氧化铈抛光粉

目前，我国生产铈系稀土抛光粉的原料有下列几种:(1) 氧化铈 (CeO2) ，由混合稀土盐类经分离后所得 (w(CeO2)=99%)；(2) 混合稀土氢氧化物 (RE(OH)3) ，为稀土精矿 (w(REO)≥50%) 化学处理后的中间原料 (w(REO)=65% ，w(CeO2)≥48%)；(3) 混合氯化稀土(RECl3) ，从混合氯化稀土中萃取分离得到的少铕氯化稀土(主要含La ，Ce ，Pr 和Nd ，w(REO)≥45% ，w(CeO2)≥50%)；(4) 高品位稀土精矿(w(REO)≥60% ，w(CeO2)≥48%) ，有内蒙古包头混合型稀土精矿，山东微山和四川冕宁的 氟碳铈矿精矿。

以稀土混合物分离后的氧化铈为原料，以物理化学方法加工成硬度大、粒度均匀、细小，呈面心立方晶体的粉末产品。

其主要工艺过程为：原料 → 高温 → 煅烧 → 水淬 → 水力分级 → 过滤 → 烘干 → 高铈稀土抛光粉产品。主要设备有：煅烧炉，水淬槽，分级器，过滤机，烘干箱。 主要指标 : 产品中w(REO)=99% ，w(CeO2)=99%；稀土回收率约95%。该产品适用于高速抛光。这种高铈抛光粉最早代替了古典抛光的氧化铁粉(红粉)。

用混合稀土氢氧化物(w(REO)=65% ，w(CeO2)≥48%) 为原料，以化学方法预处理得稀土盐溶液，加入中间体( 沉淀剂) 使转化成 w(CeO2)=80% ~ 85% 的中级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为:

原料 → 氧化 → 优溶 → 过滤 → 酸溶 → 沉淀 → 洗涤过滤 → 高温煅烧 → 细磨筛分 → 中级铈系 稀土抛光粉产品。

主要设备有 : 氧化槽，优溶槽，酸溶槽，沉淀槽，过滤机，煅烧炉，细磨筛分机及包装机。

主要指标 : 产品中 w(REO)=90% ， w(CeO2) =80% ~ 85% ; 稀土回收率约 95% ; 平均粒度 0.4 微米 ~ 1.3微米 。该产品适用于高速抛光，比高级铈稀土抛光粉进行高速抛光的性能更为优良。

以少铕氯化稀土 (w(REO)≥45% ，w(CeO2)≥48%) 为原料，以合成中间体( 沉淀剂) 进行复盐沉淀等处理，可制备低级铈系稀土抛光粉产品。

其主要工艺过程为 : 原料 → 溶解 → 复盐沉淀 → 过滤洗涤 → 高温煅烧 → 粉碎 → 细磨筛分 → 低级铈系稀土抛光粉产品。

主要设备有 : 溶解槽，沉淀槽，过滤机，煅烧炉，粉碎机，细磨筛分机。

主要指标 : 产品中 w(REO)=85% ~ 90% ， w(CeO2)=48% ~ 50%; 稀土回收率约 95%; 平均粒径 0.5微米~ 1.5微米 。

目前，国内生产的低级铈系稀土抛光粉的量最多，约占总产量的 90% 以上。

氧化铈抛光粉广泛用于玻璃抛光，具有切削力强、抛光时间短、使用寿命长、抛光精度高的优点。氧化铈抛光粉根据氧化铈的含量分为低铈、中铈、高铈抛光粉，其切削力和使用寿命也由低到高。

氧化铈抛光粉主要成份为二氧化铈(CeO2)，其次分别为氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧氟化镧(LaOF)，此外还含有微量的氧化硅、氧化铝和氧化钙。

由于铈系稀土抛光粉具有较优的化学与物理性能，所以在工业制品抛光中获得了广泛的应用，如已在各种光学玻璃器件、电视机显像管、光学眼镜片、示波管、平板玻璃、半导体晶片和金属精密制品等的抛光。

