[01844767]铅酸蓄电池极板清洁生产的循环水洗系统与工艺的研究与推广

1. 任务来源本项目属于计划外，是横向合作科研项目，由华南师范大学与韶关市科力尔环保科技有限公司于2003年10月根据铅酸蓄电池行业的清洁生产需要共同提出立此项目，并由韶关科力尔环保科技有限公司提供一定的研究与开发经费给华南师范大学化学与环境学院，在原来各自研究开发的基础上共同合作完成“铅酸蓄电池极板清洁生产的循环水洗系统与工艺的研究与推广”项目。2. 应用领域和技术原理在北美、欧洲、日本等发达国家，由于受到环境保护政策的严格限制，已经逐步关闭铅酸蓄电池生产厂家，纷纷转到中国生产或者委托中国蓄电池企业加工。我国的环境将面临被严重污染的危机，水资源将更加缺乏。我国政府已经对环境保护加大了前所未有的治理力度，例如，2004年华东某县因为环境污染而被政府关闭120多家铅酸蓄电池工厂。广东省和福建省是全国最大的铅酸蓄电池生产基地，据调查，省内日产蓄电池极板20万片以上的厂家约有20家。日产极板20万片意味着消耗自来水1000立方米，且洗极板后含铅离子的酸性废水仍需集中处理后才能排放。甚至有极少数厂家由于生产场地有限和处理废水环保费用高等原因，将废水直接排放。这给上述两省造成严重的酸水污染，也严重浪费本身就不甚丰富的淡水资源，同时也增加了蓄电池生产厂家的制造成本。在我国北方和西部，淡水资源更为缺乏，部分铅酸蓄电池企业因为淡水资源严重缺乏导致间歇停产的情况，因此他们纷纷打听对蓄电池极板清洗耗水大的解决方法。正极板水洗的pH值控制非常重要，会直接影响干荷电性能；水洗正极板的放电时间明显长于不水洗正极板，为改进干荷电性能，正极板应该水洗；正极板水洗至pH值5-7时若能再浸泡一定浓度mix酸则能保证干荷电性能在存放期间不失效。影响干荷电放电特性的主要因素是正极板的干态钝化，而造成正极板干态钝化的条件就是正极板活性物质中残留的酸和水分。极板钝化现象分为热钝化和贮存钝化两大类，热钝化是指极板在干燥过程引起的钝化。贮存钝化是指极板干燥后经短期贮存，注液首次起动性能急剧下降，放电现象与热钝化类似。正极板界面钝化层具有双层结构：①致密的、半渗透性的PbSO4阻挡层；②PbSO4阻挡层下的PbO半导体层；也有种说法认为是PbOn (1≤nPb+2H2SO4+PbO2 2PbSO4+2H2O在正极板界面就形成了PbSO4阻挡层。即使加上水洗工序，极板内层的硫酸其实是很难彻底清洗的，水洗1-2h后极板表面pH值仍达4左右，则极板内层pH值应更小。有关研究表明：极板中的残余H2SO4是引起极板贮存钝化形成的主要条件；另外，实验表明，水洗可推迟钝化但不能彻底消除，而PbSO4阻挡层才是形成正极板界面钝化的主要原因。我们对一套已运用于广东韶关长江工业发展有限公司蓄电池厂极板生产线五年之久的负极板洗涤系统进行了相关研究，摸索出一整套操作工艺，得到推广应用。结论表明应用蓄电池极板自动洗涤系统后能获得较好的经济效益，能实现清洁生产的目的。3. 性能指标（1）合同书中要求保证以下主要技术性能指标a. 大幅度地减少清洗铅酸蓄电池极板的自来水用量，大幅度地减少铅酸蓄电池极板生产工序的污水排放量。达到节约用水、减少排放清洁生产之目的。b. 采用循环水清洗铅酸蓄电池负极板、正极板后，保证蓄电池的干电荷性能（首次放电性能）不能低于传统的自来水清洗制造产品。c. 实现循环水洗的清洁生产后，蓄电池产品性能指标不能下降，满足有关国家标准和行业标准要求，产品质量必须稳定。