極板分切與清潔化生產(chǎn)

沈旭培，熊正林，方明學(xué)，楊新明

（天能電池集團(tuán)有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

隨著鉛蓄電池市場(chǎng)需求量的增加，各企業(yè)日漸趨向于滿負(fù)荷的社會(huì)化大生產(chǎn)狀態(tài)。產(chǎn)量的提升對(duì)生產(chǎn)環(huán)境帶來更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，勢(shì)必將采用更先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、更先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和更先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備，以確保環(huán)境指數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

鉛蓄電池的制造工藝[1]主要是：極板制造—電池配裝—電池化成—電池包裝。在極板制造工藝中，極板分切工序產(chǎn)生的污染較為嚴(yán)重，主要來自于分切過程中所產(chǎn)生的廢料。多年來，各廠家也在極板設(shè)計(jì)、切刀結(jié)構(gòu)和分切方式上做了不少改善，大致總結(jié)為鋸切和剪切 2 種不同的工藝。這 2 種工藝各有利弊：鋸切工藝對(duì)極板的損傷相對(duì)較少，但是產(chǎn)生的粉塵較多，污染環(huán)境，且廢料處理困難；剪切工藝產(chǎn)生的粉塵相對(duì)較少，但是刀片容易發(fā)生漂移，對(duì)極板造成的損傷不容忽視。

本文中，筆者結(jié)合鋸切工藝和剪切工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)，介紹一種使用新結(jié)構(gòu)切刀裝置進(jìn)行極板分切的工藝，同時(shí)將分切后的廢料在最短的時(shí)間內(nèi)統(tǒng)一回收、熔煉及成型待用。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 鋸切結(jié)構(gòu)

鋸切結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝是將鋸片對(duì)齊極板連接處（見圖 1），通過鋸片旋轉(zhuǎn)的方式，將極板分切開。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，連接處的鉛變成大量的鉛屑，且鉛屑均處于飛揚(yáng)狀態(tài)（見圖 2），給環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。同時(shí)，因飛揚(yáng)的鉛屑難以收集，回收的成本也較高。

圖1 極板連接處

圖2 鋸片分切過程

1.2 剪切結(jié)構(gòu)

剪切結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝是在極板兩面分別裝有滾剪刀片（見圖 3），通過極板的水平移動(dòng)和滾剪刀片的旋轉(zhuǎn)和擠壓，將極板連接處剪開。由于刀片擠壓極板時(shí)產(chǎn)生的作用力較大[2]，不同程度地破壞了極板底部的鉛膏組織；而分切后極板的連接部分仍殘留于極板底部（見圖 4），增加了后續(xù)研磨的難度；又因?yàn)榈镀^薄，在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)不同程度地發(fā)生漂移，導(dǎo)致刀片方向改變，損傷了極板底部的邊框（見圖 5），增加了極板報(bào)廢率。

圖3 刀片分切過程

圖4 剪切后極板

圖5 受損傷的極板

2 清潔化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)

2.1 剪切刀片的設(shè)計(jì)

無(wú)論是鋸切工藝還是剪切工藝其焦點(diǎn)在于對(duì)極板連接處的處理。鋸切工藝將連接處鋸切成鉛屑，導(dǎo)致污染；剪切工藝因刀片的漂移而損傷了極板，同時(shí)又因在連接處擠壓的作用力較大，使極板底部變形[3]。綜合 2 種工藝的弊端，筆者設(shè)計(jì)出一種新結(jié)構(gòu)的雙排滾剪刀片（見圖 6）。根據(jù)極板連接處寬度的不同，使刀片之間的距離與連接處的寬度相當(dāng)。刀片沿極板底部將連接處整體分切成廢鉛絲（見圖7）。分切后的極板底部相對(duì)光滑平整（見圖 8），大幅度地降低了后續(xù)研磨工序的難度。

圖6 雙排滾剪刀片

圖7 雙排滾剪刀片分切過程

圖8 分切后極板

2.2 合格率的提升

相對(duì)于單排滾剪刀片（見圖 3）而言，雙排滾剪刀片在結(jié)構(gòu)上明顯減少了刀片漂移的現(xiàn)象，幾乎不會(huì)對(duì)極板底部造成損傷，降低了極板分切不良率。對(duì) 2 種滾剪刀片的生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 1。每天記錄 1 萬(wàn)片（連片）極板，連續(xù)記錄 10 d。

