涂板不淋酸新工藝研究

1、涂板不淋酸新工藝研究0引言鉛酸蓄電池生產(chǎn)過程中的環(huán)境染污物主要為鉛煙、污水和酸霧。為了降低污染物的排放量，目 前歐美主要蓄電池生產(chǎn)廠家大都采用拉網(wǎng)板柵和沖網(wǎng)板柵制作極板，國(guó)內(nèi)很多廠家也在采用新技術(shù) 生產(chǎn)極板，但是有大部分蓄電池生產(chǎn)廠家rh于設(shè)備更新速度及能力所限，難以全部采用新工藝新技 術(shù)生產(chǎn)極板，仍沿用傳統(tǒng)重力澆鑄式生產(chǎn)技術(shù)。重力澆鑄式極板生產(chǎn)工藝的主要工序?yàn)殍T造板柵、制造鉛粉、涂板、固化干燥工序山。由于鉛 膏的粘性偏大，涂填極板的過程中極板之間會(huì)出現(xiàn)粘連的狀況。通常，涂板時(shí)對(duì)采拉網(wǎng)式板柵的極 板，在表面覆蓋涂板紙，而對(duì)采用澆鑄式板柵的極板，則通過表面淋酸生成硬質(zhì)硫酸鉛來解決涂板 收板、固化

2、干燥過程中的極板粘連，以及固化干燥時(shí)極板表而生產(chǎn)裂紋的問題。涂板過程中，大量的稀硫酸被淋在極板表面，會(huì)產(chǎn)生大量含酸含鉛污水，導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境惡為， 且外排污水對(duì)環(huán)境彫響極大。目前，很多工廠嘗試以各種方法來解決重力澆鑄極板淋酸造成的污染 物排放問題，例如采用淋水，提高鉛膏表觀密度的方法，但是這些方法的實(shí)施難度都很大，且會(huì)帶 來程度不一的后續(xù)質(zhì)量問題。筆者經(jīng)過多年的大量實(shí)驗(yàn)，通過系統(tǒng)地改進(jìn)涂板工藝和極板脫水裝置，使工藝與設(shè)備充分結(jié)合, 形成了完善的極板不淋酸生產(chǎn)工藝技術(shù)，在不影響極板質(zhì)量的前提下，達(dá)到節(jié)能、減排、環(huán)保的目 的。1傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝若按照傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，通常正極鉛膏的表觀密度介于3.904.40

3、 g/cm3之i'可，負(fù)極鉛膏的表觀密 度介于4.104.50 g/cn?之間。由于鉛膏的粘性大，機(jī)器涂板后需要用密度為1.051.15 g/cn?的 硫酸溶液對(duì)極板表面進(jìn)行淋酸，使極板表層鉛膏形成硬質(zhì)硫酸鉛層，降低極板表而的粘結(jié)度，避免 固化干燥過程屮極板表面粘連。極板經(jīng)淋酸后方可進(jìn)入表面干燥機(jī)。干燥機(jī)的溫度被控制在110 150 °c之間，表血干燥吋i'可為4060 so極板通過表血干燥機(jī)后，表血快速失水，形成干燥硬質(zhì)表 面層，失去粘性，因此固化干燥時(shí)被碼放在一起的極板不會(huì)彼此粘連，極板表面也不會(huì)生成裂紋。由于需在極板表面淋一定密度的稀硫酸，因此采用淋酸工藝具有以

4、下缺點(diǎn)：(1) 淋酸用硫酸溶液密度的波動(dòng)會(huì)造成生極板質(zhì)量波動(dòng)。(2) 淋酸吋沖落的鉛膏中硫酸鉛含量過高，因此這些鉛膏無法被直接回收使用。(3) 淋酸用稀硫酸溶液需要由專用設(shè)備配制和人工檢測(cè)，增加動(dòng)能消耗和人工成本。(4) 淋酸用硫酸溶液造成水資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加。(5) 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)滴落的硫酸溶液污染環(huán)境。淋酸產(chǎn)生的含酸含鉛污水增加了污水處理工序的負(fù)荷, 也就增加了環(huán)境處理成本。2問題分析淋酸的目的是為了避免極板粘連和防止極板固化干燥時(shí)生成裂紋，因此不淋酸工藝首先要實(shí)現(xiàn) 的是涂板完成后極板不粘連，其次是實(shí)現(xiàn)固化干燥時(shí)極板不裂紋。針對(duì)以上2點(diǎn)，筆者采用了不同 的解決方法。2.1針對(duì)極板粘連問題

