Antecedentes
El polvo de pulido de tierras raras a base de cerio es uno de los productos de tierras raras más importantes. Debido a su gran capacidad de corte, tiempo de pulido corto, alta precisión de pulido y entorno operativo limpio, es más efectivo que otros polvos de pulido (como el polvo rojo Fe2O3) y se le conoce como el "Rey de los polvos de pulido". Este producto se está desarrollando rápidamente en nuestro país, su aplicación se está generalizando cada vez más, su producción ha aumentado considerablemente y sus perspectivas de desarrollo son prometedoras.
1.1 Proceso de desarrollo
El polvo rojo (óxido de hierro) es el primer material de pulido utilizado en la historia, pero su velocidad de pulido es lenta y la contaminación de color óxido no se puede eliminar. Con el desarrollo de la industria de las tierras raras, en la década de 1930, los óxidos de tierras raras se utilizaron por primera vez como polvo de pulido para pulir vidrio en Europa. Durante la Segunda Guerra Mundial, un empleado de WF y Barnes J Company en Rockford, Illinois, propuso un polvo de pulido de óxido de tierras raras llamado barnesita en 1943. Este polvo de pulido pronto tuvo éxito en el pulido de instrumentos ópticos de precisión. Debido a que el polvo de pulido de tierras raras tiene las ventajas de una alta eficiencia de pulido, buena calidad y baja contaminación, ha estimulado la investigación en los Estados Unidos y otros países. De esta manera, el polvo de pulido de tierras raras se ha desarrollado rápidamente como una tendencia para reemplazar el polvo de pulido tradicional.
En el extranjero comenzó a producir polvo de pulido de tierras raras hace 60 años. En la década de 1990, se formaron varios productos estandarizados y serializados con más de 30 especificaciones y grados.
Hay principalmente 15 fabricantes extranjeros de polvos de pulido de tierras raras (aquellos con una capacidad de producción anual de más de 200 toneladas). Entre ellas, la empresa francesa Rhodia tiene una capacidad de producción anual de más de 2.200 toneladas. Actualmente es el mayor fabricante de polvos de pulido de tierras raras del mundo. La capacidad de producción anual de polvo para pulir en los Estados Unidos alcanza más de 1.500 toneladas. Las materias primas para producir polvo de pulido de tierras raras en Japón son bastnasita, cloruro de cerio crudo y cloruro de tierras raras, y los procesos son diferentes. La producción japonesa de polvo de pulido de tierras raras es única en términos de equipos y tecnología de sinterización. En 1968, mi país desarrolló con éxito por primera vez polvo de pulido de tierras raras en la planta química Yuelong de Shanghai. Posteriormente, Northwest Optical Instrument Factory y Yunnan Optical Instrument Factory utilizaron sucesivamente monacita como materia prima para desarrollar con éxito diferentes tipos de polvo de pulido de tierras raras. El Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, el Instituto de Tecnología de Beijing y otras unidades desarrollaron y promocionaron el polvo de pulido de tierras raras Tipo 739 en 1976, y desarrollaron con éxito el polvo de pulido de tierras raras Tipo 771 en 1977. En 1979, Gansu Rare Earth Company desarrolló con éxito el polvo de pulido de tierras raras Tipo 797. En la actualidad, hay 14 fabricantes de polvos de pulido de tierras raras en China (aquellos con una capacidad de producción anual de más de 30 toneladas), y el más grande tiene una capacidad de producción anual de 2220 toneladas (Baotou Tianjiao Qingmei Rare Earth Polishing Powder Co., Limitado.). Sin embargo, todavía existe una gran brecha en comparación con los países extranjeros. La razón principal es que la calidad del producto del polvo de pulido de tierras raras es inestable, no logra la estandarización y serialización y no puede cumplir completamente con los requisitos de pulido de varios campos industriales, por lo que. es necesario ponerse al día.
