铅酸电池的制造工艺

铅酸电池的制造工艺


要想详细的了解铅酸蓄电池污染物的来源就必须熟悉其相应的生产流程，然后根据生产工艺流程来分析其污染物的来源。


2.1 铅酸蓄电池的生产工艺


2.1.1 铅酸蓄电池的生产工艺流程


铅酸蓄电池的生产工艺流程略。

图2-1 铅酸22.2.1.2 板栅的制造


板栅在电池中的作用，主要是支持活性物质，充当活性物质的载体，传导汇集电流，使电流均匀分布在活性物质上，以提高活性物质的利用率。所以，板栅质量的好坏直接影响着蓄电池的整体性能。其生产工艺流程如下：

合金配制→熔化→铸模调温→喷模→浇铸→剪修平整→检查→贮存→待用


2.1.2.1.合金的配制


铅基合金的配制要在专用的熔锅或合金冶炼炉内进行，锅内应有搅拌装置。在铅锑合金配制时，先将总数约一半的铅锭加入熔锅内，加温到350-400℃，使铅熔化（铅熔点327℃），待熔锅内的铅全部熔化后，加入配方所规定的全部量的锑。锑锭在加入熔锅前，须砸碎成50-70mm的小块，锑加入后，升高熔锅内合金温度到500-550℃（锑熔点631℃，含锑量为2%-8%的铅锑合金的熔点为313℃-271℃），使全部的锑熔化，最后再将余下的铅全部加入锅内，待合金全部熔化后，开始进行搅拌，使之充分混合均匀，搅拌的时间不少于30min。搅拌的形式有机械搅拌和压缩空气搅拌。此时，熔锅内的合金液温度应保持在450-550℃，由于铅的密度（11.3g／cm3 ）与锑的密度（6.7g／cm3 ）差别较大。上述的方法可以避免锑块过早地浮在铅液表面，同时，为了合金均匀，必须进行充分的搅拌。以上铅锑合金配制过程的时间大约为4h。在开始铸锭前必须检查合金的锑含量。如不符合规定，应加适量的铅或适量的锑进行调整，符合工艺规定的合金液，除掉表面氧化残渣后，开始铸锭。铸模要干燥无水，铸锭时要注意避免合金液溅出烫伤。铸锭后标号存放。在铅锑合金的配制过程中，熔渣损失约为1.0%-2.0%，烧减损失约为0.2%-0.6%。


2.1.2.2 合金的熔化


板栅浇铸时，需先将配制好的合金熔化，熔化后的合金液温度对板栅浇铸时的成型关系很大，合金液温度过高或过低都不能浇铸出良好的板栅。一般情况下，合金液温度应控制在450-550 ℃的范围，但工厂在实际中应根据具体情况摸索出最佳的合金液浇铸温度。




2.1.2.3 浇铸模具的温度调整


浇铸使用的模具在浇铸前都应进行预热和温度调整，铸板机通过由加热预热，手工模具通过电加热或合金液预铸预热，其目的是为了保证在浇铸过程中合金液的冷却速度，铸模温度过高或过低或不均匀都会对板栅的成型影响很大，特别是对于手工

铸板显得更为重要。

2.1.2.4 喷模、刮模


在浇铸时由于模具是金属制成，故存在散热快的特点，加入模具内腔沟槽比较窄浅，使得熔锅状态下的合金液难以充满模具。为了保证浇铸板栅的成型率，必须在模具表面和浇铸合金之间喷涂脱模剂。目前，在蓄电池厂一般使用由软木粉、硅酸钠和水配制的脱模剂，喷涂在模具内腔，主要起保温、隔热、润滑，确保合金液充满模具的作用。同时，对板栅的厚度均匀性起调整作用。

脱模剂的配制方法如下：

取8Kg左右的水和密度为1.35g/cm3的硅酸钠（水玻璃）450mL左右，放入加温锅内（可用铝锅）混合均匀后放在炉子上加热烧煮。待硅酸钠水溶液煮沸后，即将1kg细度为180-200目的软木粉缓慢地倒入锅内，充分搅拌均匀，再加入8kg左右的水小火煮沸30min，冷却后用60-80目筛子过滤后装入容器内待用。以上配制出的脱模剂使用的有效期为2-3小时，如在上述配方中加入25mL左右的磷酸铝（含铝36.4%）或400g左右的膨润土，有效期可延长至6-8小时。在使用中，如果脱模剂发粘，可适当减少硅酸钠量或适当增加用水量，如果脱模剂稀，喷模时容易从模具表面脱落，可适当增加硅酸钠量或适当减少水用量。脱模剂稀稠要合适，太稀粘附力差，太稠脱模剂在模具表面堆积太厚，因此，可以根据实际使用情况和板栅要求的厚薄程度进行调整。

2.1.3 铅粉的制造


铅粉是制造铅酸蓄电池极板的活性物质，是表面覆盖一层PbO的金属铅的粉粒状物。它是由纯铅经过特定的热氧化过程形成的。铅粉的制造有两种方法：一是球磨法；二是气相氧化法。此处选用球磨法，其生产工艺流程如下：

