El primer diseño práctico de una batería de plomo-ácido fue desarrollado por Gaston Planté en 1860 y, desde entonces, la producción no ha dejado de crecer. Las baterías automotrices representan el principal uso de la tecnología de plomo-ácido, seguidas de las baterías industriales (energía de reserva y tracción). Más de la mitad de la producción mundial de plomo se destina a baterías.

El bajo costo y la facilidad de fabricación de las baterías de plomo-ácido en relación con otros pares electroquímicos deberían garantizar una demanda continua de este sistema en el futuro.

La batería de plomo-ácido tiene un electrodo positivo de peróxido de plomo (PbO₂) y un electrodo negativo de plomo esponjoso (Pb) de alta superficie. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico con una gravedad específica en el rango de 1.21 a 1.30 (28 a 39% en peso). En la descarga, ambos electrodos se convierten en sulfato de plomo, como se muestra a continuación:

Proceso de manufactura

El proceso de fabricación, que se muestra en el diagrama de flujo del proceso (figura 1), se describe a continuación:

Figura 1. Proceso de fabricación de baterías de plomo-ácido

Fabricación de óxido: El óxido de plomo se fabrica a partir de cerdos de plomo (masas de plomo de los hornos de fundición) mediante uno de dos métodos: una olla Barton o un proceso de molienda. En el proceso Barton Pot, se sopla aire sobre el plomo fundido para producir una fina corriente de gotas de plomo. Las gotitas reaccionan con el oxígeno del aire para formar el óxido, que consiste en un núcleo de plomo con una capa de óxido de plomo (PbO).

En el proceso de molienda, el plomo sólido (que puede variar en tamaño desde pequeñas bolas hasta cerdos completos) se introduce en un molino rotatorio. La acción de volteo del plomo genera calor y la superficie del plomo se oxida. A medida que las partículas ruedan en el tambor, las capas superficiales de óxido se eliminan para exponer más plomo limpio para la oxidación. La corriente de aire lleva el polvo a un filtro de bolsa, donde se recoge.

Producción de rejilla: Las rejillas se fabrican principalmente por fundición (tanto automática como manual) o, en particular para las baterías de automóviles, por expansión a partir de una aleación de plomo forjado o fundido.

Pegado: La pasta de batería se fabrica mezclando el óxido con agua, ácido sulfúrico y una variedad de aditivos patentados. La pasta se presiona a máquina o a mano en la red de rejilla y las placas generalmente se secan instantáneamente en un horno de alta temperatura.

Las placas empastadas se curan almacenándolas en hornos bajo condiciones cuidadosamente controladas de temperatura, humedad y tiempo. El plomo libre en la pasta se convierte en óxido de plomo.

Formación, corte y montaje de chapas: Las placas de batería se someten a un proceso de formación eléctrica en una de dos formas. En la formación del tanque, las placas se cargan en grandes baños de ácido sulfúrico diluido y se pasa una corriente continua para formar las placas positiva y negativa. Después del secado, las placas se cortan y ensamblan, con separadores entre ellas, en cajas de baterías. Las placas de polaridad similar se conectan soldando las orejetas de las placas.

En la formación de jarras, las placas se forman eléctricamente después de ensamblarse en cajas de baterías.

Riesgos y controles de salud ocupacional

Lidera

El plomo es el principal peligro para la salud asociado con la fabricación de baterías. La principal vía de exposición es por inhalación, pero la ingestión también puede plantear un problema si no se presta suficiente atención a la higiene personal. La exposición puede ocurrir en todas las etapas de producción.

La fabricación de óxido de plomo es potencialmente muy peligrosa. Las exposiciones se controlan automatizando el proceso, eliminando así a los trabajadores del peligro. En muchas fábricas el proceso es operado por una sola persona.

En la fundición de rejilla, las exposiciones a los humos de plomo se minimizan mediante el uso de ventilación de escape local (LEV) junto con el control termostático de las ollas de plomo (las emisiones de humo de plomo aumentan notablemente por encima de 500 C). La escoria que contiene plomo, que se forma sobre el plomo fundido, también puede causar problemas. La escoria contiene una gran cantidad de polvo muy fino y se debe tener mucho cuidado al desecharla.

Las áreas pegajosas han resultado tradicionalmente en altas exposiciones al plomo. El método de fabricación a menudo da como resultado salpicaduras de lodo de plomo en la maquinaria, el piso, los delantales y las botas. Estas salpicaduras se secan y producen polvo de plomo en el aire. El control se logra manteniendo el piso permanentemente mojado y lavando con frecuencia los delantales.

Las exposiciones al plomo en otros departamentos (formado, corte y montaje de placas) se producen a través de la manipulación de placas secas y polvorientas. Las exposiciones son minimizadas por LEV junto con el uso apropiado de equipo de protección personal.

Muchos países cuentan con legislación para limitar el grado de exposición ocupacional y existen estándares numéricos para los niveles de plomo en el aire y en la sangre.

Normalmente se contrata a un profesional de la salud en el trabajo para que tome muestras de sangre de los trabajadores expuestos. La frecuencia de los análisis de sangre puede variar desde anual para trabajadores de bajo riesgo hasta trimestral para aquellos en departamentos de alto riesgo (p. ej., emplasto). Si el nivel de plomo en la sangre de un trabajador excede el límite legal, entonces el trabajador debe ser retirado de cualquier exposición laboral al plomo hasta que el plomo en la sangre caiga a un nivel que el asesor médico considere aceptable.

