CN114101683B - 一种储氢合金块体材料的破碎方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储氢合金块体材料的破碎方法，包括如下步骤：A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于罐体中密封；B、对罐体抽真空，再对罐体进行加热，使罐体内部温度达到50～300℃后维持2～12h；C、向罐体内通气，至罐体内压力达到预定工作压力值后，保温保压4～24h；D、重复步骤B和步骤C若干次后，对罐体进行降温，再保温保压4～24h；E、停止通入循环冷却介质，排出罐体内气体，得到储氢合金粉体材料，完成对储氢合金块体材料的破碎。本发明工艺流程简单、操作简便、设备要求低、能耗小，工作效率高、对环境不产生噪声和粉尘污染等。

Description

一种储氢合金块体材料的破碎方法
技术领域
本发明属于储氢材料制备领域，具体涉及一种储氢合金块体材料的破碎方法。
背景技术
近年来，随着化石燃料等不可再生能源日渐枯竭，同时全球环境污染问题日益严峻，人们对氢能等清洁能源的开发和利用愈发重视。目前，世界主要国家均已制定了氢能源利用开发计划，美国、日本、德国、韩国等国家已将氢能上升到国家战略高度。全球众多相关企业、科研机构都在加大氢能源产业的开发力度。氢能产业体系主要包括氢气的生产、储存和运输、应用等环节。因此，氢能的大规模应用需要解决廉价便利的氢气规模制备技术、安全高效的氢气储运技术、高效可靠的氢能输出技术等三个关键问题。从目前氢能产业发展现状及未来发展趋势来看，氢气的安全高效存储是氢能实现规模化应用的前提和关键，也是当前氢能产业化发展的主要技术瓶颈。
合金储氢技术是氢气的重要存储技术途径之一，其基本原理是：在一定条件下，氢气以氢原子的形式储存于储氢合金材料的原子间隙中，形成稳定的金属氢化物；金属氢化物受热后，氢原子脱离原来的原子间隙，以氢气分子的形式释出。人们利用氢气在这类金属合金中的可逆吸放原理实现氢气的储存。这类金属合金材料则称之为储氢合金材料。合金储氢技术具有体积储氢密度大、技术成熟度高、使用安全性好、材料可循环利用等优点，广泛应用于蓄电负极材料、固定式和移动式储氢装置、电站储能、热泵、氢气提纯等诸多领域。
目前，人们已开发出并实现工业化应用的储氢合金材料主要有LaNi5、FeTi、MnTi及Mg2Ni等。储氢合金材料的制备主要包括原材料检验、称量配制、熔炼铸锭、热处理、多级破碎、成品检验、包装入库等过程。其中，多级破碎工艺过程主要包括初碎、中碎、磨粉等环节，最后得到颗粒度为5～200目的储氢合金粉体材料。由于储氢合金大多为非脆性材料，不易破碎成粉。传统的破碎方法存在工作效率低、作业能耗大且不易得到预期颗粒度的储氢合金粉体，不仅限制了储氢合金材料的生产效率，还间接的提高了氢气的储运成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种储氢合金块体材料的破碎方法，在不引入杂质的前提下，实现高效破碎储氢合金块体材料，无噪声、不产生粉尘污染。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于罐体中密封；
B、对罐体抽真空，再对罐体进行加热，使罐体内部温度达到50～300℃后维持2～12h；
C、向罐体内通气，至罐体内压力达到预定工作压力值后，保温保压4～24h；
D、重复步骤B和步骤C若干次后，对罐体进行降温，再保温保压4～24h；
E、停止通入循环冷却介质，排出罐体内气体，得到储氢合金粉体材料，完成对储氢合金块体材料的破碎。
进一步地，所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品。
进一步地，所述的罐体具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度以及压力参数监控的功能；罐体耐压强度为0.5～3.0MPa。
进一步地，步骤B中的抽真空是抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-5～1×10-1Pa；罐体加热的升温速率为1～10℃/min。
进一步地，罐体内部含有盘管，向所述盘管通入循环的介质对罐体进行加热或降温。
进一步地，介质包括热介质和冷却介质，热介质包括导热油或过热水蒸汽，冷却介质包括水。
进一步地，步骤C中通入氢气；预定压力值为0.3～2.0MPa。
进一步地，步骤D中重复步骤B和步骤C的次数为2～6次。
进一步地，步骤D中降温至5～15℃。
