試論稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)及實(shí)際應(yīng)用

鐘 鳴，皮 雄

（江西江鎢浩運(yùn)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(guān)科學(xué)家對這類稀土儲氫合金的自身特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其存在工業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值，可以有效應(yīng)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(chǎn)量就已經(jīng)達(dá)到了2200t，在產(chǎn)量上取得了一定的優(yōu)勢，光從產(chǎn)量上來看，我國的生產(chǎn)能力就已經(jīng)達(dá)到了國際的領(lǐng)先地位。

1 稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)

就我國當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)情況來看，在進(jìn)行稀土儲氫合金粉生產(chǎn)的過程中，較為常見的生產(chǎn)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(chǎn)方式。而在實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)方法進(jìn)行闡述。

（1）熔煉法。在熔煉法中所采用的主要生產(chǎn)原料為Mm（La，Ce，Pr，Nd，Sm）和Ni，主要生產(chǎn)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(zhì)，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(yīng)爐內(nèi)部進(jìn)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(shí)間之后，原料混合物會以液態(tài)合金的方式呈現(xiàn)，此時(shí)，便可以進(jìn)行澆鑄操作。

為了保證儲氫合金粉的生產(chǎn)質(zhì)量，需要對各個(gè)生產(chǎn)工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，總結(jié)來說，熔煉生產(chǎn)的主要工序包括一下內(nèi)容：原料準(zhǔn)備→材料配比→裝爐操作→熔煉→澆鑄→破碎碾磨→質(zhì)量檢測→真空包裝→入庫保存。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中需要真空感應(yīng)爐、水冷模、破碎機(jī)、碾磨器以及真空包裝設(shè)備的支持。由于該種生產(chǎn)方式與其他生產(chǎn)方式相比，具有操作便利，產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)勢而被大量應(yīng)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(jìn)行稀土儲氫合金粉生產(chǎn)時(shí)，需要選用濃度在99%以上的Mm、Ni、Co、Mn和Al作為主要生產(chǎn)原料，將這些原料按照生產(chǎn)質(zhì)量需求進(jìn)行合理配比之后，充分混合放入真空感應(yīng)爐內(nèi)，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(zhuǎn)運(yùn)行下的銅輥上，使其快速冷卻成型，之后利用破碎機(jī)和碾磨器將其制作成細(xì)度相當(dāng)?shù)暮辖鸱?，再?jīng)過熱處理使其形成可以出售的合金粉產(chǎn)品。

熔煉快冷法的主要生產(chǎn)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(zhì)量檢測→真空包裝→入庫保存。對比可以發(fā)現(xiàn)僅與熔煉法相差兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為此，同樣具備產(chǎn)品質(zhì)量高的優(yōu)勢。

經(jīng)過多年的發(fā)展，針對稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)技術(shù)水平已經(jīng)取得了進(jìn)一步的進(jìn)展，同時(shí)，在儲存方式和包裝方式上也進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明采用包覆鎳的處理方式進(jìn)行合金粉產(chǎn)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(chǎn)品的儲存期限。同時(shí)對電化學(xué)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(shù)已經(jīng)達(dá)到一定的生產(chǎn)水平，利用納米技術(shù)將稀土儲氫合金粉制成納米級產(chǎn)品已經(jīng)成為新的發(fā)展方向。

2 稀土儲氫合金粉的應(yīng)用

就當(dāng)前我國的稀土儲氫合金粉應(yīng)用情況來看，在充電電池的生產(chǎn)中應(yīng)用效果較為明顯，可以有效實(shí)現(xiàn)綠色電池的生產(chǎn)要求?？梢哉f，我國的稀土儲氫合金粉應(yīng)用已經(jīng)處于快速發(fā)展的階段，要想實(shí)現(xiàn)對稀土儲氫合金粉生產(chǎn)價(jià)值的有效發(fā)掘，就必須不斷加強(qiáng)對其應(yīng)用性能的研究。經(jīng)過多年研究可以發(fā)現(xiàn)，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(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)取中發(fā)揮自身的價(jià)值，從長遠(yuǎn)的角度來看，稀土儲氫合金粉的具有很好的應(yīng)用前景。

（1）鎳氫電池。最初的稀土儲氫合金粉就是被應(yīng)用到充電電池的生產(chǎn)作業(yè)中，在實(shí)際應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，為此，在后續(xù)的發(fā)展中將其作為研究的側(cè)重點(diǎn)，在充電電池中的應(yīng)用技術(shù)和效果也就越來越突出。在鎳氫電池中是作為負(fù)極材料而存在的，因其在應(yīng)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(jīng)濟(jì)價(jià)值而被大量應(yīng)用。除此之外，還需要一定的環(huán)保性能，與我國當(dāng)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(shí)可放出大量的熱量，可利用氫在兩種反應(yīng)熱較大差別的合金之間的移動而進(jìn)行蓄熱，且可得到較大的溫度差，具有實(shí)用價(jià)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(yīng)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?qū)I(yè)廢氣進(jìn)行回收。

（3）致動器。利用儲氫合金的吸放氫所產(chǎn)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(nèi)進(jìn)行加熱之后，因產(chǎn)生大量氫氣而出現(xiàn)高壓力，當(dāng)再冷卻時(shí)又回復(fù)而生成氫化物。此過程體現(xiàn)了重量輕而體積小，并能產(chǎn)生功率大、無噪音、結(jié)構(gòu)簡單、可獨(dú)立操作和具有緩沖作用等優(yōu)點(diǎn)，因而可制成機(jī)械手端部的致動器、緩慢動作的升降裝置、壓縮機(jī)及控制閥的操作等。這些簡便的機(jī)械裝置在一些生產(chǎn)部門中具有重要的實(shí)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(shí)用之列。由此可見，我國針對稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)與應(yīng)用規(guī)模已經(jīng)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(jīng)濟(jì)發(fā)展起到推動性作用。

3 結(jié)語

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