5、極板表面干燥后出現(xiàn)粘連，是由鉛膏本身粘性決定的。要想解決此問題，只能通過減少極板表 面的水含量，降低極板表面的粘性，達(dá)到不粘不裂的狀態(tài)。如果想達(dá)到這種狀態(tài)，就必須降低極板 鉛膏中的水含量，然而降低極板水含量意味著鉛膏變硬，從而會(huì)影響蓄電池性能，以及造成極板涂 制困難的狀況。因此，既要保證極板屮水含量，使涂板容易進(jìn)行，又要保證極板進(jìn)入表面干燥機(jī) 前極板表面不粘，呈半干燥狀態(tài)，而且要保證極板出干燥機(jī)后表面不裂不粘，只能通過設(shè)計(jì)輔助裝 置和降低表面干燥溫度來實(shí)現(xiàn)。2.2針對(duì)固化干燥中極板出現(xiàn)裂紋問題若不對(duì)極板淋酸，極板表血就沒有致密的硫酸鉛層，意味著極板容易失水。當(dāng)極板表血失水速 度過快，極板內(nèi)外失

6、水速度不一致時(shí)，由于內(nèi)外收縮速度不一致，極板容易產(chǎn)生裂紋。因此，要 想避免極板出現(xiàn)裂紋，必須控制固化干燥過程屮極板失水的速度，提高鉛膏中纖維的含量，提高鉛 膏的結(jié)合力。3不淋酸極板制造工藝經(jīng)過對(duì)淋酸工藝的問題分析，結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采取以下措施來實(shí)現(xiàn)涂板不淋酸新工藝：（1）將極板鉛膏中纖維的含量提高了 30%50%,使每1000 kg鉛粉中纖維的質(zhì)量達(dá)到1.2 1.5 kg,從而增加了鉛膏的聯(lián)結(jié)性，在一定程度上避免了極板裂紋。（2）設(shè)計(jì)了極板進(jìn)表面干燥機(jī)之前的極板輔助脫水裝置，既可保證鉛膏中水充足，使涂板順利 進(jìn)行，乂可實(shí)現(xiàn)常溫表面脫水，降低了干燥機(jī)表面脫水的負(fù)荷，避免極板表面經(jīng)高溫快速干燥脫

7、水 而形成裂紋，保證表面干燥后極板不粘不裂。（3）由于采用不淋酸工藝，極板表面無硫酸鉛保護(hù)層，失水變得更容易。為了延緩失水速度, 調(diào)整了固化干燥工藝，對(duì)溫濕度變化速度進(jìn)行控制，避免了裂紋的產(chǎn)生。具體實(shí)施方案如下：3.1調(diào)整配方正極鉛膏配方：鉛粉100 kg,短纖維0.120.15 kg（增加30 %）,水10.512 kg,密度為1.4 g/cm3 的稀硫酸溶液slokgc負(fù)極鉛膏配方：鉛粉100 kg,硫酸鎖0.60.8 kg,腐殖酸0.40.9 kg,木素磺酸鈉00.2 kg, 短纖維0.120.15 kg （增加30%）,水10.512kg,密度為1.4g/cm3的稀硫酸溶液59kg。3