进一步地，储氢合金粉体材料的颗粒度为5～200目。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的储氢合金块体材料破碎方法，无需采用颚式破碎机、冲击磨、气流磨等多种粉碎设备，仅需抽真空、加热再充气加压，重复几次后冷却，即可完成对块体材料的破碎，具有工艺流程简单、操作简便、设备要求低、能耗小的特点，克服了现有储氢合金块体材料破碎工艺流程复杂、工序多、能耗高等缺陷。同时，该方法还有工作效率高、对环境不产生噪声、粉尘污染等显著优点，本发明破碎方法较传统的破碎工艺提升30％以上，能耗降低60％以上。
具体实施方式
本发明储氢合金块体材料破碎方法中，储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品，破碎方法包括如下步骤：
A、将待破碎的LaNi5、FeTi、MnTi及Mg2Ni等储氢合金块体材料(粒径在50～200mm)，放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中，确认整个罐体密封良好；罐体耐压强度为0.5～3.0MPa；
B、抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-5～1×10-1Pa后，向罐体内部的盘管通入热导热油或过热水蒸汽等热介质中的一种，对罐体进行加热，罐体加热的升温速率为1～10℃/min，使罐体内部温度达到50～300℃，维持罐内压力和温度状态2～12h；
C、向罐体内通入纯度不低于99.99％的氢气至罐内压力达到预定工作压力值0.3～2.0MPa后，保温保压4～24h；
D、重复B、C步骤2～6次后，向罐体内部盘管通入5～15℃的循环冷却水，使罐体内部温度逐渐降至循环水温度，罐体内部保温保压4～24h；
E、停止通入循环冷却水，排出罐内氢气，即得到破碎后的储氢合金粉体材料。
经测试，所得储氢合金粉体材料的颗粒度为5～200目。
实施例1
一种储氢合金块体材料的破碎方法，所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品，破碎方法包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中，确认整个罐体密封良好；罐体耐压强度为3.0MPa；
B、抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-5Pa后，向罐体内部的盘管通入热导热油，对罐体进行加热，罐体加热的升温速率为10℃/min，使罐体内部温度达到300℃，维持罐内压力和温度状态2h；
C、向罐体内通入高纯氢气，至罐内压力达到预定工作压力值2.0MPa后，保温保压4h；
D、重复B、C步骤2次后，向罐体内部盘管通入5℃的循环冷却水，使罐体内部温度逐渐降至循环水温度，罐体内部保温保压24h；
E、停止通入循环冷却水，排出罐内氢气，即得到破碎后的储氢合金粉体材料。
经测试，破碎后的储氢合金粉体材料的颗粒度为100～200目。
实施例2
一种储氢合金块体材料的破碎方法，所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品，破碎方法包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中，确认整个罐体密封良好；罐体耐压强度为0.5MPa；
B、抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-1Pa后，向罐体内部的盘管通入热导热油，对罐体进行加热，罐体加热的升温速率为1℃/min，使罐体内部温度达到50℃，维持罐内压力和温度状态12h；
C、向罐体内通入高纯氢气，至罐内压力达到预定工作压力值0.3MPa后，保温保压24h；
D、重复B、C步骤6次后，向罐体内部盘管通入15℃的循环冷却水，使罐体内部温度逐渐降至循环水温度，罐体内部保温保压4h；
E、停止通入循环冷却水，排出罐内氢气，即得到破碎后的储氢合金粉体材料。
经测试，破碎后的储氢合金粉体材料的颗粒度为50～100目。
实施例3
一种储氢合金块体材料的破碎方法，所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品，破碎方法包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中，确认整个罐体密封良好；罐体耐压强度为1.0MPa；
B、抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-3Pa后，向罐体内部的盘管通入热导热油，对罐体进行加热，罐体加热的升温速率为5℃/min，使罐体内部温度达到100℃，维持罐内压力和温度状态6h；
