稀土拋光粉的制備及在玻璃拋光中的應(yīng)用

稀土拋光粉的制備及在玻璃拋光中的應(yīng)用

用于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用研磨粉。根據(jù)不同的用途，有許多類型的研磨粉，如工業(yè)鉆石、氧化鋅和氧化鐵。在19世紀(jì)末和40年代，氧化鐵被用作研磨板玻璃和光學(xué)玻璃的研磨材料。稀土拋光粉開發(fā)的歷史可追溯到第一次世界大戰(zhàn)1稀土拋光粉的類型1.1拋光粉的使用稀土拋光粉的主要成分是CeO對于高鈰拋光粉來講,氧化鈰的品位越高,拋光能力越大,使用壽命也增加,特別是硬質(zhì)玻璃長時(shí)間循環(huán)拋光時(shí)(石英、光學(xué)鏡頭等),以使用高品位的鈰拋光粉為宜。低鈰拋光粉一般含有50%左右的CeO1.2拋光粉粒度分布的特點(diǎn)稀土拋光粉的粒度及粒度分布對拋光粉性能有重要影響。對于一定組分和加工工藝的拋光粉,平均顆粒尺寸越大,則玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多數(shù)情況下,顆粒尺寸約為4μm的拋光粉磨削速度最大。相反地,如果拋光粉顆粒平均粒度較小,則磨削量減少,磨削速度降低,玻璃表面平整度提高,標(biāo)準(zhǔn)拋光粉一般有較窄的粒度分布,太細(xì)和太粗的顆粒很少,無大顆粒的拋光粉能拋光出高質(zhì)量的表面,而細(xì)顆粒少的拋光粉能提高磨削速度。此外,稀土拋光粉也可以根據(jù)其添加劑的不同種類來劃分,稀土拋光粉生產(chǎn)技術(shù)屬于微粉工程技術(shù),稀土拋光粉屬于超細(xì)粉體此外稀土拋光粉由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì),各種不同的用途,還沒有人對其分類進(jìn)行詳細(xì)的歸納。而且目前國內(nèi)還沒有制定出稀土拋光粉的國標(biāo),各生產(chǎn)企業(yè)均按照自己的企標(biāo)來進(jìn)行生產(chǎn)。由包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司和甘肅稀土(集團(tuán))有限責(zé)任公司等幾家聯(lián)合制定稀土拋光粉國家標(biāo)準(zhǔn)的工作目前正在進(jìn)行中。2稀土拋光粉的生產(chǎn)工藝和研磨機(jī)2.1稀土拋光粉生產(chǎn)技術(shù)選擇使用稀土拋光粉要考慮多種因素,包括被拋光的玻璃、拋光設(shè)備、拋光漿和拋光平臺的類型,以及拋光玻璃的件數(shù),拋光粉的成本、產(chǎn)量和表面質(zhì)量等。從世界許多供應(yīng)商可以購買到100多種玻璃用稀土拋光粉,表1列出了部分國家生產(chǎn)的稀土拋光粉物理化學(xué)和使用特性我國在70年代才開始開發(fā)稀土拋光粉生產(chǎn)技術(shù),先后建起了10多家生產(chǎn)企業(yè),規(guī)模多為每年30～80t,當(dāng)時(shí)甘肅稀土公司是較大的一家生產(chǎn)稀土拋光粉企業(yè),年產(chǎn)能力約每年300t,企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平不高,產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性也存在缺隙,銷售網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用領(lǐng)域不暢,隨著稀土拋光粉應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,近幾年來,國內(nèi)又相繼出現(xiàn)了一些較大型稀土拋光粉生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)能力、生產(chǎn)量都有提高。目前,包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司是國內(nèi)最大一家生產(chǎn)稀土拋光粉企業(yè),年生產(chǎn)稀土拋光粉1200t,表3列出了國內(nèi)生產(chǎn)稀土拋光粉主要規(guī)格型號。