本发明涉及抛光材料制备领域，特别涉及铈镨稳定氧化锆抛光粉的制备方法。
背景技术：
随着科技的进步，市场对高精度、大口径光学玻璃镜片的需求量越来越大，对高硬度抛光产品的需求也与日俱增。化学机械抛光是将化学腐蚀和机械磨削相结合的新型抛光技术，通过抛光料浆的化学腐蚀及超微粒子的研磨协同作用，对抛光工件表面进行平坦化加工。因此，选择一种综合性能良好的抛光粉对于得到满足市场需要的玻璃等产品至关重要。
对于玻璃抛光，目前常用的抛光粉有氧化铈、氧化锆和氧化铁。其中氧化铈抛光速率高，抛光后表面易清洗，是应用最多的抛光粉，但是稀土抛光粉价格昂贵，且资源量日益减少，因此，开发非稀土抛光粉具有重要意义。而非稀土抛光粉中氧化锆的抛光性能相对较好，但抛光性能却低于稀土抛光粉的抛光性能，因此，如何对氧化锆抛光粉进行调整、优化成为现阶段研究的主要问题。
在专利文献cn103450813a公开了铁掺杂氧化锆抛光液的制备工艺，制得的抛光液不良品率下降了1％，达到了与进口产品相同的不良品率；张雷等发表的《抛光用铁掺杂氧化锆粉的制备与表征》中，为了改善氧化锆抛光粉的抛光性能，在氧化锆抛光粉中掺杂铁元素。以上现有技术中均是通过将铁元素掺杂进氧化锆抛光粉中来提高抛光粉的抛光性能，但其制得抛光粉的移除速率约在3.3-3.5μm/min，低于进口产品的移除速率(3.6-3.8μm/min)。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铈镨稳定氧化锆抛光粉的制备方法，本发明提供的制备方法得到的铈镨稳定氧化锆抛光粉具有较高的移除速率，提高了抛光粉的加工效率。
本发明提供了一种铈镨稳定氧化锆抛光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸锆、碳酸铈、碳酸镨与盐酸溶液混合，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液在搅拌状态下加入碱溶液，发生沉淀反应，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀；
(3)将所述碱式碳酸锆铈镨共沉淀依次进行第一次焙烧、粉碎、第二次焙烧，得到铈镨稳定氧化锆抛光粉。
优选的，所述第二次焙烧后还包括：将焙烧产物分级，得到不同中值粒径的产品。
优选的，所述碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨的杂质含量小于100ppm。
优选的，所述碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨的质量比为180～480：15-20：1。
优选的，所述搅拌的频率为20-30hz，加入碱溶液时混合溶液的温度为50-60℃。
优选的，所述碱溶液中的碱为氢氧化钠和碳酸钠，氢氧化钠和碳酸钠的质量比1-2:1。
优选的，所述碱溶液的加入速度为80-120ml/min；所述碱溶液中氢氧化钠和碳酸钠的总质量浓度为100-130g/l。
优选的，第一次焙烧的温度为620-660℃，时间为2-8h，升温至第一次焙烧终值温度的速率为100-150℃/h。
优选的，所述第一次焙烧产物粉碎至中值粒径为1.0-1.3μm。
优选的，第二次焙烧的温度为680～720℃，时间为2-8h，升温至第二次焙烧终值温度的速率为80-100℃/h。
有益效果：本申请通过在氧化锆抛光粉中添加少量的铈、镨两种元素，弥补了氧化锆抛光粉单一组分的性能缺陷，并经过第一次焙烧程序得到活性较高的氧化物，然后将其粉碎得到表面活性大的小颗粒，再经过第二次焙烧，得到活性高和晶相结构更完整的抛光粉颗粒，从而提高了抛光粉的移除速率，并且减少了磨耗度较大的玻璃和超薄玻璃加工过程中的微划伤并提高了抛光粉的良品率。该制备方法简单、成本低。因此，本申请提供的铈镨稳定氧化锆抛光粉满足了市场对高精度、大口径光学玻璃镜片的需求。
具体实施方式
