CN103628081A

CN103628081A - 一种金属铅表面的清洗剂及清洗方法

Info

Publication number: CN103628081A
Application number: CN201310102715.3A
Authority: CN
Inventors: 潘军青; 吴艳艳; 孙艳芝; 马亚强
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN103628081B

Abstract

一种金属铅表面的清洗剂及清洗方法，属于金属表面清洗技术领域。包括碱性脱硫剂、氧化铅助溶剂、氧化铅助络合剂、铅缓蚀剂和水，碱性脱硫剂浓度1-40%，氧化铅助溶剂0.5-20%，氧化铅助络合剂0.5-15%，铅缓蚀剂0.01-5%。将待清洗的铅材料浸泡在流动的清洗剂溶液中，保持溶液温度为20-85℃之间，搅拌速度为30-300转/分，保持浸泡时间为0.1-10分钟，得到表面清洁的铅材料，随后用清水清洗，自然风干。本发明避免了繁琐的打磨工艺，降低了铅粉尘的排放，一种清洁免清洗的铅酸电池生产过程的极耳处理新工艺。

Description

一种金属铅表面的清洗剂及清洗方法

技术领域

本发明涉及一种金属铅表面的清洗剂，主要适用于铅或者铅合金材质构成的元器件,尤其是铅酸电池的极耳和汇流条的表面清洗，属于金属表面清洗技术领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，铅酸电池以其价格便宜和技术成熟等优点在汽车和电动自行车等领域保持了年均4.7%的增长速度。据统计数据，2012年我国铅的消费量达到了370万吨，其中80%以上用于生产铅酸电池。在铅酸电池生产过程，其中一个重要的环节就是焊接工序，主要包括电池的负极板和正极板铅条分别进行焊接得到极群，以及单节铅酸电池之间的焊接成12V或者24V的电池组。为了保证铅酸电池质量和均一性，焊接工序要求电池每一个极板和汇流条之间、每一节电池单体之间都必须呈现良好的焊接状态，任何电极极板或者单节电池之间的虚焊都造成电池性能的严重下降。以12V,12Ah电动自行车的铅酸电池为例，它需要将8片负极板和7片正极板分别放在梳形板的齿缝中，放好汇流排模具，用铅合金焊接，形成1节2V电池单体的负极组和正极组，然后将6节电池单体经过串联形式进行焊接得到12V电池组。为了保证电池在焊接过程中不出现上述虚焊现象，要求所有的极耳必须用人工或者机械对极耳进行打磨或者冲刷，以去除极耳在生产和储存过程中形成的氧化物薄膜和涂膏过程粘上的少量硫酸铅，使之露出金属光泽。这个过程不仅需要大量的人工或者机械设备，制约了铅酸电池的生产效率的提高，而且在冲刷过程产生了大量的含铅粉尘，给工人的健康带来危害，因此发明一种适合铅酸电池生产过程对铅或者铅合金进行高效清洁的专用清洗剂显得尤为重要。

目前报道的专利针对上述问题而研发的清洗剂或者清洗工艺非常稀少，仅有中国专利CN201120571681.9报道了采用清水喷淋装置和上下刷洗装置铅带清洗装置，它可以除去铅带表面的颗粒物，但是很难除去铅表面的氧化物。在清洗法除去氧化物方面，目前常用的金属清洗剂有盐酸、硫酸和柠檬酸等。虽然这些酸清洗剂对铁、不锈钢和铜等常见金属具有良好的清洗去锈效果，但对金属铅以及铅合金的去除效果非常微弱，其主要原因是硫酸或者盐酸和铅反应生成的硫酸铅或者氯化铅在水中很难溶解，一直覆盖在被清洗铅的表面，不能像铜或者铁等金属的硫酸盐或者氯化物在水中具有很高的溶解度而溶解。有些车间曾经使用硝酸来去除氧化铅，但主要问题是硝酸在溶解氧化铅的同时，使金属铅本身产生严重的腐蚀，同时产生NO等有毒气体。氟硅酸也被用过铅的清洗，阻碍这种酸应用的主要问题是它在使用过程中产生有毒的HF和SiF₄气体。中国专利ZL201010268349.5报道了采用三乙醇胺和新癸酸等混合物在表面活性剂下对金属的清洗作用，我们在尝试中发现这种清洗剂对铸铁和铜等金属材料具有较好的效果，但对铅的清洗效果不是很理想，同时高达175℃的制备温度限制了应用范围。类似地，中国专利ZL201010219294.9报道了氟化氢铵和氨基磺酸为主的酸性混合物在缓蚀剂六次甲基四胺和邻二甲苯硫脲和表面活性剂烷基苯磺酸钠等混合物作用下对金属表面进行清洗，但实施过程表明，这种复合酸清洗剂对碳钢、不锈钢和合金钢具有较好的清洗作用。由于含有氟化氢铵和硫酸铜，导致在使用过程会与铅生成难溶的氟化铅和铜沉淀影响清洗过程的进行。

