涂板不淋酸新工艺研究

1、涂板不淋酸新工艺研究0引言铅酸蓄电池生产过程中的环境染污物主要为铅烟、污水和酸雾。为了降低污染物的排放量，目 前欧美主要蓄电池生产厂家大都采用拉网板栅和冲网板栅制作极板，国内很多厂家也在采用新技术 生产极板，但是有大部分蓄电池生产厂家rh于设备更新速度及能力所限，难以全部采用新工艺新技 术生产极板，仍沿用传统重力浇铸式生产技术。重力浇铸式极板生产工艺的主要工序为铸造板栅、制造铅粉、涂板、固化干燥工序山。由于铅 膏的粘性偏大，涂填极板的过程中极板之间会出现粘连的状况。通常，涂板时对采拉网式板栅的极 板，在表面覆盖涂板纸，而对采用浇铸式板栅的极板，则通过表面淋酸生成硬质硫酸铅來解决涂板 收板、固化

2、干燥过程中的极板粘连，以及固化干燥时极板表而生产裂纹的问题。涂板过程中，大量的稀硫酸被淋在极板表面，会产生大量含酸含铅污水，导致生产环境恶为， 且外排污水对环境彫响极大。目前，很多工厂尝试以各种方法来解决重力浇铸极板淋酸造成的污染 物排放问题，例如采用淋水，提高铅膏表观密度的方法，但是这些方法的实施难度都很大，且会带 来程度不一的后续质量问题。笔者经过多年的大量实验，通过系统地改进涂板工艺和极板脱水装置，使工艺与设备充分结合, 形成了完善的极板不淋酸生产工艺技术，在不影响极板质量的前提下，达到节能、减排、环保的目 的。1传统生产工艺若按照传统生产工艺，通常正极铅膏的表观密度介于3.904.40

3、 g/cm3之i'可，负极铅膏的表观密 度介于4.104.50 g/cn?之间。由于铅膏的粘性大，机器涂板后需要用密度为1.051.15 g/cn?的 硫酸溶液对极板表面进行淋酸，使极板表层铅膏形成硬质硫酸铅层，降低极板表而的粘结度，避免 固化干燥过程屮极板表面粘连。极板经淋酸后方可进入表面干燥机。干燥机的温度被控制在110 150 °c之间，表血干燥吋i'可为4060 so极板通过表血干燥机后，表血快速失水，形成干燥硬质表 面层，失去粘性，因此固化干燥时被码放在一起的极板不会彼此粘连，极板表面也不会生成裂纹。由于需在极板表面淋一定密度的稀硫酸，因此采用淋酸工艺具有以

4、下缺点：(1) 淋酸用硫酸溶液密度的波动会造成生极板质量波动。(2) 淋酸吋冲落的铅膏中硫酸铅含量过高，因此这些铅膏无法被直接回收使用。(3) 淋酸用稀硫酸溶液需要由专用设备配制和人工检测，增加动能消耗和人工成本。(4) 淋酸用硫酸溶液造成水资源的浪费和生产成本的增加。(5) 生产现场滴落的硫酸溶液污染环境。淋酸产生的含酸含铅污水增加了污水处理工序的负荷, 也就增加了环境处理成本。2问题分析淋酸的目的是为了避免极板粘连和防止极板固化干燥时生成裂纹，因此不淋酸工艺首先要实现 的是涂板完成后极板不粘连，其次是实现固化干燥时极板不裂纹。针对以上2点，笔者采用了不同 的解决方法。2.1针对极板粘连问题

5、极板表面干燥后出现粘连，是由铅膏本身粘性决定的。要想解决此问题，只能通过减少极板表 面的水含量，降低极板表面的粘性，达到不粘不裂的状态。如果想达到这种状态，就必须降低极板 铅膏中的水含量，然而降低极板水含量意味着铅膏变硬，从而会影响蓄电池性能，以及造成极板涂 制困难的状况。因此，既要保证极板屮水含量，使涂板容易进行，又要保证极板进入表面干燥机 前极板表面不粘，呈半干燥状态，而且要保证极板出干燥机后表面不裂不粘，只能通过设计辅助装 置和降低表面干燥温度来实现。2.2针对固化干燥中极板出现裂纹问题若不对极板淋酸，极板表血就没有致密的硫酸铅层，意味着极板容易失水。当极板表血失水速 度过快，极板内外失

