光粉的生产方法，先制备碳酸镧铈后加入氢氟酸进行氟化，焙烧得富铈稀土抛光粉。
采用现有上述生产工艺生产的抛光粉原始晶粒度不均匀，因此与氟反应的均匀度就不一致，一方面会影响焙烧后产品的结晶度，另一方面会产生影响抛光精度及速率的游离态氟离子，焙烧后形成的团聚颗粒大小和强度也有很大的差别，而抛光粉的抛光精度和抛光速率主要是由高温烧结后形成的团聚体颗粒的大小和团聚强度所决定，这样会导致一系列问题，例如在抛光的玻璃表面产生划痕或抛光速率在非常短的时间内快速降低，特别是在抛硬玻璃表面时，抛光速率急速降低是致命的。
专利公开号为CN103013444B的发明专利公开了精密型混合稀土抛光粉及其制备方法，通过在氟化前增加球磨粉碎、助剂添加等处理，使得前驱体晶体均匀，有利于氟化进行，最终使得抛光粉的耐磨性好、抛光速度提高，但水磨后氟化分离出的废水中含有HF，无法回收利用，直接外排污染环境，因此产生大量含有HF的废水无法处理，限制了该方法的应用。
发明内容：
本发明的第一个目的在于提供一种更加环保的、能够制备高品质稀土抛光粉的制备稀土抛光粉的系统。
本发明的第二个目的在于提供一种更加环保的、能够制备高品质稀土抛光粉的制备稀土抛光粉的方法。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种制备稀土抛光粉的系统，其包括湿法球磨装置、脱水干燥装置、改性装置、焙烧装置、粉碎装置和分级装置；所述湿法球磨装置的出料口与所述脱水干燥装置的进料口连接，所述脱水干燥装置的出料口与所述改性装置的进料口连接，所述改性装置的出料口与所述焙烧装置的进料连接，所述焙烧装置的出料口与所述粉碎装置的进料口连接，所述粉碎装置的出料口与所述分级装置的进料口连接。
进一步，所述改性装置包括待改性原料储罐、改性剂原料桶、纯水桶、混合桶、压力泵和混料滚筒；所述脱水干燥装置的出料口与所述待改性原料储罐的进料口连接，所述待改性原料储罐的出料口与所述混料滚筒的进料口连接，所述混料滚筒的出料口与所述焙烧装置的进料口连接；所述改性剂原料桶的出口与所述纯水桶的出口均与所述混合桶的进口通过管道连接；所述混合桶的出口与所述压力泵的进口通过管道连接，所述混料滚筒的内壁上均匀布设有若干个喷头，所述压力泵的出口通过管路分别与每个所述喷头的进口连接。
进一步，所述的一种制备稀土抛光粉的系统，还包括引风机和喷淋塔，所述混料滚筒的进料口端和出料口端均设有排风口，两个所述排风口均与所述引风机的进风口通过管道连接，引风机的出风口与所述喷淋塔的进气口连接，所述喷淋塔的排水口与所述混合桶的进口通过管道连接。
进一步，所述湿法球磨装置包括原料储料罐、立式砂磨机和棒销式球磨机，所述原料储料罐的出料口与所述立式砂磨机的进料口连接，所述立式砂磨机的出料口与所述棒销式球磨机的进料口连接，所述棒销式球磨机的出料口与所述脱水干燥装置的进料口连接。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种制备稀土抛光粉的方法，其包括如下步骤：(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A；(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；(3)碳酸稀土干物料B改性；(4)焙烧粉碎分级制得成品；其中，
(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A：将碳酸稀土与水、分散剂、矿化剂混合，然后利用湿法球磨装置球磨得碳酸稀土浆料A；
(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B：将碳酸稀土浆料A打入脱水干燥装置中，脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；
(3)碳酸稀土干物料B改性：将碳酸稀土干物料B加入改性装置中，然后在碳酸稀土干B物料表面喷洒改性剂，同时进行搅拌，常温搅拌混合反应后制得改性碳酸稀土；所述改性装置中回收的改性剂可以循环利用；
(4)焙烧粉碎分级制得成品：将改性碳酸稀土加入焙烧装置中进行焙烧得稀土抛光粉烧成原料；将稀土抛光粉烧成原料加入粉碎装置粉碎后，利用分级装置分级得成品稀土抛光粉。
进一步，所述步骤(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A中，所述碳酸稀土浆料A中含有碳酸稀土的重量百分比为20％-50％；所述分散剂为有机分散剂，所述有机分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或一种以上的混合物；所述分散剂的加入量，以质量计，为碳酸稀土的0.05％-0.3％；所述矿化剂为氢氧化钠或氢氧化钾；所述矿化剂的加入量为1～2kg矿化剂/吨碳酸稀土。
