淺談鉛酸電池的安全問(wèn)題及其解決技術(shù)

淺談鉛酸電池的安全問(wèn)題及其解決技術(shù)引言鉛酸電池是目前所有蓄電池中，使用最廣泛，技術(shù)最成熟的一種電池。鉛酸電池主要應(yīng)用于汽車、電動(dòng)車、拖拉機(jī)、小型運(yùn)輸機(jī)和實(shí)驗(yàn)室中的電源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鉛酸電池的用量將大大增加，從而廢鉛酸電池的產(chǎn)量也在不斷的增加。由于廢鉛酸電池中含有很多可回收利用的資源，是再生鉛工業(yè)的主要原料。鉛酸蓄電池的組成成分中含有鉛、酸、銻、砷等有毒有害物質(zhì)，能夠直接或間接對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生危害。當(dāng)其作為商品進(jìn)入流通、使用和報(bào)廢處置等環(huán)節(jié)時(shí)，若使用或管理不當(dāng)，必然對(duì)安全和環(huán)境產(chǎn)生影響。鉛酸蓄電池的安全性主要是指鉛蓄電池在運(yùn)輸或使用過(guò)程中是否會(huì)給人們的生產(chǎn)、生活造成危險(xiǎn)，例如，鉛蓄電池發(fā)生酸液外泄時(shí)可能產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕，帶電的蓄電池發(fā)生短路時(shí)，可能引起的著火危險(xiǎn)等。因而，為了消除或降低鉛酸蓄電池在流通、使用等環(huán)節(jié)的危害，生產(chǎn)企業(yè)不僅有責(zé)任在鉛酸電池的結(jié)構(gòu)以及技術(shù)方面改進(jìn)，更應(yīng)對(duì)本企業(yè)產(chǎn)品的經(jīng)銷商和用戶施加影響，以便采取更加有效的措施，最大程度的降低鉛酸蓄電池對(duì)安全和環(huán)境的影響。1廢鉛酸電池中的有毒有害物質(zhì)和主要危害廢鉛酸電池屬于危害廢物，其主要成分為鉛、銻和硫酸，這些金屬或化合物均具有一定的毒性，吸入其粉塵、煙霧或攝入含該物質(zhì)的水、食物都會(huì)有損人體的健康，沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的排放也會(huì)污染環(huán)境[1]。鉛酸電池中最容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的成分是鉛及硫酸。1.1鉛的危害鉛酸電池中最容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的成分是鉛。鉛酸電池中顆粒狀鉛的濃度為60-240mg/L，溶解鉛的濃度為l-6mg/L。鉛污染物進(jìn)入環(huán)境中主要途徑包括：大氣：在金屬冶煉過(guò)程中鉛塵和鉛煙的排放。地表水：在收集過(guò)程中，被部分個(gè)體商販傾倒的廢酸，含有鉛、銻等元素；運(yùn)輸堆放過(guò)程中，廢酸的泄漏；再生時(shí)，剩余的廢酸；填埋場(chǎng)滲濾液。土壤：被直接丟棄的廢鉛酸電池；再生時(shí)產(chǎn)生的鉛渣；難分解的廢鉛酸電池殼體；進(jìn)入土壤的廢物流。地下水：與地表水和土壤物質(zhì)交換時(shí)造成污染。鉛是生物非必須元素，至今尚沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)人類的有益作用。它對(duì)人體的污染途徑主要是呼吸和飲食。通過(guò)呼吸道攝入吸收效率高，速度也快。鉛對(duì)人體全身各器官系統(tǒng)均有作用，但以神經(jīng)系統(tǒng)、血液和心血管系統(tǒng)為主。最常見(jiàn)的是貧血、鉛絞痛和鉛中毒性肝炎。在神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀為植物神經(jīng)衰弱(如頭痛、乏力、煩躁、睡眠不好、記憶力衰退等)和多發(fā)性神經(jīng)炎。鉛污染對(duì)兒童健康和智能的危害尤為嚴(yán)重，足以影響孩子的終身。兒童體內(nèi)低含量的鉛也會(huì)導(dǎo)致終身的問(wèn)題，例如嚴(yán)重的閱讀、學(xué)習(xí)障礙，眼手協(xié)調(diào)差，生長(zhǎng)緩慢，以及反應(yīng)遲鈍。