金屬鉛粉制備技術的研究現狀與進展

汝娟堅

（昆明理工大學 冶金與能源工程學院，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的主要原料，其質量控制對于整個鉛蓄電池的性能提高有重要作用[1,2]。據統計，我國精鉛消費主要集中在鉛蓄電池領域，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。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滑劑，主要包括以下三個方面：含鉛的銅或青銅粉可用于燒結青銅軸承，因為鉛在銅或青銅中的溶解度小，使鉛從固溶體中析出而起潤滑的作用；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混合物；電動機碳刷則一般由含有石墨、銅、含鉛的銅和干鉛粉（后者作為潤滑劑）的混合物固化而成。同時，鉛粉具有很高的化學穩定性，抗酸抗堿的能力極強，將鉛粉與亞麻油或溶劑混合后可形成涂料，這種涂料被廣泛應用于化學和冶金工業或海洋環境中的設備防腐、防漏以及溶液貯存，也可用作電纜的保護套。

1 金屬鉛粉的制備方法

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

1.1 機械球磨法

工業上廣泛采用機械球磨法來制備金屬鉛粉，1966年Benamin首次提出了機械合金化技術，并報道了采用機械合金化法制備氧化物彌散強化鎳基耐熱超合金的研究。此法主要采用高能球磨機對粉體進行球磨，目前使用的球磨方式主要有振動磨、行星磨和碾磨，在此過程中能量通過高速磨球對粉體滯塞的剪切和碰撞作用實現傳遞[3]。

機械合金化法的作用機制主要是通過金屬球對金屬粉體進行沖擊碰撞和碾壓，使其產生強烈的塑形變形并不斷細化。

該法具有成本低、產量高、工藝流程短、易批量生產，以及合金成分易于控制等優點，已被廣泛應用于金屬粉體的工業生產。

此外，通過采用惰性氣氛（如氦氣，氬氣等）可防止金屬粉體在球磨過程中發生氧化，從而保證粉體純度。球磨過程中可通過控制球磨時間、球料比、球磨強度等影響因素實現對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制主要是采用高速氣流對液態金屬鉛進行破碎，從而形成小液滴并凝固成粉體，此法是目前生產鉛粉的常用方法之一[4]。氣體霧化法的生產過程主要包括：

（1）將金屬鉛液熔為液態；

（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制取多種金屬粉體，也可制取各種預合金粉。

此法制備的金屬粉體具有生產成本低、粉體粒徑可控、粉體球形度高等優點，隨著粉末冶金新工藝新材料的出現以及粉末原材料在表面工程、電子、化工、軍事等重要工業中的應用，對合金粉體逐漸朝著小粒徑、高純度、球形化的要求發展，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，氣體霧化過程中噴嘴是霧化技術的關鍵，其結構和性能決定了霧化粉末的性能和生產效率。因此，噴嘴結構設計與性能的不斷提高決定著氣體霧化技術的進步。

1.3 電沉積法

電沉積法即以電化學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、復合共沉積法和噴射法等[5]。

在電沉積法制備粉體時晶粒的形核與生成過程對粉體結構和形貌起著至關重要的作用。此法具有成本低、工藝流程短、操作環境良好、粉體顆粒尺寸和形貌易于控制等優點，適用于規?；a。

目前主要用于合成具有納米結構的金屬、合金、化合物、薄膜、陶瓷增強金屬基涂層、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，通過采用大電流密度實現增大陰極極化和細化晶粒的作用，有機添加劑的使用也具有顯著影響。因此，在電沉積過程中通過對電解參數的調節，可實現對粉體形貌、尺寸、成分和物相的精準調控。

1.4 存在問題

雖然上述關于制備金屬鉛粉的方法眾多，但是從生產方法及產品品質上來講仍然存在一些問題。

在制備鉛粉過程中，機械球磨法雖然產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，難以對鉛粉形貌進行調控；另一種常見的方法是氣體霧化法，此法雖然能耗低，環境污染小，但是對設備要求高，生產流程長，霧化后需要將鉛粉按尺寸進行分級；電沉積法雖然操作簡單，易于控制鉛粉形貌，但所使用的硅氟酸電解質腐蝕性強，對電解設備要求苛刻。

2 結語

綜上所述，制備金屬鉛粉的方法很多，現有的方法仍在不斷改進，新的方法也將不斷被探索和發現。因此，可根據金屬自身的性質及其產品需求，選擇合適的制備方法，開拓金屬鉛粉廣闊的引用領域。