1.2 Clasificación de la composición
1.2.1 Clasificación basada en el contenido de CeO2 en el polvo para pulir tierras raras:
El componente principal del polvo para pulir tierras raras es el CeO2. Según su contenido de CeO2, el nivel de polvo de pulido de cerio se puede dividir en dos categorías: uno es polvo de pulido de alto precio y alta calidad con alto contenido de CeO2, generalmente CeO2/TREO≥80%, el otro es barato y de bajo contenido. Polvo de pulido de cerio con bajo contenido de CeO2 El contenido de cerio del polvo de pulido es aproximadamente del 50 %, o menos del 50 %, y el resto está compuesto de La2O3, Nd2O3 y Pr6O11.
Para el polvo de pulido con alto contenido de cerio, cuanto mayor sea el grado de óxido de cerio, mayor será la capacidad de pulido y la vida útil, especialmente cuando el vidrio duro se pule durante mucho tiempo (cuarzo, lentes ópticas, etc.). ), Se recomienda utilizar cerio en polvo para pulir de alta calidad.
El polvo de pulido con bajo contenido de cerio generalmente contiene aproximadamente un 50 % de CeO2 y el 50 % restante es sulfato alcalino anhidro como La2O3?SO3, Nd2O3?SO3, Pr6O11?SO3 o fluoruro alcalino como LaOF, NdOF, PrOF. , este tipo de polvo de pulido se caracteriza por su bajo costo y su capacidad de pulido inicial que es casi la misma que la del polvo de pulido con alto contenido de cerio. Por lo tanto, se usa ampliamente en el pulido de vidrio plano, vidrio de tubo de cuadro, lentes de gafas, etc. ., pero su vida útil es inevitablemente más larga que la del polvo de pulido con alto contenido de cerio.
1.2.2 Dividir por el tamaño y la distribución del tamaño de las partículas del polvo de pulido de tierras raras:
El tamaño de las partículas y la distribución del tamaño de las partículas del polvo de pulido de tierras raras tienen un impacto importante en el rendimiento de polvo de pulir. Para el polvo de pulido con una determinada composición y tecnología de procesamiento, cuanto mayor sea el tamaño promedio de las partículas, mayor será la velocidad de pulido del vidrio y la rugosidad de la superficie.
En la mayoría de los casos, el polvo de pulido con un tamaño de partícula de aproximadamente 4 μm tiene la mayor velocidad de pulido. Por el contrario, si el tamaño medio de las partículas del polvo de pulido es menor, se reduce la cantidad de molienda, se reduce la velocidad de molienda y se mejora la suavidad de la superficie del vidrio. El polvo de pulido estándar generalmente tiene una distribución de tamaño de partícula estrecha, y allí. Hay muy pocas partículas que sean demasiado finas y demasiado gruesas. El polvo de pulido sin partículas grandes puede pulir una superficie de alta calidad, mientras que el polvo de pulido con pocas partículas finas puede aumentar la velocidad de pulido. Además, el polvo de pulido de tierras raras también se puede dividir según diferentes tipos de aditivos. La tecnología de producción de polvo de pulido de tierras raras pertenece a la tecnología de ingeniería de micropolvos y el polvo de pulido de tierras raras pertenece al polvo ultrafino. Generalmente se divide en tres tipos: nivel nanométrico (1 nm ~ 100 nm); nivel submicrónico (100 nm ~ 1 μm); nivel micrométrico (1 μm ~ 100 μm). Según este método de clasificación, el polvo de pulido de tierras raras se puede dividir en: tierras raras nanométricas. polvo de pulido, polvo de pulido de tierras raras submicrométrico y polvo de pulido de tierras raras micrométricos. Por lo general, el polvo de pulido de tierras raras que utilizamos tiene un tamaño de micras y su distribución de tamaño de partículas está entre 1 μm y 10 μm. De acuerdo con sus propiedades físicas y químicas, el polvo de pulido de tierras raras se usa generalmente en el proceso final de pulido de vidrio para el pulido fino, por lo que su distribución del tamaño de partículas generalmente no es superior a 10 μm. Polvos de pulido (incluidos los polvos de pulido de tierras raras). con un tamaño de partícula superior a 10 μm se utilizan principalmente para el desbaste en las primeras etapas del procesamiento del vidrio. Los polvos de pulido de tierras raras submicrónicas de menos de 1 μm han atraído gradualmente la atención debido a su aplicación en los campos de pantallas de cristal líquido y discos ópticos de computadora, y la producción ha aumentado año tras año.
