一種四鹼式硫酸鉛的生產設備的製作方法

2023-11-01 16:00:12

本實用新型涉及鉛酸電池材料製備領域，尤其涉及一種四鹼式硫酸鉛的生產設備。

背景技術：

日前，在鉛酸蓄電池生產中，為了延長電池循環壽命，通常最有效的措施之一是採用高含量四鹼式硫酸鉛的鉛膏，而四鹼式硫酸鉛簡寫為4BS，作為晶核的4BS的加入可以控制形成的4BS的數量和晶粒大小，克服了高含量大晶粒4BS極板化成的問題，電池的放電性能優良。

中國發明專利201310281747.4公開了一種四鹼式硫酸鉛的製備方法，包括以下步驟：A.稱取樣品、B.水熱反應、C.球磨處理、D.真空乾燥、E.後處理等步驟。本發明採用水熱結合球磨法製備4BS，該發明製備的4BS，其含量均可達到95％以上，且平均粒徑達到10μm以下。

雖然上述技術方案，改善了鉛膏晶體結構，使形成的4BS細小均勻，但是其在製備過程中仍存在一些不足，該技術方案通過將球磨處理與真空乾燥工序分開單獨進行，眾所周知，四鹼式硫酸鉛在製備過程中其加熱溫度越高，結晶顆粒會變大，上述技術方案中由於反應釜內經水熱反應得到的4BS其含水量高，對其進行乾燥及球磨處理過程均屬於放熱反應，兩個工序中的溫度均比較高，於乾燥和球磨處理分步進行，使得製備時間較長，導致製備得到的四鹼式硫酸鉛的粒徑較大且不均勻。除此之外，上述技術方案的整個反應過程中硫酸濃度得到稀釋，使得反應釜內的反應溫度較高，且水熱反應時間較長，進一步導致反應產物的結晶顆粒變大，同時，該技術方案一次製備4BS量有限，不能實現自動化連續式生產，製備效率低。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服上述四鹼式硫酸鉛生產所存在的缺陷，提供一種四鹼式硫酸鉛的生產設備，通過在製備處理單元之前增設預混合處理單元，且對製備處理後的四鹼式硫酸鉛同步進行乾燥球磨處理，整個生產設備穩定性好，自動化程度高，可實現連續式生產製備高純度4BS，使得到四鹼式硫酸鉛平均粒徑達到2μm以下，有效解決了現有技術中因四鹼式硫酸鉛製備反應溫度高且反應時間長導致反應產物結晶顆粒較大且不均勻的技術問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種四鹼式硫酸鉛的生產設備，其特徵在於，包括：

製備處理單元，所述製備處理單元包括：

硫酸投加裝置；

反應釜，所述反應釜的物料進口處連接有進料管道a，該反應釜的上方通過硫酸輸送管道與所述硫酸投加裝置相連通，該硫酸輸送管道的旁邊還設有連通反應釜內部的壓縮空氣輸送管道；以及

球磨處理單元，所述球磨處理單元包括：

乾燥球磨機，所述乾燥球磨機的進料端與反應釜的物料出口相連接，該乾燥球磨機的出料端連接有酸霧淨化塔和集粉設備。

本實用新型通過反應釜採用向預混合後的鉛泥中添加濃硫酸溶液的方法製備4BS，利用濃硫酸的放熱反應瞬間產生的熱量使反應釜內的鉛泥迅速升溫，快速得到反應產物四鹼式硫酸鉛，整個製備過程，反應釜升溫快，製備時間短，有效抑制了結晶顆粒變大，製備率高，同時，降低了反應釜的加熱能耗，降低成本。

作為改進，還包括預混合處理單元，所述預混合處理單元包括：

自動加粉裝置，所述自動加粉裝置內部灌裝有鉛粉原料；

攪拌桶，所述攪拌桶的入口與所述自動加粉裝置相連通，其出口與所述進料管道a相連通；

去離子水輸送管道，所述去離子水輸送管道連通攪拌桶內部且位於該攪拌桶的入口旁邊。

本實用新型中，鉛粉原料進行預混合處理的目的是使鉛粉與去離子水先進行充分混合，形成液相分散體系，使得後續製備反應更快速、製備產物更均勻，在很大程度上提高反應效率，縮短製備時間，此外，在製備反應工序之前增設該預混合處理工序，實現生產工藝連續性，提高生產效率。

