一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法及裝置，屬于材料【技術領域】，方法按以下步驟進行：（1）將稀土氯化物和含氟添加劑溶于水中制成溶液；（2）以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內進行焙燒，焙燒生成的焙渣自然冷卻，獲得鈰基稀土拋光粉。裝置包括焙燒爐和旋風分離裝置，焙燒爐底部的進口與噴吹管連接，噴吹管與進液槽連通，進液槽與空氣壓縮機的出口連通；旋風分離裝置由至少兩級旋風分離器串聯(lián)組成，最后一級旋風分離器的出氣口與尾氣吸收塔的進口連通。本發(fā)明的方法制備的鈰基稀土拋光粉中F元素只以CeF3的形式存在，可實現稀土氯化物混合溶液直接分解獲得鈰基稀土拋光粉，避免了碳酸氫銨或氟硅酸沉淀在焙燒方法帶來的原料消耗。
【專利說明】一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料【技術領域】，特別涉及一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法 及裝置。

【背景技術】
[0002] 稀土拋光粉是二戰(zhàn)末期開始出現并投入使用的一種新型拋光材料，隨后各國不斷 加大研究力度，至今，稀土拋光粉已經完全取代了傳統(tǒng)的鐵拋光粉（Fe 203)等，廣泛應用于玻 璃表面的冷加工、平板玻璃、陰極射線管、電視電腦顯示器、玻殼、眼鏡片、光學玻璃、鏡頭、 寶石、水晶、裝飾品等器件的拋光。
[0003] 鈰基稀土拋光粉是以Ce02為基料的稀土拋光粉，作為一種新興的拋光材料，特別 在光學玻璃的拋光上，其具有顆粒硬度適中、拋光效率高、拋光質量好、使用壽命長以及操 作環(huán)境清潔環(huán)保等優(yōu)點，被大量用于平板玻璃、光學儀器玻璃、顯像管和面板玻璃以及某些 寶石新材料的拋光等領域。
[0004] 目前，我國鈰基稀土拋光粉的生產工藝主要是氟碳鈰礦經過粉碎、煅燒、分級、包 裝等工序，產出富鈰或高鈰拋光粉以及氯化稀土經過化學分離、堿轉、氧化、優(yōu)溶、全溶、合 成、煅燒、分級、包裝，產出含氟稀土拋光粉；或沉淀為碳酸稀土、合成、煅燒、分級、包裝、產 出含氟稀土拋光粉。從制備工藝上劃分，可以分為兩大類：稀土固體原料焙燒法和以稀土可 溶性鹽為原料的沉淀焙燒法。
[0005] 噴霧熱解技術經過幾十年的發(fā)展，已成為一種重要的微粉制備工藝，特別是在各 種功能材料的制備中，顯現出明顯優(yōu)勢。近年來，隨著研究的不斷深入，應用領域不斷拓展， 已制備出納米實粉，實心粒子，空心或多空粒子、纖維和薄膜等多種產物，制備材料包括各 種金屬，金屬氧化物，無氧化物，多元復合氧化物及多組分復合材料。
[0006] 以碳酸氫銨、氨水和少量氟硅酸為沉淀劑，得到碳酸稀土和氟化碳酸稀土混合沉 淀，經洗滌、過濾、烘干后得到碳酸鹽前驅體，再經焙燒、分級制得拋光粉產品，其產品主要 指標：Ce0 2 > 48%，平均粒度0. 5~1. 5 y m，氟含量5~7%，沉淀過程中將排放大量的二氧化 碳，這使得企業(yè)的碳排放量增加。另外，此方法沉淀后的濾液中含有大量的銨根，無法得到 利用，也會造成環(huán)境污染。
[0007] 其他沉淀劑包括草酸、碳酸鈉、硫酸銨等，使用不同的沉淀劑制備的拋光粉性能也 各異。文獻中使用多種沉淀劑：硫酸銨、碳酸氫銨及氨水、草酸、碳酸鈉，以不同的工藝制備 出不同的拋光粉樣品以作比較，綜合各種指標得出：采用（NH 4)2S04復鹽沉淀，NaOH堿轉化， 氟硅酸氟化，并在900°C下焙燒3小時所得拋光粉樣品的拋光能力最強，其研削力為60 mg/ min。拋光粉樣品的平均粒徑3. 6 y m，基本在1~10 y m之間，顆粒形狀不規(guī)則，有棱角，物相 組成主要為Ce02 (面心立方)，并有La203 (單斜）及NdOF (立方）存在。
[0008] 中國專利申請?zhí)?201010534886. X、201010534886. X、201210081225. 5、 201210190297. 3公開了噴霧熱解制備稀土氧化物的方法，提供了溶液濃度、焙燒溫度、氣流 量等條件，并獲得了純度大于99%的稀土氧化物粉產品。但上述方法多為單純的氧化物制 備。對于稀土氧化物直接應用于拋光粉及其他稀土氧化氧化物復合材料領域，運用噴霧熱 解制備過程中獲得稀土氧化氧化物復合材料的方法還未見報道。


