金屬鉛粉制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

汝娟堅(jiān)

（昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

鉛粉是一種重要的化工原料，常被用作鉛蓄電池極板活性物質(zhì)的主要原料，其質(zhì)量控制對(duì)于整個(gè)鉛蓄電池的性能提高有重要作用[1,2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)精鉛消費(fèi)主要集中在鉛蓄電池領(lǐng)域，而每年鉛蓄電池耗鉛量近80%中就有約35%用于制備鉛蓄電池用鉛粉活性物質(zhì)。目前鉛蓄電池使用的鉛粉均為70%～80%的PbO和20%～30%的金屬鉛組成的鉛粉混合物。

此外，由于金屬鉛具有良好的延展性，鉛粉常被用作軸承和電碳制品中的潤(rùn)滑劑，主要包括以下三個(gè)方面：含鉛的銅或青銅粉可用于燒結(jié)青銅軸承，因?yàn)殂U在銅或青銅中的溶解度小，使鉛從固溶體中析出而起潤(rùn)滑的作用；通常在雙金屬軸承的摩擦表面滲入干鉛粉和聚四氯乙烯的燒結(jié)混合物；電動(dòng)機(jī)碳刷則一般由含有石墨、銅、含鉛的銅和干鉛粉（后者作為潤(rùn)滑劑）的混合物固化而成。同時(shí)，鉛粉具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，抗酸抗堿的能力極強(qiáng)，將鉛粉與亞麻油或溶劑混合后可形成涂料，這種涂料被廣泛應(yīng)用于化學(xué)和冶金工業(yè)或海洋環(huán)境中的設(shè)備防腐、防漏以及溶液貯存，也可用作電纜的保護(hù)套。

1 金屬鉛粉的制備方法

目前，用于制備鉛粉的方法很多，傳統(tǒng)制備金屬鉛粉的方法主要有機(jī)械球磨法、氣體霧化法和電化學(xué)法等。

1.1 機(jī)械球磨法

工業(yè)上廣泛采用機(jī)械球磨法來(lái)制備金屬鉛粉，1966年Benamin首次提出了機(jī)械合金化技術(shù)，并報(bào)道了采用機(jī)械合金化法制備氧化物彌散強(qiáng)化鎳基耐熱超合金的研究。此法主要采用高能球磨機(jī)對(duì)粉體進(jìn)行球磨，目前使用的球磨方式主要有振動(dòng)磨、行星磨和碾磨，在此過(guò)程中能量通過(guò)高速磨球?qū)Ψ垠w滯塞的剪切和碰撞作用實(shí)現(xiàn)傳遞[3]。

機(jī)械合金化法的作用機(jī)制主要是通過(guò)金屬球?qū)饘俜垠w進(jìn)行沖擊碰撞和碾壓，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑形變形并不斷細(xì)化。

該法具有成本低、產(chǎn)量高、工藝流程短、易批量生產(chǎn)，以及合金成分易于控制等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于金屬粉體的工業(yè)生產(chǎn)。

此外，通過(guò)采用惰性氣氛（如氦氣，氬氣等）可防止金屬粉體在球磨過(guò)程中發(fā)生氧化，從而保證粉體純度。球磨過(guò)程中可通過(guò)控制球磨時(shí)間、球料比、球磨強(qiáng)度等影響因素實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體粒徑和形貌的控制。

1.2 氣體霧化法

氣體霧化法的作用機(jī)制主要是采用高速氣流對(duì)液態(tài)金屬鉛進(jìn)行破碎，從而形成小液滴并凝固成粉體，此法是目前生產(chǎn)鉛粉的常用方法之一[4]。氣體霧化法的生產(chǎn)過(guò)程主要包括：

（1）將金屬鉛液熔為液態(tài)；

（2）在霧化室中將鉛液分散成微小的液滴；

（3）將鉛液滴迅速冷凝為金屬鉛粉。

氣體霧化法可以用來(lái)制取多種金屬粉體，也可制取各種預(yù)合金粉。

此法制備的金屬粉體具有生產(chǎn)成本低、粉體粒徑可控、粉體球形度高等優(yōu)點(diǎn)，隨著粉末冶金新工藝新材料的出現(xiàn)以及粉末原材料在表面工程、電子、化工、軍事等重要工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)合金粉體逐漸朝著小粒徑、高純度、球形化的要求發(fā)展，這使得氣體霧化法逐漸成為制備金屬及合金粉體的重要方法。另外，氣體霧化過(guò)程中噴嘴是霧化技術(shù)的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)和性能決定了霧化粉末的性能和生產(chǎn)效率。因此，噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能的不斷提高決定著氣體霧化技術(shù)的進(jìn)步。

1.3 電沉積法

電沉積法即以電化學(xué)的方式使金屬離子在陰極還原析出，從而得到金屬粉末，此法在金屬粉末的制備中居重要地位，已有的金屬粉末電沉積方法有直流法、脈沖法、復(fù)合共沉積法和噴射法等[5]。

在電沉積法制備粉體時(shí)晶粒的形核與生成過(guò)程對(duì)粉體結(jié)構(gòu)和形貌起著至關(guān)重要的作用。此法具有成本低、工藝流程短、操作環(huán)境良好、粉體顆粒尺寸和形貌易于控制等優(yōu)點(diǎn)，適用于規(guī)模化生產(chǎn)。

目前主要用于合成具有納米結(jié)構(gòu)的金屬、合金、化合物、薄膜、陶瓷增強(qiáng)金屬基涂層、泡沫材料等。

目前，鉛粉的電沉積主要是以硅氟酸和硅氟酸鉛的水溶液作為電解質(zhì)，通過(guò)采用大電流密度實(shí)現(xiàn)增大陰極極化和細(xì)化晶粒的作用，有機(jī)添加劑的使用也具有顯著影響。因此，在電沉積過(guò)程中通過(guò)對(duì)電解參數(shù)的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體形貌、尺寸、成分和物相的精準(zhǔn)調(diào)控。

1.4 存在問(wèn)題

雖然上述關(guān)于制備金屬鉛粉的方法眾多，但是從生產(chǎn)方法及產(chǎn)品品質(zhì)上來(lái)講仍然存在一些問(wèn)題。

在制備鉛粉過(guò)程中，機(jī)械球磨法雖然產(chǎn)量大且易于操作控制，但是制備的鉛粉形狀單一，基本為薄片狀，難以對(duì)鉛粉形貌進(jìn)行調(diào)控；另一種常見(jiàn)的方法是氣體霧化法，此法雖然能耗低，環(huán)境污染小，但是對(duì)設(shè)備要求高，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，霧化后需要將鉛粉按尺寸進(jìn)行分級(jí)；電沉積法雖然操作簡(jiǎn)單，易于控制鉛粉形貌，但所使用的硅氟酸電解質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，對(duì)電解設(shè)備要求苛刻。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，制備金屬鉛粉的方法很多，現(xiàn)有的方法仍在不斷改進(jìn)，新的方法也將不斷被探索和發(fā)現(xiàn)。因此，可根據(jù)金屬自身的性質(zhì)及其產(chǎn)品需求，選擇合適的制備方法，開拓金屬鉛粉廣闊的引用領(lǐng)域。