СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C22B43/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации электролюминесцентных источников света и ртутьсодержащих отходов их производства, а также для утилизации иных стеклянных и стеклянно-металлических изделий, содержащих металлическую ртуть, ее пары и амальгамы.

Известен способ демеркуризации водным раствором отходов титановых производств, содержащим хлорное железо. Недостатками этого способа являются высокая коррозионная активность реагента, а также то, что после обработки демеркурированные поверхности следует подвергать тщательной промывке, т.к. оставшиеся на них хлорные и кислородные соединения ртути под воздействием света и кислых паров разрушаются с образованием свободной ртути. Это требует большого количества воды, следовательно возникает проблема ее очистки от растворенных в ней соединений ртути.

Известен способ пассивации паров ртути раствором элементарной серы. Однако этот способ предполагает использование легколетучих и токсичных растворителей и проводится при низких температурах, что снижает скорость взаимодействия ртути с серой, а также требует сложного криогенного оборудования для его реализации.

Наиболее близким по достигаемому эффекту и назначению является способ демеркуризации люминесцентных ламп, основанный на термической возгонке ртути из предварительно раздробленных ламп с последующим улавливанием паров ртути в системе газоочистки. Установка демеркуризации включает в себя загрузочное устройство с дробилкой, которая соединена с печью через шлюзовый затвор, перегреватель, включающий корпус с нагревательным элементом и соединенный патрубком с дробилкой, и систему газоочистки для улавливания паров ртути. К недостаткам этого способа относится довольно высокое остаточное содержание ртути в демеркурированном стеклобое и в сбрасываемом в атмосферу очищенном технологическом газе 2,1 мг/кг и 0,01 мг/м³ соответственно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени демеркуризации и улучшение охраны окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что электролюминесцентные лампы и отходы их производства измельчают, а демеркуризацию измельченных изделий ведут раствором элементарной серы. В качестве растворителя используется пропиленкарбонат, который циркулирует в системе при температуре 50-100^оС, практически не расходуясь. Концентрация серы поддерживается за счет насыщения раствора в процессе его циркуляции. С целью снижения влияния на окружающую среду сбрасываемый в атмосферу газ пропускается через рабочий раствор для удаления из него оставшихся паров ртути.

Предлагаемый способ был испытан для демеркуризации люминесцентных ламп на действующем макете устройства демеркуризации. Блок-схема устройства приведена на чертеже.

Устройство для реализации способа содержит блок загрузки и измельчения 1, соединенный с блоком демеркуризации 2 и фильтром 7 сбрасываемых газов, центрифугу 3, отстойник 4, блок подготовки рабочего раствора 5 и циркуляционный насос 6, который соединен с фильтром 7 и блоком демеркуризации 2, последний соединен с отстойником 4 и центрифугой 3, которая соединена с отстойником 4, а блок подготовки рабочего раствора 5 соединен с отстойником 4 и насосом 6.

Пропиленкарбонат, который применяется в промышленности в качестве растворителя некоторых полимеров и как экстрагент, нетоксичен и имеет следующие свойства:
молекулярная масса 102,09
температура кипения 240^оС
температура плавления -70^оС
плотность 1204 кг/м³
вязкость при 25^оС 3 мм²/с
Люминесцентная лампа или другое изделие помещается в блок загрузки и измельчения 1, связанный шлюзом, предотвращающим выброс в атмосферу, с блоком демеркуризации 2, где измельчается, и стеклобой I поступает в блок демеркуризации 2, где при перемешивании в рабочем растворе А происходит процесс связывания ртути в сульфид. Сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль смываются избытком раствора со стеклобоя и вместе с отработанным раствором С поступают в отстойник 4, стеклобой II поступает в центрифугу 3 для окончательного удаления отработанного раствора С, который также поступает в отстойник 4, а осушенный стеклобой III выгружается для дальнейшей переработки. Отработанный раствор С осветляется в отстойнике 4. Осветленный раствор D поступает в блок подготовки рабочего раствора 5, где термостатируется и насыщается серой, а затем циркуляционным насосом 6 рабочий раствор А подается в демеркуризатор 2 и в фильтр 7 сбрасываемых газов, соединяющий блок загрузки и измельчения 1 с атмосферой и предупреждающий попадание паров ртути в последнюю. Сбрасываемые газы V для полного удаления паров ртути из блока загрузки и измельчения 1 и шлюза циркулируют через них и через фильтр 7, а их избыток VI удаляется в атмосферу. Прошедший через фильтр раствор В с находящимся в нем сульфидом ртути поступает в блок 2. Осадок IV из отстойника 4 выгружается по мере необходимости.

Содержание ртути в стеклобое, в сбросных газах и в осадке определялось прибором МПАР чувствительностью по ртути 10% при работе с твердыми пробами. Количество ртути в сбросных газах определялось при непосредственном прокачивании воздуха, выходящего из фильтра 7. Для определения ртути в стеклобое и осадке в каждом случае были отобраны пробы 50 мг осадка и 200 мг стеклобоя и проанализированы при температуре 300^оС.

