一种稀土抛光粉及其制备方法与流程

本发明涉及一种稀土抛光粉及其制备方法，特别涉及一种应用于集成电路、平面显示、光学玻璃等电子信息产业精密器件的表面抛光的稀土抛光粉及其制备方法。

背景技术

目前，各种玻璃材料被广泛使用，而这些材料被应用前都需经过必要的表面抛光。早期主要使用氧化锆、氧化铁或二氧化硅等材料对各种玻璃表面进行拋光，近年来，从抛光效率及精度方面来考虑，稀土氧化物（特别是氧化铈）为主要成分的拋光材料被认为更适合于玻璃材料的表面抛光。

随着电子信息技术的迅猛发展，透镜、平板玻璃、液晶显示器（lcd)、眼镜、光学元件及陶瓷材料等玻璃基材的需求大大增加，对于抛光材料的精度和抛光速率也提出了更高的要求，这就促使生产厂家不断提高产品档次，以适应新技术新产品的要求，稀土抛光粉己成为当今适用范围广、用量大、技术含量高的稀土应用产品。

早期的稀土抛光粉采用氟碳铈矿为原料，如专利公开号为cn101215446a的发明专利公开了一种稀土精矿制备高铈纳米量级稀土抛光粉的方法，用碳酸氢按沉淀法从稀土精矿浓硫酸焙烧、水浸液中直接制得混合碳酸稀土；混合碳酸稀土与碱混合，加热至熔融，并于熔融状态保温1-4小时，冷却、粉碎、然后加入工业氢氟酸，得到氟氧化稀土富集物；氟氧化稀土富集物，粉碎，水洗，滤水，在搅拌机中混合均匀，然后装入带筛高能球磨机中，充入氮气，进行湿粉高能球磨，高能球磨室后筛的下方带有高压气流旋转通道，筛下的粉在高速气流推动下，对粉体的水分进行甩干处理，再进行烘干处理得稀土抛光粉。

cn101899281a公开了一种稀土抛光粉及其制备方法。该发明抛光粉含有氧化铈、氧化镧、氧化镨，其稀土总量tero在90wt%以上。为保证必要的研磨速度，在湿法合成工序中配入了起化学作用的氟元素，并控制产品粒度的初步形成，制得877-3型稀土抛光粉。

目前市场上较多使用的是先碳沉后氟化工艺，即先加入碳酸氢铵进行沉淀，洗涤后再加入氢氟酸氟化。

如专利公开号为cn100497508c的发明专利公开了一种富铈稀土抛光粉的生产方法，先制备碳酸镧铈后加入氢氟酸进行氟化，焙烧得富铈稀土抛光粉。

前驱体的制备是制备性能优良的抛光粉的先决条件。前驱体的性能和状态决定了抛光粉晶粒的大小，形状等，最终影响抛光粉的应用性能。根据目前抛光粉的生产，前驱体制备主要的目的在于一方面进行了颗粒、晶型、形貌的控制，另一方面在于引入f以形成氟碳酸稀土。其中颗粒与形貌的控制包括化学沉淀法控制和湿法球磨两种；f元素的因素包括化学沉淀时引入和通过氢氟酸或高氟碳酸稀土以湿法或干法的形式引入。

采用上述现有生产工艺生产的抛光粉会由于采用的是一次性氟化，因此会有氟化反应不均匀或局部氟化的情况，一方面会影响焙烧后产品的晶相结构，另一方面会产生影响抛光精度及速率的游离态氟离子，焙烧后形成的团聚颗粒大小和强度也有很大的差别，而抛光粉的抛光精度和抛光速率主要是由高温烧结后形成的团聚体颗粒的大小和团聚强度所决定，这样会导致一系列问题，例如在抛光的玻璃表面产生划痕或抛光速率在非常短的时间内快速降低，特别是在抛硬玻璃表面时，抛光速率急速降低是致命的；同时氟化过程中得到的氟碳酸稀土粒度较小，脱水困难，造成了产量较低。