【發(fā)明內容】

[0009] 針對現有鈰基稀土拋光粉制備技術存在的上述問題，本發(fā)明提供一種噴霧熱分解 制備鈰基稀土拋光粉的方法及裝置，通過選擇稀土氯化物和添加劑，控制焙燒溫度和氣體 流速，在不產生污染的情況下，制成性能良好、純度高的稀土拋光粉。
[0010] 本發(fā)明的噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法按以下步驟進行： 1、 將稀土氯化物和含氟添加劑溶于水中制成溶液，溶液中稀土氯化物的濃度為 l(T350g/L，含氟添加劑的濃度為5~180 g/L ; 2、 以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內進行焙燒，焙燒爐的溫度為40(Tl70(TC，焙燒時 間為l~60s，焙燒生成的焙渣自然冷卻，獲得鈰基稀土拋光粉。
[0011] 上述方法中，所述的以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內進行焙燒是通過壓縮機噴 吹溶液，噴吹過程中空氣流速為5~8000L/h，溶液的流速為0. l~120L/h。
[0012] 上述方法中，焙燒完成后的物料進入旋風分離裝置，分離后的固體為焙渣。
[0013] 上述方法中，焙燒完成后的物料進入旋風分離裝置，分離后的氣體進入尾氣吸收 塔。
[0014] 上述的稀土氯化物為氯化鈰，含氟添加劑為氟化銨、三氟乙醇、二氟乙酸、三氟乙 酸、三氟乙酸乙酯或二氟乙酸甲酯。
[0015] 上述方法制備的鈰基稀土拋光粉的按重量百分比含Ce02 6 2~98%，其余為CeF3和 雜質，雜質的重量含量< 〇. 05%。
[0016] 本發(fā)明的噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的裝置包括焙燒爐和旋風分離裝置，焙 燒爐底部的進口與噴吹管連接，噴吹管與進液槽連通，進液槽與空氣壓縮機的出口連通；旋 風分離裝置由至少兩級旋風分離器串聯(lián)組成，一級旋風分離器的進口與焙燒爐的出口連 通，一級旋風分離器的出氣口與下一級旋風分離器的進口連通，各級旋風分離器的底部出 口分別與一個收集箱連通，最后一級旋風分離器的出氣口與尾氣吸收塔的進口連通。
[0017] 上述裝置中，噴吹管通過軟管與進液槽連通，噴吹管固定在升降裝置上，升降裝置 用于將噴吹管連接到焙燒爐底部的進口上。
[0018] 上述裝置的使用方法為： 將配制好的溶液置于進液槽中，液面位于出液管出液口上方，且位于與空氣壓縮機連 接的進氣管的進氣口上方；通過空氣壓縮機向進液槽內噴吹空氣，攜帶溶液進入焙燒爐內， 溶液被加熱后反應生成的氣體和焙渣進入旋風分離裝置，焙渣被分離后進入收集箱，氣體 最終進入尾氣吸收塔；噴吹管通過升降裝置的上升連接到焙燒爐的進口上。
[0019] 與現有技術相比，本發(fā)明的特點及其有益效果是： (1) 選用含F添加劑，使稀土氯化物直接一步熱分解得到制備獲得鈰基稀土拋光粉，從 而簡化了工藝參數控制和設備結構復雜，降低了成本； (2) 采用三價稀土氯化物作為配制溶液的原料，因此生產工藝過程中不采用碳銨和有 毒性的草酸，不產生傳統(tǒng)工藝中在灼燒過程中排放二氧化碳，極大的降低了對環(huán)境的污染。
[0020] 本發(fā)明的方法制備的鈰基稀土拋光粉中，F元素只以CeF3固溶體形式存在于鈰基 稀土拋光粉中，可實現稀土氯化物混合溶液直接分解獲得鈰基稀土拋光粉，避免了碳酸氫 銨或氟硅酸沉淀在焙燒方法帶來的原料消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的裝置示意圖；圖中1、焙燒爐，2、 加熱保溫裝置，3、一級旋風分離器，4、一級收集箱，5、二級旋風分離器，6、二級收集箱，7、三 級旋風分離器，8、三級收集箱，9、氣體緩沖罐，10、尾氣吸收塔，11、升降裝置，12、空氣壓縮 機，13、進液槽，14、溶液，15、軟管，16、噴吹管； 圖2是實施例1制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖； 