化学反应：和膏过程的分析和优化

铅膏（paste of lead；paste；paster）是由铅粉、水、硫酸和添加剂混合搅拌并发生物理、化学变化而制成的可塑性膏状混合物。含有氧化铅、碱式硫酸铅、金属铅、氢氧化铅、水和添加剂。

起动用铅酸蓄电池的极板，目前都是涂膏式。一部分牵引用蓄电池（traction battery）和固定型蓄电池（stationary battery）的正极板是管式，而负极板也多为涂膏式。一种管式极板灌入的是铅粉，另一种则灌入铅膏。大部分铅酸蓄电池极板的活性物质是通过铅膏的涂填粘附在板栅上或装进管中的。和膏（paste mixing）是蓄电池生产过程中的一个重要工序。

在铅粉中加入水、H₂SO₄和其它添加剂和成铅膏，不是简单的混合。如果仅仅是机械混匀就无需很长时间，而和膏过程要经历45～60min。和膏过程一般是先在铅粉中加入添加剂，混匀后快速加水，然后慢慢加酸，同时进行冷却，搅拌足够的时间，必要时再加少量水调整铅膏表观密度。过程中的反应依次如下^【5】：

1.铅粉中的PbO与水的作用

2.加酸时生成硫酸铅

3.进一步生成碱式硫酸铅

同时还有一小部分铅粉中的金属铅与空气中的氧作用生成PbO，反应如下：

可以粗略地认为，当和膏过程结束时，除添加剂之外，铅膏是由下列各组分组成的混合物：

氧化铅 PbO

三碱式硫酸铅 3PbO·PbSO₄·H₂O

金属铅 Pb

一碱式硫酸铅 PbO·PbSO₄

氢氧化铅 Pb（OH）₂(www.xing528.com)

水H₂O

一些作者研究了铅膏组成与硫酸和氧化铅之间比例的关系^【6】，认为在一些情况下会生成4PbO·PbSO₄。如在H₂SO₄量为铅粉（氧化度70%，PbO为正交晶体）量的6.15%（即PbO量的8.8%），和膏温度高达80℃时，只能按照反应

生成4PbO·PbSO₄的铅膏。在H₂SO₄量为铅粉的7.75%时，则4PbO·PbSO₄又按照下面的反应转变为

并且有反应

铅膏的相组成不仅和H₂SO₄的量有关，而且与和膏时的温度有很大关系^【7】。同样是H₂SO₄量为6%，在20～40℃时，铅膏内含有3PbO·PbSO₄·H₂O和两种晶体（四方和正交）的PbO；而在40～60℃时，铅膏内则含有4PbO·PbSO₄、3PbO·PbSO₄·H₂O和两种晶体的PbO。

表面活性剂木质素磺酸盐可以抑制4PbO·PbSO₄的生成^【8】。

布尔班克（Burbank）研究了碱式硫酸铅对蓄电池正极活性物质脱落和蓄电池寿命的影响^【9】，认为用纯4PbO·PbSO₄来制造极板最为有利。

1990年，D.Pavlov来中国访问讲学，提出一种制备4PbO·PbSO₄铅膏的工艺。其要点有：

（1）和膏时铅粉中加入20%～25%的Pb₃O₄；

（2）加入一种负极添加剂B—88，用量为铅粉的0.2%就够了。避免使用木质素磺酸盐，因为它能抑制4PbO·PbSO₄的生成；

（3）这种铅膏涂填的极板（未化成的）可以在较高温度90℃固化，固化时间可以缩短为8h。这种极板强度大大高于传统的未化成极板；

（4）化成后，这种极板装配的蓄电池的寿命长。蓄电池寿命终了是由于板栅的腐蚀而不是活性物质脱落。