一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺的制作方法

专利名称：一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺，属于稀土粉体 材料的化学制备技术领域。
背景技术：
稀土抛光粉主要用于玻璃、晶体等制品的抛光，稀土抛光粉主要为铈基 氧化物粉体，按氧化铈的含量多少可分为高铈抛光粉、中铈抛光粉和低钸抛 光粉。目前，我国生产的抛光粉低档次较多，在较高档次的稀土抛光粉生产 上与国外相比仍有一些差距，在要求较高的器件抛光上仍需要依赖进口抛光
粉，目前虽有几家生产高性能抛光粉，但仍不能满足国内Fl益增长的市场需 求，因此加速高性能抛光粉生产仍将是当前十分迫切的任务。
对于低铈和中铈抛光粉目前多采用物理方法为主的制备工艺，专利 CN1205354A公开了 一种稀土抛光粉的生产方法，按重量计取1份品位为40 % 85%的稀土精矿粉和0.5 2份烧碱混合，加热至600 850°C，于混物 熔融状态保温1 3小时后冷却、粉碎、水洗，得氢氧化稀土富集物，再加入 工业氢氟酸将其中的氢氧化稀土氟化得氟氢氧化稀土富集物，然后焙烧、研 磨，得稀土抛光粉。此工艺得到的产品硬度大，粒度细小，呈面心立方晶体， 在抛光过程中容易划伤抛光表面，仅用于高速抛光不适合精密表面的抛光。
高铈抛光粉铈含量高，抛光效果好，目前多采用化学方法制备。美国专
利5543216公开了一种合成氧化铈颗粒的制备方法，该方法调节反应物的pH
值为8 9，并在压力下升温至100 20(TC ，得到的粒子粒度在0.03 5um之
间，该方法比较复杂，设备昂贵，粒度分布宽，抛光效果不佳。
中国专利CN1821314公开了一种超细氧化铈的制备方法，采用含有钸离
子的盐溶液，加入表面活性剂后，让溶液先与一种碱性物质接触，控制反应
悬浮液的pH值，生成沉淀物，然后该悬浮液用草酸进行转化，控制反应终点
的pH值，最后过滤、洗涤、干燥该沉淀物，在600 100(TC下灼烧，得到的
超细氧化钸可用于抛光，但该方法中制备步骤也比较复杂，制的产品粒度分
布也比较宽在10nm 30um之间，比表面积达到了 50m2/g ，其用作抛光粉重复使用性差。
中国专利200510132522.8公开的方法中制备步骤也比较复杂，制得的产 品粒度分布也比较宽，在10nm 30um之间，比表面积达到了 50mVg，其用 作抛光粉时，重复使用性差。
目前，对抛光粉平均粒径在0.02 2.0um之间，0 <比表面积BET < 10m2/g， 0<分散度。<1.5，球化比较好，切削力大，重复使用性好的抛光 粉体的制备方法未见报道。

发明内容
本发明的目的是提供一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺，利用本 发明制备的稀土抛光粉的平均粒径在0.02 2.0um范围内，0<比表面积BET <10m2/g， 0<分散度。<1.5，切削力大、粒度分布均匀的近球形粉体，制 备工艺简单，操作容易，易于工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案这种高性能的稀土抛光粉 的制备工艺，具体步骤如下
1) 将稀土盐与沉淀剂分别溶于水中配成一定浓度的溶液；
2) 将稀土盐溶液在一定温度下保温；
3) 搅拌下将沉淀剂按一定加料速度加入到恒温的铈盐溶液中，加料完
毕后继续搅拌一段时间，使混合均匀；
4) 加入一定量铵盐调节沉淀后母液的离子强度，并加入一定量的F离
子，搅拌均匀；
5) 将混合液在一定温度下保温陈化一段时间；
6) 冷却后过滤或离心分离，干燥后得到抛光粉的前驱体；
7) 将前驱体粉体在一定温度下灼烧，得到协同氧化物粉体，在经过分
散、分选后处理，得到稀土抛光粉。 本工艺采用工业上常用的沉淀方法，在沉淀后的母液中加入铵盐调控 离子强度，增大沉淀颗粒的表面电性，得到超细、球化度高、分散性好的稀 土抛光粉。本发明一种抛光粉的制备工艺，稀土盐为纯铈盐，纯度(Ce02/TREO) 为98% 99.99%，也可以是铈和其它稀土混合盐，CeO2/TREO=50% 98%， 其它稀土可以为La、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 Y中的一种或两种以上。