高铈系稀土抛光粉，主要适用于精密光学镜头的高速抛光。该抛光粉的性能优良，抛光效果较好，由于价格较高，国内的使用量较少。中铈系稀土抛光粉，主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光，该抛光粉与高铈粉比较，可使抛光粉的液体浓度降低11% ，抛光速率提高35% ，制品的光洁度可提高一级，抛光粉的使用寿命可提高30% 。目前国内使用这种抛光粉的用量尚少，有待于今后继续开发新用途。低铈系稀土抛光粉，适用于电视机显像管、眼镜片和平板玻璃等的抛光。此外，其它抛光粉用于对光学仪器，摄像机和照相机镜头等的抛光，这类抛光粉国内用量最多，约国内总用量 85% 以上。

稀土抛光粉具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点，与传统抛光粉--铁红粉相比，不污染环境，易于从沾着物上除去等优点。用氧化铈抛光粉抛光透镜，一分钟完成的工作量，如用氧化铁抛光粉则需要30~60分钟。所以，稀土抛光粉具有用量少、抛光速度快以及抛光效率高的优点。而且能改变抛光质量和操作环境。一般稀土玻璃抛光粉主要用富铈氧化物。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。稀土铈抛光粉广泛用于照相机、摄影机镜头、电视显像管、眼镜片等的抛光。目前我国有稀土抛光粉厂几十家，生产规模上百吨的十余家。中外合资包头天骄清美稀土抛光粉有限公司是我国目前最大的稀土抛光粉厂之一，年生产能力1200吨，产品销往国内外。

所有玻璃里都含有氧化铁，它能通过原料、砂子、石灰石和玻璃配料中的碎玻璃带入玻璃，其存在形式有两种:一种是使玻璃颜色变成深蓝的二价铁，另一种使玻璃颜色变成黄色的三价铁，脱色就是把二价铁离子氧化成三价铁，因为三价铁的色调强度只有二价铁的十分之一。然后添加补色剂，把颜色中和成浅绿色。

用于玻璃脱色的稀土元素主要是氧化铈和氧化钕。稀土玻璃脱色剂取代传统使用的白砒脱色剂，不仅提高效率，而且还避免了白砒的污染。氧化铈用于玻璃脱色具有高温性能稳定、价格低廉和不吸收可见光等优点。

稀土离子在高温下具有稳定而鲜艳的颜色，用来掺入料液中，制造各种颜色的玻璃。钕、镨、铒、铈等稀土氧化物都是极佳的玻璃着色剂，当添加稀土着色剂的透明玻璃吸收波长为400~700纳米的可见光时，呈现出美丽的彩色。用这些彩色玻璃可以制作航空航海、各种交通工具的指示灯罩及各种高级艺术装饰品。

氧化钕加入钠-钙玻璃和铅玻璃中，玻璃颜色的深浅取决于玻璃的厚度和钕的含量以及光源的强弱，薄玻璃呈淡粉红色，厚玻璃呈兰紫色，这种现象称为钕的双色性;氧化镨产生一种类似于铬的绿色;氧化铒用在光致变色玻璃和水晶玻璃中呈粉红色;氧化铈和二氧化钛结合使用，使玻璃呈黄色;氧化镨和氧化钕可用于镨钕黑玻璃。

采用氧化铈代替传统的氧化砷作玻璃澄清剂，清除气泡和微量带色元素，在制备无色玻璃瓶时效果显著，成品晶荧洁白、透明度好、玻璃强度和耐热性提高。同时还消除了砷对环境和玻璃的污染。

另外，氧化铈添加在日用玻璃，如建筑和汽车用玻璃，水晶玻璃，能减少紫外线的透光率，该用途在日本和美国已推广使用。在我国随着生活质量的提高，也会有较好的市场。氧化钕添加在显像管玻壳中，可消除红色光的色散，增加了清晰度。添加稀土的特种玻璃有:镧玻璃具有高折射、低色散特性，广泛用于制造各种透镜和高级照相机、摄像机镜头，尤其是高空摄影装置的镜头;铈防辐射玻璃，用于汽车玻璃和电视玻壳;钕玻璃用于激光材料，是巨型激光器最理想的材料，主要用于受控核聚变装置。

