تم تطوير أول تصميم عملي لبطارية الرصاص الحمضية بواسطة Gaston Planté في عام 1860 ، واستمر الإنتاج في النمو بشكل مطرد منذ ذلك الحين. تمثل بطاريات السيارات الاستخدام الرئيسي لتقنية حمض الرصاص ، تليها البطاريات الصناعية (الطاقة الاحتياطية والجر). يذهب أكثر من نصف الإنتاج العالمي من الرصاص إلى البطاريات.
يجب أن تضمن التكلفة المنخفضة وسهولة تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية مقارنة بالأزواج الكهروكيميائية الأخرى استمرار الطلب على هذا النظام في المستقبل.
تحتوي بطارية الرصاص الحمضية على قطب موجب من بيروكسيد الرصاص (PbO2) وإلكترود سالب من الرصاص الإسفنجي ذي مساحة السطح العالية (Pb). المحلول الكهربائي عبارة عن محلول حمض الكبريتيك بثقل نوعي في النطاق من 1.21 إلى 1.30 (28 إلى 39٪ بالوزن). عند التفريغ ، يتحول كلا القطبين إلى كبريتات الرصاص ، كما هو موضح أدناه:
عملية التصنيع
عملية التصنيع ، التي تظهر في مخطط تدفق العملية (الشكل 1) ، موضحة أدناه:
الشكل 1. عملية تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية
تصنيع أكسيد: يتم تصنيع أكسيد الرصاص من خنازير الرصاص (كتل الرصاص من أفران الصهر) بإحدى طريقتين - وعاء بارتون أو عملية الطحن. في عملية وعاء بارتون ، يتم نفخ الهواء فوق الرصاص المنصهر لإنتاج تيار دقيق من قطرات الرصاص. تتفاعل القطرات مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين الأكسيد ، الذي يتكون من لب من الرصاص مغطى بطبقة من أكسيد الرصاص (PbO).
في عملية الطحن ، يتم تغذية الرصاص الصلب (الذي قد يتراوح حجمه من كرات صغيرة إلى خنازير كاملة) في مطحنة دوارة. تولد حركة هبوط الرصاص الحرارة ويتأكسد سطح الرصاص. عندما تتدحرج الجزيئات في الأسطوانة ، تتم إزالة طبقات الأكسيد السطحية لتعريض المزيد من الرصاص النظيف للأكسدة. يحمل تيار الهواء المسحوق إلى مرشح كيس ، حيث يتم تجميعه.
إنتاج الشبكة: يتم إنتاج الشبكات بشكل أساسي عن طريق الصب (آليًا ويدويًا) أو ، بشكل خاص لبطاريات السيارات ، التوسع من سبيكة الرصاص المطاوع أو المصبوب.
لصق: يتم صنع عجينة البطارية عن طريق خلط الأكسيد بالماء وحمض الكبريتيك ومجموعة من الإضافات المسجلة الملكية. يتم ضغط العجينة بالآلة أو باليد في الشبكة الشبكية ، وعادة ما يتم تجفيف الألواح في فرن بدرجة حرارة عالية.
يتم معالجة الألواح الملصقة عن طريق تخزينها في أفران تحت ظروف يتم التحكم فيها بعناية من درجة الحرارة والرطوبة والوقت. الرصاص الحر في العجينة يتحول إلى أكسيد الرصاص.
تشكيل وقطع وتجميع الألواح: تخضع لوحات البطارية لعملية تكوين كهربائي بإحدى طريقتين. في تكوين الخزان ، يتم تحميل الألواح في أحواض كبيرة من حمض الكبريتيك المخفف ويتم تمرير تيار مباشر لتشكيل الألواح الموجبة والسالبة. بعد التجفيف ، يتم تقطيع الألواح وتجميعها ، مع فواصل بينها ، في صناديق بطاريات. يتم توصيل الألواح ذات القطبية المتشابهة عن طريق لحام عروات اللوحة معًا.
في تشكيل الجرة ، يتم تشكيل الألواح كهربائيًا بعد تجميعها في صناديق بطاريات.
مخاطر وضوابط الصحة المهنية
قيادة
الرصاص هو الخطر الصحي الرئيسي المرتبط بتصنيع البطاريات. طريق التعرض الرئيسي هو من خلال الاستنشاق ، ولكن يمكن أن يسبب الابتلاع مشكلة أيضًا إذا لم يتم إيلاء اهتمام كاف للنظافة الشخصية. يمكن أن يحدث التعرض في جميع مراحل الإنتاج.