8、.2增加脫水輔助裝置為了保證極板的性能和填涂性，將鉛膏中的水含量控制在10%12%之間，但是要想保證不淋 酸工藝的實(shí)施，極板出表而干燥機(jī)后的水含量須被控制在9 %9.5 %z間。如果不增加脫水輔助裝 置，僅靠表面干燥機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就會(huì)造成高溫失水偏多，失水速度過快，極板容易生成裂紋。因此， 極板入干燥機(jī)之前提前脫水是實(shí)現(xiàn)不淋酸工藝的關(guān)鍵。經(jīng)過多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)制造了圖1所示極板 脫水輔助裝置。通過脫水裝置，極板脫水率達(dá)0.5 %1 %,降低了表面干燥機(jī)的負(fù)荷，避免了極板 過干燥機(jī)后失水過多、過快，及裂紋生成。脫水輔助裝置的原理如下：（1）極板脫水機(jī)架上固定有脫水機(jī)壓轆和脫水機(jī)底部壓轆（前后共2對(duì)），與

9、脫水壓板帶及壓 板帶支撐輾組成1個(gè)循環(huán)滾動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。脫水壓板帶在5個(gè)滾軸的傳動(dòng)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）具有多孔隙，能夠循壞轉(zhuǎn)動(dòng)的玻璃纖維耐酸脫水壓板帶的厚度為35 mm,寬度為350 400 mm。玻璃纖維耐酸壓帶的透氣率為300350 mm/s,因此它具有透氣、吸水且不容易粘附鉛膏 的特點(diǎn)。（3）利用伯努利原理，向真空發(fā)生器，通入高壓壓縮氣體，同吋輸出高壓氣體，產(chǎn)生真空負(fù)壓 力。由于利用伯努利原理，因此不需要再配置真空泵，真空發(fā)生器直接連接車間壓縮空氣系統(tǒng)， 設(shè)備簡(jiǎn)單有效。輸入的壓縮氣體壓力0.60.8 mpa,產(chǎn)生的高壓氣體壓力為0.50.7 mpa,真空負(fù) 壓壓力為0.2-0.5 mpa。

10、真空接口通過真空管連接吸水罩進(jìn)行脫水作業(yè)，髙壓出氣口通過管道連接 脫水風(fēng)刀進(jìn)行吹干脫水去膏作業(yè)。（4）極板進(jìn)入壓板轆后，在壓板帶下水平行走，進(jìn)入帶吸水段。由于壓板帶上面有真空吸盤， 在真空抽吸裝置產(chǎn)生的真空負(fù)壓作用下，極板上的水分被加速吸附在壓板帶中，達(dá)到脫水去膏的目 的。極板通過2道壓轆壓制后，極板表面干燥平整，極板表面水含量降低，有效降低了干燥機(jī)的負(fù) 荷，為進(jìn)一步降低后續(xù)干燥機(jī)溫度奠定了基礎(chǔ)。（5）壓板帶通過壓線后，壓板帶內(nèi)含有一定的水分，同時(shí)表面會(huì)沾附微量的鉛膏。隨著壓板帶 向上運(yùn)轉(zhuǎn)，吸附著水分的壓板帶段離開吸水段進(jìn)入脫水段。在2個(gè)脫水去膏高速風(fēng)刀（風(fēng)速25 nvs） 作用下，壓板帶中水

11、分被吹出，同時(shí)表面鉛膏被吹掉。吹落的鉛膏掉落進(jìn)鉛膏收集盒中，以待冋收 使用。脫水完成后，該段壓板帶又進(jìn)入吸水段，重新進(jìn)行吸水處理，如此循壞，實(shí)現(xiàn)極板脫水流水 線生產(chǎn)。（6）經(jīng)過2道風(fēng)刀吹干處理后的壓板帶基本處于干燥狀態(tài)，通過壓轆進(jìn)行循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行處理過的極板表面干燥平整，極板中含水量降低0.5 %1 %。此設(shè)計(jì)可以取代現(xiàn)有的淋酸壓輾裝置，在不影響極板質(zhì)量的前提下，達(dá)到清潔、環(huán)保、省力、 低成本運(yùn)行的目的。4-脫水機(jī)壓轆；5-脫水壓板帶；6-脫水去育高速風(fēng) 刀；7壓板帶支撐餛；8鉛膏收集盒；9真空發(fā)生器圖1鉛酸蓄電池極板脫水裝置圖3.3極板表面干燥(1) 表面干燥機(jī)的干燥溫度被設(shè)置為80110