从1940年开始，高氧化铈含量的稀土抛光粉开始取代氧化铁(即铁红)用于玻璃抛光，成为玻璃抛光加工过程中的关键工艺材料之一。与传统抛光粉-铁红粉相比，稀土抛光粉具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点，而且能改变抛光质量和操作环境。例如用氧化铈抛光粉抛光透镜，一分钟完成的工作量，如用氧化铁抛光粉则需要30~60分钟。稀土抛光粉因其独特的化学机械作用原理而带来的高抛光效率，成为玻璃抛光材料的首选，被广泛用于镜片、光学元件(透镜、棱镜)、彩电玻壳、平板显示器用电子玻璃、硅片、磁盘玻璃基片等产品的抛光加工。

根据铈含量的不同，稀土抛光粉可分为高铈(>90%)、富铈(>70%)和低铈(<70%)三种。根据其应用领域的不同，稀土抛光粉产品可分为微米级、亚微米级、纳米级三类。

对氧化铈抛光机理的解释主要有以下几种学说:

(1)化学学说，即抛光过程是水、抛光剂、抛光模材料和玻璃之间化学作用的结果;

(2)纯机械作用学说，即抛光是研磨过程的继续;

(3)流变作用学说，即摩檫热使玻璃表面产生塑性变形和流动，或者是热软化以致熔融而产生流动，抛光过程是玻璃表面分子重新分布而形成平整表面的过程;

(4)机械、物理化学学说，即抛光过程是一机械的、物理化学作用的综合过程;许多专家认为，抛光是一机械的、物理化学的、化学的综合，其中机械作用是基本的，化学作用是重要的，而流变现象是存在的。氧化铈是极有效的抛光用化合物，因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。在抛光过程中，氧化铈抛光粉有两种作用，即机械作用与胶体化学作用，这两种作用是同时出现的。抛光的初始阶段，是CeO2去除表面凹凸层的过程，因而呈现出新的抛光面，这时机械作用是主要的。同时，由于抛光混合物中有水，在抛光过程中形成H3O+ 离子，在玻璃表面H3O+离子与Na+离子相互交换而与玻璃形成水解化合物;同时由于CeO2抛光剂具有多价的性质，Ce(III)/Ce(IV)的氧化还原反应会破坏硅酸盐晶格，并通过化学吸附作用，使玻璃表面与抛光剂接触的物质(包括玻璃及水解化合物)被氧化或形成(…Ce-O-Si…)络合物而被除去。

有以下三个方面:

原料选用:

生产抛光粉的原料按含铈量分为三种:高铈抛光粉用硝酸铈或氯化铈生产，硝酸铈生产的抛光粉颗粒性能更好;富铈抛光粉采用镧铈氯化物生产，所得抛光粉为白色;低铈抛光粉采用混合碳酸稀土或氟碳铈矿生产，颜色为棕红色。

沉淀方式:

沉淀过程决定了抛光粉晶粒的大小和形状，最终影响稀土抛光粉的抛光速度、耐磨性、流动性等应用性能。可采用草酸和碳酸氢铵两种沉淀剂生产抛光粉，草酸盐得到的抛光粉具有单晶结构，粉体具有良好的流动性，易于沉降，便用水力方法进行分级;碳酸盐得到的抛光粉呈片状团聚体结构，悬浮性较好，但耐磨性、流动性不如草酸盐生产的抛光粉，但因生产成本较低而得到广泛采用。

分级方式:

抛光粉在应用前均需进行分级，一般有水力沉降、湿式筛分、干式筛分、水力悬流分级、气流分级等方式。草酸盐生产的抛光粉一般采用湿式筛分或水力悬流分级;碳酸盐制得的抛光粉大多采用气流分级方式实现。