铅锭→熔铅锅→铅球→球磨机→沉淀分离→除尘过滤→存贮→输送

铅粉对铅膏及极板性能影响很大，其特性主要有氧化度，视密度，吸水率，筛析和吸酸值等。氧化度高的用于正极板，氧化度低的用于负极板。

2.1.3.1 铸球


将符合要求的铅锭加入熔铅锅内加热至400-500 ℃，使铅锭全部熔化，并在铅液表面覆盖一层木炭以防止铅氧化及保持铅液温度，点燃煤气烧热排铅管，使凝固在排铅管内的铅完全熔化后，熔铅锅的排铅管阀门打开，使铅液自动流入回转圆盘式铸球机内，铸成一定规格的铅球或使铅液自动流入回转圆盘式铸块机，铸成铅条后拉出，通过自动切刀将铅条切成一定规格的铅块。制成的铅球或铅块通过提升机输送到贮存斗内贮存6小时以后输送到铅粉机内制粉。


2.1.3.2 制粉


球磨法制铅粉是在滚筒式铅粉机（又称岛津式铅粉机）中完成的，铅粉机的筒体内并无任何的研磨体，铅粉是靠铅球或铅块在随筒体的转动

过程中的相互撞击和摩擦而形成的。这种铅粉机有两种形式，一种是分选式铅粉机，另一种是筛选式铅粉机，这两种铅粉机的工作原理基本一样，所不同的是出粉的方式不同，风选式铅粉机是通过吹入空气而把铅粉带出，而筛选式铅粉机则是通过筛网来出粉的。目前，在我国蓄电池企业大多采用风选式铅粉机。

制粉过程：将铅球或铅块由输送器按负载量送入球磨机，同时通过鼓风机给铅粉机内输入定量的预热空气。球磨机由传动机构带动，以一定的转速旋转，由于离心力的作用，铅粉机内的铅球或铅块也随着铅粉机筒体一道转动，当被带到一定高度时，铅球或铅块又借自身的重量自由落下，在这个过程中有三个现象： （1）铅球或铅块与筒体摩擦产生热量。（2）铅球或铅块与铅球或铅块摩擦产生热量。（3）铅球或铅块的相互撞击和摩擦使得铅球或铅块表面晶粒发生变形和滑动位移。

由于铅粉机内铅球或铅块相互摩擦和撞击产生大量的热量，使得筒体内的温度增加，在给铅粉机输入的有一定温度和相对湿度的空气气流中氧的作用下，铅球或铅块发生位移的晶面边缘受到氧化而生成了氧化铅。反应方程式如下：

2Pb+O2 →2PbO+Q （热量）

由于铅的氧化反应是放热反应，放出的热量又使得铅粉机筒体内达到较高的温度。在这个摩擦、撞击、晶体变形位移、氧化的过程中，铅球或铅块表面被氧化的部分就与铅球或铅块整体之间发生裂缝。随着裂缝的逐渐深入，金属氧化层在撞击和摩擦力的作用下，逐渐从球体或块体上脱落下来，续而进一步磨碎、研细而形成了覆盖一层PbO2的细颗粒状铅粉。

2.1.3.3 铅膏的制造


铅膏的合制过程就是在和膏机内将铅粉，纯水，硫酸及一些添加剂均匀地混合成有塑性的膏状物质的过程，其工艺流程如下：

配料→干混→加水→加酸→混合→检查→出膏

具体操作如下：

1.将符合质量指标要求的铅粉按工艺条件规定的数量加入到和膏机内，启动和膏机。

2.将符合质量指标要求的各类粉状添加剂按规定的用量加入和膏机内干搅拌3-5min（不加粉状添加剂和制的正极用铅膏不需此程序）。

3.将符合要求的短纤维按规定的用量放入符合质量要求的定量的去离子水中（具有一定得温度），使其在水中充分均匀分散，然后在1 min左右的时间内将水加入到和膏机内，搅拌8 min左右。

4.打开和膏机冷却系统，将符合质量要求的稀硫酸按规定的用量在15-20 min的时间内加入到和膏机内，在搅拌20 min 左右。

5.停机取少量铅膏测视密度和稠度，如果视密度过高，则加适量的调节水重新开机搅拌5 min左右的时间，在停

机取样测量，符合要求后放出铅膏。


2.1.3.4 涂膏或灌粉


涂板是指铅膏与板栅形成涂膏式极板的过程，即将铅膏按照规定的数量均匀地涂填到板栅格体内，使铅膏与板栅良好结合的过程。

灌粉（或挤膏）是指铅粉（或铅膏）与铅芯套管体形成管式极板的过程，即将铅粉（或铅膏）灌入（或挤入）铅芯套管体，使铅粉（或铅膏）与铅芯良好结合的过程。极板是蓄电池电化学反应的主体部分，极板分为正极板和负极板。涂膏即是将正负极活性物质均匀涂填到板栅的过程。其工艺流程如下：

