鉛蓄電池合金

鉛蓄電池合金含有7%-12%銻和0.1%-0.5%錫，餘量為鉛加入銻可以提高強度和硬度，並提高在硫酸中耐蝕性。由於鉛在硫酸中具有良好的耐蝕性，所以鉛合金大量用作蓄電池材料。

基本介紹

• 中文名：鉛蓄電池合金
• 外文名：Lead battery alloy
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 套用：鉛蓄電池
• 作用：提高強度和硬度

介紹

我國鉛蓄電池工業年耗鉛約35萬t左右，占我國鉛總消費量的70%以上，隨著鉛蓄電池工業的快速發展，這一比例還在進一步擴大（已開發國家已達80%以上）。在鉛蓄電池工業中鉛用來製造鉛電池的正負極板柵和活性物質鉛粉，在這些鉛中約有一半是由再生鉛工業提供的，另外50%是由原生鉛企業通過還原熔煉和電解精煉工藝生產的，生產出的精鉛大多數用以配置鉛電池的板柵合金，如鉛鈣系列合金和鉛銻系列合金等。生產鉛合金的企業主要是大型的煉鉛企業，如株洲冶煉廠、韶關冶煉廠、江蘇春興集團、湖北金洋集團和白銀公司等，也有一些較大型的蓄電池企業，這些企業生產工藝和環保設施較為完善。但是同時也存在著很多生產規模很小的鄉鎮企業和私營企業，這些企業大多生產工藝落後，秩序混亂，導致金屬回收率低、能耗高、生產效率低、氧化損失大、生產成本高，給環境造成了極大污染。因此我國的鉛合金生產現狀巫待整頓和規範。

作用

在鉛蓄電池中，鉛基合金主要用於板柵、匯流排和鉛零件。板柵是蓄電池中重要的部分。在傳統的說法中，認為板柵起支撐活性物質和導電的作用。近年大量的研究證實，板柵的界面結構和作用很重要，第一類早期容量衰減PCL-1，主要是由於界面的阻抗產生的，另外很多與電池有關的初期性能和壽命與板柵界面關係密切，如充電接受能力、循環壽命等。世界各國的研究機構和工廠投入大量的精力、物力研究板柵材料，主要問題是使用的板柵合金與蓄電池的要求還有一定的差距。

發展

過去使用7%高銻合金生產開口式汽車蓄電池和工業電池，這種電池主要是充電時析氣嚴重，需要定期補充水；後來使用含2.5%-3.5%銻的鉛銻合金，析氣明顯減少，這種合金還在套用；在生產的開口式汽車蓄電池中，很多使用了低銻合金，即1.8%左右銻的Pb-Sb-As-Se-Sn多元合金，有的正負板柵都用相同的合金，有的負板柵用Pb-Ca-Sn-Al合金。

在20世紀80年代開始生產閥控密封鉛蓄電池，正負板柵都用Pb-Ca-Sn-Al合金，Pb-Ca多元合金仍是最主要的使用合金。Pb-Ca合金提高了析氫過電位，使蓄電池在充電時析氫明顯減少，使蓄電池的水損失得到控制，從而可以使電池做成閥控密封形式。然而這種合金並不完美，失水問題得到解決後，早期容量衰減問題表現出來，使用Pb-Ca合金板柵的電池壽命也降低，通過增加正板柵Sn含量，降低Ca含量，使PCL-1問題在很大程度上得到了緩解，但Pb-Ca合金與活性物質界面的諸多問題，還一直影響著蓄電池性能的最佳化。

