高铈稀土抛光粉的制备方法
【专利摘要】本发明涉及高铈稀土抛光粉的制备方法，属于稀土冶金领域。本发明解决的技术问题是提供制备高铈稀土抛光粉的方法。本发明高铈稀土抛光粉的制备方法，以氟碳铈矿为原料，通过氧化焙烧、水洗、一次酸浸、碱融、二次酸浸以及煅烧，得到高铈稀土抛光粉。通过本发明的方法，制备得到的高铈稀土抛光粉的主要成分包含CeO2，La2O3，SiO2，其中，CeO2/TREO为81％以上，TREO为91％以上，颗粒尺寸为20～200nm，产品收率81％以上，提高了以原矿为原料获得抛光粉产品的档次，且本发明改进了工艺流程，使得工艺简单，成本低廉，节约能源，减少对环境的污染，有比较明显的社会、经济效益。
【专利说明】
高铈稀土抛光粉的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高铺稀土抛光粉的制备方法，属于稀土冶金领域。
【背景技术】
[0002] 我国稀土资源丰富，约占世界稀土工业储量的53.6%。铈为丰度最高的稀土元 素，其氧化物Ce0 2，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于玻璃抛光领域。在抛光时，因 Ce02在水介质中，化学溶解和机械研磨同时作用，所以，它是一种非常有效的稀土抛光粉。
[0003] 稀土抛光粉的主要成分为Ce02，根据其含量的不同分为两类：一类是Ce0 2/ TRE0多80%的高铈抛光粉，另一类是Ce02/TRE0 < 50%的低铈抛光粉。氧化铈的纯度越高， 其抛光能力就越大，使用寿命就越长。
[0004] 目前稀土抛光粉的制备工艺，可以分为两大类：一是以稀土精矿为原料，由矿石通 过固相反应制备抛光粉，省去了复杂的化学反应过程，成本相对低廉，但获得的稀土抛光粉 档次不高，以低铈抛光粉产品为主。如"精矿稀土抛光粉制备工艺研究"一文中，以氟碳铈 矿为原料，制备得到的稀土抛光粉中，RE0含量85. 66%，Ce02/RE0为47. 42%，产品为低铈 抛光粉，档次低。二是采用氯化稀土或分离后的铈富集物为原料。通过化学合成方法获得 前驱体、煅烧制备得到稀土抛光粉。例如中国专利CN1939990A公开了 "一种富铈稀土抛光 粉的生产方法"，这种方法以氯化镧铈或硝酸镧铈为原料，经以下步骤：晶种制备、沉淀获得 碳酸镧铈、氟化获得氟碳酸镧铈、焙烧得到富铈稀土抛光粉。其生产工序复杂，所用到的试 剂较多，成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是提供以氟碳铈矿为原料，制备高铈稀土抛光粉的方法。
[0006] 本发明高铈稀土抛光粉的制备方法，包括以下步骤：
[0007] a、氧化焙烧：在氟碳铈精矿粉中加入碳酸氢钠，氧化焙烧，获得熟矿；
[0008] b、水洗：将a步骤所得熟矿移入水中，水洗，固液分离，得水洗后的熟矿；
[0009] c、一次酸浸：向水洗后的熟矿中加入稀盐酸，进行酸浸，固液分离后获得酸浸渣；
[0010] d、碱融：向酸浸渣中加入NaOH，于500~900°C进行碱融，获得碱融渣；
[0011] e、二次酸浸：向碱融渣中加入稀盐酸，进行二次酸浸，固液分离后获得富铈浸渣；
[0012] f :煅烧：将富铈浸渣进行煅烧，得到高铈稀土抛光粉。
[0013] 其中，a步骤中的氟碳铈精矿粉优选为过200目筛。
[0014] 进一步的，a步骤中的氧化焙烧优选为550°C氧化焙烧2小时，且按重量比，碳酸氢 钠：氟碳铺精矿粉=2:5。
[0015] 其中，c步骤中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1. 5~2. 5mol/ L，更优选稀盐酸的浓度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：熟矿=3~15:1，优选稀盐酸：熟矿 =4~6:1，更优选稀盐酸：熟矿=5:1 ;酸浸时间为0. 5~3h，优选酸浸时间为0. 8~1. 2 小时，更优选酸浸时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C，更优选酸 浸温度为75 °C。
[0016] 其中，d步骤中碱融温度为900 °C，碱融时间为lh。
[0017] 进一步的，d步骤中，按质量比，氢氧化钠：酸浸渣=0. 5~3:5,优选氢氧化钠： 酸浸渣=3:5。
