一种含钐稀土抛光粉及其制备工艺的制作方法

本发明涉及稀土材料技术领域，具体涉及一种含钐稀土抛光粉及其制备工艺。

背景技术：

稀土研磨材料作为玻璃材料的研磨用材料被广泛使用。特别是近年来手机玻璃及液晶显示器(lcd)、光掩模等电气·电子设备领域的快速成长，作为它们玻璃基板的研磨材料需求增加。随着行业制造技术的的不断发展，对于基板等玻璃的研磨要求具有更高的研磨速度及更好的表面精度。同时要求研磨材料具有较高的循环使用性能并减少氟元素可能造成的环境问题。

专利cn201310403538.2公开了一种使用以铈为主要成分的稀土抛光粉掺氟工艺。该工艺将稀土盐溶液、沉淀剂溶液、氟化剂溶液同时加入反应釜中，在体系ph值6-9、温度30-90℃并伴有强搅拌条件下进行稀土抛光粉的合成。该工艺相比较其他工艺在一定程度上改善了稀土抛光粉中氟元素分布不均匀的状况，但氟化剂及沉淀剂的分别加入容易造成局部浓度过高，出现氟元素不均匀的情况。在沉淀过程中体系ph值维持6-9，使得大量杂质元素沉淀进入稀土抛光粉中，对产品品质会造成不良影响。同时在强搅拌条件下会形成大量不易破碎的泡沫，使之在工业应用中受到限制。专利cn200310116366.7公开了一种玻璃磨料的制造方法，其主要特征为将碳酸稀土煅烧后与氟化稀土进行湿法球磨，通过煅烧使之发生固相反应，达到氟元素在粒子中扩散的目的。该方法在氟元素分布上不均匀，高含氟量的粒子在高温条件下会形成异常生长的粗大粒子，影响产品品质。且该工艺过程复杂，设备要求高，不利于产品的生产。在已有的专利文献中稀土抛光粉的制造原料主要为镧铈系列、镧铈镨系列、镧铈镨钕系列，纯铈系列，及部分掺杂铝、锆的稀土抛光粉，而在现有元素中掺杂钐元素的稀土抛光粉还未见报道。高纯度钐元素在市场应用方面主要应用于钐钴合金及光感、催化材料领域，对市场需求小。低纯度的钐元素不仅价值低而且无法形成市场销售，造成大量资源积压。在铈基稀土抛光粉中添加钐元素不经能够改善其研磨性能，提高循环使用效率，而且能够将资源充分利用。

为了解决上述问题，本发明者对各种粒径的稀土研磨材料进行了认真研究以改善研磨速度。结果发现，铈系研磨材料的粒径在规定范围内时，团聚颗粒棱角锋利更加有利于提高研磨速度，同时较小的晶粒尺寸可以保证更好的表面质量，随着细小晶粒的不断剥离，使颗粒始终存在新鲜表面，可以延长颗粒在研磨过程中的有效时间，改善研磨材料的循环使用性能。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种含钐稀土抛光粉及其制备工艺，制得的稀土抛光粉晶粒均匀、棱角明显，切削速度快。

本发明所采用的技术方案为：

一种含钐稀土抛光粉，其成份按摩尔比计：sm2o3/treo=1.4×10^-4～0.014，la2o3/treo=0.06～0.12，pr7o11/treo=8.6×10^-6～0.0047，nd2o3/treo=2.97×10^-5～0.0074，余量为ceo2/treo=0.27～0.46。

一种含钐稀土抛光粉的制备工艺，其生产工艺为:

a、将稀土的化合物配制为盐溶液，该稀土盐溶液的摩尔浓度为0.59～1.78mol/l；

b、配制含氟沉淀剂，将沉淀剂制备为溶液后，向沉淀剂溶液中缓慢加入氟化剂，搅拌均匀，过滤除去沉淀物，取上清液；调整沉淀剂浓度为稀土盐溶液摩尔浓度的1.5～4.5倍，氟离子浓度为稀土盐溶液摩尔浓度的0.4～1.0倍；

c、向反应容器内加入原料液，升温至90～96℃；

d、向反应容器内加入含氟沉淀剂；

e、加入含氟沉淀剂直至体系ph值为7.0，整个合成过程控制时间为0.5～5h；

f、将沉淀物洗涤过滤，在300～650℃烘干4～36h；

g、将烘干物料在960～1150℃下煅烧6～12h；

h、将煅烧产物破碎分级可获得本发明所述的含钐稀土抛光粉。

本发明以含钐的稀土盐溶液为主要原料，向原料中加入含氟的沉淀剂溶液，通过调整沉淀剂中的氟离子浓度控制产品中的氟含量，再经洗涤、烘干、煅烧、破碎分级等工序获得。本发明在稀土原料中引入了钐元素使所得含钐稀土抛光粉棱角更加锋利，晶粒均匀紧密，研磨速度快。在沉淀剂中加入氟化剂，保证氟元素均匀分布的的同时，避免高浓度氟元素造成的粒子棱角钝化，使粒子能够保持具有较好的研磨效率及循环使用性能。同时提升了资源综合利用水平，具有制备工艺简单，原材料来源广泛，污染小，便于工业化生产等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的粉体sem图；