因此研究并发明一种清洁的金属铅及铅合金清洗剂来快速清除铅表面的氧化物及其涂膏过程附带的硫酸铅，避免当前繁琐、产生铅粉尘污染的打磨和冲刷工艺，从而构建清洁的钱酸电池生产工艺显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有铅酸电池生产过程存在的极耳需要人工或者机械打磨冲刷的问题，提出了一种新型的高效清洁的清洗剂来直接溶解极耳上的PbO和PbSO₄新方法。

本发明所要解决的第一个技术问题是实现极耳表面的PbO和PbSO₄的快速溶解，从而避免了现有工艺需要人工或者机械打磨问题；

本发明所要解决的第二个技术问题是减少或者防止极耳在溶解过程Pb合金的腐蚀性溶解，克服现有工艺采用硝酸溶解PbO过程中，同时使极耳本身的铅合金也遭到严重腐蚀的缺点。

本发明要实现的目的不限于上述目的，且本领域技术人员从以下详细说明中能清楚地理解其它目的。

本发明首先提供了一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，包括碱性脱硫剂、氧化铅助溶剂、氧化铅助络合剂、铅缓蚀剂和水，优选由上述五种成分组成，其各组分的重量百分比浓度如下：

（1）碱性脱硫剂：1-40%，优选5-35%；

（2）氧化铅助溶剂：0.5-20%，优选3-10%；

（3）氧化铅助络合剂：0.5-15%，优选3-10%；

（4）铅缓蚀剂：0.01-5%。

按照上述比例将各组分进行搅拌溶解，使其形成浓度均匀的清洗剂。本发明的碱性脱硫剂是NaOH或者KOH，它的重量百分比浓度是1-40%之间。它在本清洗剂中具有两个作用，一是和铅表面的硫酸铅发生脱硫反应，使其转化为更易溶解的氧化铅；二是溶解PbO并形成NaHPbO₂或者KHPbO₂溶液。由于PbO在常温的NaOH或者KOH溶液中的溶解度一般只有5-20克/升，因此为了更好地促进氧化铅的溶解，并提高氧化铅在碱性溶液中的溶解度，本发明引入葡萄糖酸钠、木糖醇和山梨醇中一种、两种或者三种任意比例的混合物作为氧化铅助溶剂，它们的重量百分比浓度为0.5-20%。另外为了增强本清洗剂对氧化铅的溶解速度和溶解稳定性，本发明加入氨三乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠和酒石酸中的一种、两种或者三种的任意比例的混合物作为氧化铅助络合剂，它们的重量百分比浓度为0.5-15%。虽然金属铅在碱性溶液中具有很高的稳定性，为了进一步减少铅的腐蚀，本发明同时加入少量的苯骈三氮唑、六次甲基四胺或者十二烷基磺酸钠中的一种作为铅缓蚀剂，其重量百分比浓度为0.01-5%之间。

本发明同时提供了该清洗剂的清洗方法，首先按照清洗剂的重量百分比将上述四类物质经过搅拌溶解在水中，得到浓度均一的混合溶液，然后将待清洗的铅材料（如待焊接的铅酸电池极耳）浸泡在流动的清洗剂溶液中，保持溶液温度为20-85℃之间，搅拌速度为30-300转/分，保持浸泡时间为0.1-10分钟，优选0.5-3分钟，此时铅材料（如待焊接的铅酸电池极耳）表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的铅材料（如待焊接的铅酸电池极耳），随后用清水清洗，在除去铅材料（如铅酸电池极耳）表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的铅材料（如铅酸电池极耳）。

该金属铅表面的清洗剂尤其适用于铅酸电池的极耳和汇流条的表面清洗。

本发明可以直接在室温或者温热条件下快速清洗极耳表明的氧化铅和硫酸铅，浸泡清洗溶解时间仅有0.5-3min，这避免了现有铅酸电池生产过程需要繁琐的打磨工艺，在节约了上述过程的人工或者机械的同时，大幅度降低了打磨过程铅粉尘的排放，提高了操作员工的环境质量，从而具有显著的环境价值，是一种清洁免清洗的铅酸电池生产过程的极耳处理新工艺。

具体实施方式

实施例1

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：NaOH：15%；

（2）氧化铅助溶剂：木糖醇：15%；

（3）氧化铅助络合剂：氨三乙酸钠：5%；

（4）铅缓蚀剂：苯骈三氮唑：0.05%；

（5）水：余量。

上述组分均为市售产品，按照上述比例将各组分进行搅拌溶解，待混合均匀后得到浓度均一的清洗剂。

然后将待焊接的铅酸电池极耳浸泡在清洗剂溶液中，保持溶液温度为35℃之间，搅拌速度为60转/分，保持浸泡时间为1分钟，此时极耳表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的极耳。随后将上述极耳用清水清洗，在除去极耳表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的极耳。

