試論稀土儲氫合金粉的生產及實際應用

鐘 鳴，皮 雄

（江西江鎢浩運科技有限公司，江西 南昌 330096）

稀土與過渡元素的合金是一種在較低溫度下也可吸放氫氣，通常將這種合金稱為儲氫合金。在不斷發(fā)展的過程中，相關科學家對這類稀土儲氫合金的自身特性進行了研究，發(fā)現其存在工業(yè)生產的價值，可以有效應用到充電電池制造中。我國早在2000年對稀土儲氫合金粉的產量就已經達到了2200t，在產量上取得了一定的優(yōu)勢，光從產量上來看，我國的生產能力就已經達到了國際的領先地位。

1 稀土儲氫合金粉的生產

就我國當前的工業(yè)生產情況來看，在進行稀土儲氫合金粉生產的過程中，較為常見的生產方式為熔煉法、熔煉快冷法、合成法以及氣相沉積法四種生產方式。而在實際生產作業(yè)中，最長被使用的方法為熔煉法和熔煉快冷法，下面就針對常用的生產方法進行闡述。

（1）熔煉法。在熔煉法中所采用的主要生產原料為Mm（La，Ce，Pr，Nd，Sm）和Ni，主要生產方式為，將純度在99%以上的Mm和Ni中，添加純度同樣在99%以上的適量Co、Mn和Al物質，采取一定的比列配置之后，將配置完成的混合原料放置在真空感應爐內部進行熔煉操作。在此過程中，原料混合物是處于真空的環(huán)境下，為此，在純度上可以得到有效保障。在熔煉一段時間之后，原料混合物會以液態(tài)合金的方式呈現，此時，便可以進行澆鑄操作。

為了保證儲氫合金粉的生產質量，需要對各個生產工序進行嚴格控制，總結來說，熔煉生產的主要工序包括一下內容：原料準備→材料配比→裝爐操作→熔煉→澆鑄→破碎碾磨→質量檢測→真空包裝→入庫保存。在實際生產作業(yè)中需要真空感應爐、水冷模、破碎機、碾磨器以及真空包裝設備的支持。由于該種生產方式與其他生產方式相比，具有操作便利，產品質量好的優(yōu)勢而被大量應用。

（2）熔煉快冷法。與熔煉法的不同之處在于對原料的選擇和熔煉之后的作業(yè)環(huán)節(jié)中，采用熔煉快冷法進行稀土儲氫合金粉生產時，需要選用濃度在99%以上的Mm、Ni、Co、Mn和Al作為主要生產原料，將這些原料按照生產質量需求進行合理配比之后，充分混合放入真空感應爐內，使其在真空的環(huán)境下被快速熔煉成液態(tài)的合金。將液態(tài)合金澆在旋轉運行下的銅輥上，使其快速冷卻成型，之后利用破碎機和碾磨器將其制作成細度相當的合金粉，再經過熱處理使其形成可以出售的合金粉產品。

熔煉快冷法的主要生產流程為：原料選擇→材料配比→裝爐操作→熔煉→澆鑄→快速冷卻→破碎碾磨→熱處理→質量檢測→真空包裝→入庫保存。對比可以發(fā)現僅與熔煉法相差兩個生產環(huán)節(jié)，為此，同樣具備產品質量高的優(yōu)勢。

經過多年的發(fā)展，針對稀土儲氫合金粉的生產技術水平已經取得了進一步的進展，同時，在儲存方式和包裝方式上也進行了深入研究。結果表明采用包覆鎳的處理方式進行合金粉產品包裝，可以有效提升其抗氧化能力和抗腐蝕性，能夠在一定程度上延長合金粉產品的儲存期限。同時對電化學容量和自身的使用壽命也具有積極意義。在近幾年來，隨著高新科技的快速發(fā)展，納米技術已經達到一定的生產水平，利用納米技術將稀土儲氫合金粉制成納米級產品已經成為新的發(fā)展方向。

2 稀土儲氫合金粉的應用

就當前我國的稀土儲氫合金粉應用情況來看，在充電電池的生產中應用效果較為明顯，可以有效實現綠色電池的生產要求。可以說，我國的稀土儲氫合金粉應用已經處于快速發(fā)展的階段，要想實現對稀土儲氫合金粉生產價值的有效發(fā)掘，就必須不斷加強對其應用性能的研究。經過多年研究可以發(fā)現，稀土儲氫合金粉除了在充電電池中發(fā)揮作用之外，還可以在蓄熱、制冷、儲存以及運輸等多個領取中發(fā)揮自身的價值，從長遠的角度來看，稀土儲氫合金粉的具有很好的應用前景。

（1）鎳氫電池。最初的稀土儲氫合金粉就是被應用到充電電池的生產作業(yè)中，在實際應用的過程中表現出明顯的應用優(yōu)勢，為此，在后續(xù)的發(fā)展中將其作為研究的側重點，在充電電池中的應用技術和效果也就越來越突出。在鎳氫電池中是作為負極材料而存在的，因其在應用的過程中可以有效提升電池的循環(huán)使用壽命，創(chuàng)造出了更大的經濟價值而被大量應用。除此之外，還需要一定的環(huán)保性能，與我國當前的環(huán)保要求相符。

（2） 熱泵及制冷。稀土儲氫合金在吸收氫時可放出大量的熱量，可利用氫在兩種反應熱較大差別的合金之間的移動而進行蓄熱，且可得到較大的溫度差，具有實用價值。利用兩種不同的合金之間相互交換氫而吸收或放出的反應熱的裝置稱為金屬氫化物熱泵，即具有將熱量從低溫區(qū)送到高溫區(qū)的特性（與自然流向相反）。使用氫在兩種以上合金之間的移動，從而能夠對工業(yè)廢氣進行回收。

（3）致動器。利用儲氫合金的吸放氫所產生的氫壓力差可制成不同用途的致動器。如將儲氫合金放入密閉容器內進行加熱之后，因產生大量氫氣而出現高壓力，當再冷卻時又回復而生成氫化物。此過程體現了重量輕而體積小，并能產生功率大、無噪音、結構簡單、可獨立操作和具有緩沖作用等優(yōu)點，因而可制成機械手端部的致動器、緩慢動作的升降裝置、壓縮機及控制閥的操作等。這些簡便的機械裝置在一些生產部門中具有重要的實用意義。此外，稀土儲氫合金還可用于氫的同位素分離、吸氣劑、絕熱和高性能杜瓦瓶等，也在變成實用之列。由此可見，我國針對稀土儲氫合金粉的生產與應用規(guī)模已經越來越大，充分發(fā)揮了稀土儲氫合金粉的自身性能，為我國的經濟發(fā)展起到推動性作用。

3 結語

我國對稀土儲氫合金粉的研發(fā)與應用距今已經有了20多年的歷史，經過多年的發(fā)展，在各類電池產品中的應用效果也越來越明顯，且對稀土儲氫合金粉的生產量也一直處于世界領先地位。由于在稀土儲氫合金粉產品生產方面表現出明顯的生產優(yōu)勢和質量優(yōu)勢，在工業(yè)生產之后所創(chuàng)造的經濟收益也是不可忽視的，有效推動了我國經濟的進一步發(fā)展。對鎳氫充電電池的產業(yè)也給予了一定的材料支持。