本发明的制备工艺使用的稀土盐溶液为硝酸盐、氯化物、硫酸盐或者它 们的复合盐溶液，浓度为0.05 2mol/L。
本发明的制备工艺所述步骤2)，稀土盐溶液在一定温度下预热，温度范 围为2(TC 8(TC;所述步骤3)中沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵中的一 种或两种以上的混合物，沉淀剂总浓度为0.1 2.0mol/L ，也可以加入固体沉 淀剂。
本发明的制备工艺所述步骤4)中按盐为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的 一种或几种的混合物，加入量按母液体积计算使加入铵离子的浓度为0.01 lmol/L。可以加入氟化铵、氟硅酸铵，也可以加入氟化钠引入氟离子，使 F/TREO的重量百分比为0.1 10%，优选为1 5%。
本发明的制备工艺所述歩骤5)中沉淀浆液在3(TC 10(TC下陈化，陈化 时间为0.5 48小时。
本发明的制备工艺所述步骤7)中抛光粉前驱体在60(TC 110(TC下灼 烧，得到氧化稀土粉体。在湿法球磨过200目 500目筛，离心干燥后得到 平均粒径在0.1~2.0um之间，0<比表面积BET<5m2/g， 0<分散度。<1.0 的高性能超细、球化的稀土抛光粉。
本发明的制备工艺所述步骤7)焙烧得到的稀土氧化物粉体经过气流磨 破碎分选，得到平均粒度在0.02 1.0um之间，0<比表面积BET<8m2/g， 0 <分散度o <0.8的高性能超细、球化的稀土抛光粉。
本发明的优点是制备过程中，在沉淀后的母液中加入铵盐和氟离子， 增大母液中的离子强度，增大沉淀颗粒的表面电性，从而改善了粉体的分散 性能，并增大了粉体的晶化程度和球化度，制备的粉体粒度细，球化度高， 分散性好。制备工艺简单，操作容易，易于工业化生产。粉体抛光效果较好， 抛光表面粗糙度小，划痕数量少，平整度高。本发明所说的分散度定义为 o = ( d90-dio ) / 2d5o
其中d9o是90%颗粒的直径小于d9()的颗粒直径； (150是50%颗粒的直径小于d50的颗粒直径； 山0是10%颗粒的直径小于d1Q的颗粒直径；


图1:本发明制备方法实例1制备的前驱体Ce20(C03)2H20粉体的X衍 射图谱
图2:本发明制备方法实例1得到的抛光粉的X衍射图谱
图3:本发明制备方法实例1的抛光粉的SEM像 图4:本发明制备方法实例2得到抛光粉的X衍射图谱 图5:本发明制备方法实例2得到的抛光粉的SEM照片 图6:本发明制备方法实例3得到的抛光粉的SEM照片
图7:本发明制备方法实例1得到的抛光粉与购买进口同类抛光粉的抛 光表面的偏光显微镜图，l)为自制抛光粉的抛光表面图；2)为购买抛光粉的
抛光表面图
具体实施例方式
实例1:将氯化铈溶于水中配成O.05mol/L的溶液放入反应器中，将其加 热至30°C。将配制好的浓度为O.lmol/L的沉淀剂碳酸氢铵溶液，以2L/min 的速度加入到底液中；待加料完成后，搅拌10min，加入按母液体积计算时 加入铵离子的浓度为O.Olmol/L氯化铵和F/TREO的重量百分比为0.1%的氟 化铵到混合溶液中；将混合母液升温至90'C下继续搅拌反应5小时，使反应 充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀在3(TC下陈化0.5小时；将沉淀分离、 收集、洗涤、干燥，即得到白色的前驱体粉体，前驱体粉末在60(TC煅烧， 得到"02粉体，湿法球磨后过200目筛，离心干燥得到高性能超细、球化的 稀土抛光粉，平均粒径为0.8259um,分散度为0.984，比表面积为4.65m2/g 。