实施例2

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：NaOH：15%；

（2）氧化铅助溶剂：葡萄糖酸钠：10%；

（3）氧化铅助络合剂：酒石酸：2%；

（4）铅缓蚀剂：六次甲基四胺：3%；

（5）水：余量。

然后将待焊接的铅酸电池极耳浸泡在清洗剂溶液中，保持溶液温度为40℃之间，搅拌速度为80转/分，保持浸泡时间为1分钟，此时极耳表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的极耳。随后将上述极耳用清水清洗，在除去极耳表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的极耳。

实施例3

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：KOH：20%；

（2）氧化铅助溶剂：山梨醇：12%；

（3）氧化铅助络合剂：乙二胺四乙酸二钠：5%；

（4）铅缓蚀剂：六次甲基四胺：2%；

（5）水：余量。

然后将待焊接的铅酸电池极耳浸泡在清洗剂溶液中，保持溶液温度为30℃之间，搅拌速度为60转/分，保持浸泡时间为1分钟，此时极耳表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的极耳。随后将上述极耳用清水清洗，在除去极耳表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的极耳。

实施例4

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：NaOH：25%；

（2）氧化铅助溶剂：木糖醇：3%，葡萄糖酸钠：5%，山梨醇：2%；

（3）氧化铅助络合剂：氨三乙酸钠：1%，乙二胺四乙酸二钠：1%，酒石酸：1%；

（4）铅缓蚀剂：十二烷基磺酸钠：1%；

（5）水：余量。

然后将待焊接的铅酸电池极耳浸泡在清洗剂溶液中，保持溶液温度为50℃之间，搅拌速度为100转/分，保持浸泡时间为0.5分钟，此时极耳表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的极耳。随后将上述极耳用清水清洗，在除去极耳表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的极耳。

实施例5

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：KOH：30%；

（2）氧化铅助溶剂：木糖醇：10%，山梨醇：5%；

（3）氧化铅助络合剂：氨三乙酸钠：2%，乙二胺四乙酸二钠：0.5%；

（4）铅缓蚀剂：十二烷基磺酸钠：0.5%；

（5）水：余量。

实施例6

本发明的铅酸电池极耳清洗剂，其组分按重量百分比如下：

（1）碱性脱硫剂：NaOH：25%；

（2）氧化铅助溶剂：木糖醇：2%；

（3）氧化铅助络合剂：乙二胺四乙酸二钠：0.5%；

（4）铅缓蚀剂：六次甲基四胺0.5%；

（5）水：余量。

然后将待焊接的铅酸电池极耳浸泡在清洗剂溶液中，保持溶液温度为70℃之间，搅拌速度为60转/分，保持浸泡时间为0.5分钟，此时极耳表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的极耳。随后将上述极耳用清水清洗，在除去极耳表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的极耳。

Claims

1.一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，包括碱性脱硫剂、氧化铅助溶剂、氧化铅助络合剂、铅缓蚀剂和水，其各组分的重量百分比浓度如下：碱性脱硫剂：1-40%；氧化铅助溶剂：0.5-20%；氧化铅助络合剂：0.5-15%；铅缓蚀剂：0.01-5%；其中碱性脱硫剂为NaOH或者KOH，氧化铅助溶剂为葡萄糖酸钠、木糖醇和山梨醇中一种、两种或者三种任意比例的混合物，氧化铅助络合剂为氨三乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠和酒石酸中的一种、两种或者三种的任意比例的混合物，铅缓蚀剂为苯骈三氮唑、六次甲基四胺或者十二烷基磺酸钠中的一种。

2.权利要求1所述的一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，碱性脱硫剂的质量百分比浓度为5-35%。

3.权利要求1所述的一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，氧化铅助溶剂的质量百分百浓度3-10%。

4.权利要求1所述的一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，氧化铅助络合剂的质量百分比浓度为3-10%。

5.权利要求1所述的一种金属铅表面的清洗剂，其特征在于，所述的清洗剂由碱性脱硫剂、氧化铅助溶剂、氧化铅助络合剂、铅缓蚀剂和水组成。

6.采用权利要求1-5所述的任一金属铅表面的清洗剂进行清洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先按照清洗剂的重量百分比将上述四类物质经过搅拌溶解在水中，得到浓度均一的混合溶液，然后将待清洗的铅材料浸泡在流动的清洗剂溶液中，保持溶液温度为20-85℃之间，搅拌速度为30-300转/分，保持浸泡时间为0.1-10分钟，此时铅材料表面的氧化铅和硫酸铅迅速地溶解在清洗剂中，得到表面清洁的铅材料，随后用清水清洗，在除去铅材料表面残留的碱液后，自然风干后得到表面洁净的铅材料。

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，保持浸泡时间为0.5-3分钟.

8.按照权利要求6的方法，其特征在于，用于铅酸电池极耳的清洗。