进一步，所述步骤(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B步骤具体包括：将所述碳酸稀土浆料A经脱水干燥装置干燥，脱水干燥装置的入料口温度为200-400℃，脱水干燥装置的出料温度为100-200℃；所述碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为60-75％。
进一步，所述步骤(3)碳酸稀土干物料B改性中，改性剂由氢氟酸、磷酸、硫酸、纯水组成；以质量分数计，其中，质量浓度为40％的氢氟酸与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100，磷酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100，硫酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100；纯水与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100。
进一步，所述步骤(4)焙烧粉碎分级制得成品中，焙烧温度为950-1100℃，焙烧时间为4-8h。
进一步，所述碳酸稀土为碳酸铈、碳酸镧铈或碳酸镧铈镨中的任意一种或一种以上的混合物。
本发明通过对抛光粉前驱体碳酸稀土进行湿法球磨，提高抛光粉前驱体碳酸稀土晶粒的均匀度，为保证后续氟化反应的均匀度奠定了基础；本发明创造性的将氢氟酸、磷酸和硫酸按比例混合制备改性剂，并用改性剂对碳酸稀土干物料在常温下喷洒混合反应进行改性，不但使得碳酸稀土前躯体的晶粒尺寸均匀，氟化反应均匀完全，不产生影响抛光精度及速率的游离态氟离子及氟化物，结晶度高，而且不产生含氟废水，突破了湿法氟化过程中产生的含氟废水无法处理的瓶颈；同时，改性剂可以回收循环利用，安全环保，且降低原材料成本。
附图说明：
图1为一种制备稀土抛光粉的系统示意图。
湿法球磨装置1、原料储料罐1-1、立式砂磨机1-2、棒销式球磨机1-3、脱水干燥装置2、改性装置3、待改性原料储罐3-1、改性剂原料桶3-2、纯水桶3-3、混合桶3-4、压力泵3-5、混料滚筒3-6、引风机3-7、喷淋塔3-8、焙烧装置4、粉碎装置5、分级装置6。
具体实施方式：
实施例1：一种制备稀土抛光粉的系统，其包括湿法球磨装置1、脱水干燥装置2、改性装置3、焙烧装置4、粉碎装置5和分级装置6；
本实施例中，湿法球磨装置1包括原料储料罐1-1、立式砂磨机1-2和棒销式球磨机1-3，原料储料罐1-1的出料口与立式砂磨机1-2的进料口连接，立式砂磨机1-2的出料口与棒销式球磨机1-3的进料口连接，棒销式球磨机1-3的出料口与脱水干燥装置2的进料口连接。本实施例中，脱水干燥装置2为喷雾干燥机。
本实施例中，改性装置3包括待改性原料储罐3-1、改性剂原料桶3-2、纯水桶3-3、混合桶3-4、压力泵3-5、混料滚筒3-6、引风机3-7和喷淋塔3-8；脱水干燥装置2的出料口与待改性原料储罐3-1的进料口连接，待改性原料储罐3-1的出料口与混料滚筒3-6的进料口连接，混料滚筒3-6的出料口与焙烧装置4的进料口连接；改性剂原料桶3-2的出口与纯水桶3-3的出口均与混合桶3-4的进口通过管道连接；混合桶3-4的出口与压力泵3-5的进口通过管道连接，混料滚筒3-6的内壁上均匀布设有若干个喷头，压力泵3-5的出口通过管路分别与每个喷头的进口连接。混料滚筒3-6为本领域的常规混料设备，例如：混料滚筒3-6内沿轴向设有中心转轴，沿中心转轴的轴向固定设有螺旋搅拌叶片，中心转轴的两端与混料滚筒3-6的筒体转动连接，中心转轴的一端延伸至筒体的外部，并于电机的输出轴固定连接。混料滚筒3-6的进料口端和出料口端均设有排风口，两个排风口均与引风机3-7的进风口通过管道连接，引风机3-7的出风口与喷淋塔3-8的进气口连接，喷淋塔3-8的排水口与混合桶3-4的进口通过管道连接。
焙烧装置4的出料口与粉碎装置5的进料口连接，粉碎装置5的出料口与分级装置6的进料口连接。本实施例中，焙烧装置4为回转窑炉；粉碎装置5为气流粉碎机；分级装置6为射流分级机。
工作过程说明：
第一步：将碳酸稀土、分散剂、矿化剂与水按比例添加到原料储料罐1-1中打浆成浆料，料浆经管道输送到立式砂磨机1-2与棒销式球磨机1-3组合的湿法球磨装置中进行球磨，制得碳酸稀土浆料A。
第二步：将碳酸稀土浆料A打入脱水干燥装置2中，脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；
第三步：将碳酸稀土干物料B首先加入待改性原料储罐3-1中，然后经混料滚筒3-6的进料口加入到混料滚筒3-6内；在改性剂原料桶3-2中配制改性剂，改性剂与纯水在混合桶3-4内混合均匀后，经压力泵3-5和混料滚筒3-6内喷头，喷洒于碳酸稀土干物料B表面，同时进行搅拌，常温搅拌混合反应后制得改性碳酸稀土；引风机3-7将混料滚筒3-6内挥发出的改性剂吸出，经喷淋塔3-8喷淋溶于水中，返回混合桶3-4中，循环利用。
第四步：将改性碳酸稀土加入焙烧装置4中进行焙烧得稀土抛光粉烧成原料；将稀土抛光粉烧成原料加入粉碎装置5粉碎后，利用分级装置6分级得成品稀土抛光粉。
