鉛蓄電池の最初の実用的な設計は、1860 年にガストン プランテによって開発され、それ以来、生産は着実に成長を続けています。 自動車用バッテリーは鉛酸技術の主な用途であり、産業用バッテリー (待機電力とトラクション) がそれに続きます。 世界の鉛生産量の半分以上がバッテリーに使われています。

他の電気化学対に比べて鉛蓄電池は低コストで製造が容易であるため、このシステムに対する需要は今後も継続するはずです。

鉛蓄電池には、過酸化鉛 (PbO) の正極があります。₂) と表面積の大きい海綿状鉛 (Pb) の負極。 電解液は、比重 1.21 ～ 1.30 (28 ～ 39 重量%) の硫酸溶液です。 放電すると、以下に示すように、両方の電極が硫酸鉛に変換されます。

製造プロセス

プロセス フロー チャート (図 1) に示されている製造プロセスを以下に説明します。

図1. 鉛蓄電池の製造工程

酸化物製造: 酸化鉛は、バートン ポットまたは粉砕プロセスの XNUMX つの方法のいずれかによって、鉛の豚 (精錬炉からの鉛の塊) から製造されます。 バートン ポット プロセスでは、溶けた鉛に空気を吹き付けて、鉛の液滴の細かい流れを生成します。 液滴は空気中の酸素と反応して、酸化鉛 (PbO) コーティングを施した鉛のコアで構成される酸化物を形成します。

製粉プロセスでは、固体の鉛 (小さなボールから完全なピッグまでのサイズの範囲) が回転ミルに供給されます。 鉛の転がり動作により熱が発生し、鉛の表面が酸化します。 粒子がドラム内を転がるにつれて、酸化物の表面層が除去され、酸化のためのよりきれいな鉛が露出します。 気流は粉末をバッグフィルターに運び、そこで集められます。

グリッド生産: グリッドは主に鋳造 (自動および手動の両方) によって製造されますが、特に自動車用バッテリーの場合は、鍛造または鋳造鉛合金から拡張されます。

貼り付け： バッテリーペーストは、酸化物を水、硫酸、およびさまざまな独自の添加剤と混合して作られます。 ペーストは、機械または手でグリッド格子に押し込まれ、プレートは通常、高温オーブンでフラッシュ乾燥されます。

貼り付けたプレートは、温度、湿度、時間を注意深く管理したオーブンで保管することにより硬化します。 ペースト中の遊離鉛は酸化鉛に変化します。

形成、版の切断および組み立て: バッテリープレートは、XNUMX つの方法のいずれかで電気形成プロセスを経ます。 タンク形成では、プレートを希硫酸の大きな槽に入れ、直流を流して正と負のプレートを形成します。 乾燥後、板を切断し、セパレーターを挟んで電池ボックスに組み立てます。 同じ極性のプレートは、プレート ラグを一緒に溶接することによって接続されます。

ジャー形成では、プレートはバッテリーボックスに組み立てられた後に電気的に形成されます。

労働衛生上の危険と管理

Lead

鉛は、バッテリー製造に関連する主要な健康被害です。 主な曝露経路は吸入によるものですが、個人の衛生状態に十分な注意が払われていない場合、経口摂取も問題を引き起こす可能性があります。 ばく露は生産のすべての段階で発生する可能性があります。

酸化鉛の製造は潜在的に非常に危険です。 プロセスを自動化することで曝露を制御し、作業者を危険から取り除きます。 多くの工場では、プロセスは XNUMX 人で操作されています。

グリッドキャスティングでは、局所排気換気装置 (LEV) と鉛ポットのサーモスタット制御を併用することで、鉛フュームへの暴露を最小限に抑えます (鉛フュームの排出量は 500 ℃ を超えると著しく増加します)。 溶融した鉛の上に形成される鉛含有ドロスも問題を引き起こす可能性があります。 ドロスには非常に細かい粉塵が大量に含まれているため、廃棄する際には細心の注意を払う必要があります。

貼り付け領域は、従来、高い鉛暴露をもたらしてきました。 この製造方法では、しばしば機械、床、エプロン、ブーツに鉛のスラリーが飛散します。 これらの水しぶきは乾き、空気中に鉛の粉塵が発生します。 制御は、床を常に濡らし、頻繁にエプロンをスポンジで落とすことによって達成されます。

他の部門 (成形、プレート切断、および組み立て) での鉛暴露は、乾燥したほこりの多いプレートの取り扱いによって発生します。 個人用保護具の適切な使用とともに、LEV によって被ばくを最小限に抑えます。

多くの国では、職業暴露の程度を制限する法律が制定されており、空気中の鉛および血中鉛レベルの数値基準が存在します。

曝露した労働者から血液サンプルを採取するために、通常、産業保健の専門家が雇用されます。 血液検査の頻度は、リスクの低い従業員の場合は年 XNUMX 回、リスクの高い部門 (貼り付けなど) の場合は四半期ごとの範囲です。 労働者の血中鉛レベルが法定限度を超えた場合、その労働者は、血液中の鉛が医療顧問によって許容されると見なされるレベルに下がるまで、鉛への曝露から除外されるべきです。