من المحتمل أن يكون تصنيع أكسيد الرصاص شديد الخطورة. يتم التحكم في التعرضات عن طريق أتمتة العملية ، وبالتالي إزالة العمال من الخطر. في العديد من المصانع ، يتم تشغيل العملية بواسطة شخص واحد.
في صب الشبكة ، يتم تقليل التعرض لأبخرة الرصاص عن طريق استخدام تهوية العادم المحلي (LEV) جنبًا إلى جنب مع التحكم الحراري في أواني الرصاص (تزيد انبعاثات دخان الرصاص بشكل ملحوظ فوق 500 درجة مئوية). يمكن أن تتسبب الخبث الحاملة للرصاص ، التي تتكون فوق الرصاص المنصهر ، في حدوث مشكلات أيضًا. يحتوي الخبث على كمية كبيرة من الغبار الناعم جدًا ، ويجب توخي الحذر الشديد عند التخلص منه.
أدت مناطق اللصق تقليديًا إلى تعرضات عالية للرصاص. غالبًا ما تؤدي طريقة التصنيع إلى تسرب ملاط الرصاص إلى الآلات والأرض والمآزر والأحذية. تجف هذه البقع وتنتج غبار رصاص محمول في الهواء. يتم تحقيق التحكم عن طريق الحفاظ على الأرضية مبللة بشكل دائم وكثرة المآزر الإسفنجية.
تحدث حالات التعرض للرصاص في الأقسام الأخرى (التشكيل ، وقطع الألواح ، والتجميع) من خلال التعامل مع الألواح الجافة والمتربة. يتم تقليل التعرض بواسطة تهوية العادم المحلي مع الاستخدام المناسب لمعدات الحماية الشخصية.
يوجد لدى العديد من البلدان تشريعات للحد من درجة التعرض المهني ، وتوجد معايير رقمية لمستويات الرصاص في الهواء والرصاص في الدم.
عادة ما يتم توظيف أخصائي الصحة المهنية لأخذ عينات الدم من العمال المعرضين. يمكن أن يتراوح تواتر اختبارات الدم من سنوي للعاملين منخفضي الخطورة إلى ربع سنوي للعاملين في الأقسام عالية الخطورة (مثل اللصق). إذا تجاوز مستوى الرصاص في دم العامل الحد القانوني ، فيجب إبعاد العامل عن أي تعرض للعمل للرصاص حتى ينخفض مستوى الرصاص في الدم إلى المستوى الذي يراه المستشار الطبي مقبولاً.
يعتبر أخذ عينات من الهواء للرصاص مكملاً لاختبار الرصاص في الدم. طريقة أخذ العينات الشخصية ، وليس الثابتة ، هي الطريقة المفضلة. عادة ما تكون هناك حاجة إلى عدد كبير من عينات الرصاص في الهواء بسبب التباين المتأصل في النتائج. يمكن أن يوفر استخدام الإجراءات الإحصائية الصحيحة في تحليل البيانات معلومات عن مصادر الرصاص ويمكن أن يوفر أساسًا لإجراء تحسينات على التصميم الهندسي. يمكن استخدام أخذ عينات الهواء بانتظام لتقييم الفعالية المستمرة لأنظمة التحكم.
تختلف تركيزات الرصاص في الهواء المسموح بها وتركيزات الرصاص في الدم من بلد إلى آخر ، وتتراوح حاليًا من 0.05 إلى 0.20 ملغم / م.3 و 50 إلى 80 مجم / ديسيلتر على التوالي. هناك اتجاه تنازلي مستمر في هذه الحدود.
بالإضافة إلى الضوابط الهندسية العادية ، هناك تدابير أخرى ضرورية لتقليل التعرض للرصاص. يجب عدم تناول الطعام أو التدخين أو الشرب أو مضغ العلكة في أي منطقة إنتاج.
يجب توفير مرافق مناسبة للغسيل والتغيير حتى يتسنى الاحتفاظ بملابس العمل في منطقة منفصلة عن الملابس والأحذية الشخصية. يجب وضع مرافق الغسيل / الاستحمام بين المناطق النظيفة والمتسخة.
حامض الكبريتيك
أثناء عملية التشكيل ، يتم تحويل المادة الفعالة الموجودة على الألواح إلى PbO2 في الموجب والرصاص في القطب السالب. عندما تصبح الألواح مشحونة بالكامل ، يبدأ تيار التكوين في فصل الماء في الإلكتروليت إلى هيدروجين وأكسجين:
الإيجابية: 
نفي: 
يولد الغاز ضباب حامض الكبريتيك. كان تآكل الأسنان ، في وقت من الأوقات ، سمة مشتركة بين العاملين في مناطق التكوين. لطالما استخدمت شركات البطاريات خدمات طبيب الأسنان ، ولا يزال الكثيرون يفعلون ذلك.