El muestreo de plomo en el aire es complementario a la prueba de plomo en sangre. El muestreo personal, en lugar del estático, es el método preferido. Por lo general, se requiere una gran cantidad de muestras de plomo en el aire debido a la variabilidad inherente en los resultados. El uso de los procedimientos estadísticos correctos en el análisis de los datos puede brindar información sobre las fuentes de plomo y puede proporcionar una base para realizar mejoras en el diseño de ingeniería. El muestreo de aire regular se puede utilizar para evaluar la eficacia continua de los sistemas de control.

Las concentraciones permitidas de plomo en el aire y las concentraciones de plomo en la sangre varían de un país a otro y actualmente oscilan entre 0.05 y 0.20 mg/m³ y 50 a 80 mg/dl respectivamente. Hay una tendencia continua a la baja en estos límites.

Además de los controles de ingeniería normales, se necesitan otras medidas para minimizar la exposición al plomo. No se debe comer, fumar, beber o masticar chicle en ninguna área de producción.

Deben proporcionarse instalaciones adecuadas para lavarse y cambiarse de ropa para permitir que la ropa de trabajo se guarde en un área separada de la ropa y el calzado personales. Las instalaciones de lavado/ducha deben ubicarse entre las áreas limpias y sucias.

ácido sulfurico

Durante el proceso de formación, el material activo de las placas se convierte en PbO.₂ en el electrodo positivo y Pb en el negativo. A medida que las placas se cargan por completo, la corriente de formación comienza a disociar el agua del electrolito en hidrógeno y oxígeno:

Positivo:        

Negativo:      

La gasificación genera neblina de ácido sulfúrico. La erosión dental fue, en un momento, una característica común entre los trabajadores en las áreas de formación. Las compañías de baterías han empleado tradicionalmente los servicios de un dentista y muchas continúan haciéndolo.

Estudios recientes (IARC 1992) han sugerido un posible vínculo entre la exposición a neblinas de ácidos inorgánicos (incluido el ácido sulfúrico) y el cáncer de laringe. La investigación continúa en esta área.

El estándar de exposición ocupacional en el Reino Unido para neblina de ácido sulfúrico es de 1 mg/m³. Las exposiciones se pueden mantener por debajo de este nivel con LEV sobre los circuitos de formación.

La exposición de la piel al ácido sulfúrico líquido corrosivo también es motivo de preocupación. Las precauciones incluyen equipo de protección personal, fuentes lavaojos y duchas de emergencia.

Talco

El talco se utiliza en ciertas operaciones de fundición a mano como agente de desmoldeo. La exposición a largo plazo al polvo de talco puede causar neumoconiosis, y es importante que el polvo se controle mediante medidas adecuadas de ventilación y control del proceso.

Fibras minerales artificiales (MMF)

Los separadores se utilizan en las baterías de plomo-ácido para aislar eléctricamente las placas positivas de las negativas. Se han utilizado varios tipos de materiales a lo largo de los años (p. ej., caucho, celulosa, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno), pero, cada vez más, se utilizan separadores de fibra de vidrio. Estos separadores se fabrican con MMF.

Se demostró un mayor riesgo de cáncer de pulmón entre los trabajadores en los primeros días de la industria de la lana mineral (HSE 1990). Sin embargo, esto puede haber sido causado por otros materiales cancerígenos en uso en ese momento. Sin embargo, es prudente asegurarse de que cualquier exposición a los MMF se mantenga al mínimo, ya sea mediante el encierro total o LEV.

Estibina y arsina

El antimonio y el arsénico se usan comúnmente en aleaciones de plomo y la estibina (SbH₃) o arsina (AsH₃) puede producirse en determinadas circunstancias:

• cuando una celda recibe una sobrecarga excesiva
• cuando la escoria de una aleación de plomo-calcio se mezcla con la escoria de una aleación de plomo-antimonio o plomo-arsénico. Las dos escorias pueden reaccionar químicamente para formar estibido de calcio o arseniuro de calcio que, al humedecerse posteriormente, puede generar SbH.₃ o ceniza₃.

La estibina y la arsina son gases altamente tóxicos que actúan destruyendo los glóbulos rojos. Los estrictos controles de proceso durante la fabricación de baterías deberían evitar cualquier riesgo de exposición a estos gases.

Peligros físicos

También existe una variedad de peligros físicos en la fabricación de baterías (p. ej., ruido, salpicaduras de ácido y metal fundido, peligros eléctricos y manipulación manual), pero los riesgos derivados de estos pueden reducirse mediante controles de proceso e ingeniería adecuados.

Cuestiones ambientales

El efecto del plomo en la salud de los niños ha sido ampliamente estudiado. Por lo tanto, es muy importante que las liberaciones ambientales de plomo se mantengan al mínimo. Para las fábricas de baterías, se deben filtrar las emisiones al aire más contaminantes. Todos los desechos del proceso (por lo general, una suspensión acuosa ácida que contiene plomo) deben procesarse en una planta de tratamiento de efluentes para neutralizar el ácido y eliminar el plomo de la suspensión.

Futuros desarrollos

Es probable que en el futuro aumenten las restricciones sobre el uso del plomo. En un sentido ocupacional, esto dará como resultado una creciente automatización de los procesos para que el trabajador esté alejado del peligro.

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