稀土抛光粉是怎么制备的?用到了哪些设备?

发布时间 | 2023-09-13 10:34 分类 | 粉体加工技术 点击量 | 767
稀土 干燥 粉碎机 分级机
导读:目前,我国在稀土抛光粉生产和应用等方面已取得很大成就,但与国外相比仍有一定差距。特别是最近二十年来稀土抛光粉发展迅速,但其系统性的基础理论研究却相对滞后。

稀土抛光粉是一种重要的稀土深加工产品,其广泛应用有助于提高稀土产品附加值,促进我国稀土产业发展,在国民经济和国家建设中占有重要地位。


图1 氧化铈粉末

抛光粉抛光能力的大小主要与抛光粉的物理化学性质有关,亦即与颗粒形状、粒度大小及均匀程度、合适的硬度、晶体结构、化学活性与杂质含量等有关。抛光粉的这些性能在很大程度上与烧结温度有关。因此合理的工艺条件对于生产优质稀土抛光粉是十分重要的。

目前,我国生产铈基稀土抛光粉的原料主要有:氧化铈、氢氧化稀土与碳酸稀土、氯化稀土、氟碳铈矿。据其CeO2量的高低可将铈基抛光粉分为两大类:一类是CeO2含量高的价高质优的高铈抛光粉,一般CeO2/TREO(Total,Rare,Earth,Oxides)≥80%,另一类是CeO2含量低的廉价的低铈抛光粉,其铈含量在50%左右,或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11组成。此外还有将其分为三种的分类标准:


图2 CeO2晶体结构图

1、高铈抛光粉

高铈抛光粉是CeO2含量高的价高质优的高铈抛光粉,一般CeO2≥99%。其主要以由“氯化稀土”分离出的氢氧化铈、或以“氟碳铈矿”的中间产物,富铈富集物为初始原料,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。

2、中铈抛光粉

用混合稀土氢氧化物为原料,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CeO2≥80% ~ 85%的中级铈系稀土抛光粉产品。

3、低铈抛光粉

低铈抛光粉是CeO2含量低的廉价的低铈抛光粉,其铈含量在50%左右,或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11组成。其主要以“氯化稀土、氟碳铈矿和少钕碳酸稀土制备生产。

目前常用的铈基稀土抛光粉制备方法有固相反应法和和液相反两种。固相反应法是以稀土精矿或者其富集物为原料,直接进行高温焙烧后进行细分处理得到成品。液相反应法是通过沉淀、水解、蒸发等手段将可溶性铈盐从溶液中浓缩,然后再经过脱水和高温分解处理得到成品。在此基础上可将固相反应法细分为氟碳铈精矿直接煅烧法和碳酸稀土煅烧法;液相反应法有氨水沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。这些方法的优缺点如下表展示:

制备方法

优点

缺点

基本原理

氟碳铈精矿直接煅烧法

工艺简单,易于操作,成本低廉,使用化学试剂少

原料成分复杂,影响产品性能



碳酸稀土煅烧法

所得产品性能好

制备过程中温度难以控制

——

氨水沉淀法

引入杂质离子少

成本偏高



水热法

成品低团聚,粒径细

操作困难

以水溶液为反应介质,通过高温、高压环境使难溶或不溶物质溶解重结晶

溶胶-凝胶法

成品纯度高,粒度小,分散性好

成本较高

离子或有机物在低温环境发生的水解、聚合反应会产生部分溶胶,溶胶经反应形成具有一定空间结构的凝胶最后凝胶经干燥或焙烧后可制备出超细化合物

抛光粉制备基本的工艺过程可在下图中有直观的了解。

3 抛光粉制备流程

其中用到的主要设备有用于对原料与半成品进行粉碎和研磨的粉碎机和球磨机、用于液态和固态物质进行处理的溶解槽和沉淀槽、过滤出固态物质的过滤机、用于在高温下对物质进行处理的煅烧炉和用于对物料进行大小和质量的分类的分级机和筛分机。其中煅烧炉及其工艺是制备高性能稀土抛光粉的关键,因为焙烧温度对抛光粉的性能影响最大。


4 抛光材料球体示意图

这主要是因为焙烧温度过低时,抛光粉粒子过软,极易破碎,致使抛光粉机械研磨作用下降,另一方面在抛光的单位时间内同时产生过多的的具有活性的颗粒新鲜破裂面,只有一小部分能与玻璃表面接触,其余部分没有得到利用就被抛光剂浆体饱和了,限制了抛光速度,而焙烧温度过高,致使抛光粉粒子太硬,研磨中不易破碎,不易暴露颗粒新鲜面,晶格缺陷减少,致使抛光粉化学活性下降,只能对玻璃表面起机械的磨削作用,所以影响抛光速度。而对抛光粉进行高温淬火处理,可进一步增加其抛光效率。


5 焙烧温度与初始抛光速度的关系

目前,我国在稀土抛光粉生产和应用等方面已取得很大成就,但与国外相比仍有一定差距。特别是最近二十年来稀土抛光粉发展迅速,但其系统性的基础理论研究却相对滞后。本文致力于使人们对稀土抛光粉有一个较系统的认识,并促进其发展。


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