鉛の空気サンプリングは、血液鉛検査を補完します。 静的なサンプリングではなく、個人的なサンプリングが推奨される方法です。 結果には固有の変動性があるため、通常、多数の空気中のリードサンプルが必要です。 データを分析する際に正しい統計手順を使用すると、鉛の供給源に関する情報を得ることができ、エンジニアリング設計を改善するための基礎を提供できます。 定期的な空気サンプリングは、制御システムの継続的な有効性を評価するために使用できます。

許容される空気中の鉛濃度と血中鉛濃度は国によって異なり、現在は 0.05 ～ 0.20 mg/mXNUMX の範囲です。³ およびそれぞれ 50 ～ 80 mg/dl です。 これらの制限には継続的な下降傾向があります。

通常の工学的管理に加えて、鉛への暴露を最小限に抑えるために他の手段が必要です。 どの生産エリアでも、飲食、喫煙、飲酒、またはガムを噛んではいけません。

作業着を私服や履物とは別の場所に保管できるように、適切な洗濯および着替えの設備を提供する必要があります。 洗濯/シャワー施設は、清潔なエリアと汚れたエリアの間に配置する必要があります。

硫酸

形成プロセス中に、プレート上の活物質はPbOに変換されます₂ 正極で、負極で Pb。 プレートが完全に充電されると、形成電流が電解液中の水を水素と酸素に解離し始めます。

ポジティブ：        

負：      

ガッシングにより硫酸ミストが発生します。 歯の浸食は、かつて形成地域の労働者の間で一般的な特徴でした. バッテリー会社は、伝統的に歯科医のサービスを採用しており、多くの企業が今もそうしています。

最近の研究 (IARC 1992) は、無機酸ミスト (硫酸を含む) への曝露と喉頭がんとの関連の可能性を示唆しています。 この分野では研究が続けられています。

英国における硫酸ミストの職業暴露基準は 1 mg/mXNUMX です。³. LEV をフォーメーション サーキット上に配置することで、被ばくをこのレベル以下に抑えることができます。

腐食性の硫酸液への皮膚暴露も懸念されます。 予防措置には、個人用保護具、洗眼器、緊急用シャワーが含まれます。

タルク

タルクは、特定の手鋳造作業で離型剤として使用されます。 タルクの粉塵に長期間さらされるとじん肺を引き起こす可能性があり、適切な換気と工程管理手段によって粉塵を管理することが重要です。

人造鉱物繊維 (MMF)

セパレーターは、鉛蓄電池で正極板と負極板を電気的に絶縁するために使用されます。 長年にわたってさまざまな種類の材料が使用されてきましたが (例: ゴム、セルロース、ポリ塩化ビニル (PVC)、ポリエチレン)、ますますガラス繊維セパレーターが使用されるようになっています。 これらのセパレータはMMFから製造されています。

労働者の肺がんリスクの増加は、ミネラルウール産業の初期に実証されました (HSE 1990)。 しかし、これは当時使用されていた他の発がん性物質によって引き起こされた可能性があります。 とはいえ、MMF への曝露を完全なエンクロージャーまたは LEV のいずれかによって最小限に抑えることを確実にすることが賢明です。

スチビンとアルシン

アンチモンとヒ素は一般的に鉛合金に使用され、スチビン (SbH₃) またはアルシン (AsH₃) は、特定の状況下で生成できます。

• セルが過剰に過充電されたとき
• 鉛カルシウム合金からのドロスが、鉛アンチモンまたは鉛ヒ素合金からのドロスと混合された場合。 XNUMXつのドロスは化学的に反応してスチバイドカルシウムまたはヒ化カルシウムを形成し、その後の湿潤でSbHを生成することができます.₃ または灰₃.

スチビンとアルシンはどちらも、赤血球を破壊することによって作用する非常に有毒なガスです。 バッテリー製造中の厳格なプロセス管理により、これらのガスへの暴露のリスクを防ぐ必要があります。

物理的な危険

電池の製造にはさまざまな物理的危険 (ノイズ、溶融金属と酸の飛沫、電気的危険、手作業など) も存在しますが、これらのリスクは適切なエンジニアリングとプロセス制御によって軽減できます。

環境問題

子供の健康に対する鉛の影響は、広く研究されてきました。 したがって、鉛の環境への放出を最小限に抑えることが非常に重要です。 バッテリー工場では、最も汚染された大気排出物をフィルタリングする必要があります。 すべてのプロセス廃棄物 (通常は酸性の鉛含有スラリー) は、排水処理プラントで処理して、酸を中和し、懸濁液から鉛を沈降させる必要があります。

今後の展開

今後、鉛の使用に関する規制が強化される可能性があります。 職業上の意味では、これによりプロセスの自動化が進み、労働者が危険から解放されます。

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