鉛能使大腦中的活性蛋白變性失活，使相關(guān)功能活動(dòng)紊亂或停止，甚至使腦細(xì)胞死亡，從而造成兒童大腦永久性的、不可逆的損傷。1.2硫酸的危害鉛酸電池中的電解液含有大量的硫酸。除了極度酸性以外，鉛酸電池中還有包含了電極釋放出來(lái)的重金屬的溶解物質(zhì)和顆粒物質(zhì)，主要是鉛、銻、砷等。在有酸存在的條件下，這些金屬物質(zhì)的環(huán)境影響會(huì)大大增加。這是因?yàn)楫?dāng)pH值很低的情況下，他們大多數(shù)以離子的形式存在，并容易在環(huán)境中遷移，從而擴(kuò)大了被污染的土壤的體積，并同時(shí)使地表水和地下水受到污染的威脅。廢鉛酸電池的污染物中，由于廢硫酸所具有的化學(xué)性質(zhì)，腐蝕性是屬于容易察覺(jué)和控制的特性。但是，如果人們生活在鉛污染的環(huán)境下，會(huì)長(zhǎng)期的、小劑量的攝人含鉛物質(zhì)，從而對(duì)人體和動(dòng)物產(chǎn)生慢性毒性效應(yīng)。這種危害往往表現(xiàn)為一段時(shí)間后，某地區(qū)的特殊疾病發(fā)病率增高。而且，當(dāng)人們覺(jué)察到危害時(shí)，已經(jīng)有大量的廢鉛通過(guò)各種渠道進(jìn)入環(huán)境中，廣泛分布在地表水、地下水和土壤等介質(zhì)中，要治理和恢復(fù)需要花費(fèi)比一般廢物治理更多的費(fèi)用和時(shí)間，很多情況下即使在廢物產(chǎn)生源采取了補(bǔ)救措施，也很難立即消除危害。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，特別是進(jìn)入90年代以來(lái)，含鉛酸電池的用量在逐年增加。因此，如果不加強(qiáng)廢鉛酸電池的管理，提高再生行業(yè)的技術(shù)水平，不僅浪費(fèi)了大量寶貴的鉛資源，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，嚴(yán)重的危害人們的健康。2鉛酸電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)由于鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)以外的人員對(duì)鉛酸蓄電池運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中的安全環(huán)保技能不如生產(chǎn)企業(yè)的人員高，因而需要定期對(duì)售后服務(wù)人員、經(jīng)銷商進(jìn)行技能培訓(xùn)，提高其安全、環(huán)保意識(shí)和專業(yè)技術(shù)素質(zhì)，并向最終用戶施加影響。為了提示和告知蓄電池在運(yùn)輸（搬運(yùn)）、儲(chǔ)存和使用時(shí)的注意事項(xiàng)，應(yīng)當(dāng)在電池上貼有警示標(biāo)識(shí)。如：“禁止煙火”、“戴防護(hù)眼鏡”、“兒童不得靠近”、“當(dāng)心爆炸氣體”、“當(dāng)心腐蝕”、“參閱說(shuō)明書”等內(nèi)容。并應(yīng)在產(chǎn)品說(shuō)明書中對(duì)警示標(biāo)識(shí)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。4廢舊鉛酸電池的回收廢舊鉛酸電池的硫酸以及鉛、銻、砷、鎳等重金屬對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，而且鉛酸電池中的重金屬都有一定的毒性。從節(jié)約能源的角度出發(fā)，廢電池可以看成是部分金屬資源存在的另外一種形式，其中仍含有大量的可再生資源。我國(guó)是鉛酸電池生產(chǎn)大國(guó)，每年都要消耗大量的鉛等金屬，如果能將其加以回收利用，則既可以保護(hù)環(huán)境又能節(jié)省大量的寶貴資源。因此，在節(jié)能減排的形勢(shì)下，我們?cè)诖罅ν茝V環(huán)保電池生產(chǎn)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)大力提倡廢舊電池的回收利用[11~14]。