Первая практическая конструкция свинцово-кислотной батареи была разработана Гастоном Планте в 1860 году, и с тех пор производство продолжает неуклонно расти. Автомобильные аккумуляторы представляют собой основное применение свинцово-кислотных технологий, за которыми следуют промышленные аккумуляторы (резервные и тяговые). Более половины мирового производства свинца приходится на аккумуляторы.

Низкая стоимость и простота изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов по отношению к другим электрохимическим парам должны обеспечить неизменный спрос на эту систему в будущем.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет положительный электрод из перекиси свинца (PbO₂) и отрицательный электрод из губчатого свинца с большой площадью поверхности (Pb). Электролит представляет собой раствор серной кислоты с удельным весом в диапазоне от 1.21 до 1.30 (от 28 до 39% по весу). При разрядке оба электрода превращаются в сульфат свинца, как показано ниже:

Производственный процесс

Производственный процесс, показанный на технологической схеме (рис. 1), описан ниже:

Рисунок 1. Процесс производства свинцово-кислотных аккумуляторов

Производство оксидов: Оксид свинца изготавливается из чушек свинца (массы свинца из плавильных печей) одним из двух способов - в котле Бартона или процессом измельчения. В процессе Barton Pot расплавленный свинец обдувается воздухом, образуя тонкий поток капель свинца. Капли реагируют с кислородом воздуха с образованием оксида, состоящего из свинцового ядра с покрытием из оксида свинца (PbO).

В процессе измельчения твердый свинец (размер которого может варьироваться от маленьких шариков до полных чушек) подается во вращающуюся мельницу. Кувыркающееся действие свинца выделяет тепло, и поверхность свинца окисляется. По мере того, как частицы перекатываются в барабане, поверхностные слои оксида удаляются, открывая больше чистого свинца для окисления. Воздушный поток переносит порошок к рукавному фильтру, где он собирается.

Производство сетки: Сети производятся в основном литьем (как автоматическим, так и ручным) или, в частности, для автомобильных аккумуляторов, развальцовкой из кованого или литого свинцового сплава.

Вставка: Аккумуляторная паста производится путем смешивания оксида с водой, серной кислотой и рядом запатентованных добавок. Паста вдавливается машиной или вручную в решетчатую решетку, а пластины обычно высушиваются мгновенно в высокотемпературной печи.

Вклеенные пластины отверждаются путем хранения их в печах при тщательно контролируемых условиях температуры, влажности и времени. Свободный свинец в пасте превращается в оксид свинца.

Формование, резка и сборка пластин: Пластины батареи подвергаются процессу электрического формирования одним из двух способов. При формировании резервуара пластины загружают в большие ванны с разбавленной серной кислотой, и пропускают постоянный ток для формирования положительных и отрицательных пластин. После сушки пластины разрезают и собирают с разделителями между ними в аккумуляторные ящики. Пластины одинаковой полярности соединяются путем сварки ушек пластин.

При формировании банки пластины формируются электрически после сборки в аккумуляторные ящики.

Опасности для здоровья на рабочем месте и средства контроля

Вести

Свинец представляет собой основную опасность для здоровья, связанную с производством аккумуляторов. Основной путь воздействия – вдыхание, но проглатывание также может представлять проблему, если не уделять должного внимания личной гигиене. Воздействие может происходить на всех этапах производства.

Производство оксида свинца потенциально очень опасно. Воздействие контролируется путем автоматизации процесса, что устраняет опасность для рабочих. На многих фабриках процесс управляется одним человеком.

При литье в сетку воздействие паров свинца сводится к минимуму за счет использования местной вытяжной вентиляции (МВВ) вместе с термостатическим контролем свинцовых электролизеров (выбросы паров свинца заметно возрастают при температуре выше 500 C). Свинцовая окалина, которая образуется поверх расплавленного свинца, также может вызывать проблемы. Окалина содержит большое количество очень мелкой пыли, и при ее удалении необходимо проявлять большую осторожность.

Области склеивания традиционно приводили к высокому воздействию свинца. Метод изготовления часто приводит к попаданию брызг свинцового шлама на механизмы, пол, фартуки и сапоги. Эти брызги высыхают и образуют переносимую по воздуху свинцовую пыль. Контроль достигается за счет постоянного увлажнения пола и частого протирания фартуков губкой.

Воздействие свинца в других цехах (формовка, резка и сборка листа) происходит при работе с сухими, запыленными листами. Воздействие сводится к минимуму с помощью LEV вместе с надлежащим использованием средств индивидуальной защиты.

Во многих странах действует законодательство, ограничивающее степень воздействия на рабочем месте, и существуют числовые стандарты для уровней содержания свинца в воздухе и крови.

Специалист по гигиене труда обычно нанимается для взятия образцов крови у подвергшихся воздействию рабочих. Частота анализа крови может варьироваться от ежегодного для работников с низким уровнем риска до ежеквартального для тех, кто работает в отделениях с высоким риском (например, склеивание). Если уровень свинца в крови рабочего превышает установленный законом предел, то работник должен быть отстранен от любого воздействия свинца на работе до тех пор, пока содержание свинца в крови не упадет до уровня, который медицинский консультант сочтет приемлемым.