为了满足条件就需要挑选出有一定团聚强度、一定粒度的抛光粉产品，而这些特性又是很难控制的，且生产工艺复杂，成本增加且引入杂质离子，引起质量波动。

此外，如专利公开号为cn101010402a的发明专利公幵了将氧化稀土与氟化稀土混合，经研磨、干燥、焙烧、分级制备稀土抛光粉的方法。氟化稀土颗粒较细，后处理工艺复杂；同时使用氟化物与氧化物的混配工艺也比较复杂；该方法会产生颗粒二次烧结的现象，部分颗粒经过二次焙烧产生异常的生长，形成局部的粗大颗粒，从而在抛光过程中造成划伤。

另外，目前公开的专利均为氨水、草酸、碳酸氢铵等为沉淀剂制备稀土抛光粉，这在日益严格的环保要求方面存在成本及环保压力。

因此，特别需要一种稀土抛光粉及其制备方法，已解决上述现有存在的问题。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种稀土抛光粉及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种稀土抛光粉，包括如下组分及其质量百分比；

ceo260〜80%

la2o330〜40%

pr6o110.1〜5%

f（氟）4〜6%

p2o51〜3%。

上述稀土抛光粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)改性碳酸稀土前驱体的合成：将混合氯化稀土溶解于水中，加热至60〜80℃，在搅拌状态下，以naf与na2co3的混合溶液为沉淀剂，沉淀至ph为6.2〜6.5，继续搅拌0.5〜1.5h后，加入一定量的磷酸（含量85%)，随后加入na2co3水溶液，沉淀至ph为6.5〜7，继续搅拌1〜2h，得改性碳酸稀土前驱体浆料。

优选地，混合氯化稀土的reo为45〜50%；

混合氯化稀土中，各个组分以混合氯化稀土的reo为基准，以氧化物的质量计为：

ceo260〜80%

la20318〜40%

pr6o110.1〜5%。

术语“reo”，为离子相稀土氧化物总量，以100kg氯化稀土为例，稀土氧化物为45kg，即reo=45%，下同；

优选地，所述的混合氯化稀土溶解于水，混合氯化稀土与水的比例，以混合氯化稀土与水质量总和计，混合氯化稀土质量占混合氯化稀土与水质量总和的15〜30%；

优选地，所述的naf与na2co3的混合溶液，以混合溶液计，naf的质量分数为2%〜3%，na2co3的质量分数为10%〜15%；

优选地，所述的磷酸（含量85%)质量用量为7〜20kg/吨氯化稀土；

优选地，所述的na2co3水溶液，na2c03的质量分数为10%〜15%；

(2)改性碳酸稀土前驱体洗涤：将步骤（1）中的改性碳酸稀土前驱体浆料，静置2〜3h后，抽去上层澄清水溶液，补加等量50〜85℃的热水，搅拌0.5〜1.5h再静置2〜3h后，再次抽去上层澄清水溶液，累计补加热水洗涤3〜5次；

(3)改性碳酸稀土前驱体的脱水：将步骤（2）中洗涤后的浆料，经离心脱水，获得前驱体固体改性碳酸稀土；

(4)焙烧：将步骤（3）中的改性碳酸稀土经焙烧，获得改性稀土氧化物，焙烧温度为900〜950℃，焙烧时间为4〜6h；

(5)粉碎：将改性稀土氧化物经粉碎，获得稀土抛光粉，所述的稀土抛光粉，d50为0.8-3.0μm，d50≤2.5d50。

优选地，所述粉碎方式为气流粉碎或机械粉碎其中的一种或其组合。

本发明的稀土抛光粉与现有的产品相比，本发明通过氟（f)及磷（p)的改性，使得制备的稀土抛光粉具有高的抛光能力。氟（f)及磷（p)的作用在于起到改变晶体形貌，结构及抛光性能的作用。同时使焙烧温度改变，晶粒细化以及产生晶格畸变并形成氧空位，有利于提高拋光能力。

本发明先以naf与na2co3的混合溶液为沉淀剂沉淀混合氯化稀土，解决了氟化不均匀而产生影响抛光精度及速率的游离态氟离子及氟化物，在焙烧过程中不产生局部异常粗大的颗粒；本发明通过加入磷酸并再次以碳酸钠水溶液沉淀，使制备的改性碳酸稀土前驱体具有一定尺寸的晶粒大小，解决了稀土抛光粉前驱体的难脱水和产量低的缺点。

本发明生产过程中不涉及氨氮等排放，不存在环保压力。且本发明制备的稀土抛光粉具有耐磨性好，抛光速率快，抛光精度容易控制；产品的均一性好，生产效率高，成本低、无污染，适用于集成电路、平面显示、光学玻璃等电子信息产业精密器件的表面抛光加工。