鉛酸蓄電池的廢棄處置會(huì)對(duì)安全和環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，主要表現(xiàn)為：（1）電池在失去使用功能后隨意丟棄。由于金屬鉛和塑料的價(jià)格近年來(lái)一直居高不下，供應(yīng)商或廢舊物資回收單位普遍回收廢棄的蓄電池。所以，因?yàn)殡S意丟棄而帶來(lái)的污染或灼傷現(xiàn)象較少發(fā)生，但是還不能完全排除少數(shù)人偶爾為之的可能。（2）拆解過(guò)程中含鉛物質(zhì)和酸性電解液灑落。這是最易發(fā)生的不良事件，假若廢舊電池處置單位忽視了含鉛物質(zhì)和酸性電解液可能對(duì)環(huán)境帶來(lái)不良影響，就會(huì)造成此種現(xiàn)象發(fā)生。目前，我國(guó)控制報(bào)廢電池的回收管理機(jī)制尚不健全，大多數(shù)蓄電池生產(chǎn)企業(yè)未實(shí)施報(bào)廢電池的召回處置。因而，隨意拆解報(bào)廢電池，造成土壤或水體污染的現(xiàn)象多見(jiàn)于散落于城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村的不具備危險(xiǎn)固廢處置資質(zhì)的廢舊物資回收戶。（3）傾倒廢酸液時(shí)的灼傷。此種行為由于在處置廢棄蓄電池時(shí)是頻繁發(fā)生的行為，因而當(dāng)作業(yè)人員防護(hù)不當(dāng)時(shí)容易造成皮膚灼傷，最嚴(yán)重的程度是眼睛角膜的灼傷。由于電解液的含酸濃度一般在37%左右，短時(shí)間與皮膚接觸后會(huì)引起皮膚局部潮紅；但不會(huì)引起皮疹或水泡。進(jìn)入眼內(nèi)后由于酸液的刺激作用，淚腺大量分泌眼淚，會(huì)將酸性物質(zhì)稀釋并沖出，其不適感在十幾分鐘內(nèi)消失，對(duì)視力不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有清潔水源時(shí)，及時(shí)沖洗后，灼傷的癥狀將是較輕的。但是，出于保護(hù)從業(yè)人員安全與健康的目的，必須要求其佩戴防護(hù)眼鏡。（4）電池中含鉛物質(zhì)冶煉提純過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。報(bào)廢的鉛酸蓄電池中，極板、匯流排、鉛柱等含鉛成分較多的物質(zhì)具有很大的回收價(jià)值。在對(duì)上述含鉛物質(zhì)進(jìn)行冶煉提純過(guò)程中對(duì)人員和環(huán)境產(chǎn)生的危害是可以肯定的。尤其在缺少通風(fēng)除塵（凈化）設(shè)備或設(shè)備運(yùn)行不良，或有害物質(zhì)排放率超標(biāo)時(shí)，對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)操作人員的傷害將很嚴(yán)重。因而要求廢舊蓄電池處置單位必須申報(bào)生產(chǎn)許可資質(zhì)，定期進(jìn)行環(huán)境影響監(jiān)測(cè)、作業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)，以保證各類污染物質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。（5）廢塑料殼體加工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。電池的塑料殼體與電池中的含鉛物質(zhì)一樣具有較高的回收價(jià)值，只要經(jīng)過(guò)分揀、沖洗、粉碎等幾個(gè)簡(jiǎn)單的加工過(guò)程就可形成能夠再次使用的顆粒狀原料。這一過(guò)程對(duì)安全和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)在：首先是沖洗水中pH值偏酸性，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，對(duì)操作者的危害則不大；其次是粉碎機(jī)械在對(duì)殼體的加工過(guò)程中噪聲強(qiáng)度很高，設(shè)備附近的噪聲強(qiáng)度能超過(guò)110dB(A)，對(duì)操作者的健康影響較大，工作中應(yīng)注意采用噪聲消減或屏蔽措施。