发明内容
本发明的目的就在于提供一种新型的蓄电池板栅合金材料,这种合金材料具有无镉且使用寿命长的优点。
一种蓄电池板栅合金材料,是在铅基中含有下列重量含量的全部元素:
锑(Sb):1.5%~1.6%,
砷(As):0.12%~0.14%,
锡(Sn):0.18%~0.20%,
硒(Se):0.03~0.04%,
硫(S):0.004~0.005%,
铜(Cu):0.04~0.05%。
本发明还提供了一种蓄电池板栅合金材料的制备方法,包括如下过程:
(1)准备还原铅以及锑合金和砷、硒;
(2)分析还原铅以及锑合金中各元素的含量,并根据分析结果,如果铜和/或锌超标,要进行除锌和/或除铜处理使之符合要求;
(3)根据锑合金及还原铅中的锑含量以及目标合金中锑含量,将锑合金加入到熔融的还原铅中并搅拌使之均匀,并取样分析使之符合目标合金中锑含量的要求;
(4)将温度提高到600℃~620℃,根据目标合金中硒含量要求,准确称取硒片分批次扔进铅液漩窝中,扔进后使铅液盖住硒块使硒块在铅液中充分熔化,直至硒含量达到要求为止;
(5)将铅液控制温度到600℃~620℃,根据目标合金中砷元素含量要求准确称取砷,分批次加入铅液中,直至砷含量达到要求为止;
(6)在铅液450℃~480℃时加入硫磺并取样光谱分析,直至硫含量达到参数要求;
(7)分析锡含量,当锡含量达不到要求时,根据缺少量准确称取金属锡,在合金即将出锅时加入;
(8)取样进行光谱分析,如有的元素含量低于工艺参数值,可用以上同样方法补加原料,直至符合目标合金中各元素含量要求。
本发明的这种蓄电池板栅合金,采用铜、硫、硒作为联合成核剂,其作用是在合金铸板过程中,合金冷凝时间连续有晶核存在,达到合金细化的目的使合金的腐蚀速度受到最大的抑制。利用这种合金制成的蓄电池板栅,水损耗低于现有的锑合金、钙合金及超钙合金,而循环耐久能力及寿命高于传统的锑合金、钙合金及超钙合金,而且不含镉。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,以助于理解本发明的内容。
这种合金,在铅基中含有
锑(Sb):1.5%~1.6%,
砷(As):0.12%~0.14%,
锡(Sn):0.18%~0.20%,
硒(Se):0.03~0.04%,
硫(S):0.004~0.005%,
铜(Cu):0.04~0.05%。
其生产过程如下:
1、原料准备:
(1)还原铅—锑含量大于1.8%,锌含量小于0.001%。
(2)高锑铅(含锑量在30%以上)(根据实际含锑量按需准备)。
(3)含砷量在99%以上的工业用砷(根据实际含砷量按需准备)。
(4)含硒量在97%以上的工业用硒(根据实际含硒量按需准备)。
2、操作程序:
(1)光谱分析还原铅、高锑铅中各元素含量以确定各种原料的用量,光谱分析结果中铜含量若超标,应做好除铜的准备。当铜含量>0.05%时,会造成板栅冷裂,并大大降低铅合金的密度;含量在0.04~0.05%时,铜与硫作用生成联合成核剂使合金晶粒细化,增强极板的耐腐蚀性能,延长蓄电池的使用寿命。当还原铅中的铜含量超标时:应在还原铅投入铅锅内,铅即将熔化时(温度300~320℃),加硫磺除铜,要点如下:必须保持铅液温度300~320℃,也就是说在铅即将熔化的熔点上,这时才能确保硫磺不被烧损,达到除铜的目的。硫磺的添加数量:视铜的超标数量,每超0.01%加硫磺10Kg(含量大于95%),第一次除铜后取样分析铜含量,若仍超标可继续加同样数量的硫磺除铜,直至铜含量合格为止。
(2)当还原铅中锌含量超标时,除还原铅中的杂质锌:铅液温度400~450℃,加入片碱(NaoH),开启搅拌机待片碱在铅液中充分反应成碱渣后,打捞碱渣,如此反复直至锌含量合格为止(铅杂质中锌较活泼,当处理到锌含量不超标时,应视其他杂质含量决定加入片碱的数量,以免除去作为成核剂的杂质)。
(3)根据铅液中锑元素含量和要加入的高锑铅中锑元素含量,及合金中锑元素含量要求,准确称取高锑铅,将铅液温度控制在450℃左右时开搅拌机,加入高锑铅,待混合均匀后停机取样分析,直至合金中锑含量达到参数要求。
(4)将温度提高到600℃~620℃,根据合金中硒(Se)含量要求,准确称取硒片后敲成50×50mm左右的小块,开启搅拌机将小块硒扔进铅液漩窝中,每次扔进2-3块,扔进后立即用铁锨挡一下流动的铅液,使铅液立即盖住硒块,硒块方可在铅液中充分熔化,降低硒损耗,确保合金中,硒含量达到工艺参数要求,扔进的硒块反应终了后,再扔第二次,如此反复直至硒含量达到要求为止。
(5)保持铅液600℃~620℃,根据合金中砷(As)元素含量要求准确称取工业用砷,开启搅拌机,用铁锨往铅液中间漩窝中加入,一次一锨,砷加入后应立即用铁锨挡一下流动的铅液,及时用铅液将砷盖住,尽量减少砷的氧化损耗。反应后加入第二锨,如此反复加入,直至砷含量达到要求为止。
(6)铅基七元合金需加入硫作为成核剂(硫与硒作用相同均作为成核剂,起细化合金的作用),硫的加入需要在铅液450℃~480℃时加入硫磺。加入时需开启搅拌机将硫磺加入铅液漩窝中,搅拌1-2分钟,取样光谱分析,以确定硫含量是否达到参数要求,如达不到要求含量应重复加入需要量的硫磺,直到达到参数要求。