6、水速度不一致时，由于内外收缩速度不一致，极板容易产生裂纹。因此，要 想避免极板出现裂纹，必须控制固化干燥过程屮极板失水的速度，提高铅膏中纤维的含量，提高铅 膏的结合力。3不淋酸极板制造工艺经过对淋酸工艺的问题分析，结合多年实验验证，采取以下措施来实现涂板不淋酸新工艺：（1）将极板铅膏中纤维的含量提高了 30%50%,使每1000 kg铅粉中纤维的质量达到1.2 1.5 kg,从而增加了铅膏的联结性，在一定程度上避免了极板裂纹。（2）设计了极板进表面干燥机之前的极板辅助脱水装置，既可保证铅膏中水充足，使涂板顺利 进行，乂可实现常温表面脱水，降低了干燥机表面脱水的负荷，避免极板表面经高温快速干燥脱

7、水 而形成裂纹，保证表面干燥后极板不粘不裂。（3）由于采用不淋酸工艺，极板表面无硫酸铅保护层，失水变得更容易。为了延缓失水速度, 调整了固化干燥工艺，对温湿度变化速度进行控制，避免了裂纹的产生。具体实施方案如下：3.1调整配方正极铅膏配方：铅粉100 kg,短纤维0.120.15 kg（增加30 %）,水10.512 kg,密度为1.4 g/cm3 的稀硫酸溶液slokgc负极铅膏配方：铅粉100 kg,硫酸锁0.60.8 kg,腐殖酸0.40.9 kg,木素磺酸钠00.2 kg, 短纤维0.120.15 kg （增加30%）,水10.512kg,密度为1.4g/cm3的稀硫酸溶液59kg。3

8、.2增加脱水辅助装置为了保证极板的性能和填涂性，将铅膏中的水含量控制在10%12%之间，但是要想保证不淋 酸工艺的实施，极板出表而干燥机后的水含量须被控制在9 %9.5 %z间。如果不增加脱水辅助装 置，仅靠表面干燥机来实现，就会造成高温失水偏多，失水速度过快，极板容易生成裂纹。因此， 极板入干燥机之前提前脱水是实现不淋酸工艺的关键。经过多次试验，设计制造了图1所示极板 脱水辅助装置。通过脱水装置，极板脱水率达0.5 %1 %,降低了表面干燥机的负荷，避免了极板 过干燥机后失水过多、过快，及裂纹生成。脱水辅助装置的原理如下：（1）极板脫水机架上固定有脱水机压辘和脱水机底部压辘（前后共2对），与

9、脱水压板带及压 板带支撑辗组成1个循环滚动传动系统。脱水压板带在5个滚轴的传动下实现连续运转。（2）具有多孔隙，能够循坏转动的玻璃纤维耐酸脱水压板带的厚度为35 mm,宽度为350 400 mm。玻璃纤维耐酸压带的透气率为300350 mm/s,因此它具有透气、吸水且不容易粘附铅膏 的特点。（3）利用伯努利原理，向真空发生器，通入高压压缩气体，同吋输出高压气体，产生真空负压 力。由于利用伯努利原理，因此不需要再配置真空泵，真空发生器直接连接车间压缩空气系统， 设备简单有效。输入的压缩气体压力0.60.8 mpa,产生的高压气体压力为0.50.7 mpa,真空负 压压力为0.2-0.5 mpa。