目前，廢舊電池的回收技術(shù)[15]主要有火法冶金工藝、濕法冶煉工藝和固相電解還原工藝。火法處理廢舊鉛酸電池主要采用還原熔煉。熔煉中除了加入還原劑之外，還可加人熔劑，如鐵屑、碳酸鈉、石灰石、石英和螢石等。熔煉設(shè)備有反射爐、鼓風(fēng)爐、電爐、長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯、短回轉(zhuǎn)窯以及新型熔煉爐，如卡爾多爐、SB爐、BBU爐和艾薩爐等。國(guó)內(nèi)大多數(shù)工廠采用反射爐單獨(dú)處理再生料，或?qū)⒃偕吓c原生礦料混合處理。這是因?yàn)楹U廢料的反射爐熔煉可生產(chǎn)粗鉛和鉛合金，操作簡(jiǎn)單、投資少且適應(yīng)性強(qiáng)，還可借助爐內(nèi)的氧化性氣氛或所含氧化物進(jìn)行鉛的精煉；若往爐內(nèi)加人煤或碳，可進(jìn)行還原過(guò)程。反射爐熔煉的生產(chǎn)效率和熱效率較低，且是間歇操作。火法熔煉在高溫下進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)速度快，處理量大，生產(chǎn)效率高，且對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)。近年來(lái)通過(guò)改進(jìn)熔煉工藝，采用新型熔煉爐和預(yù)處理過(guò)程，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了提高。目前國(guó)內(nèi)外仍廣泛采用火法處理廢舊鉛酸電池。濕法冶煉工藝濕法冶煉工藝簡(jiǎn)單、容易操作、無(wú)環(huán)境污染，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。工藝流程為：鉛泥轉(zhuǎn)化-溶解沉淀-化學(xué)合成-含鉛產(chǎn)品。全濕法處理，產(chǎn)品可以是精鉛、鉛銻合金、鉛化合物等。RSR工藝[16]包括鉛膏中的PbO2還原、PbSO4脫硫轉(zhuǎn)化和溶液電懈沉積等過(guò)程，可產(chǎn)出純度大于99.99％的金屬鉛。Placid法[17]采用大電流密度電解，生產(chǎn)效率高，操作費(fèi)用低于火法處理，主要使用鉛膏和價(jià)廉的普通石灰，殘?jiān)鼮殂U含量小于1.5％的石膏。固相電解還原工藝的機(jī)理是將各種鉛的化合物放置在陰極上進(jìn)行電解，正離子型鉛離子得到電子被還原成金屬鉛。其工藝流程為：廢鉛污泥-固相電解-熔化鑄錠-金屬鉛。每生產(chǎn)1t鉛耗電約700度，回收率可達(dá)95％以上，回收鉛的純度可達(dá)99.95％，產(chǎn)品成本大大低于直接利用礦石冶煉鉛的成本。陸克源[18]提出的固相電解還原法，可直接電解處理鉛膏。該法采用一般的水溶液電解槽，內(nèi)盛NaOH電解液，陰、陽(yáng)極均用不銹鋼板制成，但陰極兩面設(shè)有不銹鋼格板。該方法的鉛回收率高，電解鉛的純度達(dá)99.95％，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，且無(wú)三廢污染，已在國(guó)內(nèi)外獲得應(yīng)用。目前，經(jīng)過(guò)政府有關(guān)部門審核批準(zhǔn)的鉛酸蓄電池回收、拆解、冶煉企業(yè)大大少于鉛酸蓄電池的生產(chǎn)企業(yè)，回收能力也大大低于生產(chǎn)能力。在利益的驅(qū)動(dòng)下，某些不具備回收、拆解和冶煉資質(zhì)的單位對(duì)含鉛固廢和廢酸的處置往往具有隨意性。這類企業(yè)對(duì)安全和環(huán)境的影響需要政府有關(guān)部門強(qiáng)化監(jiān)管才能將其風(fēng)險(xiǎn)降到最低。在此情況下，鉛酸蓄電池電池生產(chǎn)企業(yè)的銷售部門應(yīng)當(dāng)采用多種方式督促經(jīng)銷商按國(guó)家法規(guī)處置退返電池產(chǎn)生的電解液和含鉛物質(zhì)[19~21]。