作為改進，所述製備處理單元還包括剪切泵，該剪切泵的出口與所述進料管道a連接，其第一進口通過輸送管道a與反應釜的物料出口連通，其第二進口通過輸送管道b與攪拌桶的出口連通。

作為改進，所述輸送管道a、剪切泵及進料管道a形成外循環剪切單元a。

作為改進，所述進料管道a上連通設有與所述攪拌桶內部相通的進料管道b，該進料管道b的端部設置在攪拌桶的上方。

作為改進，所述輸送管道b、剪切泵及進料管道b形成外循環剪切單元b。

其中，通過利用剪切泵的物理及化學作用，在預混合處理單元和製備處理單元中均增設外循環式剪切攪拌單元，使攪拌桶及反應釜內的鉛泥儘快剪切稀釋、水化，大大提高鉛粉原料的水化程度，使得反應中產生的分子間的張力能夠得到緩和，得到的4BS產物更加穩定，粒徑更小；同時快速剝離鉛核上殘留的PbO，提高四鹼式硫酸鉛製備率；除此之外，大大縮短預混合處理和製備反應工序中的攪拌混合時間，製備時間短，生產效率高。

作為改進，還包括壓濾處理單元，所述壓濾處理單元包括：

壓濾機，所述壓濾機設置在反應釜與乾燥球磨機之間，該反應釜的物料出口通過隔膜泵與壓濾機的進料口相連接；

絞籠輸送裝置，所述絞籠輸送裝置設置在壓濾機上，其位於壓濾機的出料口正下方，該絞籠輸送裝置的出料端與乾燥球磨機的進料端相連接。

經反應釜製備出的4BS鉛泥在進行乾燥球磨之前對其先進行初步壓濾，使其充分擠幹，去除多餘廢水，得到含水率僅為15％～30％的濾餅，大大縮短後續製成乾燥時間，抑制晶粒變大，同時節能環保，增強球磨效果。

作為改進，所述乾燥球磨機包括機架、安裝於機架上的球磨滾筒及設置在球磨滾筒正下方的加熱裝置，該加熱裝置的整體形狀為半圓弧狀，其與球磨滾筒外形相適配，球磨滾筒的內壁設有耐腐蝕層，該耐腐蝕層由耐腐蝕性材料製成，其外壁設有導磁層，該導磁層由具有導磁性能的材料製成。

作為改進，所述加熱裝置的加熱方式為電磁感應加熱，其加熱效率快，能耗低，進一步促進位備產物4BS結晶顆粒細小且均勻。

作為改進，所述球磨滾筒的出料口還設有分別與酸霧淨化塔和集粉設備相連通的風機。

本實用新型中各個設備之間連通的管道上均設有一個或多個氣動閥，實現自動、定量、連續式控制各設備動作，自動化程度高，銜接性好。

本實用新型的有益效果在於：

(1)本實用新型在反應釜的前面增加攪拌桶，縮短製備反應時間，將製備4BS用的鉛料及相應地添加溶劑分步進行，充分利用濃硫酸放熱反應產生的熱量，降低反應釜加熱時間，在很大程度上抑制了四鹼式硫酸鉛結晶顆粒變大，節能環保，同時攪拌桶和反應釜上均設有連接剪切泵的外循環攪拌單元，提高4BS轉化率，縮短反應時間，降低反應溫度，同時反應中產生的分子間的張力能夠得到緩和，使得到的4BS產物更加穩定，平均粒徑小且均勻性好；

(2)通過在反應釜與乾燥球磨機之間增設壓濾設備，經反應釜製備的4BS在進行球磨乾燥之前先進行壓濾降低其含水率，縮短乾燥球磨時間，進一步有效抑制了4BS結晶顆粒變大，確保4BS製備質量，簡化淨化處理工藝，節能環保，工作效率高；

