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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(xué)性質(zhì)也不同,因此使用場(chǎng)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(chǎn)品之一。因其具有切削能力強(qiáng),拋光時(shí)間短、拋光精度高、操作環(huán)境清潔等優(yōu)點(diǎn),故比其他拋光粉(如Fe2O3紅粉)的使用效果佳.目前該產(chǎn)品在我國(guó)發(fā)展較快,應(yīng)用日廣,產(chǎn)量猛增,發(fā)展前景看好。
1.1稀土拋光粉的發(fā)展過(guò)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(wú)法消除。隨著稀土工業(yè)的發(fā)展,于二十世紀(jì)30年代,首先在歐洲出現(xiàn)了用稀土氧化物作拋光粉來(lái)拋光玻璃。在第二次世界大戰(zhàn)中,一個(gè)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(xué)儀器方面獲得成功。由于稀土拋光粉具有拋光效率高、質(zhì)量好、污染小等優(yōu)點(diǎn),激起了美國(guó)等國(guó)家的群起研究。這樣,稀土拋光粉就以取代傳統(tǒng)拋光粉的趨勢(shì)迅速發(fā)展起來(lái)。
國(guó)外于60年前開(kāi)始生產(chǎn)稀土拋光粉,二十世紀(jì)90年代已形成各種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品達(dá)30多種規(guī)格牌號(hào)。
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(lái)劃分:
稀土拋光粉的主要成分是CeO2,據(jù)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(jià)高質(zhì)優(yōu)的高鈰拋光粉,一般CeO2/TREO≥80%,另一類是CeO2含量低的廉價(jià)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(duì)于高鈰拋光粉來(lái)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(zhì)玻璃長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)拋光時(shí)(石英、光學(xué)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L(zhǎng)a2O3?SO3,Nd2O3?SO3,Pr6O11?SO3等堿性無(wú)水硫酸鹽或LaOF、NdOF、PrOF等堿性氟化物,此類拋光粉特點(diǎn)是成本低及初始拋光能力與高鈰拋光粉比幾乎沒(méi)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(lái)劃分:
稀土拋光粉的粒度及粒度分布對(duì)拋光粉性能有重要影響。
對(duì)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)拋光粉一般有較窄的粒度分布,太細(xì)和太粗的顆粒很少,無(wú)大顆粒的拋光粉能拋光出高質(zhì)量的表面,而細(xì)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(jù)其添加劑的不同種類來(lái)劃分,稀土拋光粉生產(chǎn)技術(shù)屬于微粉工程技術(shù),稀土拋光粉屬于超細(xì)粉體,國(guó)際上一般將超細(xì)粉體分3種:納米級(jí)(1nm~100nm);亞微米級(jí)(100nm~1μm);微米級(jí)(1μm~100μm),據(jù)此分類方法,稀土拋光粉可以分為:納米級(jí)稀土拋光粉、亞微米級(jí)稀土拋光粉及微米級(jí)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(jí),其粒度分布在1μm~10μm之間,稀土拋光粉根據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì)一般使用在玻璃拋光的后邊工序,進(jìn)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(jí)稀土拋光粉,由于在液晶顯示器與電腦光盤領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到重視,產(chǎn)量逐年提高。納米級(jí)稀土拋光粉目前也已經(jīng)問(wèn)世,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用前景不可預(yù)測(cè),但目前其市場(chǎng)份額還很小,屬于研發(fā)階段。
1.3拋光粉的生產(chǎn)原料
目前,我國(guó)生產(chǎn)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(jīng)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(xué)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(nèi)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(guó)具有豐富的鈰資源,據(jù)測(cè)算,其工業(yè)儲(chǔ)量約為1800萬(wàn)噸(以CeO2計(jì)),這為今后我國(guó)持續(xù)發(fā)展稀土拋光粉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),也是我國(guó)獨(dú)有的一大優(yōu)勢(shì),并可促進(jìn)我國(guó)稀土工業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展。
1.4主要生產(chǎn)工藝及設(shè)備
1.4.1高鈰系稀土拋光粉的生產(chǎn)