Ha aparecido el polvo de pulido de tierras raras a nanoescala. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, sus perspectivas de aplicación son impredecibles, pero su participación de mercado aún es muy pequeña y se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo. .
1.3 Materias primas de producción
Las materias primas utilizadas para producir cerio en polvo de pulido de tierras raras en mi país incluyen los siguientes tipos:
(1) Óxido de cerio ( CeO2), que está compuesto de tierras raras mixtas. La sal se obtiene después de la separación (w(CeO2)=99%);
(2) El hidróxido de tierras raras mixtas (RE(OH)3) es un concentrado de tierra (w(REO)≥50 %) materias primas intermedias después del tratamiento químico (w(REO)=65%, w(CeO2)≥48%);
(3) Cloruro mixto de tierras raras ( RECl3), a partir de cloruro mixto de tierras raras sin europio obtenido por extracción y separación (que contiene principalmente La, Ce, Pr y Nd, w(REO)≥45%, w(CeO2)≥50%);
(4) Los concentrados de tierras raras de alta calidad (w(REO)≥60%, w(CeO2)≥48%) incluyen concentrados mixtos de tierras raras en Baotou, Mongolia Interior, y concentrados de bastnasita de Weishan, Shandong y Mianning. , Sichuan.
A excepción del primer tipo de materias primas anteriores, el segundo, tercer y cuarto tipo contienen tierras raras ligeras (w(REO)≈98%), y son principalmente CeO2, w(CeO2) es 48% ~50%. Nuestro país es rico en recursos de cerio. Se estima que sus reservas industriales son de aproximadamente 18 millones de toneladas (calculadas como CeO2). Esto ha sentado una base sólida para el desarrollo continuo del polvo de pulido de tierras raras en nuestro país. También es una ventaja única de nuestro país y puede promover el rápido y continuo desarrollo de la industria de tierras raras de mi país.
1.4 Principales procesos y equipos de producción
1.4.1 Producción de polvo de pulido de tierras raras con alto contenido de cerio
Utilizando óxido de cerio separado de la mezcla de tierras raras como materia prima Material, se utilizan métodos físicos y químicos para procesarlo en productos en polvo con alta dureza, tamaño de partícula uniforme y fino y cristales cúbicos centrados en la cara. El proceso principal es: materias primas → alta temperatura → calcinación → enfriamiento con agua → clasificación hidráulica → filtración → secado → productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie cerio de alta calidad.
El equipo principal incluye: horno de calcinación, tanque de enfriamiento con agua, clasificador, filtro y caja de secado.
Indicadores principales: w(REO)=99%, w(CeO2)=99% en el producto la tasa de recuperación de tierras raras es de aproximadamente 95%, el tamaño promedio de partícula es de 1 μm ~ 6 μm (o el tamaño de partícula es; 200 malla ~ 300 malla)), la forma cristalina está intacta. Este producto es adecuado para pulido a alta velocidad. Este polvo de pulido con alto contenido de cerio reemplazó por primera vez al polvo de pulido clásico de óxido de hierro (polvo rojo).
Preparación de polvo de pulido de tierras raras con cerio en 1.4.2
Utilice hidróxido de tierras raras mixto (w(REO)=65%, w(CeO2)≥48%) como materia prima , pretrate químicamente la solución de sal de tierras raras y agregue un intermedio (precipitante) para convertirla en un producto intermedio de cerio en polvo para pulido de tierras raras con w (CeO2) = 80% a 85%. El proceso principal es:
Materias primas →oxidación→disolución optimizada→filtración→disolución ácida→precipitación→lavado y filtración→calcinación a alta temperatura→molienda y cribado finos→productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie intermedia de cerio.