C、向罐体内通入高纯氢气，至罐内压力达到预定工作压力值0.8MPa后，保温保压12h；
D、重复B、C步骤5次后，向罐体内部盘管通入10℃的循环冷却水，使罐体内部温度逐渐降至循环水温度，罐体内部保温保压12h；
E、停止通入循环冷却水，排出罐内氢气，即得到破碎后的储氢合金粉体材料。
经测试，破碎后的储氢合金粉体材料的颗粒度为100～150目。
实施例4
一种储氢合金块体材料的破碎方法，所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品，破碎方法包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中，确认整个罐体密封良好；罐体耐压强度为2.0MPa；
B、抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-2Pa后，向罐体内部的盘管通入热导热油，对罐体进行加热，罐体加热的升温速率为8℃/min，使罐体内部温度达到150℃，维持罐内压力和温度状态8h；
C、向罐体内通入高纯氢气，至罐内压力达到预定工作压力值1.5MPa后，保温保压10h；
D、重复B、C步骤4次后，向罐体内部盘管通入6℃的循环冷却水，使罐体内部温度逐渐降至循环水温度，罐体内部保温保压10h；
E、停止通入循环冷却水，排出罐内氢气，即得到破碎后的储氢合金粉体材料。
经测试，破碎后的储氢合金粉体材料的颗粒度为80～120目。
本发明针对现有储氢合金块体材料破碎工艺的不足，提供了一种工艺流程简单、操作简便、储氢合金块体粉碎效果好、能耗低、对环境不产生噪声、粉尘等污染的储氢合金块体材料的破碎方法。本发明破碎方法包括将待破碎的储氢合金块体材料放置于具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度、压力参数监控功能的密封罐体中后密封、抽真空、加热罐体、罐体充氢保压保温、罐体冷却后充氢保温保压、氢气排放等步骤。本发明优点是：本发明提供的破碎方法工艺流程简单、操作简便、储氢合金块体粉碎效果好、工作效率较传统的破碎工艺提升30％以上、能耗降低60％以上、对环境不产生噪声、粉尘等污染。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、将待破碎的储氢合金块体材料，放置于罐体中密封；
B、对罐体抽真空，再对罐体进行加热，使罐体内部温度达到50～300℃后维持2～12h；
C、向罐体内通气，至罐体内压力达到预定工作压力值后，保温保压4～24h；
D、重复步骤B和步骤C 2～6次后，对罐体进行降温，再保温保压4～24h；
E、停止通入循环冷却介质，排出罐体内气体，得到储氢合金粉体材料，完成对储氢合金块体材料的破碎。
2.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：所述的储氢合金块体材料为经过熔炼并冷却至室温后的储氢合金半成品。
3.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：所述的罐体具备耐压、充氢、抽真空、加热及温度以及压力参数监控的功能；罐体耐压强度为0.5～3.0MPa。
4.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：步骤B中的抽真空是抽除罐体内部气体，至罐体内压力为1×10-5～1×10-1Pa；罐体加热的升温速率为1～10℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：罐体内部含有盘管，向所述盘管通入循环的介质对罐体进行加热或降温。
6.根据权利要求5所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：介质包括热介质和冷却介质，热介质包括导热油或过热水蒸汽，冷却介质包括水。
7.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：步骤C中通入氢气；预定压力值为0.3～2.0MPa。
8.根据权利要求1所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：步骤D中降温至5～15℃。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种储氢合金块体材料的破碎方法，其特征在于：储氢合金粉体材料的颗粒度为5～200目。
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