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。
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→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→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。
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