圖3是實施例1制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖4是實施例2制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖5是實施例2制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖6是實施例3制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖7是實施例3制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖8是實施例4制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖9是實施例4制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖10是實施例5制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖11是實施例5制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖12是實施例6制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖13是實施例6制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖14是實施例7制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖15是實施例7制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖16是實施例8制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖17是實施例8制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖； 圖18是實施例9制備的鈰基稀土拋光粉的掃描電鏡圖片； 圖19是實施例9制備的鈰基稀土拋光粉的XRD圖。

【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明實施例中采用的氯化鈰為市購產品，純度> 90%。
[0023] 本發(fā)明實施例中采用的氟化銨、三氟乙醇、二氟乙酸、三氟乙酸、三氟乙酸乙酯或 二氟乙酸甲酯為市購分析純試劑。
[0024] 本發(fā)明實施例中采用的掃描電鏡為德國蔡司公司生產Ultra Plus型場發(fā)射分析 掃描電鏡。
[0025] 本發(fā)明實施例中對產品成分進行半定量分析是采用EDS分析，包括點線面成分掃 描定性及定量分析，EBSD晶粒取向及分布、晶界角度等。
[0026] 本發(fā)明實施例中采用EDTA滴定法來確定產品中Ce的含量，通過使用化驗分析法， 可以準確的測得樣品中r以及cr的含量。
[0027] 本發(fā)明實施例中采用的X射線衍射設備為荷蘭帕納科公司生產X射線衍射儀，衍 射角（2 0 )范圍10°~90°，掃描時間7分鐘。
[0028] 本發(fā)明實施例中的旋風分離裝置由三個旋風分離器串聯(lián)組成。
[0029] 本發(fā)明實施例中研削力測試采用的標準為GBT 20167-2006稀土拋光粉物理性能 測試方法。
[0030] 本發(fā)明實施例中鈰的收率在99%以上。
[0031] 實施例1 采用的裝置結構如圖1所示，包括焙燒爐1和旋風分離裝置，焙燒爐1外部套有加熱保 溫裝置2,焙燒爐1底部的進口與噴吹管16連接，噴吹管16與進液槽13連通，進液槽13與 空氣壓縮機12的出口連通；旋風分離裝置由一級旋風分離器、二級旋風分離器和三級旋風 分離器串聯(lián)組成，一級旋風分離器3的進口與焙燒爐1的出口連通，一級旋風分離器3的出 氣口與二級旋風分離器5的進口連通，二級旋風分離器5的出氣口與三級旋風分離器7的 進口連通，各級旋風分離器的底部出口分別與一級收集箱4、二級收集箱6和三級收集箱8 連通，三級旋風分離器7的出氣口與尾氣吸收塔10的進口連通；三級旋風分離器7的出氣 