Equipo principal: tanque de oxidación, tanque de solución excelente, tanque de solución ácida, tanque de sedimentación, filtro, horno de calcinación, máquina cribadora de molienda fina y máquina envasadora.
Indicadores principales: w(REO)=90%, w(CeO2)=80%~85% en el producto la tasa de recuperación de tierras raras es de aproximadamente 95%, el tamaño promedio de partícula es de 0,4 μm ~ 1,3 μm; . Este producto es adecuado para el pulido de alta velocidad y tiene un mejor rendimiento que el polvo de pulido de tierras raras de cerio de alta calidad para el pulido de alta velocidad.
1.4.3 Preparación de polvo de pulido de tierras raras con bajo contenido de cerio
Utilice cloruro de tierras raras sin europio (w(REO)≥45%, w(CeO2)≥48%) Como materia prima, utilizando intermedios sintéticos (precipitantes) para la precipitación doble de sal y otros tratamientos, se pueden preparar productos en polvo de pulido de tierras raras a base de cerio de baja calidad. El proceso principal es:
Materias primas → disolución → precipitación doble de sal → filtración y lavado → calcinación a alta temperatura → trituración → molienda fina y cribado → productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie cerio de baja calidad.
Equipos principales: tanque de disolución, tanque de sedimentación, filtro, horno de calcinación, pulverizador, molienda fina y cribadora.
Indicadores principales: w(REO)=85%~90%, w(CeO2)=48%~50% en el producto la tasa de recuperación de tierras raras es de aproximadamente 95%; el tamaño promedio de partícula es de 0,5 μm; ~1.5μm (O tamaño de partícula 320 malla ~ 400 malla). Este producto es adecuado para el pulido de alta velocidad de vidrio óptico, etc.
Utilice un concentrado mixto de tierras raras de alta calidad de bastnasita (w(REO)≥60%, w(CeO2)≥48%) como materia prima y procese directamente con métodos químicos y físicos como. La molienda, la calcinación y el cribado pueden producir directamente productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie cerio de baja calidad.
El proceso principal es:
Materias primas → molienda fina en seco → ingredientes → mezcla de polvo → tostado → molienda y cribado → productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie cerio de baja calidad.
Equipos principales: molino de bolas, mezcladora, horno de tostación, cribadora, etc. Indicadores principales: w (REO) ≥ 95%, w (CeO2) ≥ 50% en el producto; tasa de recuperación de tierras raras ≥ 95% el tamaño de partícula del producto es de 1,5 μm ~ 2,5 μm. Este producto es adecuado para el pulido a alta velocidad de lentes de gafas y tubos de imagen de televisión.
La producción nacional de polvo de pulido de tierras raras con cerio de baja calidad es la mayor y representa más del 90% de la producción total.
1.5 Aplicación
Debido a sus excelentes propiedades químicas y físicas, el polvo de pulido de tierras raras de cerio se ha utilizado ampliamente en el pulido de productos industriales, como en el pulido de diversos vidrios ópticos. dispositivos, tubos de imagen de TV, lentes ópticas para gafas, tubos de osciloscopio, vidrio plano, obleas semiconductoras y productos metálicos de precisión, etc.