表1 不同結(jié)構(gòu)滾剪刀片分切極板不良率統(tǒng)計(jì)表

2.3 廢料的回收處理

如前所述，鋸切產(chǎn)生的廢鉛屑和剪切后研磨產(chǎn)生的廢鉛末是難以收集的。并且，由于表面積較大，易被氧化，在收集的過程中所滲入的雜質(zhì)相對(duì)較多，回收使用這些廢鉛屑和鉛末的難度增大。目前，大部分生產(chǎn)廠家采取的方法是將廢鉛屑收集于周轉(zhuǎn)盒中，然后再運(yùn)往熔煉爐的回收方法，既增加回收難度又增加回收成本。相對(duì)于廢鉛屑和廢鉛末來說，廢鉛絲更容易收集和回收利用。筆者采用分切、回收、熔煉和成型一體化的方式[4]，在改造分片機(jī)的同時(shí)，增加直角斜坡式傳送機(jī)、熔煉爐、環(huán)保設(shè)備，及鉛錠成型模具等裝置(圖 9)，使廢鉛絲在產(chǎn)生后的短時(shí)間內(nèi)統(tǒng)一回收并熔煉成型為鉛錠，以待用[5-6]。

圖9 分切、傳輸、熔煉工藝流程圖

2.4 廢料回收量

鉛絲與鉛屑相比，既改善了環(huán)境，又降低了回收難度，更提高了回收率。據(jù)部分廠家統(tǒng)計(jì)，鋸切和剪切工藝所產(chǎn)生廢料的回收率均在 58%～73%，而鉛絲的回收率高達(dá) 95%～98%，且回收過程相對(duì)簡(jiǎn)單，回收時(shí)間較短。

如以實(shí)際生產(chǎn)中 SQ100 分片機(jī)（武漢產(chǎn)）分切 QZ16.5Ah 正極板（湖州產(chǎn)）為例，計(jì)算廢鉛料回收量：極板連接處長(zhǎng) 155 mm，寬 1.8 mm，厚 1.6 mm，分切后廢鉛絲寬度計(jì) 1.7 mm。每雙片極板產(chǎn)生廢鉛絲的質(zhì)量m0= (155 mm ×1.7 mm×1.6 mm) ×11.3437 g/cm3= 4.782 g ≈ 4.8 g 。如每臺(tái)分片機(jī)的分切速度的為 100～110 雙片/min，每天按工作 10 h 計(jì)算，分片機(jī)利用率按 92% 計(jì)算，則每天產(chǎn)生廢鉛絲質(zhì)量m=10 h × (100～110) 雙片/min × 4.8 g/雙片× 92%= (264 960～291 456) g ≈(0.265～0.291) t。根據(jù)廢鉛絲每天的產(chǎn)生量和轉(zhuǎn)換率，可計(jì)算出每臺(tái)機(jī)器每天可回收鉛錠的總量見表2 。由表 2 統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，每臺(tái)機(jī)器每天可回收的鉛錠量約為 0.252～0.286 t。

表2 每臺(tái)機(jī)器每天可回收鉛錠量統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)束語(yǔ)

采用雙排剪切刀片將極板連接處分切成鉛絲，可以提高廢鉛料的回收利用率、降低極板分切不良率和減少分切過程中的環(huán)境污染。由于連接處分切后成絲狀，更容易回收，回收率提高了。因此，將分片機(jī)改造為分片、回收和熔煉成一體化的結(jié)構(gòu)和工藝，使廢料回收周期縮短，從成本上、效率上和環(huán)境上值得推廣使用。然而，刀片精度的提高和成本的增加卻不容忽視，以及分片、回收和熔煉成一體化生產(chǎn)線的布局需要根據(jù)各生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行合理的規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)：

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[6]程艷青.極板清潔化生產(chǎn)工藝研究[C]//全國(guó)鉛酸蓄電池學(xué)術(shù)年會(huì).2009.