实例2:将镧、铈硝酸盐溶于水中配成3mol/L的溶液放入反应器中，将 其加热至80'C 。将配制好的浓度为2.0mol/L的沉淀剂碳酸铵溶液，以2L/min的速度加入到底液中；待加料完成后，搅拌10min，加入按母液体积计算时 加入钹离子的浓度为1.0mol/L硝酸铵和F/TREO的重量百分比为10.0%的氟 化铵到混合溶液中；将混合母液升温至90°C ，继续搅拌反应5小时，使反应 充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀在IO(TC下陈化48小时；将沉淀分离、 收集、洗涤、干燥，即得到白色的前驱体粉体，前驱体粉末在110(TC煅烧， 得到La203 — Ce02粉体，湿法球磨后过500目筛，离心干燥得到高性能超细、 球化的稀土抛光粉，平均粒径为1.556um，分散度为1.36，比表面积为 8.43m2/g。
实例3:将镧、铈、镨、钕硫酸盐溶于水中配成1.5mol/L的溶液放入反 应器中，将其加热至40°C 。将配制好的浓度为1.0mol/L的沉淀剂碳酸氢铵与 氨水的混合溶液，以2L/min的速度加入到底液中；待加料完成后，搅拌15min， 加入按母液体积计算时加入铵离子的浓度为0.5mol/L硫酸铵和F/TREO的重 量百分比为1.0%的氟硅酸铵到混合溶液中；将混合母液升温至80°C，继续 搅拌反应5小时，使反应充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀在6(TC下陈 化24小时；将沉淀分离、收集、洗涤、干燥，即得到白色的前驱体粉体，前 驱体粉末在90(TC煅烧，得到混合粉体，湿法球磨后过400目筛，离心干燥 得到高性能超细、球化的稀土抛光粉，粒径为1.9701um，分散度为1.43，比 表面积为9.23m2/g。
实例4:其制备工艺步骤同实例1，稀土盐溶液为铈、钇、钐、铕、钆的 氯化物，浓度为1.0mol/L，沉淀剂为碳酸氢铵与碳酸铵的混合物，浓度为2.0 mol/L。加入按母液体积计算时加入铵离子的浓度为0.7mol/L硝酸铵、氯化 铵和F/TREO的重量百分比为5.0%的氟硅酸铵到混合溶液中，反应在95°C 下反应4小时，在5CTC下陈化36小时，沉淀在100(TC煅烧，经过气流磨破 碎分选，得到平均粒径为1.6214um,分散度为1.34，比表面积为3.56m2/g 的高性能超细、球化的稀土抛光粉。
实例5:其制备工艺步骤同实例1，稀土盐溶液为铈、镧、铽、镝、钬、 铒的硝酸盐，浓度为1.4mol/L，沉淀剂为固体的碳酸氢铵与碳酸铵的混合物。 加入按母液体积计算时加入铵离子的浓度为0.6mol/L硝酸铵和F/TREO的重量百分比为4.0%的氟硅酸铵和氟化铵到混合溶液中，反应在85'C下反应6 小时，在40'C下陈化40小时，沉淀在90(TC煅烧，经过气流磨破碎分选后， 得到平均粒径为1.7299um，分散度为1.42,比表面积为6.42m2/g，高性能超 细、球化的稀土抛光粉
实例6:其制备工艺歩骤同实例1，稀土盐溶液为铈、镧硝酸盐与铥、镱、 镥的氯化物，浓度为0.9mol/L，沉淀剂为固体的碳酸氢铵。加入按母液体积 计算时加入铵离子的浓度为0.4mol/L硝酸铵和氯化铵，F/TREO的重量百分 比为2.0 %的氟硅酸铵和氟化铵到混合溶液中，反应在75 °C下反应6小时， 在50°C下陈化30小时，沉淀在800°C煅烧，湿法球磨后过300目筛，离心干 燥后得到高性能超细、球化的稀土抛光粉，平均粒径为0.997 um，分散度为 1.02，比表面积为4.35m2/g。
权利要求
1、一种超细、球化稀土抛光粉，其特征在于，抛光粉的平均粒径在0.02～2.0um之间，0＜比表面积＜10m2/g，0＜分散度σ＜1.5。
2、 一种制备权利要求1所述的超细、球化稀土抛光粉的制备工艺，其特征在于，它包括以下具体步骤(1) 将稀土盐与沉淀剂分别溶于水中配成一定浓度的溶液；(2) 将稀土盐溶液和沉淀剂分别加热至一定温度下保温；(3) 搅拌下将沉淀剂按一定加料速度加入到恒温的铈盐溶液中，加料完毕 后继续搅拌一段时间，使混合均匀；(4) 加入一定量按盐调节沉淀母液的离子强度，并加入一定量的F离子， 搅拌均匀；(5) 将混合液在一定温度下保温陈化一段时间；(6) 冷却后过滤或离心分离，干燥后得到抛光粉的前驱体；(7) 将前驱体粉体在一定温度下灼烧，得到协同氧化物粉体，再经过分散、 分选后处理，得到稀土抛光粉。
