Aplicaciones actuales de los polvos de pulido
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 fuerte capacidad de corte, corto tiempo de pulido, alta precisión de pulido y ambiente operativo limpio, es superior a otros polvos de pulido (como el polvo rojo Fe2O3) y es conocido como el "Rey de los polvos de pulido". Este producto se está desarrollando rápidamente en nuestro país, se usa ampliamente, tiene un aumento en la producción y tiene perspectivas de desarrollo prometedoras.
1.1 Historia del desarrollo
El polvo rojo (óxido de hierro) es el material de pulido más antiguo 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, el método de utilizar óxidos de tierras raras como polvo de pulido para pulir vidrio apareció por primera vez en Europa en la década de 1930. Durante la Segunda Guerra Mundial, los empleados de WF y BarnesJ, una empresa de Rockford, Illinois, EE. UU., propusieron en 1943 un polvo de pulido de óxido de tierras raras llamado barnesita. Este polvo de pulido fue muy popular y logró pulir 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 ausencia de contaminación, ha desencadenado una investigación grupal en los Estados Unidos y otros países. De esta manera, la tendencia de que el polvo de pulido de tierras raras reemplace el polvo de pulido tradicional se está desarrollando rápidamente.
La producción de polvo de pulido de tierras raras en el extranjero comenzó hace 60 años. En la década de 1990, se formaron varios productos estandarizados y serializados con más de 30 especificaciones y marcas.
Hay principalmente 15 fabricantes extranjeros de polvos de pulido de tierras raras (capacidad de producción anual de más de 200 toneladas). Entre ellos, la capacidad de producción anual de la empresa francesa Rhodia supera las 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 Estados Unidos supera las 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, con diferentes procesos. El polvo de pulido de tierras raras producido en Japón tiene sus propias características en términos de equipo y tecnología de sinterización. En 1968, mi país desarrolló con éxito por primera vez un polvo de pulido de tierras raras en la planta química Yuelong de Shanghai. Posteriormente, Northwest Optical Instrument Factory y Yunnan Optical Instrument Factory desarrollaron sucesivamente diferentes tipos de polvo de pulido de tierras raras utilizando monacita como materia prima. El Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, el Instituto de Tecnología de Beijing y otras unidades desarrollaron y promovieron con éxito 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 nacionales de polvos de pulido de tierras raras (con una capacidad de producción anual de más de 30 toneladas), y la mayor capacidad de producción anual es de 2220 toneladas (Sin embargo, Baotou Tianjiao Qingmei Rare Earth Polishing Powder Co., Ltd.). , todavía existe una gran brecha en comparación con los países extranjeros. La razón principal es que la calidad de los productos en polvo de pulido de tierras raras es inestable, no logra la estandarización y la serialización y no puede cumplir completamente con los requisitos de pulido de varios campos industriales. necesario para ponerse al día.
1.2 Clasificación de los componentes
1.2.1 Clasificación según la cantidad de CeO2 en el polvo para pulir tierras raras:
El principal componente del polvo para pulir tierras raras es el CeO2 , según la cantidad de CeO2, el polvo de pulido de cerio se puede dividir en dos categorías: uno es polvo de pulido de cerio de alta calidad, precio elevado y alta calidad con alto contenido de CeO2, generalmente CeO2/TREO≥80, y el otro es barato. Polvo de pulido de cerio con bajo contenido de CeO2. Polvo de pulido económico con bajo contenido de ceo2, su contenido de cerio es aproximadamente 50, o menos de 50, y el resto está compuesto de La2O3, Nd2O3, 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 mayor vida útil, especialmente para el ciclo de pulido a largo plazo de vidrio duro (cuarzo, lentes ópticas, etc.) .). Se recomienda utilizar polvo de pulido de cerio de alta calidad.
El polvo de pulido con bajo contenido de cerio generalmente contiene aproximadamente un 50 % de CeO2 y el 50 % restante son sulfatos alcalinos anhidros como La2O3?SO3, Nd2O3?SO3, Pr6O11?SO3 o fluoruros alcalinos como LaOF, NdOF, PrOF. , este tipo de polvo de pulido se caracteriza por su bajo costo y la capacidad de pulido inicial es casi la misma que la del polvo de pulido con alto contenido de cerio, por lo que se usa ampliamente en vidrio plano, vidrio de tubo, etc.
Se utiliza ampliamente para el pulido de vidrio plano, vidrio de tubo de imagen, lentes de gafas, etc., pero su vida útil seguramente será menor que la del polvo de pulido con alto contenido de cerio.
1.2.2 Clasificación del rendimiento del pulido según el tamaño de partícula 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 una influencia 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, los polvos de pulido con un tamaño de partícula de aproximadamente 4 μm tienen las velocidades de pulido más altas. Por el contrario, si el tamaño medio de las partículas de polvo de pulido es menor, se reducirá la cantidad de pulido, se reducirá la velocidad de pulido y se mejorará la suavidad de la superficie del vidrio. La distribución del tamaño de las partículas del polvo de pulido estándar es generalmente estrecha, y tanto las partículas finas como las gruesas son raras. El polvo de pulido sin partículas grandes puede pulir una superficie de alta calidad, mientras que el polvo de pulido con menos 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 del 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. El polvo fino generalmente se divide en tres tipos: grado nanométrico (1 nm ~ 100 nm); grado submicrónico (100 nm ~ 1 μm); grado micrométrico (1 μm ~ 100 μm). Según este método de clasificación, el polvo de pulido de tierras raras se puede dividir en: nanométrico raro. polvo de pulido de tierras raras, polvo de pulido de tierras raras submicrónicas y Hay tres tipos de polvos de pulido de tierras raras a nivel de micras. Por lo general, los polvos de pulido de tierras raras que utilizamos son generalmente de nivel de micras y su distribución de tamaño de partículas es de entre 1 μm y 10 μm. Los polvos de pulido de tierras se utilizan generalmente en el último proceso de pulido de vidrio y esmerilado fino de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas, por lo que su distribución del tamaño de partículas generalmente no es superior a 10 μm, y los polvos de pulido (incluidos los polvos de pulido de tierras raras) con un. Los tamaños de partículas superiores 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 de la gente debido a su aplicación en los campos de pantallas de cristal líquido y discos ópticos de computadora, y su producción ha aumentado año tras año.
Ha aparecido el polvo de pulido de tierras nano raras. 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 polvo de pulido de cerio de tierras raras en mi país son las siguientes:
(1) Óxido de cerio (CeO2) ), que está compuesto de sales mixtas de tierras raras Separar y obtener (w(CeO2)=99);
(2) Hidróxido mixto de tierras raras (RE(OH)3), que es un concentrado de tierras raras (w(REO)≥50) después del tratamiento químico Materias primas intermedias (w(REO)=65, w(CeO2)≥48);
(3) Cloruros mixtos de tierras raras (RECl3), extracto y separar las pequeñas tierras raras de europio de los cloruros mixtos de tierras raras Cloruro (que contienen principalmente La, Ce, Pr y Nd, w(REO)≥45, w(CeO2)≥50);
(4) Alta concentrado de tierras raras de grado (w(REO)≥60, w (CeO2) ≥ 48), hay concentrados mixtos de tierras raras en Baotou, Mongolia Interior, y minerales de bastnasita en 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, con w (CeO2) de 48 a 50. Mi país tiene abundantes recursos de cerio. Se estima que sus reservas industriales son de aproximadamente 18 millones de toneladas (calculadas como CeO2). Esto también ha sentado una base sólida para el desarrollo sostenible de polvos de pulido de tierras raras en mi país. Una ventaja única de nuestro país y puede promover el desarrollo de polvos de pulido de tierras raras en mi país. La industria continúa desarrollándose rápidamente.
1.4 Principales procesos y equipos de producción
1.4.1 Producción de polvo de pulido de tierras raras con alto contenido de cerio
Separar la mezcla de óxido de cerio de tierras raras como materia prima y prepárelo utilizando métodos físicos y químicos. Puede convertirse en productos en polvo con alta dureza, tamaño de partícula uniforme, cristales cúbicos finos y centrados en las caras. Su flujo de proceso principal es: materias primas → calcinación a alta temperatura → enfriamiento con agua → clasificación hidráulica → filtración → secado → productos de polvo de pulido de cerio de tierras raras 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; tamaño de partícula promedio de 1 μm ~ 6 μm (o tamaño de partícula de 200 mallas; Malla 300), forma cristalina entera. Este producto es adecuado para pulido a alta velocidad. Este polvo de pulido con alto contenido de cerio reemplazó por primera vez el clásico pulido en polvo de óxido de hierro (polvo rojo).
Preparación de polvo de pulido de tierras raras con cerio en 1.4.2
Usando hidróxido de tierras raras mixto (w(REO)=65, w(CeO2)≥48) como materia prima, químicamente preparado previamente Trate la solución de sal de tierras raras y agregue un intermedio (precipitante) para convertirla en un producto en polvo de pulido de tierras raras con cerio medio con w (CeO2) = 80 ~ 85. El flujo principal del proceso es el siguiente:
Materias primas → oxidación → disolución fina → filtración → disolución ácida → precipitación → lavado y filtración → calcinación a alta temperatura → molienda y cribado fino → producto intermedio en polvo de pulido de tierras raras con cerio .
Equipo principal: tanque de oxidación, tanque de solución excelente, tanque de solución ácida, tanque de sedimentación, filtro, horno de calcinación, máquina de cribado y molienda fina, máquina de envasado.
Indicadores principales: Producto w(REO)=90, w(CeO2)=80~85, 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 es superior al polvo de pulido de tierras raras de cerio de alta calidad en el pulido de alta velocidad.
1.4.3 Preparación de polvo de pulido de tierras raras con bajo contenido de cerio
Utilizando cloruro de tierras raras sin europio (w(REO)≥45, w(CeO2)≥48) como materia prima material, utilizando sintético El intermedio (precipitante) se somete a una fuerte precipitación de sal y otros tratamientos para preparar productos en polvo de pulido de tierras raras con bajo contenido de cerio. El flujo principal del proceso es:
Materias primas → disolución → precipitación doble de sal → filtración y lavado → calcinación a alta temperatura → trituración → molienda fina y cribado → productos de polvo de pulido de tierras raras con cerio de baja calidad.