以稀土混合物分離后的氧化鈰為原料,以物理化學(xué)方法加工成硬度大,粒度均勻、細(xì)小,呈面心立方晶體的粉末產(chǎn)品。其主要工藝過(guò)程為:原料→高溫→煅燒→水淬→水力分級(jí)→過(guò)濾→烘干→好的鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。
主要設(shè)備有:煅燒爐,水淬槽,分級(jí)器,過(guò)濾機(jī),烘干箱。
主要指標(biāo):產(chǎn)品中w(REO)=99%,w(CeO2)=99%;稀土回收率約95%;平均粒經(jīng)1μm~6μm(或粒度為200目~300目),晶形完好。該產(chǎn)品適用于高速拋光。這種高鈰拋光粉較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(xué)方法預(yù)處理得稀土鹽溶液,加入中間體(沉淀劑)使轉(zhuǎn)化成w(CeO2)=80%~85%的中級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。其主要工藝過(guò)程為:
原料→氧化→優(yōu)溶→過(guò)濾→酸溶→沉淀→洗滌過(guò)濾→高溫煅燒→細(xì)磨篩分→中級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。主要設(shè)備:氧化槽,優(yōu)溶槽,酸溶槽,沉淀槽,過(guò)濾機(jī),煅燒爐,細(xì)磨篩分機(jī)及包裝機(jī)。
主要指標(biāo):產(chǎn)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(chǎn)品適用于高速拋光,比好的鈰稀土拋光粉進(jìn)行高速拋光的性能更為優(yōu)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(jìn)行復(fù)鹽沉淀等處理,可制備低級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。其主要工藝過(guò)程為:
原料→溶解→復(fù)鹽沉淀→過(guò)濾洗滌→高溫煅燒→粉碎→細(xì)磨篩分→低級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。
主要設(shè)備:
溶解槽,沉淀槽,過(guò)濾機(jī),煅燒爐,粉碎機(jī),細(xì)磨篩分機(jī)。主要指標(biāo):產(chǎn)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(chǎn)品適合于光學(xué)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(xué)和物理的方法加工處理,如磨細(xì)、煅燒及篩分等可直接生產(chǎn)低級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。
其主要工藝過(guò)程為:
原料→干法細(xì)磨→配料→混粉→焙燒→磨細(xì)篩分→低級(jí)鈰系稀土拋光粉產(chǎn)品。主要設(shè)備:球磨機(jī),混料機(jī),焙燒爐,篩分機(jī)等。主要指標(biāo):產(chǎn)品中w(REO)≥95%,w(CeO2)≥50%;稀土回收率≥95%;產(chǎn)品粒度為1.5μm~2.5μm.該產(chǎn)品適合于眼鏡片、電視機(jī)顯象管的高速拋光之用。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的低級(jí)鈰系稀土拋光粉的量較多,約占總產(chǎn)量的90%以上。
1.5稀土拋光粉的應(yīng)用
由于鈰系稀土拋光粉具有較優(yōu)的化學(xué)與物理性能,所以在工業(yè)制品拋光中獲得了廣泛的應(yīng)用,如已在各種光學(xué)玻璃器件、電視機(jī)顯像管、光學(xué)眼鏡片、示波管、平板玻璃、半導(dǎo)體晶片和金屬精密制品等的拋光。
拋光是指利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)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|(zhì)對(duì)工件表面進(jìn)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(shí)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(cè)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(shí),高速旋轉(zhuǎn)的拋光輪(圓周速度在20米/秒以上)壓向工件,使磨料對(duì)工件表面產(chǎn)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(dá)Ra0.63~0.01微米;當(dāng)采用非油脂性的消光拋光劑時(shí),可對(duì)光亮表面消光以改善外觀。 大批量生產(chǎn)軸承鋼球時(shí),常采用滾筒拋光的方法。
粗拋時(shí)將大量鋼球、石灰和磨料放在傾斜的罐狀滾筒中,滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),使鋼球與磨料等在筒內(nèi)隨機(jī)地滾動(dòng)碰撞以達(dá)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(shí)在木桶中裝入鋼球和毛皮碎塊,連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)小時(shí)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(jìn)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(zhì)勻細(xì)經(jīng)脫脂處理的木材或特制的細(xì)毛氈制成,其運(yùn)動(dòng)軌跡為均勻稠密的網(wǎng)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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