 |
Патент Российской Федерации RU№ 2281311
|
|
|
|
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП
Имя изобретателя: Трунин Евгений Борисович (RU); Родионов Сергей Викторович (RU); Мамушкин Александр Анатольевич (RU)
Имя патентообладателя: Мамушкин Александр Анатольевич (RU); Родионов Сергей Викторович (RU); Трунин Евгений Борисович (RU)
Адрес для переписки: 390005, г.Рязань, ул. Татарская, 17, кв.169, Е.Б. Трунину
Дата начала действия патента: 2004.08.06
Изобретение может быть использовано в области охраны окружающей среды. Ртутьсодержащие люминесцентные лампы разрушают, разделяют на стеклобой, цоколи и ртутьсодержащий люминофор в потоке воздуха с разрежением 10÷100000 Па с использованием вибрации в диапазоне 1÷10000 Гц. Ртутьсодержащий люминофор, измельченный до размеров не более 1 мм, нагревают в герметичном объеме до 600-900°С, выдерживая при 600-700°С не менее 30 минут. Пары ртути конденсируют в охлаждаемой ловушке. При проведении всех процессов обеспечивают двойную герметизацию. Изобретение позволяет провести полную утилизацию люминесцентных ламп на металлическую ртуть, цветной металл, стекольное сырье и строительный материал, которые возвращаются в производство. Содержание ртути в отходах менее 3 ppm, что ниже чувствительности современных аналитических средств. Способ прост, высокопроизводителен.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к способам утилизации токсичных отходов, утилизации ртутьсодержащих приборов и отходов, преимущественно к способам утилизации ртутьсодержащих люминесцентных ламп, способам демеркуризации.
Известен способ (1. Трахтенберг И.М., Коршун М.Н. Ртуть и ее соединения в окружающей среде. Киев: Выща школа, 1990 г. 2. Пугачевич П.П. Техника работы со ртутью в лабораторных условиях. М.: Гостехиздат, 1961 г. 142 с. 3. Гамаюнов С.Н. Патент РФ №2052527 Способ демеркуризации люминесцентных ламп) демеркуризации ртутных ламп, включающий измельчение, промывку водой, обработку химическими реагентами, которые переводят ртуть в соединения с низким давлением паров. Сами соединения остаются, как правило, в составе отходов. Такое решение вопроса является неокончательным. Кроме того, возникает проблема очистки от соединений ртути воды, используемой для промывания. Соединения ртути, так же как и ртуть, являются веществами повышенной опасности. Такой способ демеркуризации не возвращает ртуть в производство, а оставляет в отходах.
|
|
|
Известен способ термической демеркуризации загрязненых ртутью материалов (4. Альперт В.А., Пикин А.И. Патент РФ №1838440 Способ термической демеркуризации загрязненных ртутью материалов и устройство для его осуществления) включающий разрушение ламп, нагрев материалов в герметичной камере, вакуумную дистилляцию паров ртути, улавливание паров ртути в низкотемпературной ловушке. В этом способе металлическая ртуть собирается в низкотемпературной ловушке и ее можно после очистки вернуть в производство. Такой цикл оборота ртути выглядит наиболее целесообразным. Способ реализован в установке УРЛ-2М. Однако в реализации у этого способа есть недостатки, которые мешают в полной мере использовать достоинства метода: 1. Вакуумная технология не приспособлена к переработке грязных, битых ламп, к переработке влажных отходов, к переработке отходов с содержанием пластмасс, так как вакуумная система выходит из строя как от воды, так и при нагреве пластмасс, и от других веществ, компоненты которых засоряют вакуумную систему. 2. Вакуумная технология рекомендует нагревания до температур не более 170°С, выше которых компоненты текстолита и компаундов засоряют вакуумную систему, а наиболее устойчивые соединения ртути, в частности киноварь, каломель, сулема и др., не разлагаются, и ртуть не испаряется целиком из демеркуризуемых материалов. Кроме того, производительность такой технологии и оборудования ограничена, технология энергоемка, требует для реализации большое количество электроэнергии, применения дорогостоящего жидкого азота. Такой способ имеет значительные удельные затраты на утилизацию.
|
|
|
Наиболее близким к заявляемому способу является способ утилизации ртутьсодержащих отходов (5. Н.В.Косорукова и Е.П.Янин Утилизация отходов ртутьсодержащих изделий: состояние и проблемы. В журнале «Светотехника», 2002 г., № 3, стр.25-29), преимущественно люминесцентных ламп, заключающийся в их разрушении, разделении в потоке воздуха с использованием вибрации на стеклобой, алюминиевые цоколи, ртутьсодержащий люминофор, который помещают в герметичные полиэтиленовые мешки, засыпают цементом, демеркуризирующим раствором (частично переводят ртуть в соединения) и транспортируют к месту переработки. Такой метод утилизации производителен, экономически выгоден, позволяет возвратить в производство алюминиевые цоколи и стеклобой, однако ртуть в данном способе не выделяется из отходов и представляет опасность при ее дальнейшем хранении в составе отходов и транспортировке.
Предлагается способ утилизации ртутьсодержащих люминесцентных ламп, заключающийся в их разрушении, разделении на стеклобой, цоколи, ртутьсодержащий люминофор в потоке воздуха с использованием вибрации, отличающийся тем, что поток воздуха создают разрежением 100-10000 Па, используют вибрацию в диапазоне 1...10000 Гц, ртутьсодержащий материал, измельченный до размеров не более 1 мм, нагревают в герметичном объеме до температур в диапазоне 600-900°С, выдерживая при температуре 600-700°С не менее 30 минут, пары ртути конденсируют в охлаждаемой ловушке и при проведении всех процессов обеспечивают двойную герметизацию.
Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемое техническое решение (совокупность операций переработки в рекомендуемых технологических режимах) позволяет провести полную утилизацию ртутьсодержащих отходов, приборов, преимущественно люминесцентных ламп на металлическую ртуть, цветной металл, стекольное сырье и нейтральный строительный материал. Предлагаемая технология имеет оптимальные технико-экономические параметры.
|
|
|
Проведение разделения компонентов в токе воздуха с перепадом давлений 100-10000 паскалей обеспечивает отделение летучей пылевой фракции от твердых компонентов люминесцентных ламп, стекла и металлических цоколей. При перепаде давлений менее 1 мм ртутного столба воздушный поток не будет уносить ртутьсодержащий люминофор, а создание разрежения более 1/10 атмосферы нецелесообразно из за увеличения мощности систем вентиляции и пылеулавливания и очистки воздуха. В случае разрежения более 0,1 атм (10000 Па) вместе с ртутьсодержащим люминофором будет уносится большое количество стекла, не содержащего внутри себя ртуть. Результат достигается в пределах указанных перепадов давлений и отличается техническими характеристиками уноса пыли. В принципе технология будет работать и при больших перепадах давлений, но увеличится расход электроэнергии и в фильтры будет попадать большее количество стеклоотходов, которые не содержат сами по себе ртути.
Соотношение уноса ртутьсодержащего люминофора и стеклобоя в составе уносимого воздушным потоком материала.
Из таблицы видно, что при малых давлениях разделения стеклобоя и люминофора не происходит, так как и люминофор и стеклобой остаются на месте. И при больших перепадах давлений разделения также не происходит, так как и стеклобой и люминофор уносятся потоком воздуха в другое место и не разделяются. Оптимальный режим воздушного потока находится внутри указанного перепада давлений от 100 Па до 10000 Па.
Вибрация в диапазоне частот 1...10000 Гц обеспечивает перемешивание и наилучшее отделение пылевой фракции. Создание вибрации в указанном диапазоне осуществлялось при вибрации при вращении вала с эксцентриком (на низких частотах) и при магнитострикции железного сердечника (при высоких частотах). Во всем указанном диапазоне частот от 1 до 10000 Гц отделение пылевой фракции люминофора осуществляется достаточно эффективно. При частотах менее 1 Гц стеклобой не перемешивается. Работу при частотах более 10000 Гц не удалось осуществить из-за технических трудностей. Диапазон частот 1-10000 Гц выбран как наиболее технически достижимый и недорогой (из технико-экономических соображений).
|
|
|
Выбранный диапазон температур связан со следующими явлениями:
1. При температурах более 300°С эффективно удаляется металлическая ртуть, которая имеет давление паров 1 атмосфера уже при 360°С. Однако наиболее устойчивые соединения ртути, в частности киноварь, каломель, сулема и др., не разлагаются, и ртуть не испаряется целиком из демеркуризуемых материалов. Анализы состава ртутьсодержащих материалов показывают, что при нагревании до температур ниже 600°C соединения ртути не разлагаются и ртуть остается в материалах.
2. При температурах 600-900°С соединения ртути разлагаются и ртуть удаляется из материалов полностью.
3. Выше 900°С нагревать материал нецелесообразно из-за повышенных затрат энергии и усложнения конструкции печи.
Ртутьсодержащий материал должен иметь размеры не более 1 мм, так как время выхода ртути из материала связано с размерами частицы в первом приближении по формуле
Где L - размеры частицы в сантиметрах, D - коэффициент диффузии ртути в материале при данной температуре в сантиметрах квадратных деленных на секунду, t - время выдержки при данной температуре в секундах. При рекомендованных режимах разрушения ламп ртутьсодержащий материал имеет размеры менее 1 мм и такие размеры являются наиболее целесообразными для удаления ртути из люминофора. При больших размерах увеличивается минимальное время высокотемпературной выдержки (пропорционально квадрату размеров частицы). Демеркуризация частиц, имеющих размеры более 1 мм, приводит к ухудшению экономических показателей из-за увеличения времени выдержки при высоких температурах и соответственно затрат электроэнергии и других материальных затрат (времени обслуживания, заработной платы, уменьшению производительности линии).
Процесс удаления ртути состоит из нескольких стадий:
разложение ртутных соединений,
диффузия ртути в твердом объеме частицы,
испарение ртути с поверхности частицы,
диффузионное перемещение ртути в межчастичном пространстве,
выход ртути из пористого объема ртутьсодержащих отходов, диффузия ртути в газе,
конденсация паров в ловушке.
Лимитирующей стадией (самой медленной по кинетике процесса) удаления ртути из материала является удаление ртути из твердых частиц ртутьсодержащего материала.
|
|
|
Время выдержки не менее 30 минут связано с кинетикой удаления примесей. При отсутствии выдержки при температуре выше 600°С ртуть не удаляется. При времени выдержки 30 мин ртуть удаляется полностью. Время выдержки более 30 минут нецелесообразно, так как результат удаления ртути уже достигнут, а дальнейшая выдержка приводит к ненужным затратам. Диапазон 30 минут при температуре 600°-700°C связан с тепловой инерционностью печи и меньше быть не может при данных объемах загрузки, мощности нагревателей печи, теплоизоляции.
|
|
|