图2为本发明实施例2所制备的粉体sem图；

图3为本发明实施例3所制备的粉体sem图；

图4为本发明实施例4所制备的粉体sem图；

图5为本发明实施例5所制备的粉体sem图；

图6为本发明对比例1所制备的粉体sem图；

图7为本发明对比例2所制备的粉体sem图；

图8为本发明实施例3（最佳工艺）及其边界含量所制备的粉体xrd图。

具体实施方式

实施例1

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为sm2o3/treo=1.4×10^-4，la2o3/treo=0.104，pr7o11/treo=0.0022，nd2o3/treo=0.0045,余量为ceo2/treo=0.36，盐溶液摩尔浓度为0.59mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至96℃。将碳酸氢铵配制为0.885mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化铵，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为0.236mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为5小时。将沉淀物洗涤过滤，在300℃烘干36小时，将烘干物料在1150℃下煅烧6h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm，即为本发明所述的含钐稀土抛光粉。

实施例2

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为sm2o3/treo=0.014，la2o3/treo=0.104，pr7o11/treo=8.6×10^-6，nd2o3/treo=2.97×10^-4,余量为ceo2/treo=0.28，盐溶液摩尔浓度为1.78mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至90℃。将碳酸氢铵配制为2.67mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化铵，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为0.712mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为0.5小时。将沉淀物洗涤过滤，在650℃烘干6小时，将烘干物料在960℃下煅烧12h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm，即为本发明所述的含钐稀土抛光粉。

实施例3

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为sm2o3/treo=0.014，la2o3/treo=0.06，pr7o11/treo=0.0022，nd2o3/treo=0.0045,余量ceo2/treo=0.37，盐溶液摩尔浓度为0.59mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至93℃。将碳酸钠配制为2.655mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化钠，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为0.59mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为2.5小时。将沉淀物洗涤过滤，在600℃烘干12小时，将烘干物料在1080℃下煅烧8h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm，即为本发明所述的含钐稀土抛光粉。

实施例4

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为sm2o3/treo=1.4×10^-4，la2o3/treo=0.06，pr7o11/treo=8.6×10^-6，nd2o3/treo=2.97×10^-5,余量ceo2/treo=0.46，盐溶液摩尔浓度为1.16mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至94℃。将碳酸钠配制为2mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化钠，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为0.7mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为4.5小时。将沉淀物洗涤过滤，在500℃烘干6小时，将烘干物料在1000℃下煅烧10h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm，即为本发明所述的含钐稀土抛光粉。

实施例5

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为sm2o3/treo=0.014，la2o3/treo=0.12，pr7o11/treo=0.0047，nd2o3/treo=0.0074,余量ceo2/treo=0.27，盐溶液摩尔浓度为1.22mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至94℃。将碳酸钠配制为1.83mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化钠，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为1.1mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为1.5小时。将沉淀物洗涤过滤，在450℃烘干24小时，将烘干物料在980℃下煅烧11h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm，即为本发明所述的含钐稀土抛光粉。

对比例1

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为,ceo2/treo=0.58,盐溶液摩尔浓度为1.19mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至94℃。将碳酸钠配制为2.0mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化钠，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为0.7mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为2.6小时。将沉淀物洗涤过滤，在600℃烘干12小时，将烘干物料在1060℃下煅烧8h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm。

对比例2

将稀土的化合物配制为盐溶液，该盐溶液组成按摩尔比计算为,la2o3/treo=0.06，ceo2/treo=0.418,pr7o11/treo=0.0047，nd2o3/treo=0.0074，盐溶液摩尔浓度为1.36mol/l。向反应容器内加入1m³原料液，升温至94℃。将碳酸氢铵配制为3.15mol/l的溶液，向碳酸氢铵溶液中加入氟化铵，使碳酸氢铵溶液中氟离子浓度为1.1mol/l。将含氟的碳酸氢铵溶液压滤，取清液。向反应器内加入含氟的碳酸氢铵溶液，直至体系ph值为7.0，合成过程控制时间为1.5小时。将沉淀物洗涤过滤，在550℃烘干8小时，将烘干物料在1000℃下煅烧11h。将煅烧产物破碎分级至d50：1.0±0.2μm。

对各实施例及对比例在m200型平面精密研磨机上进行研磨评价。将抛光粉制备为10%浓度浆料，将φ70mm的平面玻璃作为研磨材料，使用聚氨基甲酸酯抛光垫对玻璃进行抛光。抛光盘转速为200转/min，摆动次数30次/min，研磨压力0.2mpa。通过称量玻璃抛光前后的重量测定研磨速率，每24h测定一次玻璃重量，取平均值测定抛光粉循环使用性能。研磨后使用影像测量仪于70倍下观察玻璃表面，计数玻璃表面划痕数量，重复操作，计算玻璃良品率。

表1制备的抛光粉研磨效率对比表

表2制备的抛光粉研磨良品率对比表

通过表1表2对比可以发现实施例3具有更高的研磨效率，同时具有更好的循环使用性能，结合sem图推测随着钐含量的增加促进晶粒细化，但同时结构也会变得松散，表现出研磨速度快但是寿命降低的现象，随着钕含量的增加晶粒结合更加紧密，粉体不易破碎，研磨过程中缺少新鲜表面，表现出研磨速度不高但循环使用寿命长的现象。对比例1初始具有较高的研磨效率，但随着循环时间的延长，其研磨效率在72h后有较大幅度的降低，对比例2由于存在较大且硬的粒子，造成研磨材料与玻璃表面不能充分接触，使之研磨效率较低，粗大粒子的存在也造成了其良品率的大幅降低。