生產工藝狀況

我國鉛合金的生產主要集中在一些大型冶煉企業中，這些企業的生產設備先進，擁有一批優秀的專業人才，而且生產規模較大，配置合金的熔鉛鍋容量可達20-60t，容量愈大，配置的合金成分愈穩定，加上這些企業擁有先進的輔助設備如:大型攪拌機、鉛泵、鑄錠機和先進的分析設備，使得他們生產的鉛合金質量十分穩定;這些企業有株洲冶煉廠、韶關冶煉廠等，這些企業均是採用電解精鉛生產鉛合金。還有一些企業是國內的再生鉛企業，如江蘇春興集團、湖北金洋集團和上海飛輪集團等，這些企業主要以廢蓄電池為原料，生產還原粗鉛，再採用火法精煉（火法精煉中的兩三個步驟）生產出精鉛或鉛合金。另外還有許多家年產量只有幾十噸到幾千噸的小型再生鉛企業，也在生產鉛合金。但這些企業由於他們工藝技術落後，設備簡單，致使金屬回收率很低，只有80%左右，造成大量的鉛以鉛蒸汽和鉛氧化物形態散布在我們周圍的環境中，給我們賴以生存的環境造成了極大污染。據不完全統計，我國廢鉛蓄電池再生鉛廠有近300家，從總體來看，我國再生鉛工業是企業數量多、規模小、耗能高、污染重、工藝技術落後、金屬回收和綜合利用率低。90%以上企業沒有採取煙塵處理，而是直接排空，每年有上萬噸的鉛排人大氣。行業整體水平僅相當於國際60年代水平。

我國生產鉛合金基本全部採用10-60t的熔鉛鍋，熔鉛鍋容量太小，生產出的合金成分不穩定，氧化損失大，能耗高。加熱方式有多種，有採用發生爐煤氣的，有燒重油的，也有直接燒煤的等等，其中以燒發生爐煤氣最為合理，生產過程中鉛液的溫度易於控制，而且便於工藝條件的實施。但我國有許多小企業仍採用直接燒煤，輔助生產設備簡陋，工藝條件難以合理控制，同時由於分析手段落後，給連續生產造成了極大影，致使產品質量不夠穩定。環保設施投人小，基本均無鍋邊通風收塵設備，環境污染大。國外許多國家的鉛合金均在專業的冶煉工廠中生產，熔鉛鍋的裝鉛量很大，一般在100-300t，同時又有先進的輔助生產設備，生產過程中能耗低，氧化損失少，生產出的合金成分很穩定。

我國鉛蓄電池工業每年消耗鉛33-35萬t,其中50%左右採用的是電解精鉛，大量的板柵合金是採用電解精鉛配置的（另一部分電解精鉛用來生產鉛粉）；原生鉛企業生產鉛合金的原料基本全部採用他們自產的電解精鉛，配置合金時根據合金成分的要求添加相應的合金元素來生產鉛合金，是我國普遍採用的方法，這種方法生產周期長，過程中有多次鉛體的熔化過程，需要消耗大量能源，能耗高，粗鉛中的雜質元素得不到合理利用，因此生產成本高；而國外大都採用精鉛火法精煉工藝，各工序的工藝條件可靈活控制，特別是他們對含秘鉛的大量使用，不僅省去了火法精煉工藝中最難進行的加鈣鎂除秘工序，而且充分利用粗鉛中的秘來生產含秘鉛，整個過程只有一次熔化過程，生產過程中占用的金屬量少，因此能耗低，生產周期短。

再生鉛企業主要以廢蓄電池為原料生產還原粗鉛，然後用火法精煉生產精鉛或鉛合金。還原粗鉛中的主要雜質成分是銻，一般在1%-5%之間，再生鉛企業均採用鹼性精煉和氧化精煉除銻，由於還原粗鉛中的銻含量很高，在此過程中需要消耗大量的NaOH和NaNO₃，同時造成大量鉛的氧化，產渣率高達5%-12%，雖然這些渣可返回反射爐還原熔煉，但是會造成金屬銻在系統內的積累和浪費；實際上這部分銻可以採用結晶法在專門的設備上將其從粗鉛中分離而同時得到兩種產品，一種是含銻很低的精鉛，另一種是含銻較高的鉛銻合金。該過程是一個純物理過程，因此能耗低、金屬回收率高，採用這種方法不但可以獲得顯著的經濟效益，而且對環境保護極為有利。