本发明的抛光粉中含有除氧化铈以外的其他稀土元素，这些稀土元素在不改变氧化铈晶体结构的前提下，使晶型在萤石型和六方晶系之间变化，在一定范围内与氧化铈形成固溶体，对抛光粉的抛光能力起到积极的作用。通过掺杂f、p等其他元素，使焙烧温度改变，晶粒细化以及产生晶格畸变并形成氧空位，有利于提高抛光能力。

附图说明

图1为本发明的实施例1所得稀土抛光粉的xrd示意图。

图2为本发明的实施例1所得稀土抛光粉的xrd示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

混合氯化稀土中，各个组分的质量比为：稀土总量reo为45%；氧化铈70%，氧化镧为19.9%，氧化镨0.1%；

将上述的1000kg氯化稀土与2500kg水混合，溶解后加热至60℃，缓慢加入naf与na2co3的混合溶液（其中naf的质量分数为2.25%，na2c03的质量分数为10%)，至终点的ph值为6.5，继续搅拌0.5h后，加入20kg磷酸（含量85%)，随后加入质量分数为10%的na2c03水溶液，沉淀至ph为7，继续搅拌2h，得改性碳酸稀土前驱体浆料。

将上述浆料静置2h后，抽去上层澄清水溶液，补加等量85℃的热水，搅拌1.5h再静置3h后，再次抽去上层澄清水溶液，累计补加热水洗涤3次。

洗涤后的浆料，经离心脱水，得前驱体固体，然后在950℃焙烧6h。

焙烧后的产品经气流粉碎、气流分级，获得所述的稀土抛光粉，该抛光粉的氟含量为4%、含p2o5含量为2.7%，激光粒度仪测试结果：d50=0.82μm，d90=1.7μm。

实施例2

混合氯化稀土中，各个组分的质量比为：稀土总量reo为45%；氧化铈80%，氧化镧为19.9%，氧化镨0.1%；

将上述的1000kg氯化稀土与2500kg水混合，溶解后加热至80℃，缓慢加入naf与na2co3的混合溶液（其中naf的质量分数为3%，na2co3的质量分数为15%)，至终点的ph值为6.5，继续搅拌0.5h后，加入7kg磷酸（含量85%)，随后加入质量分数为10%的na2co3水溶液，沉淀至ph为7，继续搅拌2h，得改性碳酸稀土前驱体浆料。

将上述浆料静置2h后，抽去上层澄清水溶液，补加等量50℃的热水，搅拌0.5h再静置2h后，再次抽去上层澄清水溶液，累计补加热水洗涤3次。

洗涤后的浆料，经离心脱水，得前驱体固体，然后在900℃焙烧6h。

焙烧后的产品经气流粉碎、气流分级，得所述的稀土抛光粉，该抛光粉的氟含量为5.5%、含p2o5含量为1.1%，激光粒度仪测试结果：d50=1.52μm，d90=3.1μm。

实施例3

混合氯化稀土中，各个组分的质量比为：稀土总量reo为45%；氧化铈60%，氧化镧为35%，氧化镨3%；

将上述的1000kg氯化稀土与2500kg水混合，溶解后加热至80℃，缓慢加入naf与na2co3的混合溶液（其中naf的质量分数为3%，na2co3的质量分数为15%)，至终点的ph值为6.5，继续搅拌0.5h后，加入14kg磷酸（含量85%)，随后加入质量分数为10%的na2co3水溶液，沉淀至ph为7，继续搅拌lh，得改性碳酸稀土前驱体浆料。

将上述浆料静置2h后，抽去上层澄清水溶液，补加等量70℃的热水，搅拌lh再静置2h后，再次抽去上层澄清水溶液，累计补加热水洗涤3次。

洗涤后的浆料，经离心脱水，得前驱体固体，然后在950℃焙烧6h。

焙烧后的产品经气流粉碎、气流分级，得所述的稀土抛光粉，该抛光粉的氟含量为5.5%，含p2o5含量为2.3%，激光粒度仪测试结果：d50=2.8μm，d90=6.5μm。

本发明中，d50表示累计粒度分布数达到50%时所对应的粒径，d90表示累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。