(3)本實用新型中的乾燥球磨機可同時對製備的4BS進行旋轉乾燥和球磨處理，較傳統的球磨設備簡化了設備數量且縮短球磨時間，同時通過出料口設置的酸霧淨化塔同步對乾燥球磨過程中產生的廢氣進行淨化處理。

綜上所述，本實用新型具有自動化程度高，運行穩定，生產效率高，節能環保，成本低等優點，通過該生產設備製得的4BS平均粒徑達到2μm以下，純度達到96％以上。

附圖說明

為了更清楚的說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例一的整體結構示意圖之一；

圖2為本發明實施例一的整體結構示意圖之二；

圖3為本發明實施例一中球磨滾筒的徑向截面示意圖；

圖4為本發明實施例三中壓濾機的整體結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明。

實施例一

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

本實用新型中，若非特指，所採用的原料均可從市場購得或使本領域常用的，下述實施例中的工藝，如無特別說明均為本領域的常規工藝。

下面參考附圖1和圖2描述根據本實用新型實施例的一種四鹼式硫酸鉛的生產設備。準確稱取鉛粉原料，其中，本實用新型中的鉛粉原料為鉛酸蓄電池生產用鉛粉、氧化鉛、硫酸鉛中的一種或多種，根據鉛粉氧化度計算出氧化鉛和游離鉛的含量，按照氧化鉛和游離鉛中的鉛元素選取濃硫酸溶液。鉛粉原料、去離子水和硫酸溶液的質量比為1:2.5:0.0673。具體地，以稱取500kg鉛粉原料、750kg去離子水和33.65kg濃硫酸溶液製備4BS為例來解釋該工藝反應過程。

如圖1和圖2所示，一種四鹼式硫酸鉛的生產設備，包括製備處理單元Ⅰ和球磨處理單元Ⅱ；具體地，所述製備處理單元Ⅰ包括內部盛裝有濃硫酸溶液的硫酸投加裝置1、反應釜2和剪切泵9，所述反應釜2的物料出口2b連接有輸送管道a23，其上方通過硫酸輸送管道與所述硫酸投加裝置1相連通，該硫酸輸送管道的旁邊還設有連通反應釜2內部的壓縮空氣輸送管道22，需要說明的是，該壓縮空氣輸送管道22上連通一分流管道通入反應釜2的底部，在向反應釜2內投加濃硫酸溶液的同時，向反應釜2的底部通入少量的壓縮空氣，形成若干微小氣泡，使壓縮空氣中的氧氧化鉛粉原料中少量殘留的鉛，使其在攪拌過程中充分與濃硫酸反應生成四鹼式硫酸鉛，提高4BS製備純度。此外，該反應釜2的內部設置有加熱系統，加完硫酸後，開啟該加熱系統對反應釜2進行輔助加熱到100℃後保溫，從投加硫酸溶液到反應釜2溫度加熱到100℃，反應時間在2小時左右，其加熱時間短，製備反應快，效率高，有效抑制了結晶顆粒變大情況，得到的四鹼式硫酸鉛純度較高，且顆粒細小且均勻。

所述剪切泵9的第一進口92與所述輸送管道a23連通，其出口91連通有進料管道a21，該進料管道a21的端部與設置在反應釜2上方的物料進口2a連接，該輸送管道a23、剪切泵9及進料管道a21形成外循環剪切單元a，提高製備處理單元的混合攪拌效率。

進一步地，所述球磨處理單元Ⅱ包括乾燥球磨機，所述乾燥球磨機的進料端與反應釜2的物料出口2b相連接，該乾燥球磨機的出料端連接有酸霧淨化塔和集粉設備，且相應地管道上均設有控制開關。具體地，所述乾燥球磨機包括機架、安裝於機架上的球磨滾筒及設置在球磨滾筒正下方的加熱裝置，該加熱裝置的整體形狀為半圓弧狀，其與球磨滾筒外形相適配，球磨滾筒位於加熱裝置上方進行旋轉加熱。

