專利名稱：一種生產(chǎn)氫氣的鋁合金的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用鋁鎵金屬通過粉末冶金技術(shù)制造 一種與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的鋁合金。該鋁合金與水反應(yīng)可以高效、迅速、 完全的產(chǎn)生氫氣，可以用在燃氫發(fā)動機的汽車或氫燃料電池的各類汽 車，也可以給應(yīng)急便攜發(fā)電機供氫以驅(qū)動輪椅、高爾夫球車、小型農(nóng) 用機械、戰(zhàn)場機器人等，也可以在密閉空間(如潛艇)給燃氫發(fā)動機 提供氫源以維持環(huán)境的健康，總之，只要注水就可以產(chǎn)生氫氣的特種 鋁合金具有廣闊的應(yīng)用前景，是將來社會生活的必備產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著石油和煤資源的日趨耗盡和價格的日益高漲，城 市環(huán)境治理的要求，環(huán)保的替代性能源是迫在眉睫的需求。面對全球
近10億輛車的保有量，汽車對燃油的消耗占到50%以上，也是城市 空氣的主要污染源，用氫氣作為燃料是一個選擇，因而解決車載氫源 更具有迫切性。鋁合金制氫的優(yōu)勢主要在于將避免氫存儲和運輸?shù)恼?礙，提高用氫的安全程度。當(dāng)然也可以給氫燃料電池提供氫源，以得 到所需要的電能。鋁合金產(chǎn)氫的實質(zhì)是把電能以金屬鋁的形式儲存起 來，便攜方便的使用，起到充電電池的作用。隨著石油和煤價格的提 高和耗盡以及環(huán)保的要求，核電的優(yōu)勢逐漸顯示出來，利用核電能將 產(chǎn)氫后得到的氧化鋁電解再生，是一件經(jīng)濟環(huán)保的事情。
中國鋁礦儲量非常豐富，與各種有色金屬相比，鋁在鋁礦石中的 含量要高得多，在資源上具有較大的優(yōu)勢。而生成的氫氧化鋁易轉(zhuǎn)化 為氧化鋁，由氧化鋁產(chǎn)鋁要比從鋁土礦產(chǎn)鋁便宜得多，與汽油相比具 有很強的價格競爭力，作為稀散金屬的鎵，中國礦產(chǎn)豐富，具備了很好地資源條件。在鋁土礦和閃鋅礦中， 一般都富含鎵元素，而且用普
通的化學(xué)方法，就容易達到3N純度(99.9%)，滿足合金中鎵純度的 要求，比光電子和半導(dǎo)體材料中所用鎵純度要低得多，也便宜得多； 熔點為29.78"C，而沸點為207(TC，鎵是惰性金屬，常溫下在空氣中 穩(wěn)定，與水不反應(yīng)，這為鎵的實際應(yīng)用提供了便利。 目前國內(nèi)尚無類似技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種特殊鋁合金的制備，起活性作用的金 屬除了鎵金屬以外，還可延伸到其他的金屬，如鋅、銦、鍺、硼等， 它們的制備方法是類似的。以超細金屬鋁粉和鎵金屬為原料，通過簡 便經(jīng)濟的泡沫冶金方法，通過高壓、燒結(jié)、成型等技術(shù)，得到了一種 能夠迅速、高效、完全的產(chǎn)生氫氣的合金。制備這類合金時一般要在 惰性氣氛或氫氣氛中進行，惰性氣體如氬氣、氮氣、氦氣等。
金屬鋁在空氣中形成致密的氧化物薄膜，在水中會形成氫氧化鋁 沉淀附著在鋁金屬表面以阻止鋁繼續(xù)與水反應(yīng)，本發(fā)明的原理就是避 免這兩種情況出現(xiàn)。在金屬鋁的表面覆蓋金屬鎵使之與空氣隔絕從而 保持金屬鋁的反應(yīng)活性；消除氫氧化鋁沉淀通過兩個措施來實現(xiàn)，一 是氫氧化鋁溶解在氫氧化鎵的溶液中，二是在水中加入螯合劑溶解氫 氧化鋁，使之不形成氫氧化鋁沉淀從而使金屬鋁繼續(xù)與水反應(yīng)生成氫 氣。
金屬粉末的獲得一般在惰性氣氛或氫氣氛下通過高效球磨機進 行，金屬粉末的粒度一般在50目到3000目之間，通過過篩確定；將確定粒度的金屬粉末按一定的重量比與金屬鎵混合，在一定的壓力下 鑄結(jié)，或者將金屬粉末先鑄結(jié)或者燒結(jié)，再浸于液態(tài)金屬鎵中，使鎵 能夠完全覆蓋金屬鋁表面以隔絕空氣，從而獲得粉末冶金固體塊。這
些粉末冶金固體可以通過x射線衍射確定微細結(jié)構(gòu)。
