ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПАСТ
Для приготовления паст применяются свинцовый порошок, серная кислота плотностью от 1,07 до 1,400 г/см3 и вода. При приготовлении паст для отрицательных электродов, кроме того, применяются добавки — расширители и ингибиторы.
Для укрепления паст и активных масс применяют добавки химически стойких полимерных волокон, порошков или водных суспензий.
Необходимые сведения о свинцовом порошке, серной кислоте и расширителях излагались в предыдущих главах. Здесь же изложены требования к свинцовым порошкам и производственной воде.
Свинцовый порошок, применяемый для изготовления паст, должен удовлетворять характеристикам, приведенным в табл. 37.
Таблица 37 Характеристика свинцового порошка, применяемого для приготовления свинцовых паст
|
Вода, применяемая в аккумуляторной промышленности, должна быть чистой и не содержать взвешенных частиц. Если вода городской водопроводной сети сильно загрязнена, то ее подвергают фильтрации и очистке. Применяется также конденсат пара от местной парокотельной установки или теплоцентрали. Прокаленного остатка должно быть не более 200 мг в литре воды. Особенно необходимо следить, чтобы содержание железа было не больше чем 7 мг на литр. Конденсат от парокотельных установок улавливается
в специальных холодильниках, предохраненных от попадания в них железа.
Для очистки воды от растворимых в ней примесей солей (NaCl, СаС03 и пр.) в последнее время приобретают широкое распространение аппараты с ионообменными смолами. Многие органические вещества в дисперсном состоянии обладают свойством (будучи сами нерастворимыми в воде) поглощать на своей поверхности в большом количестве растворимые соли, очищая от них воду. Они регенерируются (восстанавливают свою способность к поглощению)
Рис. 93. Лопастный смеситель периодического действия: А — смеситель, б — лопасть смесителя |
С; |
Обработкой растворами кислот или щелочей, которые удаляют поглощенные примеси.
Сущность процесса приготовления паст сводится к смещению рецептурных количеств свинцовых окислов, серной кислоты и воды, производимому в периодически или непрерывно действующих смесителях. Для отрицательных паст кроме перечисленных веществ в смеситель вводятся также расширители, а в - ряде случаев ингибиторы и укрепители.
Смесители периодического действия находят ограниченное применение, более распространенными являются-смесители непрерывного действия, устанавливаемые в поточных механизированных ли-' ниях по изготовлению пластин.
Наиболее распространенным является следующий способ перемешивания паст из свинцового порошка в смесителях периодического действия (рис. 93).(Сначала засыпают свинцовый порошок, затем включают мешалку и вливают воду или раствор слабой серной кислоты плотностью 1,07 г/см3, после перемешивания в течение 5—10 мин заливают раствор серной кислоты плотностью 1,4 г/см3. Заливка кислоты в два приема способствует получению паст, дающих активные массы с более высокими емкостными характеристи-
Ками. В конце перемешивания вливают корректировочную воду. Перемешивание компонентов продолжается 20—30 мин.
Для лучшего распределения расширителя по пасте его вносят в пасту медленно в течение 5—10 мин; сухой расширитель вносят через сито с сеткой № 028. Лучшее распределение сухого расширителя достигается применением его смеси со свинцовым порошком, содержащим 10% расширителя. Эта смесь называется обогащенной и приготовляется в отдельном сухом лопастном смесителе.
В смесителе непрерывного действия (рис. 94) свинцовый порошок, подаваемый дозатором с одного конца корытообразного корпуса, постепенно продвигается лопастями к другому его разгрузочному концу. Вместе с порошком в смеситель непрерывной струей вливают воду или слабый раствор серной кислоты. Далее, на некотором расстоянии вдоль движения свинцового порошка, подается более концентрированная серная кислота. Ближе к разгрузочному концу смесителя заливают воду для корректировки плотности пасты.
В некоторых случаях после поступления свинцового порошка струя в струю вливается серная кислота плотностью 1,2 г/см3 и вода. Количество поступающей воды корректируется для получения пасты нужной характеристики.