实施例2：利用实施例1系统制备稀土抛光粉的方法，其包括如下步骤：(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A；(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；(3)碳酸稀土干物料B改性；(4)焙烧粉碎分级制得成品；其中，
(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A：将碳酸稀土与水、分散剂、矿化剂按比例添加到原料储料罐1-1中打浆成浆料，料浆经管道输送到立式砂磨机1-2与棒销式球磨机1-3组合的湿法球磨装置中进行球磨，制得碳酸稀土浆料A；碳酸稀土浆料A中含有碳酸稀土的重量百分比为20％-50％；分散剂为有机分散剂，有机分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或一种以上的混合物；分散剂的加入量，以质量计，为碳酸稀土的0.05％-0.3％；矿化剂为氢氧化钠或氢氧化钾；矿化剂的加入量为1～2kg矿化剂/吨碳酸稀土。碳酸稀土为碳酸铈、碳酸镧铈或碳酸镧铈镨中的任意一种或一种以上的混合物。
本实施例中，将3000kg碳酸镧铈、3000kg水、9kg聚丙烯酸钠、6kg氢氧化钠混合，利用湿法球磨装置1研磨至D50为4.5μm。
(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B：将碳酸稀土浆料A打入脱水干燥装置2中，脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；脱水干燥装置2的入料口温度为200-400℃，脱水干燥装置2的出料温度为100-200℃；碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为60-75％。
本实施例中，脱水干燥装置2的入料口温度为400℃，脱水干燥装置2的出料温度为100℃，碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为75％。
(3)碳酸稀土干物料B改性：将碳酸稀土干物料B首先加入待改性原料储罐3-1中，然后经混料滚筒3-6的进料口加入到混料滚筒3-6内；在改性剂原料桶3-2中配制改性剂，改性剂与纯水在混合桶3-4内混合均匀后，经压力泵3-5和混料滚筒3-6内喷头，喷洒于碳酸稀土干物料B表面，同时进行搅拌，常温搅拌混合反应后制得改性碳酸稀土；引风机3-7将混料滚筒3-6内挥发出的改性剂吸出，经喷淋塔3-8喷淋溶于水中，返回混合桶3-4中，循环利用；改性剂由氢氟酸、磷酸、硫酸组成；以质量分数计，其中，质量浓度为40％的氢氟酸与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100，磷酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100，硫酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100；纯水与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100。
本实施例中，每1000kg碳酸稀土干物料B，添加90kg质量浓度为40％的氢氟酸、20kg磷酸、20kg磷酸、90kg纯水。
(4)焙烧粉碎分级制得成品：将改性碳酸稀土加入焙烧装置4中进行焙烧得稀土抛光粉烧成原料，焙烧温度为950-1100℃，焙烧时间为4-8h；将稀土抛光粉烧成原料加入粉碎装置5粉碎后，利用分级装置6分级得成品稀土抛光粉。本实施例中，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为4h。
本实施例制备得到的稀土抛光粉激光粒度仪测试结果为：D50＝2.6μm，比表面积为2.46m2/g。
实施例3：作为一种具体的实施例，制备稀土抛光粉的方法，与实施例2不同之处在于：
本实施例中，将3000kg碳酸镧铈、3000kg水、3kg聚丙烯酸钠、4.5kg氢氧化钠混合，利用湿法球磨装置1研磨至D50为3.0μm。
本实施例中，脱水干燥装置2的入料口温度为300℃，脱水干燥装置2的出料温度为150℃，碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为72％。
本实施例中，每1000kg碳酸稀土干物料B，添加85kg质量浓度为40％的氢氟酸、15kg磷酸、15kg磷酸、85kg纯水。
本实施例中，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为6h。
本实施例制备得到的稀土抛光粉激光粒度仪测试结果为：D50＝1.2μm，比表面积为2.41m2/g。
实施例4：作为一种具体的实施例，制备稀土抛光粉的方法，与实施例2不同之处在于：