2.2從初始原料上生產(chǎn)的氟碳拋光粉低鈰拋光粉大致分為“氯化稀土”系列及“氟碳鈰礦”系列兩類,以及近年來采用少釹碳酸稀土生產(chǎn)的稀土拋光粉。高鈰拋光粉也有兩類,一類是由“氯化稀土”分離出的氫氧化鈰制成的;另一類是以“氟碳鈰礦”的中間產(chǎn)物-富鈰富集物為初始原料含夾雜物較多的拋光粉。燒成品的破碎、分級方法有干法和濕法兩種,對粒度分布要求嚴(yán)格時(shí)一般采用濕法。包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司采用氣流分級技術(shù)對稀土拋光粉進(jìn)行干法分級,保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性,可精確的獲得不同粒度范圍的稀土拋光粉,屬于國際領(lǐng)先技術(shù)。拋光粉制備的工藝過程如圖1所示。2.32.3.1稀土拋光粉研磨法稀土拋光粉具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),用做玻璃拋光的基礎(chǔ)原材料已有40多年。整套玻璃拋光應(yīng)具備以下4個(gè)條件:被拋光的玻璃制品;拋光漿(拋光粉與水的混合液);保持拋光漿與玻璃直接接觸的拋光平臺;使拋光平臺相對于玻璃表面運(yùn)動(dòng)的拋光機(jī),通過一個(gè)機(jī)械裝置能使玻璃制品保持一定的尺寸。表4列出了幾種玻璃拋光工藝及所用的研磨材料。稀土拋光粉主要用于各種玻璃的精拋光,精拋光是把拋光粉分散液注加到貼在旋轉(zhuǎn)磨床上面的平面或者曲面的玻璃片上,拋光液循環(huán)使用。拋光墊片的轉(zhuǎn)速對拋光效率來講至關(guān)重要,一般研磨透鏡拋光轉(zhuǎn)速在1000～3000r·min2.3.2稀土拋光粉研磨原理稀土拋光粉之所以拋光性能好,主要是由其含有的CeO最適宜作為拋光材料的CeOCeO3拋光粉的稀土消費(fèi)稀土拋光粉的應(yīng)用領(lǐng)域近幾年來不斷擴(kuò)大,其使用量也在不斷擴(kuò)大,據(jù)統(tǒng)計(jì)2000年用于拋光粉的稀土消費(fèi),全世界已達(dá)11500t,日本2000年銷售氧化鈰為5000t,其中作為拋光使用的稀土拋光粉用量最大,占氧化鈰總消耗量的50%,稀土拋光粉的用量在美國的稀土總消費(fèi)中占第二位。2000年美國稀土拋光粉的消費(fèi)量約2000t。3.1稀土拋光粉的生產(chǎn)近幾年來,由于開發(fā)出電子工業(yè)用的高鈰拋光粉,稀土拋光粉消費(fèi)趨勢好轉(zhuǎn),最近兩年對特種拋光粉的需求以100%以上的年增長率增加,在日本陰極射線管生產(chǎn)企業(yè)是稀土拋光粉的主要消費(fèi)者,2000年消費(fèi)約占氧化鈰總消費(fèi)量的50%。在高效拋光粉新產(chǎn)品開發(fā)中,拋光粉生產(chǎn)廠與陰極射線管生產(chǎn)廠有緊密的合作關(guān)系。日本清美化學(xué)公司是日本旭硝子公司的子公司,它生產(chǎn)的稀土拋光粉優(yōu)先供給旭硝子公司拋光陰極射線管,90年代初清美化學(xué)公司在臺灣建立了一家子公司,生產(chǎn)陰極射線顯像管玻璃用稀土拋光粉。1995年清美化學(xué)與中國最大的稀土生產(chǎn)企業(yè)包頭鋼鐵(集團(tuán))公司合作,在包頭市建立了一家中日合資企業(yè)包頭天驕清美稀土拋光粉有限公司,生產(chǎn)稀土拋光粉每年1200t,主要生產(chǎn)用于電視機(jī)陰極射線管玻璃、平板玻璃等玻璃領(lǐng)域用稀土拋光粉。近年來,該公司在引進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)上,大膽摸索創(chuàng)新,已開發(fā)出以H-500,Lce,Tce,TE等4個(gè)系列,26個(gè)品種的稀土拋光粉,稀土拋光粉的市場應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,目前該公司已引進(jìn)液晶顯示器(LCD)拋光的TE-500系列稀土拋光粉生產(chǎn)技術(shù),在美國、歐洲、韓國、中國都有本國及地區(qū)用于陰極射線管稀土拋光粉生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn)量在2000年都約在2000t左右。