Применяют два способа введения расширителей в смеситель: в виде сухой обогащенной смеси и в виде водной суспензии. В первом случае смешивание, производится до введения серной кислоты, во втором — после. При заливке воды или серной кислоты в два приема суспензия вносится в пасту после воды или первой порции серной кислоты. Введение расширителей в виде ^спензии снижает пылеобразование и улучшает условия труда рабочих.
Ингибитор окисления свинца — а-оксинафтойная кислота вводится вместе с расширителями в виде суспензии. Это необходимо соблюдать для сохранения хороших намазочных свойств пасты и предупреждения возможной пассивации электрода при формировании.
Волокнистые укрепители вносят в пасту распылением нарезанного волокна, порошкообразные — в сухой свинцовый порошок, водная суспензия полимера вносится с рецептурной водой.
Содержание сернокислого свинца в пасте при выборе рецептуры пасты обычно определяется количеством моногидрата серной кислоты (H2SO4) в граммах, приходящимся на 1 кг свинцового порошка.
Пасты для положительных электродов стартерных батарей должны содержать 35—40 г серной кислоты на 1 кг порошка, а пасты для отрицательных электродов — 30—38 г серной кислоты на 1 кг порошка. Более пористые и легкие пасты, применяемые в аккумуляторах с большим коэффициентом использования активной массы, но с меньшим сроком службы, содержат моногидрат серной кислоты в рецепте пасты до 60 г/кг.
Плотность пасты из свинцового порошка, применяемой* для батарей стартерных типов, после ее изготовления должна находиться
для положительных пластин в пределах 4—4,3 г/см3, для отрицательных— 4,2—4,5 г/см3. Пасты из сурика и глета обычно имеют плотность на 0,2—0,3 г/см3 больше.
Количество воды, добавляемой в пасту, ограничено узкими пределами. Если воды мало, паста получается густой, плохо вмазываемой в решетку. Напротив, если воды слишком много, паста становится жидкой, расползается и трудно вмазывается в решетку. Количество дополнительной воды, входящей в рецепт пасты, практически колеблется в пределах 0,2— 0,3% от массы пасты. Удельная масса пасты и ее пористость связаны с рецептурой и способом ее изготовления. Чем больше введено в пасту серной кислоты и воды, тем более пористой получается активная масса. Увеличение количества серной кислоты повышает вязкость пасты. Поэтому, изменяя содержание в рецепте пасты кислоты и воды, можно подобрать нужную консистенцию, пригодную для намазки и дающую необходимую пористость в активных массах.
С другой стороны, состав пасты существенно влияет на емкость и другие характеристики аккумуляторов. Например, повышенная пористость пасты для положительных пластин увеличивает емкость аккумуляторов, но сокращает срок их службы. Пористость активных масс автомобильных батарей в заряженном состоянии должна составлять 50% Для положительных и около 60% для отрицательных масс. Поэтому для изготовления качественной продукции необходимо в производстве строго соблюдать принятую ленную технологию ее изготовления.
Содержание моногидрата серной кислоты может быть увеличено, если изменить порядок введения в порошок жидких компонентов. Например, вливая вначале крепкую кислоту, а затем воду для получения нормальной пасты по плотности и вязкости и намывочным свойствам (рис. 95). Так, при введении таким образом серной кислоты плотностью 1,4 г/см3 количество ее в рецепте необходимо увеличить до 80 г на 1 кг порошка. Применение таких паст для положительных пластин в ряде случаев позволяет повысить начальные емкости батарей, сохраняя при этом их срок службы.
Рис. 95. Зависимость плотности пасты от содержания в йен моногидрата сериой кислоты и от порядка смешения свинцового порошка с раствором серной кислоты и воды; пасты имеют одинаковую вязкость: 1 — вначале вливается раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см3, а затем вода, 2 — вначале вливается раствор серной кислоты плотностью 1,07 г/см3, а затем раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см3, 3— вначале вливается вода, а затем раствор серной кислоты плотностью 1,40 г/см3 Рецептуру паст и установ- |
Положительные пластины, изготовленные из смеси аккумуляторного сурика, содержащего 27—29% РЬ02, и глета или свинцово-
в специальных холодильниках, предохраненных от попадания в них железа.
