Il primo progetto pratico di una batteria al piombo fu sviluppato da Gaston Planté nel 1860 e da allora la produzione ha continuato a crescere costantemente. Le batterie per autoveicoli rappresentano il maggior utilizzo della tecnologia piombo-acido, seguite dalle batterie industriali (alimentazione di riserva e trazione). Più della metà della produzione mondiale di piombo va nelle batterie.

Il basso costo e la facilità di fabbricazione delle batterie al piombo rispetto ad altre coppie elettrochimiche dovrebbero garantire una domanda continua di questo sistema in futuro.

La batteria al piombo ha un elettrodo positivo di perossido di piombo (PbO₂) e un elettrodo negativo di piombo spugnoso ad alta superficie (Pb). L'elettrolita è una soluzione di acido solforico con peso specifico compreso tra 1.21 e 1.30 (dal 28 al 39% in peso). Alla scarica, entrambi gli elettrodi si convertono in solfato di piombo, come mostrato di seguito:

Processo di fabbricazione

Il processo di produzione, mostrato nel diagramma di flusso del processo (figura 1), è descritto di seguito:

Figura 1. Processo di fabbricazione della batteria al piombo

Produzione di ossido: L'ossido di piombo è prodotto da maiali di piombo (masse di piombo provenienti da forni fusori) mediante uno dei due metodi: un Barton Pot o un processo di macinazione. Nel processo Barton Pot, l'aria viene soffiata sul piombo fuso per produrre un sottile flusso di goccioline di piombo. Le goccioline reagiscono con l'ossigeno nell'aria per formare l'ossido, che consiste in un nucleo di piombo con un rivestimento di ossido di piombo (PbO).

Nel processo di macinazione, il piombo solido (che può variare in dimensioni da palline a maiali completi) viene alimentato in un mulino rotante. L'azione di rotolamento del piombo genera calore e la superficie del piombo si ossida. Quando le particelle rotolano nel tamburo, gli strati superficiali di ossido vengono rimossi per esporre piombo più pulito all'ossidazione. Il flusso d'aria trasporta la polvere in un filtro a maniche, dove viene raccolta.

Produzione rete: Le griglie sono prodotte principalmente per fusione (sia automatica che manuale) o, in particolare per batterie per autoveicoli, espansione da lega di piombo lavorata o fusa.

Incollare: La pasta per batterie viene prodotta miscelando l'ossido con acqua, acido solforico e una gamma di additivi brevettati. La pasta viene pressata a macchina oa mano nel reticolo della griglia e le lastre vengono generalmente essiccate rapidamente in un forno ad alta temperatura.

Le lastre incollate vengono stagionate conservandole in forni in condizioni di temperatura, umidità e tempo attentamente controllate. Il piombo libero nella pasta si converte in ossido di piombo.

Formazione, taglio della lastra e assemblaggio: Le piastre della batteria subiscono un processo di formazione elettrica in due modi. Nella formazione del serbatoio, le piastre vengono caricate in grandi bagni di acido solforico diluito e viene fatta passare una corrente continua per formare le piastre positive e negative. Dopo l'asciugatura, le lastre vengono tagliate e assemblate, con separatori tra di loro, in scatole batteria. Piastre di polarità simile sono collegate saldando insieme le alette della piastra.

Nella formazione del barattolo, le piastre vengono formate elettricamente dopo essere state assemblate nelle scatole delle batterie.

Rischi e controlli per la salute sul lavoro

Portare

Il piombo è il principale pericolo per la salute associato alla produzione di batterie. La principale via di esposizione è per inalazione, ma anche l'ingestione può rappresentare un problema se non si presta sufficiente attenzione all'igiene personale. L'esposizione può verificarsi in tutte le fasi della produzione.

La produzione di ossido di piombo è potenzialmente molto pericolosa. Le esposizioni sono controllate automatizzando il processo, rimuovendo così i lavoratori dal pericolo. In molte fabbriche il processo è gestito da una sola persona.

Nella colata della griglia, le esposizioni ai fumi di piombo sono ridotte al minimo mediante l'uso della ventilazione di scarico locale (LEV) insieme al controllo termostatico dei vasi di piombo (le emissioni di fumi di piombo aumentano notevolmente sopra i 500 °C). Anche le scorie contenenti piombo, che si formano sopra il piombo fuso, possono causare problemi. Le scorie contengono una grande quantità di polvere molto fine e occorre prestare molta attenzione durante lo smaltimento.

Le aree di incollaggio hanno tradizionalmente provocato un'elevata esposizione al piombo. Il metodo di produzione spesso provoca schizzi di impasto di piombo su macchinari, pavimento, grembiuli e stivali. Questi schizzi si asciugano e producono polvere di piombo nell'aria. Il controllo si ottiene mantenendo il pavimento permanentemente bagnato e lavando frequentemente i grembiuli.

L'esposizione al piombo in altri reparti (formatura, taglio lastre e assemblaggio) avviene attraverso la manipolazione di lastre asciutte e polverose. Le esposizioni sono ridotte al minimo da LEV insieme all'uso appropriato di dispositivi di protezione individuale.

Molti paesi dispongono di leggi per limitare il grado di esposizione professionale ed esistono standard numerici per i livelli di piombo nell'aria e di piombo nel sangue.

Un professionista della medicina del lavoro è normalmente impiegato per prelevare campioni di sangue dai lavoratori esposti. La frequenza delle analisi del sangue può variare da annuale per i lavoratori a basso rischio a trimestrale per quelli nei reparti ad alto rischio (ad esempio, incollare). Se il livello di piombo nel sangue di un lavoratore supera il limite legale, allora il lavoratore dovrebbe essere rimosso da qualsiasi esposizione lavorativa al piombo fino a quando il livello di piombo nel sangue non scende a un livello ritenuto accettabile dal consulente medico.