颗粒大小:决定了抛光精度和速度，一般用目数和平均颗粒大小来表征。过筛目数反映了最大颗粒的大小，平均粒度决定了抛光粉颗粒大小的整体水平。

硬度:硬度大的颗粒具有较快的切削率，加入助磨剂也可以提高切削率。

悬浮性:高速抛光要求抛光粉具有较好的悬浮性，颗粒形状和大小对悬浮性有较大影响，片状的抛光粉以及小颗粒的抛光粉的悬浮性较好。悬浮性的提高也可以通过加入悬浮剂来实现。

颗粒结构:颗粒结构是团聚体颗粒还是单晶颗粒决定了抛光粉的耐磨性和流动性。团聚体颗粒在抛光过程中会破碎，从而导致耐磨性下降，单晶颗粒具有好的耐磨性和流动性。

颜色:与原料中的镨含量和温度有关，镨含量越高，抛光粉越显棕红色。低铈抛光粉中含有大量的镨，因而显棕红色。对纯氧化铈抛光粉，焙烧温度高，抛光粉的颜色偏白红，温度低，颜色偏浅黄。

全球的稀土抛光粉生产总量约为2万吨，生产厂家主要有四种类型:光学辅料公司、磨料磨具公司、稀土冶金公司、化工材料公司。其中，光学辅料公司的生产量最小，在2000吨以下，磨料磨具行业最大，在7000吨左右，稀土行业和化工行业各生产5000吨。我国的稀土抛光粉的生产量和应用量大抵相等，每年生产 1万吨左右，其中国内自用8000吨，出口2000吨。

稀土抛光粉具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点，与传统抛光粉-铁红粉相比，不污染环境，易于从沾着物上除去等优点。用氧化铈抛光粉抛光透镜，一分钟完成的工作量，如用氧化铁抛光粉则需要30~60分钟。所以，稀土抛光粉具有用量少、抛光速度快以及抛光效率高的优点。而且能改变抛光质量和操作环境。一般稀土玻璃抛光粉主要用富铈氧化物。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。稀土铈抛光粉广泛用于照相机、摄影机镜头、电视显像管、眼镜片等的抛光。目前我国有稀土抛光粉厂几十家，生产规模上百吨的十余家。中外合资包头天骄清美稀土抛光粉有限公司是我国目前最大的稀土抛光粉厂之一，年生产能力1200吨，产品销往国内外。

在稀土抛光粉的消费中，日本是最大的消费者，每年约生产3550~4000吨抛光粉，产值35~40亿日元，还从法国、美国和中国进口部分抛光粉，其中最大的抛光粉消费市场是彩电阴极射线管。

90年代中期，日本阴极射线管的生产转向海外，而平面显示产品产量迅速增加，对铈基抛光粉的需求量也迅速增加，估计日本在液晶显示用平面显示器生产上消费的抛光粉约占其市场的50%。90年代以来，日本将其阴极射线管用抛光粉的生产技术和设备向海外转移，如:日本清美化学从1989年开始在海外生产阴极射线管用铈基抛光粉，1989年在台湾建立了一家独资企业，1990年投入生产，生产能力为每年1000吨，1997年又与我国包头钢铁公司合资在包头建立了一家专门生产彩电阴极射线管、电子管和平板玻璃抛光粉的企业，设计能力为每年1200吨，所用原料为高品位氟碳铈矿和富铈碳酸稀土，因此，新日本金属化学公司的阴极射线管用抛光粉因受来自中国大陆和台湾大量低价抛光粉的冲击，也有意从事用于液晶显示用高性能抛光粉的生产。东北金属化学公司计划专门从事光学镜头和液晶显示屏用抛光粉的生产，据悉，昭和电工计划投资5亿日元扩大其铈基抛光粉的生产能力，以满足电器设备和半导体装置等市场的需求，其独资公司东北金属化工公司将投资2.5亿日元以扩大铈基研磨剂的生产能力，其产品牌号为ROX，用于PC的液晶显示屏和硬盘的玻璃基体抛光，可望使其月产量达200吨，成为日本同行中的大户，其销售目标是2002年达20亿日元，昭和电工还将长野县投资2.5亿日元建一新厂，生产用于半导体的化学机械抛光粉，产品牌号为GPL，月产能力为200吨，2002年的销售额将达30亿日元。