本发明提供了一种铈镨稳定氧化锆抛光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸锆、碳酸铈、碳酸镨与盐酸溶液混合，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液在搅拌状态下加入碱溶液，发生沉淀反应，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀；
(3)将所述碱式碳酸锆铈镨共沉淀依次进行第一次焙烧、粉碎、第二次焙烧，得到铈镨稳定氧化锆抛光粉。
本发明中，原料的来源没有具有限定，只需保证碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨的杂质含量小于100ppm即可。
本发明中，碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨的质量比优选为180～480：15-20：1，更优选为180～200:19:1。
本发明中，优选将碳酸锆、碳酸铈、碳酸镨与水混合后，再加入盐酸，得到混合溶液；所述水的加入量为碳酸锆、碳酸铈、碳酸镨总质量的8-11倍。
本发明中，所述盐酸的质量浓度为5-10％；加入量优选为能将碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨完全溶解的理论摩尔量的1.05-1.1倍。
得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液加热，并在搅拌状态下向混合溶液中加入碱溶液。本发明中，所述碱溶液中的碱优选为氢氧化钠和碳酸钠；所述氢氧化钠和碳酸钠的质量比优选为1-2:1，更优选为1:1。在本发明中，加入碱溶液时混合溶液的温度优选为50-60℃；所述搅拌的频率优选为20-30hz，更优选为20-25hz；
本发明中，所述碱溶液中氢氧化钠和碳酸钠的总质量浓度为100-130g/l，优选为120g/l，所述碱溶液的加入速度为80-120ml/min，优选为80-100ml/min，当混合液的ph为5.5-7时，停止加入碱溶液。在本发明中，所述混合溶液和碱溶液混合后，优选陈化8-12小时，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀。
本发明中，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀后，优选将其用去离子水浸泡洗涤，每次洗涤用去离子水的量按体积比计为共沉淀的3倍，浸泡洗涤4～5次；洗涤完成后用离心机将碱式碳酸锆铈镨共沉淀甩干。
得到甩干的碱式碳酸锆铈镨共沉淀后，本发明将所述的碱式碳酸锆铈镨共沉淀进行第一次焙烧。本发明中，所述第一次焙烧的温度优选为620-660℃，更优选为630-650℃，时间为2-8h；升温至第一次焙烧终值温度的速率优选为100-150℃/h。
所述第一次焙烧后，本发明将得到的产物粉碎，所述第一次焙烧后产物优选经气流粉碎机粉碎至中值粒径为1.0-1.3μm。
得到粉碎产物后，本发明将所述粉碎后的产物进行第二次焙烧。本发明中，所述第二次焙烧的温度优选为680～720℃，更优选为700～720℃，时间为2-8h；升温至第二次焙烧终值温度的速率优选为80-100℃/h。
本发明中，第一次焙烧和第二次焙烧的煅烧设备不受限制。
本发明中，所述第二次焙烧后还包括：将焙烧产物分级，得到不同中值粒径的产品；优选的，产品分级选用射流分级机分级，将产品分成三种不同中值粒径的产品。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中选用的原料碳酸锆、碳酸铈和碳酸镨的杂质含量小于100ppm。焙烧后分级得到的产品根据研磨值判断出微划伤级别，具体详见《美国军用标准(mil-prf-13830b)》；根据《稀土抛光粉国家检测标准》(gb/t20165-2012)测试产品的移除速率。
实施例1