進一步地，如圖2所示，所述球磨處理單元Ⅱ包括乾燥球磨機3，所述乾燥球磨機3的進料端3a與反應釜2的物料出口2b相連接，該乾燥球磨機3的出料端3b連接有酸霧淨化塔4和集粉設備5，且相應地管道上均設有控制開關。具體地，所述乾燥球磨機3包括機架31、安裝於機架31上的球磨滾筒32及設置在球磨滾筒32正下方的加熱裝置33，該加熱裝置33的整體形狀為半圓弧狀，其與球磨滾筒32外形相適配，球磨滾筒32位於加熱裝置33上方進行旋轉加熱。

值得說明的是，本實施例中的加熱裝置33採用電磁感應加熱方式，其熱源乾淨，加熱速率快，均勻性好且能耗低，使得其內部的4BS乾燥球磨時間短，進一步抑制4BS結晶顆粒變大，使得到的4BS粒徑小於2μm以下。

其中，如圖3所示，球磨滾筒32的內壁設有耐腐蝕層321，該耐腐蝕層321由耐腐蝕性材料製成，其外壁設有導磁層322，該導磁層322由具有導磁性能的材料製成以避免因四鹼式硫酸鉛乾燥過程產生的蒸汽對球磨滾筒32內壁進行腐蝕的技術問題，值得說明的是，該耐腐蝕層321優選為不鏽鋼層，利用不鏽鋼的耐腐蝕性而解決上述所述技術問題，但由於不鏽鋼導磁性弱，故本實施例二在球磨滾筒32的外壁設置導磁層322，該導磁層322優選為鑄鐵，其成本低，導磁性好，最大程度上提高電磁感應加熱效率。

進一步地，所述球磨滾筒32的出料口還設有與所述集粉設備5相連接的風機34，當打開乾燥球磨機3和電磁加熱系統時，同時打開酸霧淨化塔4及相應管道上的控制開關，乾燥球磨機3溫度到達100度後5分鐘，關閉酸霧淨化塔4及控制開關；打開集粉設備5和風機34及相應管道上的控制開關，收集成品4BS鉛粉，收集30分鐘後，定時打開集粉設備5的下料口放出成品料，每10公斤一袋，包裝儲存。

實施例二

如圖1所示，其中與實施例一中相同或相應的部件採用與實施例一相應的附圖標記，為簡便起見，下文僅描述與實施例一的區別點。該實施例二與實施例一的不同之處在於：還包括預混合處理單元Ⅲ，所述預混合處理單元Ⅲ包括內部灌裝有鉛粉原料的自動加粉裝置6、攪拌桶7和去離子水輸送管道8，攪拌桶7和反應釜2固定在工作檯13上，硫酸投加裝置1和自動加粉裝置6通過支撐座14固定於工作檯13上方，所述攪拌桶7的入口7a與所述自動加粉裝置6相連通，其出口7b通過輸送管道b71與剪切泵9的第二進口連通，進料管道a21上連通設有與所述攪拌桶7內部相通的進料管道b72，該進料管道b72的端部設置在攪拌桶7的上方；所述去離子水輸送管道8連通攪拌桶7內部且位於該攪拌桶7的入口7a旁邊。

更為具體地是，為提高自動加粉裝置6內的鉛粉原料順暢、快速地流出，在該自動加粉裝置6的出料口處還設有震動泵61，確保鉛粉原料準確、定量加入至攪拌桶7內，最大程度上提高4BS的轉化率。

其中，輸送管道b71、剪切泵9及進料管道b72形成外循環剪切單元b，外循環剪切單元a與外循環剪切單元b之間共用同一剪切泵9及與該剪切泵9的物料出口2b連通的進料管道a21的一部分，簡化設備數量及管道排布，佔用面積小，成本低。