10、真空接口通过真空管连接吸水罩进行脱水作业，髙压出气口通过管道连接 脱水风刀进行吹干脱水去膏作业。（4）极板进入压板辘后，在压板带下水平行走，进入带吸水段。由于压板带上面有真空吸盘， 在真空抽吸装置产生的真空负压作用下，极板上的水分被加速吸附在压板带中，达到脱水去膏的目 的。极板通过2道压辘压制后，极板表面干燥平整，极板表面水含量降低，有效降低了干燥机的负 荷，为进一步降低后续干燥机温度奠定了基础。（5）压板带通过压線后，压板带内含有一定的水分，同时表面会沾附微量的铅膏。随着压板带 向上运转，吸附着水分的压板带段离开吸水段进入脱水段。在2个脱水去膏高速风刀（风速25 nvs） 作用下，压板带中水

11、分被吹出，同时表面铅膏被吹掉。吹落的铅膏掉落进铅膏收集盒中，以待冋收 使用。脱水完成后，该段压板带又进入吸水段，重新进行吸水处理，如此循坏，实现极板脱水流水 线生产。（6）经过2道风刀吹干处理后的压板带基本处于干燥状态，通过压辘进行循环运转。进行处理过的极板表面干燥平整，极板中含水量降低0.5 %1 %。此设计可以取代现有的淋酸压辗装置，在不影响极板质量的前提下，达到清洁、环保、省力、 低成本运行的目的。4-脱水机压辘；5-脱水压板带；6-脱水去育高速风 刀；7压板带支撑馄；8铅膏收集盒；9真空发生器图1铅酸蓄电池极板脱水装置图3.3极板表面干燥(1) 表面干燥机的干燥温度被设置为80110

12、°c,比采用淋酸工艺时的干燥温度降低2040 °c。表面干燥时间为4060s,失水率0.7 %1.2%,涂板速度以极板无裂纹为准。(2) 在表面干燥机尾部压板卑昆上缠绕13层厚度0.10.3 mm的玻璃纤维无纺布，而且要求 缠绕平滑，无褶皱。(3) 干燥后极板铅膏含水量不高于9.5%,极板出干燥机时温度不得高于43 °c。如果极板温 度高，可适当提高涂板机速度，或者降低涂板干燥机温度，必要时后段可加装轴流风机，进行强制 降温。3.4固化干燥(1) 涂制的生极板须在10 min内进入固化间。固化间相对湿度100%，温度不高于45 °c。(2) 采用低温固化

13、工艺，固化温度为55 °c,相对湿度为90 %rh100%rh,固化期间风速低 于0.5 m/s,固化时间2228h。(3) 固化完成后转干燥吋，升温速度不大于1 °c/20 min,相对湿度降速不大于1 % /10 min,风 速增幅以每十分钟增加0.1m/s,这样，经69 h就可达到正常干燥工艺要求。(4) 干燥时，温度6575 °c,降湿速度不大于1.5%/10min,风速1.52.5 m/s。干燥时，连 续2h湿度不变即可停止干燥。(5) 干燥完成后自然降温至常温，这样极板固化干燥就完成了。4对比实验 4.1对比组极板的制备(采用淋酸工艺)4.1.1铅膏配

14、方正极铅膏配方:铅粉100 kg,短纤维0.08 kg,水11kg,密度为1.4g/cm3的稀硫酸9.8 kgo负极铅膏配方：铅粉100 kg,硫酸顿0.6 kg,腐殖酸0.4 kg,木素磺酸钠0.125 kg,短纤维0.09 kg,水11 kg,密度为1.4 g/cm3的稀硫酸8.4 kg。4.1.2极板制备工艺(1) 釆用双面涂板机进行涂板，将铅膏涂布在板栅上，通过压辘压实。(2) 淋酸用硫酸溶液的密度为1.100g/cm(3) 极板进入温度为120 °c的干燥线。极板通过干燥机的时间为50 s,使失水率控制在1 %1.5 %«(4) 表面干燥后的生极板在10 min内