[0018] 其中，e步骤中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1. 5~2. 5mol/ L，更优选稀盐酸的浓度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：碱融渣=3~15:1，优选稀盐酸： 碱融渣=4~6:1，更优选稀盐酸：碱融渣=5:1 ;酸浸时间为0. 5~3h，优选酸浸时间为 0. 8~1. 2小时，更优选酸浸时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C， 更优选酸浸温度为75 °C。
[0019] 其中，f步骤中，先水洗富铈浸渣至pH值为5~7,固液分离后，再进行煅烧。
[0020] 进一步的，f步骤中的煅烧优选为600~900 °C下煅烧2h。
[0021 ] 通过本发明高铈稀土抛光粉的制备方法，制备得到的高铈稀土抛光粉的主要成分 包含0602，1^203,5丨02，其中，060 2八1?0为81%以上，了1?0为91%以上，颗粒尺寸为20~ 200nm〇
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023] 1)以氟碳铈矿为原料，获得的产品〇6〇2/^1?0为81%以上，了1?0为91%以上，其 颗粒尺寸20~200nm，产品收率81 %以上，提高了以原矿为原料获得的抛光粉产品的档次。
[0024] 2)本发明改进了工艺流程，使得工艺简单，成本低廉，相对于目前，应用铈盐通过 化学合成方法制备高铈稀土抛光粉，节约了能源，减少了环境污染，有比较明显的社会、经 济效益。
【具体实施方式】
[0025] 本发明高铈稀土抛光粉的制备方法，包括以下步骤：
[0026] a、氧化焙烧：在氟碳铈精矿粉中加入碳酸氢钠，氧化焙烧，获得熟矿；
[0027] b、水洗：将a步骤所得熟矿移入水中，水洗，固液分离，得水洗后的熟矿；
[0028] c、一次酸浸：向水洗后的熟矿中加入稀盐酸，进行酸浸，固液分离后获得酸浸渣；
[0029] d、碱融：向酸浸渣中加入NaOH，于500~900°C进行碱融，获得碱融渣；
[0030] e、二次酸浸：向碱融渣中加入稀盐酸，进行二次酸浸，固液分离后获得富铈浸渣；
[0031] f :煅烧：将富铈浸渣进行煅烧，得到高铈稀土抛光粉。
[0032] 其中，a步骤中氧化焙烧，为了降低了反应的活化能并固氟（氟碳铈矿分解产生的 氟化氢气体转化为可溶于水的氟化钠），加入碳酸氢钠。该步骤主要发生以下化学反应：
[0033] 2NaHC03- Na 2C03+C02+H20
[0034] 2REFC03+Na2C03- NaF+RE 2〇3+3C〇2
[0035] REFC03- RE0F+C0 2
[0036] 2RE0F+H20 - RE203+HF
[0037] Na2C03+2HF - 2NaF+H20+C02
[0038] 为了使反应更加充分，a步骤中的氟碳铈精矿粉优选为过200目筛。
[0039] a步骤中的氧化焙烧优选为550°C氧化焙烧2小时，按重量比，碳酸氢钠：氟碳铺 精矿粉=2:5。
[0040] b步骤水洗可以将氟化钠及其他易溶杂质溶于水中，从而除去氟碳铈精矿中的氟， 为了去除氟化钠，同时节约用水，熟矿和水的质量比优选为1:20,水洗时间为lh。
[0041] c步骤一次酸浸可溶解部分三价铈和部分氧化铁，发生如下化学反应：
[0042] RE203+6HC1 - 2REC13+3H20
[0043] 3RE0F+6HC1 - 2REC13+REF3 丨 +3H 20
[0044] Fe203+6HC1 - 2FeCl3+3H20
[0045] c步骤中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1· 5~2. 5mol/L，更 优选稀盐酸的浓度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：熟矿=3~15:1，优选稀盐酸：熟矿= 4~6:1，更优选稀盐酸：熟矿=5:1 ;酸浸时间为0. 5~3h，优选酸浸时间为0. 8~1. 2小 时，更优选酸浸时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C，更优选酸浸 温度为75°C。
[0046] d步骤碱融为二次酸浸过程中盐酸与渣中难于被浸出的残余杂质如氧化铁充分反 应将其浸出创造条件，提高产品中氧化稀土的含量，发生的化学反应如下：
[0047] Fe203+6Na0H - 2Na3Fe03+3H20
[0048] d步骤中碱融温度优选为900°C，碱融时间优选为lh ;氢氧化钠以固态方式加入， 按质量比，氢氧化钠：酸浸渣=〇. 5~3:5,优选氢氧化钠：酸浸渣=3:5。
[0049] e步骤二次酸浸的化学反应方程式如下：
[0050] 2Na3Fe03+12HCl 一 6NaCl+2FeCl3+6H20