Отбор проб воздуха на содержание свинца дополняет анализ крови на содержание свинца. Предпочтительным методом является персональная, а не статическая выборка. Обычно требуется большое количество проб воздуха из-за присущей изменчивости результатов. Использование правильных статистических процедур при анализе данных может дать информацию об источниках свинца и послужить основой для усовершенствования инженерного проектирования. Регулярный отбор проб воздуха можно использовать для оценки постоянной эффективности систем контроля.

Допустимые концентрации свинца в воздухе и концентрации свинца в крови варьируются от страны к стране и в настоящее время составляют от 0.05 до 0.20 мг/м.³ и от 50 до 80 мг/дл соответственно. В этих пределах наблюдается постоянная тенденция к снижению.

В дополнение к обычным инженерным средствам контроля необходимы другие меры для сведения к минимуму воздействия свинца. В любой производственной зоне запрещается есть, курить, пить или жевать жевательную резинку.

Должны быть предусмотрены подходящие помещения для стирки и переодевания, позволяющие хранить рабочую одежду отдельно от личной одежды и обуви. Умывальники/души должны располагаться между чистой и грязной зонами.

Серная кислота

В процессе формирования активный материал на пластинах превращается в PbO.₂ на положительном и Pb на отрицательном электроде. По мере полной зарядки пластин ток формирования начинает диссоциировать воду в электролите на водород и кислород:

Положительный:        

Отрицательный:      

При газировании образуется туман серной кислоты. Одно время эрозия зубов была обычным явлением среди рабочих на участках формирования. Аккумуляторные компании традиционно пользовались услугами стоматолога, и многие продолжают это делать.

Недавние исследования (IARC 1992) предположили возможную связь между воздействием аэрозолей неорганических кислот (включая серную кислоту) и раком гортани. Исследования в этой области продолжаются.

Стандарт профессионального воздействия в Великобритании для тумана серной кислоты составляет 1 мг / м .³. Воздействие можно поддерживать ниже этого уровня с помощью LEV над контурами формации.

Воздействие на кожу агрессивной серной кислоты также вызывает беспокойство. Меры предосторожности включают средства индивидуальной защиты, фонтанчики для промывания глаз и аварийные души.

Тальк

Тальк используется в некоторых операциях ручного литья в качестве смазки для форм. Длительное воздействие тальковой пыли может вызвать пневмокониоз, и важно, чтобы пыль контролировалась с помощью соответствующих мер вентиляции и контроля технологического процесса.

Искусственные минеральные волокна (MMF)

Сепараторы используются в свинцово-кислотных батареях для электрической изоляции положительных пластин от отрицательных. На протяжении многих лет использовались различные типы материалов (например, резина, целлюлоза, поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен), но все чаще используются сепараторы из стекловолокна. Эти сепараторы изготавливаются из ММФ.

Повышенный риск развития рака легких среди рабочих был продемонстрирован на заре развития производства минеральной ваты (HSE 1990). Однако это могло быть вызвано другими канцерогенными материалами, использовавшимися в то время. Тем не менее, разумно свести к минимуму любое воздействие ММФ либо за счет полного ограждения, либо за счет LEV.

Стибин и арсин

Сурьма и мышьяк обычно используются в сплавах свинца, а стибин (SbH₃) или арсин (AsH₃) может производиться при определенных обстоятельствах:

• когда ячейке дается чрезмерная перезарядка
• когда окалина из свинцово-кальциевого сплава смешивается с окалиной из свинцово-сурьмяного или свинцово-мышьякового сплава. Два шлака могут химически реагировать с образованием стибида кальция или арсенида кальция, которые при последующем смачивании могут генерировать SbH.₃ или АШ₃.

Стибин и арсин являются высокотоксичными газами, разрушающими эритроциты. Строгий технологический контроль при производстве аккумуляторов должен предотвратить любой риск воздействия этих газов.

Физические опасности

При производстве аккумуляторов также существует множество физических опасностей (например, шум, брызги расплавленного металла и кислоты, опасность поражения электрическим током и ручное обращение), но риски, связанные с ними, можно снизить с помощью соответствующих инженерных и технологических средств управления.

Окружающая среда

Влияние свинца на здоровье детей было тщательно изучено. Поэтому очень важно, чтобы выбросы свинца в окружающую среду были сведены к минимуму. Для аккумуляторных заводов наиболее загрязняющие выбросы в атмосферу должны быть отфильтрованы. Все технологические отходы (обычно кислые свинецсодержащие суспензии) должны перерабатываться на очистных сооружениях для нейтрализации кислоты и осаждения свинца из суспензии.

Будущие разработки

Вполне вероятно, что в будущем будут ужесточаться ограничения на использование свинца. В профессиональном смысле это приведет к увеличению автоматизации процессов, так что рабочий будет удален от опасности.

Назад