3.2日本市場和歐洲市場光學(xué)玻璃拋光用的稀土拋光粉日本市場比美國和歐洲市場大,光學(xué)玻璃拋光消費(fèi)的CeO3.3光粉的平板玻璃自70年代發(fā)明浮法玻璃生產(chǎn)工藝以來,以往大量消耗稀土拋光粉的平板玻璃生產(chǎn)開始僅使用少量的拋光粉,因浮法玻璃不需要拋光。在西歐只有生產(chǎn)嵌絲平板玻璃才需要拋光,因這種玻璃不能用浮法工藝生產(chǎn),但這種玻璃生產(chǎn)量數(shù)字不清楚。3.4機(jī)械-化學(xué)拋光納米顆粒用于拋光電子和計(jì)算機(jī)元件的鈰基拋光粉盡管消費(fèi)量比較少,但需求增長率最高,稀土拋光粉之所以能在電子和計(jì)算機(jī)元件上獲得新應(yīng)用,主要是因?yàn)榛瘜W(xué)成份上與玻璃類似的許多電子元件表面需要高質(zhì)量的拋光,正在開發(fā)多層集成電路、它的中間層表面必須拋光;機(jī)械-化學(xué)拋光的開發(fā);納米技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用需要生產(chǎn)尺寸范圍很窄的納米顆粒。采用機(jī)械-化學(xué)拋光的元件包括玻璃存儲(chǔ)硬盤芯片、液晶顯示屏、中間絕緣層表面及隔離淺槽等。據(jù)三井礦業(yè)公司和東北金屬化學(xué)公司報(bào)道,2000年機(jī)械-化學(xué)拋光粉的產(chǎn)量猛增,增長率超過100%,預(yù)計(jì)2003年年需求量將達(dá)到4000t。3.5硅硅玻璃的制備稀土拋光粉生產(chǎn)正在增長的市場是在光掩模生產(chǎn)上的應(yīng)用,光掩模(又稱遮光膜)是用特種玻璃如硼硅酸鹽玻璃制成,這種玻璃需研磨和拋光,技術(shù)要求極其嚴(yán)格。因?yàn)閽伖夂蟮牟ＡП砻嫘桢冦t,然后在上面反向印制電路,最后再將電路投射表面噴鍍阻光層的半導(dǎo)體芯片上。3.6usb與熱機(jī)拋光粉的發(fā)展趨勢如前面所述,稀土拋光粉除陰極射線管玻璃外,目前主要用于液晶顯示屏,集成電路,玻璃存儲(chǔ)光盤,精密光學(xué)玻璃及眼鏡玻璃等的拋光,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,稀土拋光粉在液晶顯示屏(LCD)與光盤的拋光領(lǐng)域?qū)?huì)得到更廣泛的使用,對國際市場液晶顯示器(LCD)行業(yè)的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析,2000年(LCD)等顯示器的市場份額已達(dá)4%,同時(shí)我國的LCD產(chǎn)業(yè)也有了飛快的發(fā)展,國內(nèi)LCD生產(chǎn)企業(yè)已近60多家,ITO玻璃作為平面顯示器的重要元件,國內(nèi)約有近20多家生產(chǎn)企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)ITO鍍膜玻璃,ITO為LCD上游的主要原料,由此看出ITO玻璃也有廣泛的應(yīng)用前景,這都將極大地推動(dòng)生產(chǎn)稀土拋光粉的快速發(fā)展。除上述稀土拋光粉的應(yīng)用領(lǐng)域外,稀土拋光粉還應(yīng)用在鉆石的拋光、鈕扣的拋光、其他玻璃鈽品的拋光等多方面,在各方面用量雖然有限,但也是對稀土拋光粉消費(fèi)市場的有益補(bǔ)充。4稀土拋光粉的應(yīng)用將帶動(dòng)陰極射線管玻璃陰極射線管玻璃使用的拋光材料,由于玻璃產(chǎn)量的減少及陰極射線管玻璃生產(chǎn)廠家的技術(shù)革新,成品率提高和單耗下降等原因,使用量逐漸減少,光學(xué)玻璃拋光用稀土拋光粉的需求量將保持穩(wěn)定不會(huì)有大的波動(dòng),但液晶顯示器(LCD)用稀土拋光粉增加明顯,預(yù)計(jì)在陰極射線管玻璃產(chǎn)