[0051] e步骤中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1. 5~2. 5mol/L，更 优选稀盐酸的浓度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：碱融渣=3~15:1，优选稀盐酸：碱融渣 =4~6:1，更优选稀盐酸：碱融渣=5:1 ;酸浸时间为0.5~3h，优选酸浸时间为0.8~ 1. 2小时，更优选酸浸时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C，更优 选酸浸温度为75 °C。
[0052] f步骤中，优选先水洗富铈浸渣至pH值为5~7,固液分离后，再进行煅烧。
[0053] f步骤中的煅烧为600~900 °C下煅烧2h。
[0054] 通过本发明高铈稀土抛光粉的制备方法，制备得到的高铈稀土抛光粉的主要成分 包含060 2，1^203,5丨02，其中，0602八1?0为81%以上，了1?0为91%以上，颗粒尺寸为20~ 200nm〇
[0055] 下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。
[0056] 实施例1
[0057] 取氟碳铈精矿30g(经研磨至200目以下），其中含RE0 62.03%，铈含量32. 72%， 置于研钵，加入12g碳酸氢钠，研磨混合均匀。置于马弗炉中，在550°C氧化焙烧2小时，获 得熟矿。将熟矿倒入水中冷却，水洗后固液分离，干燥后获得固样23. 8240g，加2mol/L稀 盐酸于固样中，在75°C，磁力搅拌反应1小时，固样和稀盐酸重量比为1:5,固液分离后，干 燥得到酸浸渣12. 1350g。将酸浸渣和氢氧化钠（分析纯）混合均匀，置于马弗炉，在900°C 焙烧1小时，酸浸渣和氢氧化钠的重量比为5:3,获得碱融渣17. 3260g。按照碱融渣和稀盐 酸1:5的重量比，加2mol/L稀盐酸于碱融渣中，在75°C，搅拌反应1小时，固液分离，干燥 后得到9. 9756g富铈浸渣。将富铈浸渣置于马弗炉中，600°C煅烧2小时。即可获得高铈 稀土抛光粉9. 7756g，其稀土组成为Ce02/TRE0为83. 2240 %，TREO为99. 4408 %，铈收率为 82. 4180%。
[0058] 实施例2~实施例6
[0059] a、氧化焙烧：取氟碳铈精矿（经研磨至200目以下），其中含RE0 62. 03%，铈含量 32. 72%，置于研钵，加入碳酸氢钠，研磨混合均匀。置于马弗炉中，在550°C氧化焙烧2小 时，获得熟矿。加入的碳酸氢钠与氟碳铈精矿的重量比见表1 ;
[0060] b、水洗：将熟矿倒入水中冷却，水洗后固液分离，干燥后得水洗后的熟矿；
[0061] c、一次酸浸：加稀盐酸于水洗后的熟矿中，进行酸浸，固液分离后，干燥得到酸浸 渣，一次酸浸的各参数见表1，表1中的固液比为固体和液体盐酸的质量比；
[0062] d、碱融：向酸浸渣中加入NaOH，进行碱融，获得碱融渣，碱融各参数见表1，表1中 的氢氧化钠掺入量为NaOH与酸浸渣的质量比；
[0063] e、二次酸浸：向碱融渣中加入稀盐酸，进行二次酸浸，固液分离后获得富铈浸渣；
[0064] f、煅烧：将富铈浸渣水洗至pH值为5~7后，固液分离，将固体干燥后置于马弗炉 中，60(TC煅烧2小时，即可获得高铈稀土抛光粉。
[0065] 表 1
[0066]
[0067] 实施例7煅烧温度对产品的影响
[0068] 取氟碳铈精矿（经研磨至200目以下），其中含RE0 62. 03%，铈含量32.72% 20g， 置于研钵，加入8g碳酸氢钠，研磨混合均匀。置于马弗炉中，在550°C氧化焙烧2小时，获得 熟矿。将熟矿倒入水中冷却，水洗后固液分离，加稀盐酸于水洗后的熟矿中，在75°C，磁力搅 拌反应1小时，熟矿和稀盐酸重量比为1:5,固液分离后得到酸浸渣。将酸浸渣和氢氧化钠 混合均匀，置于马弗炉，在900°C焙烧1小时，酸浸渣和氢氧化钠的重量比为5:3。按照碱融 渣和稀盐酸1:5的重量比，加稀盐酸于碱融渣中，在75°C，搅拌反应1小时，固液分离，得到 富铈浸渣。将富铈浸渣置于马弗炉中煅烧2小时，其煅烧温度为600°C，即可获得高铈稀土 抛光粉A，其产品分析见表2。
[0069] 按照上述方法，仅改变煅烧温度，其煅烧温度见表2,得到高铈稀土抛光粉B~D， 其产品分析见表1。从表3可以看出，煅烧温度将影响产品的粒度。
[0070] 表 2
[0071]
[0072] 实施例8