d. 探索和确定铅酸蓄电池极板清洁生产的技术工艺参数。e. 在铅酸蓄电池企业进行推广应用，及时跟踪反馈蓄电池厂家的意见，并帮助确定其操作工艺。（2）实际达到的性能指标a. 正、负极板均采用循环水洗系统和工艺后，所生产的蓄电池产品经抽查检测，其技术性能指标均满足国家和行业的有关标准要求。b. 正、负极板水洗时间大幅减少，正极板水洗时间由传统的2小时降为35-45分钟，负极板水洗时间由传统的1.5小时降为30-35分钟，提高了生产效率。c. 采用循环水洗系统和工艺后，所用自来水量由传统的8槽水降为1槽水，用水量为传统的1/8，排出污水也只为传统的1/8，达到了清洁生产之目的。d. 排出污水经过环保部门的检测，符合环保要求，满足有关标准。e. 循环水洗负极板的PbO含量普遍低于人工自来水洗负极板的PbO含量，负极板被氧化的程度减少。f. 循环水洗负极板所装电池比传统水洗负极板所装电池的干电荷起动性能，高倍率放电性能优越。g. 循环水洗正极板的首次起动性能有所提高，主要表现在放电5秒电压、45秒电压以及放电至8.4V和6.0V的放电时间上。h. 正、负极板贮存不同的时间（从1天至45天），所装电池的高倍率放电性能没有下降，有很好的干电荷贮存性能。i. 正、负极板经过循环水洗后，质量非常稳定，没有出现波动，比传统水洗工艺有明显的质量改进。j. 经济效益与社会效益非常明显。4. 与国内外同类技术比较在美国有类似的清洁生产设备，我国引进过一套类似的设备，目前在番禺恒达电源有限公司使用。（1）进口美国某公司极板水洗系统的特点：a. 目的：为了满足环保的需要及降低蓄电池干荷电极板成本，以循环用水和减少用水方式水洗化成后的正负极板。b. 推广应用情况：美国部分牵引型蓄电池厂家、绝大多数专门用于生产销售起动型干荷电极板厂家。就是采用美国某公司的循环水洗系统对正负极板进行水洗处理。c. 美国、加拿大蓄电池市场状况：“前店后厂”现象也很普遍，特别是加拿大，经销商买干荷电极板进行组装后再销给用户。（2）采用进口美国循环水洗系统的问题：a. 成本太高：不但循环水洗设备价格昂贵，而且使用成本也高，吸酸海绵是特制的，每年需要进口更换一次。b. 维护操作困难：普通工人对进口设备的操作有一定的难度，并且吸酸海绵的再生、维护麻烦。在国内还没有类似的设备，这是全国第一家，经过查新表明，是国内首创。5. 成果的创造性、先进性a. 该系统已经有了“蓄电池极板洗涤自动监控柜”专利，专利号为ZL01234809.0；现正在申请的发明专利还有“蓄电池极板洗涤工艺”，申请号为：2004100233332。b. 在国内首次应用循环水洗铅酸蓄电池极板，而且使蓄电池的性能与质量有所提高。c. 不仅解决了传统的负极板水洗工艺，而且提出了对正极板进行水洗以解决极板的干电荷问题，并且进行了理论上的验证。d. 应用该系统与工艺，清洗极板所用自来水量只为原来的1/8，排出污水只为原来的1/8，同时生产效率提高一倍多，清洁生产效果突出。6. 作用意义铅酸蓄电池厂是耗水大户和排污大户，而且主要是极板清洗耗水和排污水。在极板清洁工序实现了清洁生产，解决了铅酸蓄电池厂的耗水问题和排放污水问题。由于铅酸蓄电池企业是重污染企业，发达国家纷纷把工厂设在中国，我国铅酸蓄电池厂越来越多，特别是在广东省，铅酸蓄电池的产量占了全国的1/3，面临严重的环境污染。如果能够在铅酸蓄电池厂实现极板水洗的清洁生产，可以大力节省淡水资源、大幅度地减少污水排放量，对环境保护做出较大的贡献。