星期三,三月16 2011 18:52

鉛酸電池製造

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鉛酸電池的第一個實用設計由 Gaston Planté 於 1860 年開發,此後產量持續穩步增長。 汽車電池代表了鉛酸技術的主要用途,其次是工業電池(備用電源和牽引力)。 全球一半以上的鉛產量用於電池。

與其他電化學對相比,鉛酸電池的低成本和易於製造應確保未來對該系統的持續需求。

鉛酸蓄電池的正極是過氧化鉛(PbO2) 和高表面積海綿狀鉛 (Pb) 的負電極。 電解液是一種硫酸溶液,比重在 1.21 到 1.30 之間(重量百分比為 28 到 39%)。 放電時,兩個電極都轉化為硫酸鉛,如下所示:

製造工藝

工藝流程圖(圖1)所示的製造工藝描述如下:

圖 1. 鉛酸電池製造工藝

ELA020F1

氧化物製造: 氧化鉛是通過以下兩種方法之一從生鉛(來自熔煉爐的大量鉛)中製造的——巴頓罐或研磨工藝。 在 Barton Pot 工藝中,將空氣吹過熔融鉛以產生細小的鉛滴流。 液滴與空氣中的氧氣反應形成氧化物,氧化物由鉛芯和氧化鉛 (PbO) 塗層組成。

在碾磨過程中,固體鉛(尺寸範圍從小球到完整的鉛)被送入旋轉磨機。 鉛的翻滾動作產生熱量,鉛的表面氧化。 當顆粒在滾筒中滾動時,表面的氧化物層被去除,以暴露出更乾淨的鉛以進行氧化。 氣流將粉末帶到袋式過濾器,並在那裡收集。

網格製作: 板柵主要通過鑄造(自動和手動)生產,或者,特別是對於汽車電池,由鍛造或鑄造鉛合金膨脹而成。

粘貼: 電池糊是通過將氧化物與水、硫酸和一系列專有添加劑混合製成的。 用機器或手工將糊狀物壓入網格中,板通常在高溫烘箱中快速乾燥。

將粘貼好的板材存放在嚴格控制溫度、濕度和時間的烘箱中進行固化。 漿料中的游離鉛會轉化為氧化鉛。

成型、切板、組裝: 電池板以兩種方式之一經歷電形成過程。 在槽化成過程中,將極板放入大容量的稀硫酸浴中,並通過直流電形成正極板和負極板。 乾燥後,極板被切割並組裝成電池盒,它們之間有隔板。 相同極性的極板通過將極板接線片焊接在一起來連接。

在jar formation中,極板在組裝成電池盒後進行電成型。

職業健康危害和控制

領導

鉛是與電池製造相關的主要健康危害。 主要接觸途徑是吸入,但如果對個人衛生注意不夠,攝入也會造成問題。 接觸可能發生在生產的所有階段。

氧化鉛製造具有潛在的危險性。 通過自動化過程來控制暴露,從而使工人遠離危險。 在許多工廠中,該過程由一個人操作。

在柵格鑄造中,通過使用局部排氣通風 (LEV) 以及鉛罐的恆溫控制(鉛煙排放量顯著增加到 500 C 以上),最大限度地減少了鉛煙的暴露。 在熔融鉛頂部形成的含鉛浮渣也會引起問題。 浮渣中含有大量非常細小的灰塵,處理時必須格外小心。

傳統上,粘貼區域會導致高鉛暴露。 這種製造方法通常會導致鉛漿濺到機器、地板、圍裙和靴子上。 這些飛濺物變乾並產生空氣中的鉛塵。 控制是通過保持地板永久濕潤並經常用海綿擦拭圍裙來實現的。

其他部門(成型、板材切割和組裝)的鉛暴露發生在處理乾燥、多塵的板材時。 LEV 以及適當使用個人防護設備可最大限度地減少接觸。

許多國家/地區都制定了限制職業暴露程度的立法,並且存在空氣中鉛和血鉛水平的數值標準。

通常會僱用一名職業衛生專業人員從暴露的工人身上採集血樣。 血液檢測的頻率可以從低風險工人每年一次到高風險部門(例如,粘貼)的每季度一次。 如果工人的血鉛水平超過法定限值,則該工人應停止接觸鉛的任何工作,直到血鉛水平降至醫療顧問認為可接受的水平。