將獲得的粉末冶金固體置于類似啟普發(fā)生器的裝置中，加入水或 水溶液，反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。反應(yīng)的進程可以用氫氣的壓力自由控制，直 到金屬鋁全部反應(yīng)完全。水溶液中含有能夠螯合鋁離子的螯合劑，如 甲磺酸去鐵胺，蘋果酸等。在一定的溫度下金屬鎵與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氧 化鎵，氫氧化鎵溶液呈堿性，能夠溶解氫氧化鋁，使之不附著于金屬 鋁表面，從而使金屬鋁能夠與水持續(xù)反應(yīng)。
金屬鋁和鎵與水反應(yīng)完全后，將生成物加熱，獲得金屬氧化物， 化學(xué)提純可以再生金屬鎵，氧化鋁可以電解再生鋁?？傊景l(fā)明的 實質(zhì)是一種蓄能裝置，用作移動設(shè)備的能源，使用方便，經(jīng)濟環(huán)保。
實例1通過球磨機在惰性氣氛中獲得200--400目粒度的鋁粉 50g，攪拌加入到15g鎵溶液中，共熔(溶)，逐漸冷卻，達到微晶相 共混，獲得合金體65g。在啟普發(fā)生器中，合金體與3(TC水發(fā)生反應(yīng)， 產(chǎn)生氫氣。計量氣體換算到鋁的反應(yīng)量為98.7。
實例2在惰性氣氛中將10g鎵溶液攪拌加入到50—100目粒度的 鋁粉50g中，將鎵溶液完全覆蓋鋁粉，冷卻，形成合金體60g。在啟 普發(fā)生器中，合金體與3(TC水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。計量氣體換算 到鋁的反應(yīng)量為96.7。
實例3在惰性氣氛中將100--200目粒度的鋁粉50g用氫氧焰燒結(jié)成型，將10g鎵溶液覆蓋到成型的鋁粉塊表面，做到完全覆蓋，冷
卻，得到固體合金。在啟普發(fā)生器中，合金體與水溶液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)
生氫氣，水溶液中含有鋁離子螯合劑，濃度為20% (摩爾百分比)， 螯合劑為甲磺酸去鐵胺或者蘋果酸。計量氣體換算到鋁的反應(yīng)量為 97. 8。
權(quán)利要求
1一種鋁鎵合金的制備方法，該鋁鎵合金能夠與水發(fā)生反應(yīng)，鋁全部反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
2 —種權(quán)利要求1所述的化合物的制備方法，其特征在于粉末冶金，該方法包括以下各步驟1) 在惰性氣氛中， 一般為氬氣或氮氣，用球磨機或其他工具將金屬鋁機械粉碎成粉末，過篩，確定粉末粒度，在500—10 目之間；2) 在惰性氣氛中， 一般為氬氣或氮氣；溫度在鋁的熔點以下， 將l)的粉末熱鑄成型，得到粉末質(zhì)地金屬鋁，并將這種金屬 鋁塊浸泡于液態(tài)金屬鎵中，溫度為2000-3(TC之間，冷卻，得 到鋁鎵合金；3) 在惰性氣氛中， 一般為氬氣或氮氣；將1)的粉末加入到 熱液態(tài)金屬鎵中，溫度為2000-3(TC之間，攪拌，壓鑄，冷卻， 得到鋁鎵合粉末合金；4) 在惰性氣氛中， 一般為氬氣或氮氣；將1)的粉末和金屬 鎵的粉末共熱，溫度為2000-3(TC之間，冷卻后得到鋁鎵合金。
3 在權(quán)利2中鋁鎵合金的制備中，鋁鎵的重量比范圍在95: 5到 50: 50，鋁鎵金屬的純度可以是電子級純度，也可以是一般工業(yè)品純 度。
4 在權(quán)利2中鋁鎵合金的制備中，惰性氣氛指氮氣、氦氣、氬氣中的 一種或者兩種及以上混合物。
5 在產(chǎn)生氫氣的過程中，與鋁合金反應(yīng)的水包括普通的日常用水，也包括含有特種螯合劑的水溶液。
6 在權(quán)利5中提及的螯合劑包括甲磺酸去鐵胺或者蘋果酸等鋁離子螯合劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁合金的制造方法，用粉末冶金的工藝制造一種能夠產(chǎn)生氫氣的鋁合金，該鋁合金在空氣中穩(wěn)定，遇水產(chǎn)生氫氣。鋁合金主要成分為金屬鋁，次要成分為金屬鎵，金屬鋁能全部反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
文檔編號C01B3/08GK101613082SQ20081011569
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者唐光詩, 王鵬慧 申請人:北京化工大學(xué)