本实施例中，将3000kg碳酸镧铈、3000kg水、1.5kg聚丙烯酸钠、3kg氢氧化钠混合，利用湿法球磨装置1研磨至D50为2.0μm。
本实施例中，脱水干燥装置2的入料口温度为300℃，脱水干燥装置2的出料温度为150℃，碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为68％。
本实施例中，每1000kg碳酸稀土干物料B，添加80kg质量浓度为40％的氢氟酸、10kg磷酸、10kg磷酸、80kg纯水。
本实施例中，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为6h。
本实施例制备得到的稀土抛光粉激光粒度仪测试结果为：D50＝0.8μm，比表面积为3.39m2/g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种制备稀土抛光粉的系统，其特征在于，其包括湿法球磨装置、脱水干燥装置、改性装置、焙烧装置、粉碎装置和分级装置；所述湿法球磨装置的出料口与所述脱水干燥装置的进料口连接，所述脱水干燥装置的出料口与所述改性装置的进料口连接，所述改性装置的出料口与所述焙烧装置的进料口连接，所述焙烧装置的出料口与所述粉碎装置的进料口连接，所述粉碎装置的出料口与所述分级装置的进料口连接；
所述改性装置包括待改性原料储罐、改性剂原料桶、纯水桶、混合桶、压力泵和混料滚筒；所述脱水干燥装置的出料口与所述待改性原料储罐的进料口连接，所述待改性原料储罐的出料口与所述混料滚筒的进料口连接，所述混料滚筒的出料口与所述焙烧装置的进料口连接；所述改性剂原料桶的出口与所述纯水桶的出口均与所述混合桶的进口通过管道连接；所述混合桶的出口与所述压力泵的进口通过管道连接，所述混料滚筒的内壁上均匀布设有若干个喷头，所述压力泵的出口通过管路分别与每个所述喷头的进口连接；
其还包括引风机和喷淋塔，所述混料滚筒的进料口端和出料口端均设有排风口，两个所述排风口均与所述引风机的进风口通过管道连接，引风机的出风口与所述喷淋塔的进气口连接，所述喷淋塔的排水口与所述混合桶的进口通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种制备稀土抛光粉的系统，其特征在于，所述湿法球磨装置包括原料储料罐、立式砂磨机和棒销式球磨机，所述原料储料罐的出料口与所述立式砂磨机的进料口连接，所述立式砂磨机的出料口与所述棒销式球磨机的进料口连接，所述棒销式球磨机的出料口与所述脱水干燥装置的进料口连接。
3.利用权利要求1或2所述的一种制备稀土抛光粉的系统制备稀土抛光粉的方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A；(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；(3)碳酸稀土干物料B改性；(4)焙烧粉碎分级制得成品；其中，
(1)湿法球磨制备碳酸稀土浆料A：将碳酸稀土与水、分散剂、矿化剂混合，然后利用湿法球磨装置球磨得碳酸稀土浆料A；所述碳酸稀土浆料A中含有碳酸稀土的重量百分比为20％-50％；所述分散剂为有机分散剂，所述有机分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或一种以上的混合物；所述分散剂的加入量，以质量计，为碳酸稀土的0.05％-0.3％；所述矿化剂为氢氧化钠或氢氧化钾；所述矿化剂的加入量为1～2kg矿化剂/吨碳酸稀土；
(2)脱水干燥制得碳酸稀土干物料B：将碳酸稀土浆料A打入脱水干燥装置中，脱水干燥制得碳酸稀土干物料B；脱水干燥装置的入料口温度为200-400℃，脱水干燥装置的出料温度为100-200℃；所述碳酸稀土干物料B中含有稀土的重量百分比为60-75％；
(3)碳酸稀土干物料B改性：将碳酸稀土干物料B加入改性装置中，然后在碳酸稀土干物料B表面喷洒改性剂，同时进行搅拌，常温搅拌混合反应后制得改性碳酸稀土；所述改性装置中回收的改性剂可以循环利用；改性剂由氢氟酸、磷酸、硫酸、纯水组成；以质量分数计，其中，质量浓度为40％的氢氟酸与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100，磷酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100，硫酸与碳酸稀土干物料B的质量比为1:100-2:100；纯水与碳酸稀土干物料B的质量比为7:100-11:100；
(4)焙烧粉碎分级制得成品：将改性碳酸稀土加入焙烧装置中进行焙烧得稀土抛光粉烧成原料；焙烧温度为950-1100℃，焙烧时间为4-8h；将稀土抛光粉烧成原料加入粉碎装置粉碎后，利用分级装置分级得成品稀土抛光粉。
4.根据权利要求3所述的制备稀土抛光粉的方法，其特征在于，所述碳酸稀土为碳酸铈、碳酸镧铈或碳酸镧铈镨中的任意一种或一种以上的混合物。
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