(7)在铅锅中取样,确保合金中锑含量达到参数要求。再用光谱分析锡(Sn)含量,当锡含量达不到要求时,可根据缺少量准确称取金属锡,在合金即将出锅时加入,加入温度450℃左右。
(8)再次用取样勺取样进行光谱分析,如有的元素含量低于工艺参数值,可用以上同样方法补加原料,直至符合要求。但应控制好温度以免原料损失。
各种元素加入时越快越好,但应确保加入温度符合以上工艺要求,加入各种元素前应将铅液表面残渣打捞干净。
由于硫和铜都是本发明的合金中的组成元素,需要进行协调控制,当铜和硫含量都高时,加入赤磷除铜,加入温度360℃~390℃,再用片碱除硫。如果铜含量高而硫含量低,硫磺除铜,将温度控制在300℃~320℃加入硫磺。如果铜含量低,硫含量高,则加入除铜灰冶炼的还原铅或铜合金,片碱除硫。如果铜含量低而硫含量也低,则加入除铜灰冶炼的还原铅或铜合金,450℃~480℃加入硫磺。
采用铜、硫、硒作为联合成核剂的作用是在合金铸板过程中,合金冷凝时间连续有晶核存在,达到合金细化的目的。
3、出铅:
(1)配制的合金中各元素含量与合金工艺参数相符后,可开启出铅泵电源,使铅液流入贮液桶内。
(2)贮液桶流出的铅液用模具成型后运至指定位置码放待用。
(3)由于铅锅中铅泵位置受限制,后期的铅液部分放不出来时,可用铅勺舀至成型模具中。残留铅液应全部舀净,以利于铅锅的下次使用。
对比实验
为验证本发明的蓄电池板栅合金是否优于现有的锑合金、钙合金或超钙合金,进行对比实验,试验包括:
1、水损耗试验:依据GB/5008.1-2005,方法为蓄电池完全充电后,再恒压14.4V±0.05V充电500小时,蓄电池质量损失不得大于4g。
2、循环耐久能力:依据GB/5008.1-2005,以5I20放电1h,以14.8V±0.05V恒压充电2h组成一次循环。完成96次循环后,进行低温起动能力试验,以Is电流放电30s,蓄电池端电压不得低于7.20V。
3、寿命试验:依据GB/5008.1-2005,完全充电蓄电池,以I20放电到端电压10.5V±0.05V的放电容量。
将用本发明的蓄电池板栅合金材料(下称铅基七元合金,铅基中含锑(Sb)1.55%,砷(As):0.13%,锡(Sn):0.19%,硒(Se):0.035%,硫(S):0.0045%,铜(Cu):0.045%)制作的板栅,与现有的铅基锑合金材料和铅基钙合金材料、铅基超钙合金材料制成的板栅,分别组装入蓄电池中,对铅酸蓄电池进行上述水损耗试验、循环耐久能力试验和寿命试验,其实验结果分别见表1至表3
表1 水损耗对比实验数据
试验依据 |
试验方法 |
合金类型 |
试验结果 |
GB/5008.1-2005 | 蓄电池完全充电后,再恒压14.4V±0.05V充电500小时,蓄电池质量损失不得大于4g。 |
铅基七元合金 |
0.05g |
铅基锑合金 |
3.6g |
铅基钙合金 |
0.12g |
铅基超钙合金(含镉) | 1.28g |
由表1可以看出,本发明的铅基七元合金,相对于现有的铅基锑合金和铅基钙合金、铅基超钙合金来说,其水损耗仅为0.05g,明显低于现有的板栅合金材料。
表2 循环耐久能力试验数据
试验依据 | 试验方法 |
循环次数 |
试验结果 |
铅基七元合金 | 铅基锑合金 | 铅基钙合金 |
铅基超钙合金(含镉) |
GB/5008.1-2005 |
以5I20放电1h,以14.8V±0.05V恒压充电2h组成一次循环。完成96次循环后,进行低温起动能力试验,以Is电流放电30s,蓄电池端电压不得低于7.20V。 |
96 |
8.21 |
7.65 |
7.86 |
8.06 |
110 |
8.05 |
7.22 |
7.32 |
7.93 |
120 |
7.96 | |
7.21 |
7.85 |
150 | 7.85 | | | 7.46 |
200 |
7.62 | | |
7.20 |
450 |
7.21 | | | |
由表2可以看出,本发明的铅基七元合金,相对于现有的铅基锑合金和铅基钙合金、铅基超钙合金来说,其循环耐久能力,明显高于现有的板栅合金材料。
表3 寿命试验数据
试验依据 | 试验方法 |
循环次数 |
试验结果 |
铅基七元合金 | 铅基锑合金 | 铅基钙合金 |
铅基超钙合金(含镉) |
GB/5008.1-2005 |
完全充电蓄电池,以I20放电到端电压10.5V±0.05V的放电容量。 |
150 |
85%C20 |
60%C20 |
78%C20 |
77%C20 |
200 |
83%C20 | |
72%C20 |
75%C20 |
300 |
78%C20 | |
60%C20 |
71%C20 |
400 |
75%C20 | | |
60%C20 |
500 |
65%C20 | | | |
700 |
60%C20 | | | |
由表3可以看出,本发明的铅基七元合金,相对于现有的铅基锑合金和铅基钙合金、铅基超钙合金来说,其寿命明显高于现有的板栅合金材料。
结论,对比试验表明,本发明的蓄电池板栅合金,相对与现有的同类板栅合金材料来说,性能更加优良,是制作高性能铅酸蓄电池板栅理想的材料。