工艺条件对无汞锌粉性能的影响

2017-03-28张杰江丽军李腾旭胡荣峰

电池工业 2017年3期

张杰，江丽军，李腾旭，胡荣峰

(宁波双鹿能源科技有限公司, 浙江宁波 315000)

1 前言

无汞锌粉生产中，通过工艺变动，改变锌粉粒度分布和形貌，直接影响无汞锌粉品质和表现。现阶段国内外主要无汞电池锌粉生产工艺是用气体做介质的雾化法，主要区别在于雾化喷嘴和雾化介质[1]。本文也将对空气作为介质的雾化法工艺对制备锌粉做相关分析和探讨。

随着锌锰电池工艺的成熟，电池的信赖性得到了有效的提高。这也打破了锌粉析气量越小越好的传统观念，锌粉实践生产中，往往是在电池厂家所能接受的前提下，有合适的析气量，进而使锌粉在电池环境中能释放出更强大的能量。因而现在锌粉发展向着低铟低铋和颗粒度更细的方向发展。本文通过不同的工艺参数变化对锌粉粒度分布、析气量、形貌和颗粒的等效球径的影响做比较，希望能对产品进一步提升做一些有益的探讨。

2 实验方法

2.1 不同温度对锌粉的形貌以及颗粒分布的影响

生产工艺中，一项重要的工艺参数就是锌液雾化前的温度。根据金属熔体粘度系数与温度的关系为：

η=ΑeΕ/RT

式中，E为活化能，A为常数，R为气体常数，T为绝对温度，η为粘度系数[3]；可见温度直接和熔液的粘度相关。而雾化过程就是气体能量向分体表面能转化的过程，在固定雾化气体的工艺条件下，本次选取了雾化前温度为500℃±5℃、525℃±5℃、550℃±5℃、575℃±5℃、600℃±5℃进行雾化，雾化后冷却温度恒定在60℃±5℃，其它各项生产工艺不变。通过用马尔文粒度测试仪、模拟析气量和实验期间的生产状况的数据统计，汇总具体情况如表1。

表1 不同生产温度下，锌粉各项性能比较

图1 不同温度的平均粒径比较

图2 +60目锌粉所占比例图3 -200目所占比例

图4 模拟析气量变化趋势图5 生产效率变化趋势

分析如下：在低温阶段，由于金属液体粘度大，气体提供的能量无法充分将锌液破碎，导致了在450℃时，锌粉粗颗粒多，细颗粒少，整体的平均粒径上升。但是到达一定温度后，锌粉的粘度下降流动性上升，使得锌粉在一定气压下破碎程度上升(见图1、图2、图3)。但是由于随着温度的上升，在锌粉雾化瞬间，锌粉与锌粉间相互碰撞使得在高温时锌粉的颗粒变的更粗大，通过电镜观察，高温时生产的锌粉的外形呈现“圆滑”而低温下生产的锌粉，外形多以条形为主(见图6、图7)。

图6 550℃条件下生产的锌粉

图7 650℃条件下生产的锌粉

但是温度过低导致，锌粉流动形很差，使锌粒表面呈现“鳞片”状，而温度适当的锌粉呈现“榕树根”状。(见图8、图9)

图9 600℃条件下生产的锌粉

另外发现在不同温度时，锌粉整体的雾化状态变化很大，在低温和高温时，片状锌大幅上升，在650℃时，产品的粗颗粒大幅度上升。因而导致了成品率不同。分别对成品率分析发现，在600℃时，生产效率最佳。

结论：根据不同温度的实验得出，生产控制温度过高过低都不利于生产和性能，综合各项参数发现，控制在生产温度在600℃时，产品的各项综合性能最佳，析气量相对较低，锌粉平均粒径相对较小，成品率相对较高。

2.2 不同雾化压力对锌粉颗粒分布的影响

雾化的关键过程是，通过雾化器将气体能量传递给熔融的锌液，使锌液粉碎成粉末。因而不同的雾化气压决定着锌液的程度，在其它条件都一致的情况下，我们选取0.40Mpa、0.44Mpa、0.48Mpa、0.52Mpa、0.56Mpa、0.60Mpa不同的雾化压力，通过对不同雾化压力下的锌粉的颗粒分析，获得如下的数据：

表2 不同气压下的颗粒度分布(干筛法测得数据)

图10 不同气压的颗粒度分布图11 不同气压的粒度平均粒径

分析如下：在低气压阶段，随着雾化压力的增大，+60目和-200目锌粉呈近似线性变化，但是随着气压的增大，这种变化趋势变缓(见图10、图11)。分析原因，是从熔融锌液到锌粉颗粒，主要是通过将雾化气体的能量转化为锌粉的表面能，因而随着气体压力的增大，气体能量上升，制备的锌粉颗粒趋于更细，平均粒径变小。但是随着气体不断上升，设备内部的内耗，和高速气体引起的湍流，都使气体在与锌液接触前消耗大量能量。因而到一定程度，气体对颗粒的影响减弱。

结论：由于不同厂家对锌粉的颗粒要求不同，随着气压的增大锌粉的颗粒变得更细，但是随着气压不断上升，调节气压对锌粉颗粒的影响将明显降低。