[0073] 取氟碳铈精矿30g(经研磨至200目以下），其中含RE0 62.03%，铈含量32. 72%， 置于研钵，加入12g碳酸氢钠，研磨混合均匀。置于马弗炉中，在550°C氧化焙烧2小时，获 得熟矿。将熟矿倒入水中冷却，水洗后固液分离，干燥后获得固样23. 8240g，后续步骤如上 述实施例1依下表3参数进行，其中，样品1~17 -次酸浸后直接将酸浸渣置于马弗炉中， 600°C煅烧2小时，即可获得高铈稀土抛光粉；样品18~26在一次酸浸后后进行碱融，然后 进行二次酸洗，二次酸洗条件为：盐酸浓度为2mol/L，温度为75°C，时间为1小时，固液比为 1:5〇
[0074] 表 3
[0075]
[0078] 表3中的固液比为固体和液体盐酸的质量比，氢氧化钠掺入量为NaOH与酸浸渣的 质量比。从表3可以看出，c步骤一次酸浸的最佳条件为盐酸浓度为2mol/L，温度为75°C， 时间为1小时，固液比为1: 5。加入喊融步骤后，广品的性能有所提尚，d步骤喊融的最佳条 件为：NaOH掺入量为NaOH与酸浸渣的质量比问6:10 (即3:5)，碱融温度为900°C，时间为1 小时。
【主权项】
1. 高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： a、 氧化焙烧：在氟碳铈精矿粉中加入碳酸氢钠，氧化焙烧，获得熟矿； b、 水洗：将a步骤所得熟矿移入水中，水洗，固液分离，得水洗后的熟矿； c、 一次酸浸：向水洗后的熟矿中加入稀盐酸，进行酸浸，固液分离后获得酸浸渣； d、 碱融：向酸浸渣中加入NaOH，于500~900°C进行碱融，获得碱融渣； e、 二次酸浸：向碱融渣中加入稀盐酸，进行二次酸浸，固液分离后获得富铈浸渣； f :煅烧：将富铈浸渣进行煅烧，得到高铈稀土抛光粉。2. 根据权利要求1所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：a步骤中的氟碳铈 精矿粉为过200目筛。3. 根据权利要求1或2所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：a步骤中的氧 化焙烧为550°C氧化焙烧2小时，按重量比，碳酸氢钠：氟碳铈精矿粉=2:5。4. 根据权利要求1~3任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：c步骤 中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1. 5~2. 5mol/L，更优选稀盐酸的浓 度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：熟矿=3~15:1，优选稀盐酸：熟矿=4~6:1，更优选 稀盐酸：熟矿=5:1 ;酸浸时间为0. 5~3h，优选酸浸时间为0. 8~1. 2小时，更优选酸浸 时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C，更优选酸浸温度为75°C。5. 根据权利要求1~4任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：d步骤 中碱融温度为900 °C，碱融时间为lh。6. 根据权利要求1~5任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：d步骤 中，按质量比，氢氧化钠：酸浸渣=〇. 5~3:5,优选氢氧化钠：酸浸渣=3:5。7. 根据权利要求1~6任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：e步骤 中，稀盐酸的浓度为1~3mol/L，优选稀盐酸的浓度为1. 5~2. 5mol/L，更优选稀盐酸的浓 度为2mol/L ;按质量比，稀盐酸：碱融渣=3~15:1，优选稀盐酸：碱融渣=4~6:1，更 优选稀盐酸：碱融渣=5:1 ;酸浸时间为0. 5~3h，优选酸浸时间为0. 8~1. 2小时，更优 选酸浸时间为lh ;酸浸温度为45~90°C，优选酸浸温度为70~80°C，更优选酸浸温度为 75 Γ。8. 根据权利要求1~7任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：f步骤 中，先水洗富铈浸渣至pH值为5~7,固液分离后，再进行煅烧。9. 根据权利要求1~8任一项所述的高铈稀土抛光粉的制备方法，其特征在于：f步骤 中的煅烧为600~900 °C下煅烧2h。
【文档编号】C09K3/14GK105985735SQ201510060870
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】邱克辉, 冯强, 刘倩琛, 李峻峰, 张佩聪
【申请人】成都理工大学