值得說明的是，預混合處理單元Ⅲ使得鉛粉原料先與去離子水進行充分混合反應，避免傳統的製備工藝將去離子水及濃硫酸與鉛粉原料同時加入反應釜2導致製備反應時間長，四鹼式硫酸鉛轉化率低的問題，進而大大縮短後續製備時間，四鹼式硫酸鉛轉化率高，有效抑制結晶顆粒變大。

此外，通過利用剪切泵9的物理及化學作用，在預混合處理單元Ⅲ和製備處理單元Ⅰ中均增設外循環式剪切攪拌單元，使攪拌桶7及反應釜2內的鉛泥儘快剪切稀釋、水化，大大提高鉛粉原料的水化程度，使得反應中產生的分子間的張力能夠得到緩和，得到的4BS產物更加穩定，粒徑更小；同時快速剝離鉛核上殘留的PbO，提高四鹼式硫酸鉛製備率；除此之外，大大縮短預混合處理和製備反應工序中的攪拌混合時間，製備時間短，生產效率高。在其他條件相同的情況下，攪拌桶7及反應釜2增設外循環攪拌單元，使得去離子水及硫酸溶液的使用量節約30％以上。

實施例三

如圖2所示，其中與實施例二中相同或相應的部件採用與實施例二相應的附圖標記，為簡便起見，下文僅描述與實施例二的區別點。該實施例三與實施例二的不同之處在於：還包括壓濾處理單元Ⅳ，如圖4所示，所述壓濾處理單元Ⅳ包括壓濾機10及設置在壓濾機10上的絞籠輸送裝置12，所述壓濾機10設置在反應釜2與乾燥球磨機3之間，該反應釜2的物料出口2b通過隔膜泵11與壓濾機10的進料口10a相連接；所述絞籠輸送裝置12設置在壓濾機10上，其位於壓濾機10的出料口10b正下方，該絞籠輸送裝置12的出料端121與乾燥球磨機3的進料端3a相連接。經反應釜2製備出的4BS鉛泥在進行乾燥球磨之前對其先進行初步壓濾，使其充分擠幹，去除多餘廢水，得到含水率僅為15％～30％的濾餅，大大縮短後續製成乾燥時間，抑制晶粒變大，同時節能環保，增強球磨效果。

這裡，需要說明的是，壓濾設備的類型和結構可根據實際壓濾需求進行靈活選擇，如板框壓濾機、帶式壓濾機等中的一種。優選地，所述輸送裝置採用絞籠輸送裝置12，該絞籠輸送裝置12位於壓濾設備上的濾布的下方，經壓濾處理得到的濾餅利用絞籠輸送裝置12的螺旋輸送方式，邊輸送的同時邊進行鬆散，加快後續乾燥球磨處理效率。

本實用新型中各個設備之間連通的管道上均設有一個或多個氣動閥，實現自動、定量、連續式控制各設備動作，自動化程度高，銜接性好。

工作流程如下：

將鉛粉原料和去離子水自動、定量加入攪拌桶7內，開啟剪切泵9進行內外循環攪拌均勻後，通過剪切泵9將攪拌桶7內的鉛泥泵入反應釜2內，邊進行內外循環攪拌邊加硫酸，加完硫酸後，同時開啟內部加熱系統加熱反應釜2兩個小時左右，溫度達到100℃，保溫，繼續保持反應釜2內外循環攪拌剪切1小時，關閉加熱系統和剪切泵9，保持內部攪拌繼續，並向反應釜2內通入壓縮空氣冷卻鉛泥，直到反應釜2降溫到50度以下；保持內部攪拌，開啟隔膜泵11把反應釜2中鉛泥打入壓濾設備，對鉛泥進行壓濾處理，濾布上產生的鉛泥自動送入其下部漏鬥的絞籠輸送裝置12，輸送到乾燥球磨機3內進行乾燥球磨處理，該過程中產生的廢氣經酸霧淨化塔4淨化處理，得到的4BS鉛粉通過集粉設備5收集。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「上」、「下」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接，還可以是通信；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本實用新型的教導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本實用新型的精神和範圍。因此，本實用新型不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求範圍內的實施例都屬於本實用新型的保護範圍。