15、进入固化室进行固化。固化室的温度不高于45 °c,相对 湿度100%。(5) 采用常规固化工艺，控制循环风速为0.7 m/so(6) 固化完成后转干燥吋，干燥温度7580 °c,干燥吋间1520 h,干燥后含水量低于0.8 %, 正极板游离铅含量低于2.5%,负极板游离铅含量低于4 %。(7) 固化干燥完成后自然降温至常温，完成极板生产。4.2实验组极板的制备(采用不淋酸工艺)4.2.1铅膏配方正极铅膏配方:铅粉100 kg,短纤维0.15kg,水11.5 kg，密度为1.4 g/cm3的稀硫酸10kg。负极铅膏配方：铅粉100 kg,硫酸顿0.8 kg,腐殖酸0.9 kg

16、,木素磺酸钠0.1 kg,短纤维0.13 kg, 水10.5 kg,密度为1.4 g/cm3的稀硫酸9 kg。4.2.2极板制备工艺(1) 釆用双面涂板机进行涂板，将铅膏涂布在板栅上，通过压辘进行压实。(2) 极板压实后，采用压力为-0.3-0.5 mpa的负压抽吸极板水份，通过调整负压大小控制脱去 0.7 %1.0 %的极板表面水份。(3) 经负压脱水后的极板再经压馄压实。采用两道压馄处理后，铅膏结构更紧实，保证了极板 强度。(4) 极板进入温度为100 °c的干燥线，极板通过的吋间为40s50s,失水率被控制在0.7% 1.2%；极板出干燥线的温度不得高于43 °c。(

17、5) 表而干燥后的生极板须在10 min内进入固化室进行固化。固化室的温度不高于45 °c,相 对湿度100%。(6) 固化的温度为55 °c,相对湿度为90 %rh100%rh,吋i'可为24h,循环风速小于0.4m/s。(7) 固化完成转干燥时，调整风速为1.0 m/s,以每十分钟增加0.1 m/s，风速增加到2.5m/s为 止;调整温度控制设备，以1 °c/2()min的速率升温至75 °c ；调整湿度控制设备，以降湿速率11.5% /lomin的速率进行干燥，直至达到极板干燥要求为止。(8) 连续2 h湿度稳定不变即可认为干燥完成，干燥后

18、极板含水量低于0.8 %,正极板游离铅含量低于2.5%,负极板游离铅含量低于4%。固化干燥完成后，将极板自然降温至常温。由图2和图3可见，采用不淋酸工艺生产的极板表面平整，无裂纹。图2不淋酸负极板极板图3不淋酸正极板4.3极板跌落试验极板跌落试验方法：首先称取极板的质量，然后将极板水平从1.2 m高处口由跌落到水泥地面, 再称取极板的质量。连续测试5次的结杲如表1所示。从跌落数据来看，采用不淋酸工艺制作的极 板在跌落后质量损失率明显降低，说明不淋酸工艺切实可行。表1极板跌落试验结果对比组(采用淋酸工艺)实验组(采用不淋酸工艺)序号跌落前极板跌落后极板板栅质极板质量跌落前极板跌落后极板板栅质极板

19、质量质量/g质最/gm/g损失率/%质戢/g质量/gm/g损失率/%1 168113695617014870222172108716317215()7()22316910571651691466823417111670541701516919517410669651711487123注：极板质量损失率二（跌落前极板质量-跣落后极板质戢）/（跌落前极板质戢-板栅质量）。4.4蓄电池性能试验将上述极板按照常规工艺组装成型号6-qw-60的免维护蓄电池，然后参照标准gb/t 5008.12013进行检测。由表2可见，采用不淋酸极板组装的蓄电池（实验组）的性能均稍高于采 用淋酸极板组装的蓄电池（对比组）的性能，说明不淋酸工艺是切实可行的。表2检测结果电池 储备容量 20小时°c低温起动能力-29 °c低温起动能力充电接受能力循环寿命/cr.c25r/ min 率容量测试中电池端电压/v 测试中电池端电压/v（7ca/o）次cc25 c/ ah10s30 s90s10s30 s