Основные технологические операции

Производство Pb аккумуляторов включает в себя приготовление сплавов свинца, отливку различных деталей, приготовление свинцового порошка паст, намазку, сушку, и формировку пластин, сборку аккумуляторов.

1. Приготовление сплавов и отливка элементов аккумулятора

Сплав для изготовления решеток акккумулятора изготавливается из свинца марки С0,С1 и содержит 8-12% сурьмы Су0, Су1. Детали крепления - отливаются из сплава с содержанием сурьмы 3-6%. Применение сурьмяно-свинцового сплава обусловлено тем, что данный сплав обладает достаточно высокой механической и коррозионной прочностью и отличными литейными свойствами.

2. Изготовление свинцового порошка.

Свинцовый порошок изготавливается в мельницах различного типа из свинцовых шариков или из свинцовых брусков (чушек). Размол происходит за счет деформации и усталостного разрушения металла по плоскостям скольжения кристаллов свинца. Важную роль играют внешние условия и прежде всего температура и влажность воздуха, которые способствуют окислению свинца с появлением многочисленных микротрещин на поверхности металла. Регулируя скорость подачи воздуха и температуру, а также число оборотов мельницы, можно изменять характеристики получаемого свинцового порошка.

3. Изготовление паст.

Для приготовления паст применяются свинцовый порошок, серная кислота и вода. Вода, применяемая в аккумуляторной промышленности, должна быть чистой и не содержать взвешенных частиц. Прокаленного осадка должно быть не более 200 мг в литре воды. Содержание железа - не более чем 7 мг/л.

Сущность процесса приготовления паст сводится к смещению рецептурных количеств свинцового порошка, серной кислоты и воды, производимому в периодически или непрерывно действующих смесителях (на 100 кг Pb-порошка добавляют 18-20 л серной кислоты).

Для отрицательных паст кроме перечисленных веществ в смеситель вводятся также расширители, (барий сернокислый 0.6-1.0% и расширитель БНФ 0.25-0.35%) и ингибитор коррозии (а-оксинафтойная кислота 0.5%).

4. Намазка пластин.

Нанесение пасты в решетку - пастирование, или намезка, - производится на специальных намазочных машинах большой производительности. Пластины толщиной меньше 1 мм намазываются вручную.

5. Прокатка намазанных пластин.

Прокатка или прессовка пластин после намазки необходимы для выравнивания поверхности намазанных пластин, уплотнения вмазанной пасты с отжимом влаги и улучшения контакта между пастой и решеткой. В некоторых случаях прокаткой создается равномерная бугристость поверхности пасты, образуемая отпечатком плетения прокладочной ткани. Последнее желательно для увеличения видимой поверхности электрода, несколько улучшающей начальные электрические характеристики аккумуляторов на коротких разрядах.

6. Сушка свеженамазанных пластин

Высушивание почти всех пористых материалов приводит к усадке - уменьшению объема материала. Удаление влаги из микропор материала приводит к сближению частичек материала друг к другу, уменьшению пор и сокращению объема самого материала, т.е. к его усадке. Усадка пасты в решете приводит к растрескиванию пасты или к отрыву и отходу от жилок решетки. В некоторых случаях этого растрескивания не наблюдается. Трещины и особенно отходы от жилок ухудшают контакт между решеткой и активной массой и ослабляют прочность ее закрепления в решетке.

Известны 3 способа предотвращения пластин от растрескивания:

- выдержка пластин без высушивания при цеховой температуре в течение 2-3 суток, а затем сушка при любых условиях;

- кратковременная обработка пластин сразу после намазки в растворах углекислых солей, серной кислоты или ее солей; после такой обработки пластины также могут сушиться при любых условиях;

- очень медленная сушка, продолжающаяся сутки и более. (не технологичен, практически не применяется)

Выдерживание пластин без сушки пасты производят в плотно закрывающихся камерах или на каркасах, на которых пластины тесно завешивают и закутывают влажными полотнами. В этих условиях испарения влаги из пластин почти не происходит.

Второй способ: здесь используют растворы углекислого аммония с плотностью в пределах 1,03-1,06 г/см³. Продолжительность обработки - от нескольких секунд до 2-3 минут. На поверхности пасты в пластинах образуется тончайший слой углекислого свинца (10-30 мкм). Получается он в результате реакции между углекислым аммонием и окисью свинца, находящейся в пасте.

PbO + (NH₄)₂CO₃ = PbCO₃ + 2NH₃ + H₂O

Образующийся при реакции аммиак удаляется из пасты в виде газа. Исследования показали, что водная паста, приготовленная из углекислого свинца, при сушке практически усадки не дает и растрескиванию не подвергается.

Режим сушки пластин:

Процесс сушки пластин заключается в испарении влаги из пористого материала и укреплении вмазанной пасты в решетке. Скорость сушки пористой пасты в пластинах зависит от следующих параметров сушки: температуры (t), скорости (v), и относительной влажности (j) воздуха.

На конвейерных линиях производства свеженамазанных пластин применяется в основном двустадийный способ сушки. Он заключается в том, что первая стадия сушки осуществляется за возможно короткий промежуток времени 7-15 мин воздухом с высокими параметрами (t=90-140 ⁰C, v=3-4 м/с, j до 30%). На первой стадии сушки паста должна высушиваться на 30-55%. Во второй стадии сушка происходит за счет самопроизвольного окисления металлического свинца в пасте при температуре 30-50 ⁰С при небольшом движении и повышении влажности (j=70-100%) воздуха. Вторая стадия продолжается от 20 мин до 2,5 ч. Чем продолжительнее вторая стадия сушки, тем полнее окисляется и упрочняется паста в пластинах. Обычно во время второй стадии сушки в пластинах остается 10-20% влаги. Но эта недосушка вреда не приносит и качество пластин не ухудшается.

