“抛光粉之王”氧化铈的分类及应用

什么是抛光？抛光就是把物体粗糙的表面变得光滑。抛光的原理大致可以归纳为三种理论：机械去除理论、化学作用理论、热的表面流动理论。

一、稀土抛光的三种理论

机械去除理论

1 机械去除理论认为：①抛光是研磨的继续，抛光与研磨的本质是相同的，都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果。②由于抛光是用较细颗粒的抛光剂，所以微小切削作用可以在分子范围内进行。由于抛光模与工件表面相互吻合，抛光时切向力特别大，因此使玻璃表面的凹凸结构被切削掉，逐渐形成光滑的表面。

化学作用理论

2 化学作用理论认为：抛光过程是在玻璃表层、抛光剂、抛光模和水的作用下，发生错综复杂的化学过程。主要是玻璃表面发生的水解过程，是水解生成物——硅酸凝胶薄膜不断生成和不断刮除的过程。

热的表面流动理论

3 热的表面流动理论认为：玻璃表面由于高压和相对运动，摩擦生热使表面产生塑性流动，凸起的部分将凹陷填平，形成光滑的抛光表面。

图1 稀土抛光粉

抛光粉就是抛光过程中用的粉状磨介，通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。铈基稀土抛光粉是较为重要的抛光粉产品之一。因其具有切削能力强，抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点，故比其他抛光粉（如Fe2O3红粉）的使用效果佳，而被人们称为"抛光粉之王"。

二、稀土抛光粉分类

稀土抛光粉的主要成分是CeO2,据其CeO2量的高低可将铈抛光粉分为两大类：一类是CeO2含量高的价高质优的高铈抛光粉，一般CeO2/TREO≥80%；一类是CeO2含量低的廉价的低铈抛光粉，其铈含量在50%左右，或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11组成。

备注：TREO（TotalRare Earth Oxides ）是稀土氧化物总量的意思。

对于高铈抛光粉来讲，氧化铈的品位越高，抛光能力越大，使用寿命也增加，特别是硬质玻璃长时间循环抛光时（石英、光学镜头等），以使用高品位的铈抛光粉为宜。

图2 高铈抛光粉可用于光学镜头等材料的抛光处理

低铈抛光粉一般含有50%左右的CeO2,其余50%为La2O3SO3,Nd2O3SO3,Pr6O11SO3等碱性无水硫酸盐或LaOF、NdOF、PrOF等碱性氟化物，此类抛光粉特点是成本低及初始抛光能力与高铈抛光粉比几乎没有两样，因而广泛用于平板玻璃、显像管玻璃、眼镜片等的玻璃抛光，但使用寿命难免要比高铈抛光粉低。

图3 低铈抛光粉可用于眼镜片抛光

三、稀土抛光粉的粒度及粒度分布对抛光粉性能的影响

对于一定组分和加工工艺的抛光粉，平均颗粒尺寸越大，则玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多数情况下，颗粒尺寸约为4μm的抛光粉磨削速度。相反地，如果抛光粉颗粒平均粒度较小，则磨削量减少，磨削速度降低，玻璃表面平整度提高，标准抛光粉一般有较窄的粒度分布，太细和太粗的颗粒很少，无大颗粒的抛光粉能抛光出高质量的表面，而细颗粒少的抛光粉能提高磨削速度。

稀土抛光粉生产技术属于微粉工程技术，稀土抛光粉属于超细粉体，国际上一般将超细粉体分3种：纳米级（1nm~100nm）；亚微米级（100nm~1μm）；微米级（1μm~100μm），据此分类方法，稀土抛光粉可以分为：纳米级稀土抛光粉、亚微米级稀土抛光粉及微米级稀土抛光粉3类，通常我们使用的稀土抛光粉一般为微米级，其粒度分布在1μm~10μm之间，稀土抛光粉根据其物理化学性质一般使用在玻璃抛光的最后工序，进行精磨，因此其粒度分布一般不大于10μm,粒度大于10μm的抛光粉（包括稀土抛光粉）大多用在玻璃加工初期的粗磨。小于1μm的亚微米级稀土抛光粉，由于在液晶显示器与电脑光盘领域的应用逐渐受到重视，产量逐年提高。纳米级稀土抛光粉目前也已经问世，随着现代科学技术的发展，其应用前景不可预测。

四、稀土抛光粉原料

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。

以上原料中除第1种外，第2,3,4种均含轻稀土（w（REO）≈98%），且以CeO2为主，w（CeO2）为48%~50%。我国具有丰富的铈资源，据测算，其工业储量约为1800万吨（以CeO2计），是我国独有的一大优势，并可促进我国稀土工业继续高速发展。