一種亞微米級Re-Ni系稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種亞微米級Re (稀土) -Ni系稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會發(fā)展和繁榮的重要支柱，但隨著社會的高速發(fā)展，石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)的一次能源面臨著儲量有限及環(huán)境污染等危機(jī)，氫能因其儲量豐富、高能量密度、無毒無害、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，極有希望作為未來的新能源大規(guī)模開發(fā)利用。
[0003]雖說氫能有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前還無法進(jìn)行大規(guī)模使用，其原因之一是受儲藏和運(yùn)輸?shù)南拗啤?0世紀(jì)60年代后期，Mg2N1、LaNi5、TiFe等儲氫合金的開發(fā)，使得氫儲存介質(zhì)問題的解決出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)，隨后各國儲氫研宄人員紛紛致力于研宄和開發(fā)不同特性的高性能儲氫合金。迄今為止，在金屬氫化物儲氫方面，以LaNi5S主的稀土系儲氫合金是第一代儲氫合金的典型代表，目前已廣泛應(yīng)用于鎳氫電池的負(fù)極材料。為大規(guī)模推廣氫能的應(yīng)用，當(dāng)今對稀土儲氫合金的研宄已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，不僅僅停留在提高合金某一方面的性能，而是綜合的探索儲氫容量高，綜合性能好的新一代稀土儲氫材料。
[0004]材料的性能由其組織結(jié)構(gòu)、成分及工藝所決定，不同的生產(chǎn)工藝對材料的組織結(jié)構(gòu)以及最終的性能有著重要的影響?，F(xiàn)階段稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)及制備方法主要為，真空熔煉，然后破碎成20-100 μ m的稀土儲氫合金粉，這種工藝不僅生產(chǎn)效率低下，而且所得的合金粉顆粒較大，形狀不規(guī)則，氧化較為嚴(yán)重，表面活性較低，嚴(yán)重影響了稀土儲氫合金的吸放氫性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種顆粒形狀為球形、粒徑更小，可控制在100?100nm之間、氧含量低、表面活性大，活化性能優(yōu)良的亞微米級Re-Ni系稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種亞微米級Re-Ni系稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)方法，在依次連通的高溫蒸發(fā)器、粒子控制器及收集器組成的反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行，步驟包括:
[0007](I)將純度彡99.9%的稀土原料(La、Y、Sr、Nd、Pr、Er等)和純度彡99.9%的鎳原料混合均勻的加入到高溫蒸發(fā)器內(nèi)的坩禍中，稀土原料和鎳原料的加入比例為預(yù)制備的稀土儲氫合金粉中的稀土和鎳的比例，檢查反應(yīng)系統(tǒng)的氣密性合格后，對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空到0.06?0.08MPa，然后開啟設(shè)置于高溫蒸發(fā)器底部的氮?dú)忾y，對反應(yīng)系統(tǒng)充入氮?dú)猓狗磻?yīng)系統(tǒng)內(nèi)的氣氛為惰性并且反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力為80?125kPa(因?yàn)楦鹘饘亠柡驼羝麎翰煌?，稀土和Ni飽和蒸汽壓較小，在此壓力下能獲得顆粒均勻、融合充分的合金)；