涂填→检查板面膏量→压实→淋酸或浸酸→表面干燥→检查水量→存放

涂板分为手工涂板和机械涂板。现在大多生产厂家多是机械涂板，机械涂板是通过涂板机来完成极板的涂填、压实及淋酸的整个过程。

涂板后的极板进行表面干燥的目的有两个方面：一方面是要充分除去极板活性物质的水分，防止收板时极板粘连。另一方面是要保证极板内部铅膏含有一定量的水分以利于极板固化时铅膏内金属铅的氧化。而极板的淋酸目的是为了在生极板的表面形成一层薄的硫酸铅，防止干燥后出现裂纹。淋酸后的极板立即进入表面干燥窑，表面干燥窑的温度一般控制在100～120℃，干燥时间为2～5min，使表面失去一部分水，以避免在下面的操作中极板表面互相粘连。极板在出表面干燥窑时铅膏含水率应控制在8%～11%，以利于后面的固化工序。


2.1.3.5 极板的固化干燥


固化干燥即硬化脱水，涂填后的极板其一方面水分过多，另一方面铅膏组织不稳定，因此要经过固化干燥工艺来使其硬化脱水，在完成铅膏的硬化脱水的过程的同时要实现铅膏中游离铅的氧化，铅膏与板栅的腐蚀结合，铅膏中碱式硫酸铅的再结晶以及多孔电极的形成等一系列的物化反应的目的。在这个过程中极板发生的反应有：一、铅膏中游离铅进一步氧化成氧化铅，二、极板板栅表面生成腐蚀层，三、碱式硫酸铅的再结晶，四、铅膏的脱水硬化及多孔电极的形成。其作用有：1.使铅膏中的铅进一步氧化，在正、负极中残余的铅分别减小到2.5%和5.0%（质量分数）左右，化成后可望获得坚固的活性物质和良好的外观；2.在固化过程中，铅膏物质继续进行碱式硫酸铅的结晶过程，在较低温度下生成3PbO·PbSO4·H2O，温度高于80℃时有利于4PbO·PbSO4·H2O的生成；3.通过固化使板栅表面生成氧化铅的腐蚀膜，增强板栅与活性物质的结合力。


2.1.3.6 极板的化成


极板化成是指利用化学和电化学反应转化成具有电化学特性的正、负极板的过程。化成方式主要有两种：一是槽式化成，也叫外化成，即将

极板放在专门的化成槽中，多片正、负极相间的连接起来，与直流电源相接，灌入稀硫酸通电；另一种为电池化成，也叫内化成，即不需要专门的化成槽，而是用生极板装配成极群组，放在电池壳体中装成电池组后，灌满电解液再通直流电化成。电池化成避免了生极板在化成槽中化成时析出气体携带酸雾造成的污染，以及减少了化成后的洗涤干燥等工序，具有明显的优越性。

2.1.3.7 装配


上述蓄电池的各个步骤完成以后，就可以把其组装起来，即装配。其工序为：

1.起动电池和管式动力电池组装工艺流程:

焊极群→插隔板→装槽→穿壁焊→盖子热封→气密性检测→焊端子→加酸充电(干荷电电池不需此工序)→ 测试→包装

2.阀控密封式电池组装工艺流程:

包板→焊极群→装槽→焊接→封盖→焊端子→极柱密封→气密性检测→加酸充电→测试→包装



2.2 铅酸蓄电池各生产工序污染物的来源与防护


2.2.1 铅酸蓄电池各生产工序污染物的来源


由以上铅酸蓄电池的生产工艺流程可知：在铅酸蓄电池的生产过程中，涂板工序、化成工序以及电池清洗工序会产生含铅的重金属废水。其主要排放流程略。

经调查，水污染物中铅的产生浓度为：2.2-97.7 mg/L 。在板栅铸造、合金配制、铅零件及铅粉制造等工序不可避免地产生多种含铅烟、铅尘。一般每生产1000个电池会产生63.2 kg 铅尘。另外，在铅酸蓄电池化成工序中，会产生硫酸雾，废弃的化成液及清洗极片的废水也含有一定浓度的硫酸，排放后会对环境造成污染。


2.2.2 铅酸蓄电池生产过程中的防护


我们已了解并熟悉了铅酸蓄电池的生产工艺及各工艺所产生的主要的污染物，那就要采取相应的防护措施以减少其对人体的伤害和职业病的发生。由于涂板工序、化成工序以及电池清洗工序会产生含铅的重金属废水，且成酸性，故在生产中操作工人要穿戴防腐蚀的手套及工作服。在板栅铸造、合金配制、铅零件及铅粉制造等工序不可避免地产生多种含铅烟、铅尘。故在生产中要佩戴口罩，以防止铅尘或铅烟由呼吸道吸入。此外，工人每日下班后，都应用肥皂洗手，防止铅通过口或皮肤进入。