У.Ж. Джусипбеков, Г.О. Нургалиева, Н.Ж. Гизатулина, К.Акшабаев

Институт химических наук им. А.Б.Бектурова МОН РК, г.Алматы

ТОО «Кайнар-АКБ», г.Талдыкорган

Технология получение гуминовых расширителей

аккумуляторных батарей из бурых углей Казахстана

Известно, что активная масса отрицательного электрода сухозаряженных свинцовых аккумуляторов, состоящая только из окислов свинца и серной кислоты, сравнительно быстро теряет свою работоспособность, особенно при разряде большими токами, при низких температурах и при повышенных концентрациях электролита. Это объясняется пассивацией свинца в связи с кристаллизацией сульфата свинца на металле, а также рекристаллизацией и усадкой губчатого свинца. Для борьбы с этими явлениями применяют противоусадочные добавки, так называемые расширители или экспандеры. На головном предприятии Республики по выпуску аккумуляторных батарей - ТОО «Кайнар-АКБ» (г.Талдыкорган) в качестве расширителей отрицательных электродов используются импортируемые из ближнего и дальнего зарубежья синтетические и токсичные продукты – дубитель БНФ, α-оксинафтойная кислота, а также неорганический расширитель – сернокислый барий. Применение этих реагентов приводит к значительному удорожанию готовых аккумуляторных батарей. В то же время производство отечественных источников тока требует комплектации его недорогими и качественными материалами.

О влиянии гуминовых кислот как расширителей отрицательных электродов существуют противоречивые мнения. Одни авторы [1] утверждают, что применение гуминовых кислот приводит к снижению скорости растворения губчатого свинца в серной кислоте и предотвращает спекание активной массы отрицательных пластин во время циклирования. Однако, в работе [2] отмечено, что гуминовые кислоты при низких температурах не обеспечивают достаточной разрядной емкости аккумуляторов. В связи с этим в Институте химических наук им.А.Б.Бектурова исследованы физико-химические и технологические основы процесса получения и модификации гуминовых композиций из бурых углей Республики. Для регулирования состава и свойств гуминовых композиций исследован процесс их модификации различными неорганическими и органическими соединениями. По результатам проведенных работ в качестве модификатора выбран неорганический препарат «кинеор». Выявлено, что при модификации протекает процессы окисления и дегидрогенизации органической массы угля, происходит изменения в структуре исходного сырья и его деминерализация. На основании полученных экспериментальных данных разработана технология получения модифицированных гуминовых композиций, определены оптимальные условия процесса: модуль Т:Ж=1:3, концентрация раствора модификатора «кинеор» – 1%, температура – 20⁰С, продолжительность процесса модификации – 10 мин, собрана укрупненная лабораторная установка и наработаны опытные партии готовых продуктов. Проведены испытания полученных образцов в качестве расширителей отрицательных электродов сухозаряженных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в опытно-промышленных условиях ТОО «Кайнар-АКБ». Модифицированная гуминовая композиция использовалась для приготовления пасты отрицательных электродов, тип аккумуляторов – 6СТ-190А и 6СТ-190АС. В соответствии с требованиями ГОСТа 959-2002 определены характеристики серийных и опытных аккумуляторных батарей в контрольно-испытательной лаборатории завода. Установлено, что применение модифицированных гуминовых композиций взамен дубителя БНФ, улучшает такие показатели, как время разряда, сохранение сухозаряженности, падение плотности электролита и др. Выявлено, что в серийных аккумуляторах плотность электролита серной кислоты снижается от 1,280 до 1,221 г/см³, а в испытуемых остается практически на том же уровне (1,277 г/см³). При этом продолжительность разряда у серийных аккумуляторов составила 4 мин. 31 сек., а в опытных образцах – 5 мин 27 сек. Результаты испытаний емкости аккумуляторов при 20 ч. режиме разряда показали, что емкость опытных аккумуляторных батарей превышают показатели серийных (опытные – 156,16 А∙ч, серийные – 147,37 А∙ч). В ходе проведенных испытаний определено, что модифицированные гуминовые композиций не растворяются в серной кислоте и не вымываются из состава пасты, электроды не разбухают и не осыпаются. Использование этих композиции способствует снижению окисления свинца в серной кислоте в 7 раз, повышает емкость аккумуляторов на 20%, увеличивает длительность стартерных разрядов аккумуляторов при низких температурах в 3 раза. Все это приводит к улучшению электрических и стартерных характеристик аккумуляторных батарей. Применение взамен импортируемых продуктов, гуминовых расширителей способствует существенному наращиванию объемов выпускаемой продукции с одновременным снижением их цены и улучшением качества, а также приводит к сокращению экспорта необходимых для производства аккумуляторных батарей материалов. Кроме того, модифицированные гуминовые композиции являются экологически чистыми, не токсичными продуктами природного происхождения, получены из забалансового углеводородного сырья Казахстана.

Литература

1. Шапиро С.А., Кухаренко Т.А. Гуминовые кислоты окисленных бурых углей в качестве «расширителя» отрицательных пластин свинцовых аккумуляторов //Химия твердого топлива. 1969. №3. С.133-134.

2. Ямпольской Э.Г., Смирнова И.А., Бирюк К.И. Проблема использования свинцовых аккумуляторов при низких температурах /Сб. работ по химическим источникам тока. Л.: Электротехника, 1975. С.74-82.