口與尾氣吸收塔10之間設有氣體緩沖罐9 ; 噴吹管16通過軟管15與進液槽13連通，噴吹管16固定在升降裝置11上，升降裝置 11用于將噴吹管16連接到焙燒爐1底部的進口上； 噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法為： 將氯化鈰和NH4F溶于水中制成溶液，溶液中氯化鈰的濃度為350g/L，NH4F的濃度為 180g/L ;將溶液置于進液槽中，通過空氣壓縮機將溶液噴吹入焙燒爐內進行焙燒，焙燒爐的 溫度為400°C，焙燒時間為60s，噴吹過程中空氣流速為5L/h，溶液的流速為0. lL/h ; 焙燒完成后的物料進入旋風分離裝置，分離后的固體為焙渣，分離后的氣體進入尾氣 吸收塔；焙渣冷卻后獲得鈰基稀土拋光粉，按重量百分比含Ce02 62. 98%，其余為CeF3和雜 質，雜質的重量含量0. 02% ;鋪基稀土拋光粉的掃描電鏡圖如圖2所示，XRD圖如圖3所示； 上述方法的反應式為：

【權利要求】
1. 一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于按以下步驟進行： (1) 將稀土氯化物和含氟添加劑溶于水中制成溶液，溶液中稀土氯化物的濃度為 l(T350g/L，含氟添加劑的濃度為5~180g/L ; (2) 以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內進行焙燒，焙燒爐的溫度為40(Tl70(TC，焙燒時 間為l~60s，焙燒生成的焙渣自然冷卻，獲得鈰基稀土拋光粉。
2. 根據權利要求1所述的一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于所 述的稀土氯化物為氯化鈰，所述的含氟添加劑為氟化銨、三氟乙醇、二氟乙酸、三氟乙酸、三 氟乙酸乙酯或二氟乙酸甲酯。
3. 根據權利要求1所述的一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于所 述的以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內進行焙燒是通過壓縮機噴吹溶液，噴吹過程中空氣 流速為5?8000L/h，溶液的流速為0. 1?120L/h。
4. 根據權利要求1所述的一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于焙 燒完成后的物料進入旋風分離裝置，分離后的固體為焙渣。
5. 根據權利要求1所述的一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于焙 燒完成后的物料進入旋風分離裝置，分離后的氣體進入尾氣吸收塔。
6. 根據權利要求1所述的一種噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法，其特征在于所 述的鈰基稀土拋光粉的按重量百分比含Ce02 6 2~98%，其余為CeF3和雜質，雜質的重量含量 彡 0? 05%。
7. -種實施例權利要求1所述的噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法的裝置，其特 征在于該裝置包括焙燒爐和旋風分離裝置，焙燒爐底部的進口與噴吹管連接，噴吹管與進 液槽連通，進液槽與空氣壓縮機的出口連通；旋風分離裝置由至少兩級旋風分離器串聯(lián)組 成，一級旋風分離器的進口與焙燒爐的出口連通，一級旋風分離器的出氣口與下一級旋風 分離器的進口連通，各級旋風分離器的底部出口分別與一個收集箱連通，最后一級旋風分 離器的出氣口與尾氣吸收塔的進口連通。
8. 根據權利要求7所述的噴霧熱分解制備鈰基稀土拋光粉的方法的裝置，其特征在于 所述的噴吹管通過軟管與進液槽連通，噴吹管固定在升降裝置上，升降裝置用于將噴吹管 連接到焙燒爐底部的進口上。
【文檔編號】C09G1/02GK104449401SQ201410741766
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權日:2014年12月9日
【發(fā)明者】吳文遠, 王振峰, 邊雪 申請人:東北大學