向經(jīng)銷商發(fā)放退返電池管理規(guī)定，要求經(jīng)銷商在存放退返電池時(shí)要采取地面防腐和防滲漏措施，備用石灰等堿性物質(zhì)中和廢棄電解液，備用清水沖洗皮膚，出售廢舊電池或其他含鉛固廢時(shí)必須考察對(duì)方資質(zhì)。為了向最終用戶施加影響，鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)在電池外包裝上貼有“報(bào)廢電池不準(zhǔn)亂扔”、“循環(huán)利用”的標(biāo)識(shí)；在說(shuō)明書的“聲明”中要提示用戶：“報(bào)廢的蓄電池應(yīng)交經(jīng)銷商或當(dāng)?shù)赜匈Y質(zhì)的回收機(jī)構(gòu)處理”。必要時(shí)，應(yīng)對(duì)委托運(yùn)輸單位、經(jīng)銷商和售后服務(wù)單位進(jìn)行安全與環(huán)?？刂拼胧┑脑u(píng)審，以監(jiān)督風(fēng)險(xiǎn)控制措施能夠得以落實(shí)。鑒于我國(guó)廢鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境造成的影響日益明顯，政府對(duì)鉛酸蓄電池生產(chǎn)商必須回收?qǐng)?bào)廢產(chǎn)品的強(qiáng)制性規(guī)定必將會(huì)出臺(tái)。作為鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，應(yīng)前瞻性的規(guī)劃報(bào)廢產(chǎn)品的回收、處置運(yùn)行方案并盡早實(shí)施，以期帶來(lái)良好的獲利商機(jī)和保護(hù)環(huán)境狀況良好的社會(huì)效益。5結(jié)論鉛酸蓄電池作為目前廣泛采用的電動(dòng)車用電池，它的安全性嚴(yán)重影響著我們的日常生活。因此，作為生產(chǎn)企業(yè)，有責(zé)任在改進(jìn)鉛酸電池工藝的同時(shí)，加強(qiáng)工作人員在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用等環(huán)節(jié)的安全意識(shí)，加大對(duì)廢舊電池的回收利用，最大程度的降低有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境以及人員的危害。參考文獻(xiàn)賴忠孝.廢鉛酸電池的環(huán)境安全問(wèn)題[J].電源，2008，4：477-479.孫成.淺談電動(dòng)車用閥控鉛酸蓄電池[J].電源世界，2004，3：1-3.馬新尚.淺談閥控式密封鉛酸電池的維護(hù)[J].蒲白科技，2009，4：24-26.廖東波，秦昌峰，周一丹.電動(dòng)自行車用鉛酸電池污染問(wèn)題及對(duì)策的思考[J].環(huán)境科技，2008，21(2)：93-95.徐國(guó)家.閥控式鉛酸蓄電池的原理及其特性[J].應(yīng)用實(shí)踐，2004，37：41-43.謝小英，陰文平，黃成德.閥控式鉛酸電池的研究現(xiàn)狀與展望[J].電源，2009，39(1)：47-50.李松麗，薛宇，鄧大偉.VRLA蓄電池和膠體密封鉛酸蓄電池的運(yùn)輸安全性能[J].環(huán)境技術(shù)，2007，8(4)：10-14.賈豐春，鄭舒.廢舊鉛酸電池的回收利用[J].遼寧化工，2008，37(11)：759-761.胡濤，韓虹，朱斌，邢潔.廢舊鉛酸電池中鉛的回收[J].電池，2007，37(6)：472-473.郭媛，馬安強(qiáng).礦用電機(jī)車鉛酸電池常見(jiàn)故障及處理[J].電源，2008，1：102-103.畢秋芳，楊軍，王久林，等.鉛酸蓄電池膠體電解液的研究進(jìn)展[J].蓄電池，2009，3：117-125.馬扣祥．鉛污染及兒童鉛中毒的途徑及防治措施[J]．電池工業(yè)，2003，8(2)：89-93．王忠偉，段穎，王曉冬．廢鉛酸電池的回收利用和管理對(duì)策[J]．北方環(huán)境，2005，2：5-7．陶炳芳．廢舊電池的污染及防治措施[J].內(nèi)肛科技，2006，7：73-76．方海峰，黃永和，黎宇科．鉛酸電池回收利用體系研究[J]．蓄電池，2007(4)：174-179．TabaatabaaiSM，RahmanifarMS，MousaviSA，eta1．L