7. Формирование пластин

Формировкой аккумуляторных пластин называется процесс образования на них электрохимически активных масс. Процесс формирования намазанных пластин завершается образованием диокисида свинца на положительных пластинах и губчатого свинца - на отрицательных. Для этого пластины, подлежащие формированию, погружают в ванны с электролитом, состоящим из раствора серной кислоты плотностью 1,07-1,15 г/см³. Положительные пластины присоединяются к положительному полюсу источника постоянного тока, а отрицательные - к отрицательному.

Электродные процессы при формировании пластин могут быть выражены следующими электрохимическими уравнениями:

на отрицательном электроде

PbSO₄ + 2H⁺ + 2e = Pb + H₂SO₄

т.е. сульфат свинца восстанавливается до металлического свинца, который образуется в виде свинцовой губки;

на положительном электроде

PbSO₄ + SO₄^2- + 2H₂O = PbO₂ + H₂SO₄ + 2е

т.е. сульфат свинца окисляется до диокисида свинца.

Приведенные электродные процессы начинаются на границе решетка - паста и постепенно распространяются по всей массе пластины.

Формирование бывает совместное, раздельное и блочное. При совместном формировании одновременно в одном сосуде формируются пластины обоих знаков заряда, при раздельном - пластины каждого знака заряда формируются отдельно с вспомагательными электродами; для блочного формирования пластины предварительно собираются в блоки с сепараторами. Совместное формирование наиболее распространено, т.к. в этом случае требуются меньшая площадь и расход энергии.

На процесс формирования пластин существенное влияние оказывают концентрация и температура электролита и плотность тока. Для формирования применяется электролит с начальной плотностью 1,07-1,15 г/см³. Электролит большей плотности используют для пластин, имеющих большую толщину. Применение формировочного электролита с плотностью выше чем 1,15 г/см³ нежелательно, поскольку увеличивается газовыделение и заметно затрудняется перевод поверхностного слоя сульфата в диокид свинца на положительном электроде и в губчатый свинец - на отрицательном. При плотности меньше 1.07 заметно увеличивается сопротивление в порах активных масс и вследствие этого затрудняется формирование глубинных слоев паст.

Важное значение для качества формировки пластин имеет температура электролита. При низких температурах наблюдается отставание активной массы отрицательных электродов от решеток; иногда на этих пластинах, формируемых в холодных электролитах, появляются вздутия (пузыри). У положительных пластин активная масса также получается непрочной, наблюдается шелушение пластины. Использование тока снижается, усиливается газовыделение, продолжительность формирования увеличивается. Минимально допустимой температурой формировочного электролита является 10 ⁰С. Максимальная температура не должна превышать 60 ⁰С, начальная температура электролита - 30 ⁰С.

Продолжительность процесса формировки определяется плотностью тока:

чем меньше плотность тока, тем больше продолжительность формирования. Применение низких плотностей тока (0,1-0,2 А/дм²) обеспечивает высокий коэффициент использования электроэнергии, но сильно удлиняет процесс формирования. Установлено, что ступенчатый режим формирования, при котором плотность тока в процессе формировки понижается, дает лучшие результаты, чем формирование при постоянной плотности тока. Ступенчатое формирование позволяет лучше использовать электрический ток, уменьшает газовыделение на пластинах, ускоряет формировку.

8. Сушка отформированных пластин

Сушку пластин производят воздухом в многозональных сушилах. При сушке положительных отформированных пластин для предупреждения конденсации воды температуру воздуха в первой зоне поддерживают максимально большой - 180-200 ⁰С, влажность минимально возможной - не более 20% при скорости 3-6 м/с. Во второй и последующих зонах температуру воздуха поддерживают 130-150 ⁰С, а в последней зоне, в которой пластины полностью досушивают, 80-100 С. Во всех зонах скорость воздуха должна быть 3-6 м/с, а влажность - не более 40%.

Чтобы отрицательные пластины сушить так же как положительные необходимо предотвратить окисление губчатого свинца воздухом. Применение ингибиторов окисления металлического свинца при сушке воздухом позволяет получить отрицательные пластины для батарей в сухозаряженном исполнении. В качестве ингибиторов применяют альфаоксинафтойную кислоту, которую вводят в активную массу при изготовлении пластин, и борную кислоту (4-6%), в растворе которой отформированные пластины отрабатываются перед сушкой при температуре 40-80 ⁰С не менее 3 мин. Отработку производят выдержкой пластин в ваннах.

9. Сборка свинцовых аккумуляторов.

Формированные пластины после сушки поступают в сборочный цех. Туда же направляют остальные полуфабрикаты и детали аккумулятора: моноблок-сосуды (в комплекте с крышками, пробками и прокладками), баретки, сепарацию, предохранительные щетки, заливочную мастику и пр. Сборка состоит из ряда последовательных операций: разрубки технологически сдвоенных пластин на одинарные, зачистки ушков, пайки полублоков с батарейкой, устранения подтеков сплава, сборки полублоков в блок, вставки сепараторов в блок, вставка блока в ячейку моноблока, накладки крышек вставки уплотнителей зазора соединений (МЭС), напайки выводных полюсов, заливки зазоров заливочной мастикой, лплавления поверхности мастики, контроля на герметичность, короткие замыкания и переполюсовку, вставка прокладок и ввинчивание пробок, упаковки в бумагу и транспортировки готовых батарей на склад. К местам пайки деталей и заливки крашек мастикой подведен сжатый воздух и водород.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТРОРОВ

Поиск по сайту: