СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП И ПРИБОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ РТУТЬ Российский патент 2013 года по МПК C09K11/01 C22B43/00 H01J9/52 

Изобретение относится к способам утилизации токсичных отходов, утилизации ртутьсодержащих приборов и отходов, способам демеркуризации, преимущественно к способам утилизации ртутьсодержащих люминесцентных ламп.

Известна установка утилизации люминесцентных ламп и способ их утилизации (Пат.РФ №2365432, МПК В07В 9/00, В09В 3/00, C09K 11/01, В03В 9/06, С22В 43/00, опубл. 27.08.2009), заключающийся в том, что утилизируемые лампы поштучно разрушают и формируют из лампового боя центральный вихревой поток аэросмеси фракций, который трансформируют в противоположно закрученный периферийный поток. Из области трансформации центрального вихревого потока сепарируют ламповый бой как смесь относительно более тяжелых фракций, а также люминофор как относительно легкую фракцию, которую отводят на улавливание люминофора. Относительно более тяжелые фракции в виде очищенного лампового боя выводят за счет их собственного веса на дальнейшую переработку.

Недостатком способа является низкая производительность, обусловленная необходимостью поштучного разрушения и обработки утилизируемых ламп, и невысокая степень очистки стеклобоя от люминофора, содержащего ртуть.

Известен способ переработки отработанных люминесцентных ламп и вибрационная установка для его осуществления (Пат. РФ №2185256, МПК В07В 9/00, В02С 23/16, В09В 3/00, В03В 9/06, опубл. 04.04.2001), включающий разрушение утилизируемых ртутных ламп, измельчение стеклобоя до крупности частиц фракции до 15 мм и последующую очистку его от люминофора в подвижных вихревых вибропотоках из компонентов лампового боя, которые формируют сосредоточенным источником вибрации, установленным со смещением по отношению к центру масс корпуса вибрационной установки.

Недостатком способа является невысокая степень очистки лампового боя от ртути.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ утилизации ртутьсодержащих люминесцентных ламп (Пат. РФ №2281311, МПК C09K 11/01, С22В 43/00, H01J 9/50, опубл. 27.01.2006), заключающийся в том, что ртутьсодержащие люминесцентные лампы разрушают, разделяют на стеклобой, цоколи и ртутьсодержащий люминофор в потоке воздуха с разряжением 10-100000 Па при воздействии вибрации с частотой 1-10000 Гц. Ртутьсодержащий люминофор, измельченный до размеров не более 1 мм, нагревают в герметичном объеме до 600-900°С и выдерживают при 600-700°С не менее 30 минут. Пары ртути конденсируют в охлаждаемой ловушке. В результате производится разделение утилизируемых ламп на металлическую ртуть, цветной металл и стекольное сырье.

Недостатком способа является необходимость нагрева ртутьсодержащего стеклобоя до высокой температуры с последующей выдержкой и связанные с этим значительные энергозатраты.

Предлагается способ утилизации люминесцентных ламп и приборов, содержащих ртуть, заключающийся в их разрушении, измельчении до размеров частиц не более 20 мм, нагреве, вакуумировании лампового боя в герметичной камере при температуре 150-200°С и разрежении до 10 Па с конденсацией паров ртути в охлаждаемых ловушках и выдержкой до 30 минут. На втором этапе очистки проводится обработка лампового боя промывочной жидкостью с последующим разделением цоколей и стекольного сырья путем просеивания через решетки с разным размером ячеек под действием вибрации. После отделения от стеклобоя промывочная жидкость подвергается последующей обработке концентрированной серной кислотой, фильтрации и термическому разложению сульфата при температуре 500°С до металлической ртути.

Сущность изобретения состоит в том, что в дополнение к процессу очистки лампового боя путем нагрева, вакуумирования и конденсации паров ртути в охлаждаемых ловушках проводится обработка промывочной жидкостью, удаляющей остатки компонентов, содержащих ртуть, при этом разрушают сразу партию ламп и приборов, измельчение ведут до размеров частиц не более 20 мм, разрушение ламп и приборов и извлечение ртути осуществляют при температуре 150-200°С и разрежении до 10 Па с выдержкой до 30 минут. Это позволяет обеспечить полную утилизацию люминесцентных ламп и приборов, содержащих ртуть, с разделением на металлическую ртуть, цветной металл и стекольное сырье.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении производительности и экологичности процесса, а также эффективности извлечения ртути при снижении энергозатрат.

Проведение разрушения и измельчения крупной партии утилизируемых приборов в герметичной камере до размеров частиц не более 20 мм позволяет значительно сократить длительность цикла утилизации и существенно повысить производительность и экологичность процесса. Создание разрежения до 10 Па обеспечивает кипение ртути и активное испарение во всем диапазоне температур от 10°С и выше. Предлагаемый способ обеспечивает достаточно эффективное извлечение ртути и при меньших перепадах давления. Так, например, при перепаде в 10000 Па извлекается 72% ртути, при 100 Па - 85%, а при 10 Па - 98%. Создание более высокого разрежения не целесообразно, т.к. практически не приводит к заметному повышению эффективности. Разогрев ртутьсодержащего стеклобоя до 150-200°С при перепаде давления в 10 Па обеспечивает высокую упругость паров ртути, достаточную для эффективного извлечения ртути на первом этапе очистки, и позволяет существенно снизить энергозатраты.

Продолжительность выдержки утилизируемого материала в камере при указанных условиях также существенно влияет на эффективность процесса очистки. Оптимальной для обеспечения высокой производительности является выдержка в камере в течение 20-30 минут. При 30-минутной выдержке происходит испарение капельной ртути практически до полного извлечения ее, находящейся в жидкотекучем состоянии.

На втором этапе утилизации обработка промывочной жидкостью (например, однонормальным раствором серной кислоты) прошедшего предварительную очистку стеклобоя обеспечивает снижение содержания ртути в отходах до значений, в несколько раз меньших, чем установленные санитарные нормы.

Отделенная от стеклобоя промывочная жидкость включает компоненты, содержащие ртуть, и подвергается фильтрации и термическому разложению осадка сульфата при температуре более 500°С до металлической ртути

Hg+H₂SO₄→HgSO₄.

Сульфат ртути HgSO₄ является катализатором и широко применяется в химической промышленности, при 500°С и выше разлагается. В результате получаются окислы ртути и серы с образованием металлической ртути, которая улавливается в сборнике под слоем растворителя.

Реализация предлагаемого способа раскрыта с помощью следующих примеров.

Пример 1. Для реализации предлагаемого способа на предприятии ДГП Томский центр внедрения новой техники и технологий «Транспорт» в г.Томске был создан ряд установок, в числе которых технологическая линия, состоящая из двух узлов, в первом из которых партия утилизируемых ламп в камере объемом 0,5 куб.м разрушалась и измельчалась до размера частиц не более 20 мм, и на первом этапе утилизации путем вакуумирования при 150°С до 10 Па проводилось конденсирование ртути в охлаждаемой ловушке. На втором этапе осуществляется очистка промывочной жидкостью, в качестве которой использовался однонормальный раствор соляной кислоты, вместе с которой удаляются остатки ртути. Очищенные остатки сырья подвергались сепарации под воздействии вибрации с частотой 100 Гц, в результате чего на решетках с разным размером ячеек отделялись металлические цоколи и измельченный очищенный стеклобой. В результате после проведения очистки содержание ртути в очищенных отходах составило 2 ppm.

Пример 2 был реализован в условиях, аналогичных примеру 1, при этом в качестве промывочной жидкости использовался однонормальный раствор серной кислоты. Содержание ртути в очищенных отходах в данном примере составило 2 ррт.

Пример 3 был реализован в условиях, аналогичных примеру 1, при этом в качестве промывочной жидкости использовался раствор царской водки. Содержание ртути в очищенных отходах в данном примере составило 2 ppm.

Пример 4 был реализован в условиях, аналогичных примеру 1, при этом в качестве промывочной жидкости использовался однонормальный раствор серной кислоты. Содержание ртути в очищенных отходах в данном примере составило 2 ppm.

Пример 5 был реализован в условиях, аналогичных примеру 1, при этом в качестве промывочной жидкости использовалась горячая концентрированная серная кислота. Содержание ртути в очищенных отходах в данном примере составило 2 ppm.

Пример 6 был реализован в условиях, аналогичных примеру 1, при этом в качестве промывочной жидкости использовался раствор сульфатов целочных металлов. Содержание ртути в очищенных отходах в данном примере составило 2 ppm.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации отработанных и дефектных люминесцентных ламп и приборов, содержащих ртуть. Способ включает их разрушение, измельчение, нагрев, вакуумирование лампового боя в камере и последующую конденсацию паров ртути в охлаждаемых ловушках при последовательной герметизации всех процессов, при этом разрушают сразу партию ламп и приборов, измельчение ведут до размеров частиц не более 20 мм, разрушение и извлечение ртути осуществляют при температуре 150-200°С и разрежении до 10 Па с выдержкой до 30 минут, затем проводят второй этап очистки боя промывочной жидкостью (однонормальным раствором серной или соляной кислот) с последующим разделением цоколей и стеклобоя. При заполнении камеры с ламповым боем промывочной жидкостью осуществляют циркуляционное перемешивание в течение не менее чем 5 минут. После отделения от боя промывочную жидкость подвергают фильтрации и термическому разложению до металлической ртути при температуре более 500°С. Разделение очищенных цоколей и стеклобоя осуществляют просеиванием через решетки с разным размером ячеек под действием вибрации. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности и экологичности процесса, а также эффективности извлечения ртути при снижении энергозатрат. 4 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Способ утилизации люминесцентных ламп и приборов, содержащих ртуть, заключающийся в их разрушении, измельчении, нагреве, вакуумировании лампового боя в камере и последующей конденсации паров ртути в охлаждаемых ловушках при последовательной герметизации всех процессов, отличающийся тем, что разрушают сразу партию ламп и приборов, измельчение ведут до размеров частиц не более 20 мм, разрушение ламп и приборов и извлечение ртути осуществляют при температуре 150-200°С и разрежении до 10 Па с выдержкой до 30 мин, затем проводят второй этап очистки боя промывочной жидкостью с последующим разделением цоколей и стеклобоя.

2. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что в качестве промывочной жидкости используют однонормальный раствор серной кислоты или однонормальный раствор соляной кислоты.

3. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что камеру с ламповым боем заполняют промывочной жидкостью и осуществляют циркуляционное перемешивание в течение не менее чем 5 мин.

4. Способ утилизации по пп.1-3, отличающийся тем, что после отделения от боя промывочную жидкость подвергают фильтрации и термическому разложению до металлической ртути при температуре более 500°С.

5. Способ утилизации по пп.1-3, отличающийся тем, что разделение очищенных цоколей и стеклобоя осуществляют просеиванием через решетки с разным размером ячеек под действием вибрации.