3、 根据权利要求2所述的一种抛光粉的制备工艺，其特征在于，稀土盐为 纯铈盐，纯度(Ce02/TREO)为98% 99.99%，或者是铈和其它稀土元素中 的一种或两种以上的混合盐，Ce02/TREO为50% 98%，所述的其它稀土元 素为La、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 Y。
4、 根据权利要求3所述的一种抛光粉的制备工艺，其特征在于，稀土盐溶 液为硝酸盐、氯化物、硫酸盐或它们的复合盐溶液，溶液的浓度为0.05 2mol/L。
5、 根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)稀土盐 溶液在一定温度下预热，温度范围为20°C 80°C 。
6 、根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述歩骤(3 )中沉淀 剂为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种以上的混合物，沉淀剂总浓度 为0.1 2.0mol/L。
7、 根据权利要求2或6所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中 铵盐为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或两种以上的混合物，加入量按沉 淀母液体积计算使加入铵离子的浓度为0.01 lmol/L。
8、 根据权利要求2或或7所述的制备工艺，其特征在于，所述歩骤(4) 中所述的氟离子來自加入的氟化铵、氟硅酸铵、或氟化钠，使F/TREO的重 量百分比为0.1 10%。
9、 根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，氟离子含量为F/TREO 的重量百分比为1 5%。
10、 根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中沉淀 浆液在30°C 100°C下陈化，陈化时间为0.5 48小时。
11、 根据权利要求2或8所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)中 抛光粉前驱体在600'C 110(TC下灼烧，得到稀土氧化物粉体。
12、 根据权利要求2或8所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)焙 烧得到的稀土氧化物粉体经过湿法球磨，过200目 500目筛，离心干燥后 得到稀土抛光粉。
13、 根据权利要求2或8所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)焙 烧得到的稀土氧化物粉体经过气流磨破碎分选，得到稀土抛光粉。
全文摘要
本发明提供了一种超细、球化稀土抛光粉及其制备工艺。该工艺通过氨水、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或几种的混合物为沉淀剂，在沉淀后的浆液中加入铵盐和氟离子调节母液中的离子强度，从而增大浆液中固体颗粒的表面电性，高温陈化后，过滤，滤饼干燥、灼烧、球磨过筛后可以得到分散性好、球化度高、超细的稀土抛光粉。得到的抛光粉平均粒径在0.02～2.0um之间，0＜比表面积BET＜10m²/g，粉体呈分散好的球形。该粉体用于光学玻璃抛光、晶体抛光、显示屏抛光等切削力强，划痕少，使用时间长。
文档编号C09K3/14GK101284983SQ200710065388
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月12日 优先权日2007年4月12日
发明者崔大立, 崔梅生, 张顺利, 朱兆武, 韩业斌, 黄小卫, 龙志奇 申请人:北京有色金属研究总院;有研稀土新材料股份有限公司