Для очистки воды от растворимых в ней примесей солей (NaCl, СаС03 и пр.) в последнее время приобретают широкое распространение аппараты с ионообменными смолами. Многие органические вещества в дисперсном состоянии обладают свойством (будучи сами нерастворимыми в воде) поглощать на своей поверхности в большом количестве растворимые соли, очищая от них воду. Они регенерируются (восстанавливают свою способность к поглощению)
Рис. 93. Лопастный смеситель периодического действия: а — смеситель, б — лопасть смесителя |
А) |
Обработкой растворами кислот или щелочей, которые удаляют поглощенные примеси.
Сущность процесса приготовления паст сводится к смещению рецептурных количеств свинцовых окислов, серной кислоты и воды, производимому в периодически или непрерывно действующих смесителях. Для отрицательных паст кроме перечисленных веществ в смеситель вводятся также расширители, а в - ряде случаев ингибиторы и укрепители.
Смесители периодического действия находят ограниченное применение, более распространенными являются^смесители непрерывного действия, устанавливаемые в поточных механизированных линиях по изготовлению пластин.
Наиболее распространенным является следующий способ перемешивания паст из свинцового порошка в смесителях периодического действия (рис. 93).(Сначала засыпают свинцовый порошок, затем включают мешалку и вливают воду или раствор слабой серной кислоты плотностью 1,07 г/см3, после перемешивания в течение 5—10 мин заливают раствор серной кислоты плотностью 1,4 г/см3. Заливка кислоты в два приема способствует получению паст, дающих активные массы с более высокими емкостными характеристи-
Промежуточным продуктом производства аккумуляторных глета и сурика является глет-сырец, или зеленый глет. Глет-сырец, представляющий собой серо-зеленый дисперсный порошок, состоит из окиси свинца РЬО и небольших количеств металлического свинца, содержание которого достигает 10%. Глет-сырец получается непосредственным окислением расплавленного свинца воздухом или смесью воздуха с водяным паром в закрытых котлах при постоянном перемешивании расплава вертикальной пропеллерной мешалкой.
Аккумуляторный глет получается из глета-сырца путем дополнительного обжига в подовых печах при температуре 600—700° С в течение 4 ч. Этим путем содержание металлического свинца снижается до величины менее 1 %.
Аккумуляторный сурик — порошок оранжевого цвета. Изготовляется дальнейшим окислением глета-сырца в таких же подовых печах, в каких получается глет вторичного обжига. Химический состав свинцового сурика соответствует формуле РЬз04. Процесс обжига глета в сурик длится около 12 ч при температуре 470— 480° С. В аккумуляторном сурике содержится от 17 до 28% неокис - ленного (так называемого свободного) глета.
После обжига окислы, содержащие комки и крупные частицы, подвергают дроблению, сепарацией воздухом и усреднению перемешиванием.
Сурик и глет должны быть высокой дисперсности. Размеры зерен этих порошков находятся в пределах 0,01—20 мкм. Средний размер около 2—5 мкм. Такой размер зерен не позволяет осуществить контроль дисперсности рассевом на ситах, так как самый малый размер отверстий в сетках сит равен 40 мкм. Поэтому дисперсность сурика и глета определяется косвенными путями по скорости реакции с серной кислотой. Насыпная масса окислов свинца определяется примерно так же, как и насыпная масса свинцового порошка, волюметром Скотта и должна быть в пределах 27— 36 г/16,4 см3 для глета и 21—27 г/16,4 см3 для сурика. За 5 мин 100 г глета должны реагировать с серной кислотой (абсорбировать серную кислоту) в количестве 4—7 г, сурика — 6,5—8,0 г.
Содержание металлического свинца в сурике и глете не должно превышать 1 %, а содержание связанной двуокиси свинца в сурике— 25—29%. В остальном, составы сурика и глета должны отвечать требованиям ГОСТ 19151—73 и 5539—73 соответственно.
В некоторых случаях в аккумуляторной технике используется также глет-сырец с содержанием до 30% неокисленного свинца.
Применяют также свинцовый порошок, полученный распылением свинца в струе воздуха, и сурик, полученный окислением свинцового порошка.