Il campionamento dell'aria per il piombo è complementare al test del piombo nel sangue. Il campionamento personale, piuttosto che statico, è il metodo preferito. Di solito è necessario un gran numero di campioni di piombo in aria a causa della variabilità intrinseca dei risultati. L'uso delle procedure statistiche corrette nell'analisi dei dati può fornire informazioni sulle fonti di piombo e può fornire una base per apportare miglioramenti alla progettazione ingegneristica. Il campionamento regolare dell'aria può essere utilizzato per valutare la continua efficacia dei sistemi di controllo.

Le concentrazioni consentite di piombo nell'aria e le concentrazioni di piombo nel sangue variano da paese a paese e attualmente vanno da 0.05 a 0.20 mg/m³ e rispettivamente da 50 a 80 mg/dl. C'è una continua tendenza al ribasso in questi limiti.

Oltre ai normali controlli tecnici, sono necessarie altre misure per ridurre al minimo l'esposizione al piombo. Non si dovrebbe mangiare, fumare, bere o masticare gomme in nessuna area di produzione.

Devono essere forniti idonei impianti di lavaggio e spogliatoio per consentire di tenere gli indumenti da lavoro in un'area separata dagli indumenti e dalle calzature personali. I servizi di lavaggio/doccia devono essere posizionati tra le aree pulite e sporche.

acido solforico

Durante il processo di formazione il materiale attivo sulle piastre viene convertito in PbO₂ all'elettrodo positivo e Pb all'elettrodo negativo. Quando le piastre si caricano completamente, la corrente di formazione inizia a dissociare l'acqua nell'elettrolita in idrogeno e ossigeno:

Positivo:        

Negativo:      

La gassificazione genera nebbia di acido solforico. L'erosione dei denti era, un tempo, una caratteristica comune tra i lavoratori nelle aree di formazione. Le aziende produttrici di batterie hanno tradizionalmente utilizzato i servizi di un dentista e molte continuano a farlo.

Recenti studi (IARC 1992) hanno suggerito un possibile legame tra l'esposizione a nebbie di acidi inorganici (compreso l'acido solforico) e il cancro della laringe. La ricerca continua in questo settore.

Lo standard di esposizione professionale nel Regno Unito per la nebbia di acido solforico è di 1 mg/m³. Le esposizioni possono essere mantenute al di sotto di questo livello con LEV in atto sui circuiti di formazione.

Desta preoccupazione anche l'esposizione della pelle al liquido corrosivo dell'acido solforico. Le precauzioni includono dispositivi di protezione individuale, fontanelle per il lavaggio degli occhi e docce di emergenza.

Talco

Il talco viene utilizzato in alcune operazioni di fusione a mano come agente distaccante. L'esposizione a lungo termine alla polvere di talco può causare pneumoconiosi ed è importante che la polvere sia controllata da adeguate misure di ventilazione e controllo del processo.

Fibre minerali artificiali (MMF)

I separatori vengono utilizzati nelle batterie al piombo per isolare elettricamente il positivo dalle piastre negative. Nel corso degli anni sono stati utilizzati diversi tipi di materiale (es. gomma, cellulosa, cloruro di polivinile (PVC), polietilene), ma sempre più spesso si utilizzano separatori in fibra di vetro. Questi separatori sono prodotti da MMF.

Un aumento del rischio di cancro ai polmoni tra i lavoratori è stato dimostrato nei primi giorni dell'industria della lana minerale (HSE 1990). Tuttavia, ciò potrebbe essere stato causato da altri materiali cancerogeni in uso in quel momento. È tuttavia prudente garantire che l'eventuale esposizione agli FCM sia ridotta al minimo mediante chiusura totale o LEV.

Stibina e arsina

L'antimonio e l'arsenico sono comunemente usati nelle leghe di piombo e la stibina (SbH₃) o arsina (AsH₃) può essere prodotto in determinate circostanze:

• quando una cella riceve un sovraccarico eccessivo
• quando le scorie di una lega di piombo calcio vengono mescolate con le scorie di una lega di piombo antimonio o piombo arsenico. Le due scorie possono reagire chimicamente formando stibide di calcio o arseniuro di calcio che, alla successiva bagnatura, possono generare SbH₃ o Ash₃.

Stibina e arsina sono entrambi gas altamente tossici che agiscono distruggendo i globuli rossi. Rigorosi controlli di processo durante la produzione delle batterie dovrebbero prevenire qualsiasi rischio di esposizione a questi gas.

Rischi fisici

Nella produzione delle batterie esiste anche una varietà di rischi fisici (ad es. rumore, schizzi di acido e metallo fuso, rischi elettrici e movimentazione manuale), ma i rischi derivanti da questi possono essere ridotti mediante appropriati controlli tecnici e di processo.

Problemi ambientali

L'effetto del piombo sulla salute dei bambini è stato ampiamente studiato. È quindi molto importante che le emissioni ambientali di piombo siano ridotte al minimo. Per le fabbriche di batterie, le emissioni atmosferiche più inquinanti dovrebbero essere filtrate. Tutti i rifiuti di processo (di solito una sospensione acida contenente piombo) devono essere trattati in un impianto di trattamento degli effluenti per neutralizzare l'acido e separare il piombo dalla sospensione.

Sviluppi futuri

È probabile che in futuro vi saranno crescenti restrizioni sull'uso del piombo. In senso professionale ciò si tradurrà in una crescente automazione dei processi in modo che il lavoratore sia allontanato dal pericolo.

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