اقترحت الدراسات الحديثة (IARC 1992) وجود صلة محتملة بين التعرض لضباب الحمض غير العضوي (بما في ذلك حمض الكبريتيك) وسرطان الحنجرة. يستمر البحث في هذا المجال.
معيار التعرض المهني في المملكة المتحدة لضباب حامض الكبريتيك هو 1 مجم / م3. يمكن الاحتفاظ بالتعرضات دون هذا المستوى مع وجود تهوية العادم المحلي في مكانها فوق دوائر التكوين.
كما أن تعرض الجلد لسائل حامض الكبريتيك المسبب للتآكل أمر مثير للقلق. تشمل الاحتياطات معدات الحماية الشخصية ونوافير غسل العين ودُش الطوارئ.
التلك
يستخدم التلك في بعض عمليات الصب اليدوي كعامل تحرير للقالب. يمكن أن يتسبب التعرض طويل الأمد لغبار التلك في حدوث تضخم في الرئة ، ومن المهم التحكم في الغبار عن طريق التهوية المناسبة وتدابير التحكم في العمليات.
ألياف معدنية من صنع الإنسان (MMFs)
تُستخدم الفواصل في بطاريات الرصاص الحمضية لعزل الموجب كهربائيًا عن الصفائح السالبة. تم استخدام أنواع مختلفة من المواد على مر السنين (على سبيل المثال ، المطاط ، السليلوز ، البولي فينيل كلوريد (PVC) ، البولي إيثيلين) ، ولكن بشكل متزايد ، يتم استخدام فواصل الألياف الزجاجية. يتم تصنيع هذه الفواصل من MMFs.
تم إثبات زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة بين العمال في الأيام الأولى لصناعة الصوف المعدني (HSE 1990). ومع ذلك ، قد يكون السبب في ذلك هو استخدام مواد مسرطنة أخرى في ذلك الوقت. ومع ذلك ، فمن الحكمة التأكد من أن أي تعرض ل MMF يتم تقليله إلى أدنى حد سواء من خلال العلبة الكاملة أو تهوية العادم المحلي.
ستيبين وأرسين
يشيع استخدام الأنتيمون والزرنيخ في سبائك الرصاص ، والستيبين (SbH3) أو أرسين (AsH3) يمكن إنتاجه في ظل ظروف معينة:
- عندما يتم إعطاء خلية مفرطة الشحن
- عندما يتم خلط الخبث من سبيكة كالسيوم الرصاص مع خبث من أنتيمون رصاص أو سبيكة زرنيخ رصاص. يمكن أن تتفاعل الخبثتان كيميائيًا لتكوين ستيبيد الكالسيوم أو زرنيخيد الكالسيوم والذي يمكن أن يولد SbH عند الترطيب اللاحق3 أو AsH3.
Stibine و Arsine كلاهما من الغازات شديدة السمية التي تعمل على تدمير خلايا الدم الحمراء. يجب أن تمنع الضوابط الصارمة للعملية أثناء تصنيع البطاريات أي خطر من التعرض لهذه الغازات.
الأخطار المادية
توجد أيضًا مجموعة متنوعة من المخاطر المادية في تصنيع البطاريات (على سبيل المثال ، الضوضاء ، والمعادن المنصهرة والبقع الحمضية ، والمخاطر الكهربائية والمعالجة اليدوية) ، ولكن يمكن تقليل المخاطر الناتجة عن ذلك من خلال الضوابط الهندسية والعملية المناسبة.
القضايا البيئية
تمت دراسة تأثير الرصاص على صحة الأطفال على نطاق واسع. لذلك من المهم للغاية أن تكون الإطلاقات البيئية للرصاص في حدها الأدنى. بالنسبة لمصانع البطاريات ، يجب تصفية انبعاثات الهواء الأكثر تلوثًا. يجب معالجة جميع نفايات العملية (عادةً الملاط الحامل للرصاص الحمضي) في محطة معالجة النفايات السائلة لتحييد الحمض واستقرار الرصاص من المعلق.
التطورات المستقبلية
من المحتمل أن تكون هناك قيود متزايدة على استخدام الرصاص في المستقبل. من الناحية المهنية ، سيؤدي ذلك إلى زيادة أتمتة العمليات بحيث يتم إبعاد العامل عن الخطر.