1.6 Mercado
En el consumo de polvo de pulido de tierras raras, Japón es el mayor consumidor, produciendo aproximadamente entre 3.550 y 4.000 toneladas de polvo de pulido cada año, con un valor de producción de 3,5. mil millones a 4 mil millones de yenes, y también importa algunos polvos de pulido de Francia, Estados Unidos y China. Entre ellos, el mayor mercado consumidor de polvos para pulir son los tubos de rayos catódicos para televisores en color. A mediados de la década de 1990, la producción de tubos de rayos catódicos de Japón se trasladó al extranjero, y la producción de productos de pantalla plana aumentó rápidamente, y la demanda de polvo de pulido a base de cerio también aumentó rápidamente. El consumo de polvo para pulir en Japón en la producción de pantallas planas para pantallas de cristal líquido representa aproximadamente el 50% de su mercado. Desde la década de 1990, Japón ha transferido su tecnología de producción y equipos de polvo de pulido para tubos de rayos catódicos al extranjero. Por ejemplo, la japonesa Kiyomi Chemical ha estado produciendo polvo de pulido a base de cerio para tubos de rayos catódicos en el extranjero desde 1989. En 1989 se estableció en Taiwán una empresa de propiedad absoluta que se puso en producción en 1990, con una capacidad de producción de 1.000 toneladas por año. En 1997, estableció una empresa conjunta con Baotou Iron and Steel Company de mi país en Baotou para especializarse en la producción de polvo de pulido para tubos de rayos catódicos de televisión en color, tubos de electrones y pulido de vidrio plano. La capacidad de diseño es de 1.200 toneladas por año y las materias primas utilizadas son bastnasita de alta calidad y carbonato de tierras raras rico en cerio. Por lo tanto, debido al impacto de grandes cantidades de polvos de pulido de bajo precio procedentes de China continental y Taiwán, el polvo de pulido para tubos de rayos catódicos de Nippon Metal Chemical Company también tiene la intención de dedicarse a la producción de polvo de pulido de alto rendimiento para pantallas de cristal líquido. Northeast Metal Chemical Company planea dedicarse a la producción de polvo pulidor para lentes ópticas y pantallas LCD.
El polvo de pulido de tierras raras con alto contenido de cerio es principalmente adecuado para el pulido de alta velocidad de lentes ópticas de precisión. La práctica ha demostrado que este polvo para pulir tiene un rendimiento excelente y un buen efecto de pulido. Debido a su alto precio, su uso doméstico es reducido.
El polvo de pulido de tierras raras de cerio medio es adecuado principalmente para el pulido de alta velocidad de lentes esféricas pequeñas y medianas de precisión media de instrumentos ópticos.
En comparación con el polvo con alto contenido de cerio, este polvo de pulido puede reducir la concentración líquida del polvo de pulido en un 11%, aumentar la tasa de pulido en un 35%, mejorar la suavidad del producto en un nivel y aumentar la vida útil del polvo de pulido. en un 30%. En la actualidad, la cantidad de este polvo de pulido que se utiliza en China es todavía pequeña y es necesario desarrollar nuevos usos en el futuro.
El polvo de pulido de tierras raras con bajo contenido de cerio, como el tipo 771, es adecuado para el pulido a alta velocidad de lentes de gafas ópticas y los productos metálicos tipo 797 y C-1 son adecuados para el pulido de tubos de imagen de televisión y gafas; lentes y vidrio plano; el tipo H-500 y el tipo 877 son adecuados para pulir tubos de imagen de televisión. Además, otros polvos de pulido se utilizan para pulir instrumentos ópticos, cámaras y lentes de cámaras. Este tipo de polvo de pulido es el más utilizado en China y representa más del 85% del uso doméstico total.
1.7.Conclusión
La industria del polvo de pulido de tierras raras de mi país ha pasado por casi 50 años de historia desde cero. En la actualidad, nuestro país ha logrado grandes logros y desarrollo en producción, aplicación, mercado y equipos técnicos. Ha tomado una posición de liderazgo en la misma industria en el mundo y se ha convertido en un importante productor y proveedor de polvo de pulido de tierras raras en el mundo. . En el futuro, debemos acelerar la innovación de equipos técnicos y mejorar los niveles de producción. Es necesario acelerar el proceso de estandarización y serialización de productos, agregar nuevas variedades, mejorar la calidad de los productos, esforzarse por aumentar el volumen de exportación de productos y ocupar el mercado internacional.