鉛的空氣採樣是對血鉛檢測的補充。 個人而非靜態抽樣是首選方法。 由於結果的固有可變性,通常需要大量的空氣中鉛樣品。 在分析數據時使用正確的統計程序可以提供有關鉛來源的信息,並可以為改進工程設計提供基礎。 定期空氣採樣可用於評估控制系統的持續有效性。

允許的空氣中鉛濃度和血鉛濃度因國家/地區而異,目前範圍為 0.05 至 0.20 mg/m3 和 50 至 80 毫克/分升分別。 這些限制有持續下降的趨勢。

除了正常的工程控制之外,還需要採取其他措施來最大程度地減少鉛暴露。 在任何生產區域都不應進食、吸煙、飲水或嚼口香糖。

應提供合適的洗滌和更衣設施,使工作服與個人衣物和鞋類分開存放。 洗滌/淋浴設施應位於清潔區和臟區之間。

硫酸

在化成過程中,極板上的活性物質轉化為 PbO2 在正極和 Pb 在負極。 當極板充滿電時,地層電流開始將電解質中的水離解為氫氣和氧氣:

正:        

負:      

放氣產生硫酸霧。 牙齒腐蝕曾一度是編隊區工人的普遍特徵。 電池公司傳統上僱用牙醫服務,而且許多公司繼續這樣做。

最近的研究(IARC 1992)表明暴露於無機酸霧(包括硫酸)與喉癌之間可能存在聯繫。 該領域的研究仍在繼續。

英國對硫酸霧的職業接觸標準為1mg/m3. 通過在化成電路上設置 LEV,可以將曝光保持在該水平以下。

接觸腐蝕性硫酸液體的皮膚也值得關注。 預防措施包括個人防護設備、洗眼器和緊急淋浴器。

滑石

滑石粉在某些手工鑄造操作中用作脫模劑。 長期接觸滑石粉塵會引起塵肺病,通過適當的通風和過程控制措施控製粉塵很重要。

人造礦物纖維 (MMF)

隔板用於鉛酸電池中以將正極板與負極板電絕緣。 多年來使用了各種類型的材料(例如,橡膠、纖維素、聚氯乙烯 (PVC)、聚乙烯),但越來越多地使用玻璃纖維隔板。 這些分離器由 MMF 製成。

在礦棉工業的早期,工人患肺癌的風險增加了 (HSE 1990)。 不過,這可能是當時使用的其他致癌物質所致。 儘管如此,確保通過總封閉空間或 LEV 將對 MMF 的任何暴露保持在最低限度是謹慎的。

銻和胂

銻和砷常用於鉛合金,銻(SbH3) 或胂 (AsH3) 可以在某些情況下產生:

    • 當電池過度充電時
    • 當鉛鈣合金的浮渣與鉛銻或鉛砷合金的浮渣混合時。 這兩種浮渣可以發生化學反應,形成銻化鈣或砷化鈣,在隨後的潤濕過程中,可以生成 SbH3 或 AsH3.

       

      銻和胂都是劇毒氣體,其作用是破壞紅細胞。 電池製造期間的嚴格過程控制應防止任何暴露於這些氣體的風險。

      物理危害

      電池製造中也存在各種物理危害(例如,噪音、熔融金屬和酸液飛濺、電氣危害和人工操作),但可以通過適當的工程和過程控制來降低這些風險。

      環境問題

      鉛對兒童健康的影響已得到廣泛研究。 因此,將鉛的環境釋放保持在最低限度非常重要。 對於電池廠來說,污染最嚴重的廢氣排放物應該進行過濾。 所有工藝廢物(通常是酸性含鉛泥漿)都應在污水處理廠進行處理,以中和酸並從懸浮液中沉澱出鉛。

      未來發展

      未來鉛的使用可能會受到越來越多的限制。 從職業的角度來看,這將導致流程自動化程度的提高,從而使工人遠離危險。

       

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