П р и м е р 1. Лампа КЛ 9/ТБЦ, содержащая 20-30 мг ртути, помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 40^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (55,03420 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (55,01384 г). Разница в весе (0,02036 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,037% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 2. Лампа КЛ 7/ТБЦ, содержащая 20-30 мг ртути, помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 50^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (53,22192 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (53,20437 г). Разница в весе (0,01755 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,033% от массы демеркуризованного лома
П р и м е р 3. Лампа ДРТ-2800, содержащая 240-300 мг ртути, помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 60^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, и предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (54,19315 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (54,17853 г). Разница в весе (0,01462 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,027% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 4. Лампа ДРТ-2800, содержащая 240-300 мг ртути, помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 70^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступает вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (53,9328 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (53, 91604 г). Разница в весе (0,01677 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,031% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 5. Лампа ЛДУ А-8, содержащая 150 мг ртути в виде амальгамы (55% Bi, 12% Cd, 22% Pb и 11% Hg), помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 90^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (50, 20624 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (50,19318 г). Разница в весе (0,01306 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,026% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 6. Лампа ЛДУ А-8, содержащая 150 мг ртути в виде амальгамы (55% Bi, 12% Cd, 22% Pb и 11% Hg), помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 100^оС в течение 60 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (55,17829 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (55,16117 г). Разница в весе (0,01712 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,031% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 7. Лампа ЛДУ А-8, содержащая 150 мг ртути в виде амальгамы (55% Bi, 12% Cd, 22% Pb и 11% Hg), помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 110^оС в течение 55 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (55,88859 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (55,87015 г). Разница в весе (0,01844 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,033% от массы демеркуризованного лома.

П р и м е р 8. Лампа ЛДУ А-8, содержащая 150 мг ртути в виде амальгамы (55% Bi, 12% Cd, 22% Pb и 11% Hg), помещается в блок загрузки и измельчения, где изолируется от атмосферы, и стекло разбивается. Бой через шлюз поступает в блок демеркуризации, где при температуре 110^оС в течение 50 с происходит взаимодействие ртути с рабочим раствором, по окончании которого со стеклобоя смываются сульфид ртути, люминофор и мелкая стеклянная пыль и поступают вместе с отработанным раствором в отстойник, а предварительно осушенный стеклобой в центрифугу на окончательную осушку. Для определения остатка растворителя на стеклобое после центрифугирования часть стеклобоя (54,49046 г) была взвешена, затем промыта, высушена и вновь взвешена (54,47140 г). Разница в весе (0,01906 г) потеря растворителя, уносимого со стеклобоем, составляет 0,035% от массы демеркуризованного лома.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, как следует из приведенных результатов, предлагаемый способ в отличие от прототипа позволяет при температуре 50-100^оС полностью связать ртуть, находящуюся как в свободном виде, так и в виде амальгамы, в нетоксичный сульфид ртути, чем исключается воздействие на окружающую среду. При этом растворитель практически не расходуется (потеря растворителя порядка 0,033 мас.), а расходуемым реагентом является только сера. Повышение температуры процесса выше 100^оС нецелесообразно, так как не дает существенного выигрыша в скорости реакции, предъявляя при этом повышенные требования как к конструкции отдельных блоков, так и к устройству в целом, а также снижает безопасность эксплуатации.

Использование: утилизация электролюминесцентных источников света и ртутьсодержащих отходов их производства, а также утилизация иных стеклянных и стеклянно-металлических изделий, содержащих металлургическую ртуть, ее пары и амальгамы. Сущность: предложенный способ осуществляют путем взаимодействия металлической ртути, ее паров и амальгам с другими металлами с раствором элементарной серы в пропиленкарбонате с образованием сульфида ртути, с последующим отделением демеркуризованного стеклянного боя от продуктов демеркуризации и растворителя. Устройство для осуществления способа демеркуризации в непрерывном режиме включает в себя связанные в единый агрегат блок загрузки и измельчения, блок демеркуризации, центрифугу для осушки стеклобоя, отстойник для осветления отработанного раствора, блок подготовки и термостатирования рабочего раствора, насос для циркуляции рабочего раствора и фильтр сбрасываемых газов, соединенный с блоком загрузки и измельчения. 2 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 1 табл. 1 ил.

1. Способ переработки электролюминесцентных источников света, включающий их измельчение, демеркуризацию, отделение соединений ртути от стеклобоя, отличающийся тем, что, с целью повышения степени удаления ртути и улучшения охраны окружающей среды, демеркуризацию ведут раствором элементарной серы в пропиленкарбонате концентрацией 0,96-3,42 г/л при 50-100^oС, при этом концентрацию серы поддерживают насыщением раствора при его циркуляции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный в процессе и сбрасываемый в атмосферу технологический газ пропускают через раствор серы в пропиленкарбонате. 3. Устройство для переработки электролюминесцентных источников света, содержащее блок загрузки и измельчения, соединенный с блоком демеркуризации и фильтром сбрасываемых газов, отличающееся тем, что, с целью повышения степени удаления ртути и улучшения охраны окружающей среды, оно снабжено последовательно соединенными центрифугой, отстойником, блоком подготовки рабочего раствора и циркуляционным насосом, причем блок демеркуризации соединен с отстойником и центрифугой, а циркуляционный насос соединен с фильтром и блоком демеркуризации.