12、°c,比采用淋酸工藝時(shí)的干燥溫度降低2040 °c。表面干燥時(shí)間為4060s,失水率0.7 %1.2%,涂板速度以極板無裂紋為準(zhǔn)。(2) 在表面干燥機(jī)尾部壓板卑昆上纏繞13層厚度0.10.3 mm的玻璃纖維無紡布，而且要求 纏繞平滑，無褶皺。(3) 干燥后極板鉛膏含水量不高于9.5%,極板出干燥機(jī)時(shí)溫度不得高于43 °c。如果極板溫 度高，可適當(dāng)提高涂板機(jī)速度，或者降低涂板干燥機(jī)溫度，必要時(shí)后段可加裝軸流風(fēng)機(jī)，進(jìn)行強(qiáng)制 降溫。3.4固化干燥(1) 涂制的生極板須在10 min內(nèi)進(jìn)入固化間。固化間相對(duì)濕度100%，溫度不高于45 °c。(2) 采用低溫固化

13、工藝，固化溫度為55 °c,相對(duì)濕度為90 %rh100%rh,固化期間風(fēng)速低 于0.5 m/s,固化時(shí)間2228h。(3) 固化完成后轉(zhuǎn)干燥吋，升溫速度不大于1 °c/20 min,相對(duì)濕度降速不大于1 % /10 min,風(fēng) 速增幅以每十分鐘增加0.1m/s,這樣，經(jīng)69 h就可達(dá)到正常干燥工藝要求。(4) 干燥時(shí)，溫度6575 °c,降濕速度不大于1.5%/10min,風(fēng)速1.52.5 m/s。干燥時(shí)，連 續(xù)2h濕度不變即可停止干燥。(5) 干燥完成后自然降溫至常溫，這樣極板固化干燥就完成了。4對(duì)比實(shí)驗(yàn) 4.1對(duì)比組極板的制備(采用淋酸工藝)4.1.1鉛膏配

14、方正極鉛膏配方:鉛粉100 kg,短纖維0.08 kg,水11kg,密度為1.4g/cm3的稀硫酸9.8 kgo負(fù)極鉛膏配方：鉛粉100 kg,硫酸頓0.6 kg,腐殖酸0.4 kg,木素磺酸鈉0.125 kg,短纖維0.09 kg,水11 kg,密度為1.4 g/cm3的稀硫酸8.4 kg。4.1.2極板制備工藝(1) 釆用雙面涂板機(jī)進(jìn)行涂板，將鉛膏涂布在板柵上，通過壓轆壓實(shí)。(2) 淋酸用硫酸溶液的密度為1.100g/cm(3) 極板進(jìn)入溫度為120 °c的干燥線。極板通過干燥機(jī)的時(shí)間為50 s,使失水率控制在1 %1.5 %«(4) 表面干燥后的生極板在10 min內(nèi)

15、進(jìn)入固化室進(jìn)行固化。固化室的溫度不高于45 °c,相對(duì) 濕度100%。(5) 采用常規(guī)固化工藝，控制循環(huán)風(fēng)速為0.7 m/so(6) 固化完成后轉(zhuǎn)干燥吋，干燥溫度7580 °c,干燥吋間1520 h,干燥后含水量低于0.8 %, 正極板游離鉛含量低于2.5%,負(fù)極板游離鉛含量低于4 %。(7) 固化干燥完成后自然降溫至常溫，完成極板生產(chǎn)。4.2實(shí)驗(yàn)組極板的制備(采用不淋酸工藝)4.2.1鉛膏配方正極鉛膏配方:鉛粉100 kg,短纖維0.15kg,水11.5 kg，密度為1.4 g/cm3的稀硫酸10kg。負(fù)極鉛膏配方：鉛粉100 kg,硫酸頓0.8 kg,腐殖酸0.9 kg