Equipos principales: tanque de disolución, tanque de sedimentación, filtro, calcinador, trituradora, 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 ~ 1,5 μm (o El tamaño de partícula es de 320 mallas ~ 400 elementos). Este producto es adecuado para el pulido de vidrio óptico a alta velocidad.
Utilizando un concentrado mixto de tierras raras de alto grado de fluorocarbono de cerio (w(REO)≥60, w(CeO2)≥48) como materia prima, se procesa directamente mediante métodos químicos y físicos, como molienda, Calcinación y tamizado. Puede producir directamente productos en polvo de pulido de tierras raras de la serie cerio de baja calidad.
El flujo principal del proceso es:
Materias primas → molienda fina en seco → ingredientes → mezcla → 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; 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 cerio de tierras raras de baja calidad representa la mayor cantidad, aproximadamente el 90% de la producción total.
1.5 Aplicación
Debido a sus buenas propiedades químicas y físicas, el polvo de pulido de cerio de tierras raras se ha utilizado ampliamente en el pulido de productos industriales, como en diversos dispositivos de vidrio óptico, TV. tubos de imagen, gafas ópticas, osciloscopios, vidrio plano, obleas semiconductoras y productos metálicos de precisión en el pulido.
1.6 Mercado
En el consumo de polvo de pulido de tierras raras, Japón es el mayor país consumidor, con una producción anual de alrededor de 3.550 a 4.000 toneladas de polvo de pulido, y una producción valor de 3,5 mil millones a 4 mil millones de yenes, y también importa algunos polvos de pulido de Francia, Estados Unidos y China. Uno de los mayores mercados consumidores de polvos para pulir es el de los tubos de imagen para televisores en color. A mediados de la década de 1990, la producción japonesa de tubos de imagen se trasladó al extranjero, la producción de productos de pantalla plana aumentó rápidamente y la demanda de polvo de pulido a base de cerio también aumentó rápidamente. El polvo pulidor consumido por Japón en la producción de pantallas planas y LCD representa aproximadamente el 50% de su mercado. En la década de 1990, Japón trajo su tecnología y equipos de producción de polvo pulidor de tubos de imágenes al extranjero. Por ejemplo, Kiyomi Chemical de Japón comenzó a hacerlo. Producir en el extranjero en 1989. Polvo pulidor a base de cerio para tubos de imagen.
En 1989 se estableció una empresa de propiedad total en Taiwán y se puso en producción en 1990, con una capacidad de producción anual de 1.000 toneladas. La capacidad de producción anual es de 1.000 toneladas. En 1997, se estableció en Baotou una empresa conjunta con China Baotou Steel Company, que se especializa en la producción de tubos de rayos catódicos para televisores en color, tubos electrónicos y polvos para pulir vidrio plano. La capacidad de producción anual diseñada es de 1200 toneladas y las materias primas utilizadas son bastnasita de alta calidad y carbonatos de tierras raras ricos en cerio. Por lo tanto, el polvo de pulido para tubos de rayos catódicos de Nippon Metal Chemical Company se ha visto afectado por una gran cantidad de polvos de pulido de bajo precio procedentes de China continental y Taiwán. La empresa también planea 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 lentes ópticas y polvo para pulir pantallas de cristal líquido.
El polvo de pulido de tierras raras con alto contenido de cerio se utiliza principalmente para el pulido a alta velocidad de lentes ópticas de precisión. La práctica ha demostrado que este polvo de pulido tiene un rendimiento excelente y un buen efecto de pulido. Debido a su alto precio, rara vez se usa en China.
El polvo de pulido de tierras raras de cerio medio se utiliza principalmente para el pulido de alta velocidad de instrumentos ópticos y lentes esféricas de precisión media y media. En comparación con el polvo de pulido 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 el acabado 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 muy pequeña y en el futuro se seguirán desarrollando nuevos usos.
El polvo de pulido de tierras raras con bajo contenido de cerio, como el tipo 771, se utiliza para el pulido a alta velocidad de lentes de gafas ópticas y los productos metálicos del tipo 797 y el tipo C-1 se utilizan para el pulido de tubos de imagen de televisión; , lentes para gafas y vidrio plano H-500 y 877 se utilizan para pulir los tubos de imagen de TV. 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 aproximadamente el 85% del uso doméstico total.
1.7.Conclusión
La industria del polvo de pulido de tierras raras de mi país ha pasado por un proceso de casi 50 años desde cero hasta llegar a lo grande. En la actualidad, el polvo de pulido de tierras raras de mi país ha logrado grandes logros y desarrollo en producción, aplicación, mercado y equipos técnicos, ocupando una posición de liderazgo en la misma industria en el mundo y se ha convertido en el mayor productor y proveedor de pulido de tierras raras del mundo. polvo. En el futuro, debemos acelerar la innovación en equipamiento tecnológico 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.