在反应釜中加入20kg去离子水，搅拌下加入1.8kg碳酸锆、0.19kg碳酸铈和0.01kg碳酸谱，然后加入质量浓度为5％的盐酸溶液进行溶解，直至原料完全溶解，然后加热溶液到50℃，在搅拌频率为20hz的搅拌状态下，以90ml/min的速度加入浓度为120g/l的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1:1，直至溶液的ph为6.5，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀，室温陈化8h；将陈化后的碱式碳酸锆铈镨共沉淀用去离子水浸泡洗涤4次，每次去离子水的用量为沉淀体积的3倍，洗涤完成后进入离心机甩干后，将甩干的共沉淀装入窑炉进行第一次焙烧，焙烧温度为620℃，时间为3h，升温至第一次焙烧温度的速率为100℃/h，第一次焙烧结束后用气流粉碎机将产物粉碎，直至粉碎至中值粒径为1.0-1.3μm时，停止粉碎，随即将粉碎产物置于窑炉内进行第二次焙烧，焙烧的温度为680℃，时间为4h，升温至第二次焙烧温度的速率为80℃/h，焙烧结束后冷却备用，将第二次焙烧产物用射流分级机对其进行分级，得到三种不同中值粒径的铈镨稳定氧化锆抛光粉，其中值粒径分别为0.4-0.6μm、0.9-1.1μm和1.4-1.7μm。
得到的三种不同中值粒径抛光粉的性能详见表1。
实施例2
在反应釜中加入20kg去离子水，搅拌下加入2.4kg碳酸锆、0.095kg碳酸铈和0.005kg碳酸谱，然后加入质量浓度为6％的盐酸溶液进行溶解，直至原料完全溶解，然后加热溶液到60℃，在搅拌频率为25hz的搅拌状态下，以100ml/min的速度加入浓度为110g/l的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，氢氧化钠和碳酸钠的质量比为2:1，直至溶液的ph为6.0，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀，室温陈化10h；将陈化后的碱式碳酸锆铈镨共沉淀用去离子水浸泡洗涤5次，每次去离子水的用量为沉淀体积的3倍，洗涤完成后进入离心机甩干后，将甩干的共沉淀装入窑炉进行第一次焙烧，焙烧温度为660℃，时间为4h，升温至第一次焙烧温度的速率为150℃/h，第一次焙烧结束后用气流粉碎机将产物粉碎，直至粉碎至中值粒径为1.0-1.3μm时，停止粉碎，随即将粉碎产物置于窑炉内进行第二次焙烧，焙烧的温度为700℃，时间为4h，升温至第二次焙烧温度的速率为80℃/h，焙烧结束后冷却备用，将第二次焙烧产物用射流分级机对其进行分级，得到三种不同中值粒径的铈镨稳定氧化锆抛光粉，其中值粒径分别为0.4-0.6μm、0.9-1.1μm和1.4-1.7μm。
得到的三种不同中值粒径抛光粉的性能详见表1。
实施例3
在反应釜中加入20kg去离子水，搅拌下加入2.0kg碳酸锆、0.19kg碳酸铈和0.01kg碳酸谱，然后加入质量浓度为10％的盐酸溶液进行溶解，直至原料完全溶解，然后加热溶液到50℃，在搅拌频率为30hz的搅拌状态下，以120ml/min的速度加入浓度为130g/l的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1:1，直至溶液的ph为6.5，得到碱式碳酸锆铈镨共沉淀，室温陈化12h；将陈化后的碱式碳酸锆铈镨共沉淀用去离子水浸泡洗涤4次，每次去离子水的用量为沉淀体积的3倍，洗涤完成后进入离心机甩干后，将甩干的共沉淀装入窑炉进行第一焙烧，焙烧温度为660℃，时间为2.5h，升温至第一次焙烧温度的速率为120℃/h，第一次焙烧结束后用气流粉碎机将产物粉碎，直至粉碎至中值粒径为1.0-1.3μm时，停止粉碎，随即将粉碎产物置于窑炉内进行第二次焙烧，焙烧的温度为720℃，时间为3h，升温至第二次焙烧温度的速率为100℃/h，焙烧结束后冷却备用，将第二次焙烧产物用射流分级机对其进行分级，得到三种不同中值粒径的铈镨稳定氧化锆抛光粉，其中值粒径分别为0.4-0.6μm、0.9-1.1μm和1.4-1.7μm。
得到的三种不同中值粒径抛光粉的性能详见表1。
表1
由表1所述结果可知，本申请制得的铈镨稳定氧化锆抛光粉，其移除速率在3.9-4.2μm/min，微划伤级别可达到0级，不管是移除速率还是微划伤级别均优于国内现有抛光品和进口抛光粉，取得了一定地技术进步，满足了市场对高精度、大口径光学玻璃镜片的需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。