[0008](2)開啟設(shè)置于高溫蒸發(fā)器頂部的等離子槍，以產(chǎn)生的等離子轉(zhuǎn)移弧作為加熱源對稀土原料和鎳原料進(jìn)行加熱融化，將原料加熱融化混合成成分均勻的稀土合金液，隨后加大等離子槍的功率到70-90KW，使得合金到沸騰狀態(tài)形成稀土合金蒸氣，在蒸發(fā)的同時(shí)加入配好比例的稀土原料和鎳原料，防止蒸發(fā)器中原料的太少，稀土原料的加入速度為0.5?5kg/h，镲原料的加入速度為I?5kg/h ;稀土原料和镲原料的沸點(diǎn)相近，飽和蒸汽壓相差較小，其在加熱融化的過程中，能按照預(yù)定的原料比例能形成一定摩爾比的合金相；
[0009](3)調(diào)節(jié)高溫蒸發(fā)器底部的氮?dú)獾臍饬髁恐?5?50m3/h，使蒸發(fā)出的稀土儲氫合金蒸氣隨氮?dú)鈿饬鬏斔偷脚c高溫蒸發(fā)器連通的粒子控制器(聚冷管)內(nèi)，在粒子控制器中稀土儲氫合金的蒸氣經(jīng)碰撞冷卻，形核長大成顆粒，所述稀土儲氫合金顆粒的粒徑為100?lOOOnm、形狀為球形；隨后在氮?dú)獾淖饔孟卵杆倮淠坛上⊥羶浜辖痤w粒；通過調(diào)節(jié)高溫蒸發(fā)器內(nèi)氮?dú)鈿饬髁康拇笮?，可以控制稀土儲氫合金蒸氣進(jìn)入粒子控制器的快慢以及該合金蒸氣在粒子控制器中的流速，并進(jìn)而控制合金顆粒的大小和形狀，即氮?dú)獾臍饬髁吭酱?，粒子在粒徑控制器長大的時(shí)間越短，形成的稀土儲氫合金顆粒的粒徑越小，形狀越接近球形；反之，則相反；
[0010](4)粒子控制器內(nèi)的氮?dú)鈿饬鲗⑾⊥羶浜辖痤w粒輸送到與粒子控制器連通的氣固分離器內(nèi)，使合金顆粒在收集器內(nèi)的氣固分離器外壁進(jìn)行附著，得到純度多99%、粒徑為100?lOOOnm、形狀為球形的亞微米級級Re-Ni系稀土儲氫合金粉。
[0011]所述步驟(2)中產(chǎn)生等離子轉(zhuǎn)移弧(高頻等離子氣)的氣體為氮?dú)?，該氮?dú)獾膲毫?.25?0.5MPa? (此壓力范圍內(nèi)等離子轉(zhuǎn)移弧更穩(wěn)定，能夠持續(xù)、均勻的對混合材料進(jìn)行加熱，使得獲得的顆粒更加均勻、可控)。
[0012]所述步驟(3)中的粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結(jié)構(gòu)包括五層，由內(nèi)向外依次為石墨管、碳?xì)止?、碳?xì)止?、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)；該冷水循環(huán)系統(tǒng)每小時(shí)的水流量控制在15?25m3/h，水溫控制在27?30°C之間，給予粒子控制器內(nèi)的稀土儲氫合金蒸氣更為均勻的冷卻環(huán)境，，從而使冷卻形成的儲氫合金顆粒的粒度分布更為均勻。
[0013]所述步驟(4)中氣固分離器可以為多個(gè)，多個(gè)氣固分離器的設(shè)置使稀土儲氫合金顆粒的收集更為有效。本發(fā)明的收集器、氣固分離器等均為市售常規(guī)設(shè)備，如收集器為多孔管收集器；本發(fā)明的高溫蒸發(fā)器為采用申請?zhí)枮?00810061148.0的高溫金屬蒸發(fā)器。
[0014]本發(fā)明步驟⑴所述的稀土原料和鎳原料的加入重量比為:稀土原料:鎳=
0.1-05:1。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用物理氣相蒸發(fā)法(PVD)進(jìn)行的亞微米級Re-Ni系稀土儲氫合金粉的生產(chǎn)方法具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0016]I)采用等離子轉(zhuǎn)移弧作為加熱源對稀土原料和鎳原料進(jìn)行加熱、融化、混合互溶，在低功率下，等離子火焰噴射的作用下，形成成分均勻的稀土儲氫合金液，然后加大等離子槍的功率，形成均勻的稀土儲氫合金蒸氣。
[0017]2)稀土儲氫合金蒸氣在整個(gè)反應(yīng)過程中呈高度分散狀態(tài)，且無其它雜質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，保證生成的亞微米級稀土儲氫粉純度高、球形度好、粒度分布均勻。
[0018]3)粒徑跨度大，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)即調(diào)節(jié)高溫蒸發(fā)器內(nèi)氮?dú)鈿饬髁康拇笮?，從而直接生產(chǎn)出所要求粒徑大小的亞微米稀土儲氫合金粉，合金粉的粒徑可控制在100?100nm 之間；
[0019]4)整個(gè)稀土儲氫合金粉的制備過程都是在密閉的反