16、,木素磺酸鈉0.1 kg,短纖維0.13 kg, 水10.5 kg,密度為1.4 g/cm3的稀硫酸9 kg。4.2.2極板制備工藝(1) 釆用雙面涂板機(jī)進(jìn)行涂板，將鉛膏涂布在板柵上，通過壓轆進(jìn)行壓實(shí)。(2) 極板壓實(shí)后，采用壓力為-0.3-0.5 mpa的負(fù)壓抽吸極板水份，通過調(diào)整負(fù)壓大小控制脫去 0.7 %1.0 %的極板表面水份。(3) 經(jīng)負(fù)壓脫水后的極板再經(jīng)壓餛壓實(shí)。采用兩道壓餛處理后，鉛膏結(jié)構(gòu)更緊實(shí)，保證了極板 強(qiáng)度。(4) 極板進(jìn)入溫度為100 °c的干燥線，極板通過的吋間為40s50s,失水率被控制在0.7% 1.2%；極板出干燥線的溫度不得高于43 °c。(

17、5) 表而干燥后的生極板須在10 min內(nèi)進(jìn)入固化室進(jìn)行固化。固化室的溫度不高于45 °c,相 對(duì)濕度100%。(6) 固化的溫度為55 °c,相對(duì)濕度為90 %rh100%rh,吋i'可為24h,循環(huán)風(fēng)速小于0.4m/s。(7) 固化完成轉(zhuǎn)干燥時(shí)，調(diào)整風(fēng)速為1.0 m/s,以每十分鐘增加0.1 m/s，風(fēng)速增加到2.5m/s為 止;調(diào)整溫度控制設(shè)備，以1 °c/2()min的速率升溫至75 °c ；調(diào)整濕度控制設(shè)備，以降濕速率11.5% /lomin的速率進(jìn)行干燥，直至達(dá)到極板干燥要求為止。(8) 連續(xù)2 h濕度穩(wěn)定不變即可認(rèn)為干燥完成，干燥后

18、極板含水量低于0.8 %,正極板游離鉛含量低于2.5%,負(fù)極板游離鉛含量低于4%。固化干燥完成后，將極板自然降溫至常溫。由圖2和圖3可見，采用不淋酸工藝生產(chǎn)的極板表面平整，無裂紋。圖2不淋酸負(fù)極板極板圖3不淋酸正極板4.3極板跌落試驗(yàn)極板跌落試驗(yàn)方法：首先稱取極板的質(zhì)量，然后將極板水平從1.2 m高處口由跌落到水泥地面, 再稱取極板的質(zhì)量。連續(xù)測(cè)試5次的結(jié)杲如表1所示。從跌落數(shù)據(jù)來看，采用不淋酸工藝制作的極 板在跌落后質(zhì)量損失率明顯降低，說明不淋酸工藝切實(shí)可行。表1極板跌落試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比組(采用淋酸工藝)實(shí)驗(yàn)組(采用不淋酸工藝)序號(hào)跌落前極板跌落后極板板柵質(zhì)極板質(zhì)量跌落前極板跌落后極板板柵質(zhì)極板

19、質(zhì)量質(zhì)量/g質(zhì)最/gm/g損失率/%質(zhì)戢/g質(zhì)量/gm/g損失率/%1 168113695617014870222172108716317215()7()22316910571651691466823417111670541701516919517410669651711487123注：極板質(zhì)量損失率二（跌落前極板質(zhì)量-跣落后極板質(zhì)戢）/（跌落前極板質(zhì)戢-板柵質(zhì)量）。4.4蓄電池性能試驗(yàn)將上述極板按照常規(guī)工藝組裝成型號(hào)6-qw-60的免維護(hù)蓄電池，然后參照標(biāo)準(zhǔn)gb/t 5008.12013進(jìn)行檢測(cè)。由表2可見，采用不淋酸極板組裝的蓄電池（實(shí)驗(yàn)組）的性能均稍高于采 用淋酸極板組裝的蓄電池（對(duì)比組）的性能，說明不淋酸工藝是切實(shí)可行的。表2檢測(cè)結(jié)果電池 儲(chǔ)備容量 20小時(shí)°c低溫起動(dòng)能力-29 °c低溫起動(dòng)能力充電接受能力循環(huán)壽命/cr.c25r/ min 率容量測(cè)試中電池端電壓/v 測(cè)試中電池端電壓/v（7ca/o）次cc25 c/ ah10s30 s90s10s30 s