СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ЛАМП И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C22B43/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации ртутьсодержащих отходов, в частности, отработавших или неисправных люминесцентных ламп.

Известен способ демеркуризации ртутьсодержащих отходов, в котором отходы смешивают с окислителем, содержащим активный хлор, вводят воду и выдерживают смесь, которую затем обрабатывают раствором полисульфида кальция (см. патент RU 2400545, 2010 (1)). К недостаткам способа относятся многостадийность процесса с образованием промежуточных продуктов, наличие большого количества растворов и необходимость их нейтрализации и обезвреживания, а также длительность и нетехнологичность процесса.

Наиболее близким к заявленному способу является известный из патента RU 2044087, 1995 (2) способ одностадийного обезвреживания и разделения на компоненты ртутьсодержащих ламп, включающий их ввод в измельчитель, измельчение, разделение металлических цоколей и боя стекла, содержащего люминофор и ртуть, и стабилизацию ртути в сульфидной форме.

Недостатками известного способа является многостадийность и сложность процесса.

Наиболее близким к заявленному устройству является известное из (2) устройство утилизации ртутьсодержащих ламп, включающее узел сульфидирования и сепарации и узел очистки технологического воздуха.

Недостатком известного устройства является необходимость использовать отдельные блоки для измельчения и для демеркуризации.

Задачей заявленного изобретения является упрощение технологии, сокращение длительности процесса демеркуризации и более полная утилизация отходов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе одностадийного обезвреживания и разделения на компоненты ртутьсодержащих ламп, включающем их ввод в измельчитель, измельчение, разделение металлических цоколей и боя стекла, содержащего люминофор и ртуть, и стабилизацию ртути в сульфидной форме, согласно изобретению вводят подогретый раствор полисульфида кальция в измельчитель капельным путем одновременно с вводом ламп.

Раствор вводят дозировано в объеме, не превышающем 2 мл на лампу, а полисульфид кальция разлагается в условиях влажной теплой среды с выделением высокоактивных сероводорода и серы и с выделением тепла, обеспечивающего нагрев и высыхание массы стеклобоя.

Поставленная задача также решается за счет того, что в установке утилизации ртутьсодержащих ламп, включающей узел сульфидирования и сепарации и узел очистки технологического воздуха, согласно изобретению узел сульфидирования и сепарации содержит обечайку с крышкой, соединенную со сборником стекломассы и снабженную отверстием, соединенным с приемником цоколей, разгонную трубу, установленную наклонно к крышке, расходную емкость с раствором демеркуризатора, соединенную с патрубком на крышке, измельчитель и решетку, установленную под измельчителем, в центральной части которой установлен открытый с двух сторон усеченный конус с вершиной, направленной вверх, причем емкость снабжена подогревателем раствора, а узел очистки технологического воздуха подсоединен к разгонной трубе.

Обечайка снабжена верхним фланцем, обеспечивающим крепление крышки, и нижним фланцем, обеспечивающим крепление сборника стекломассы.

В патрубок вставлена подложка из гидрофобного материала.

Измельчитель выполнен в виде вращающихся ударных элементов и установлен под фланцем.

На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 - узел ввода ламп (вид А фиг.1).

Установка включает узел 1 сульфидирования и сепарации и узел 2 очистки технологического воздуха. Узел 1 сульфидирования и сепарации представляет собой стальную обечайку 3, снабженную верхним и нижним фланцами 4 и 5 соответственно. Верхний фланец 4 предназначен для крепления крышки 6 с размещенными на ней технологическими аппаратами, а нижний фланец 5 - для крепления самой обечайки к расположенному под ней сборнику 7 стекломассы.

В нижней части обечайки 3 вварена сепарационная решетка 8, предназначенная для разделения измельченного стекла, поступающего в сборник 7 стекломассы, и задержки металлических цоколей. В центре сепарационной решетки приварен вершиной, направленной вверх, открытый с двух сторон конус 9, по которому вертикальные вихревые потоки поднимаются вверх в зону низкого давления. Таким образом поддерживается непрерывный влажный вихрь внутри обечайки.

На боковой поверхности обечайки 3 над сепарационной решеткой 8 размещено отверстие с заслонкой 10 для выпуска цоколей, приводимой в движение пневмоцилиндром 11.

В центре крышки 6, крепящейся к верхнему фланцу 4 обечайки 3 при помощи болтовых соединений, аналогичным образом прикреплен фланцевый электродвигатель 12, вал которого через отверстие в крышке входит внутрь обечайки над конусом 9. К ступице 13, насаженной на вал электродвигателя, крепится измельчитель 14, выполненный в виде съемных ударных элементов (стальные цепи, тросы или стержни), предназначенных для измельчения ламп и горелок и создающих за счет вертикального перемещения через конус воздушных потоков мощные горизонтальные вихри.

Ближе к периферии крышки в нее наклонно вварена разгонная труба 15. В верхней части труба 15 заканчивается конусом с патрубком, в который в свою очередь вварен патрубок для подсоединения к узлу 2 очистки технологического воздуха.

Перед разгонной трубой 15 в крышку 3 вварен патрубок 16 в виде воронки, предназначенный для поступления раствора демеркуризатора внутрь обечайки 3. В патрубок 16 вставлена подложка из гидрофобного материала. На крышке на двух стойках размещается емкость 17 с раствором демеркуризатора. Емкость 17 оборудована ТЭНом 18 для подогрева раствора, манометром, термометром, предохранительным клапаном и баллоном 19 с азотом, создающим необходимое давление.

Установка работает следующим образом.

Прямые люминесцентные, бактерицидные лампы, лампы для загара, трубки, горелки, стекло термометров без ртути и т.п. изделия вводят в разгонную трубу 15, где они приобретают некоторое ускорение за счет того, что в трубу 15 также втягивается воздух, который, пройдя по трубе 15, удаляется затем в узел 2 очистки технологического воздуха. Втягиваемый в трубу 15 воздух не доходит до измельчителя 14, что позволяет создать в момент измельчения лампы специфическую влажную среду. Угол, под которым вводятся лампы и другие стеклянные изделия, подобран таким образом, чтобы вращающиеся цепи измельчителя 14 втаскивали лампу внутрь и она находилась в зоне измельчения как можно дольше, позволяя достигать насыпной плотности измельченного стекла до 1,5 кг/дм³, что очень важно для дальнейшего его использования в качестве наполнителя в бетонных изделиях без дополнительного дробления.

Одновременно с вводом лампы через патрубок 16 из емкости 17 поступает нагретый до 50-70°С демеркуризационный препарат. Нагрев раствора осуществляется от стандартного ТЭНа 18 из нержавеющей стали. Раствор поступает частыми каплями и собирается на гидрофобной пористой подложке, вставленной в патрубок 16. При вводе лампы и частичном перекрытии ею сечения разгонной трубы 15 разрежение в аппарате возрастает, за счет чего собранный за время, истекшее после предыдущей загрузки (3-5 с), на гидрофобном материале раствор просасывается и участвует в процессе смачивания измельчаемого материала. Раствор поступает из емкости 17 под давлением около 1 атм, создаваемым азотом, поступающим из баллона 19 через редуктор. Раствор вводят в объеме, не превышающем 2 мл на лампу.

За счет того, что засасываемый в разгонную трубу 15 воздух не доходит до измельчителя 14, а удаляется в узел 2, в обечайке 3 всегда поддерживается 100% влажность воздуха. В свою очередь вихревой поток, создаваемый звеньями цепи, вращает измельчаемую массу и через отверстия в сепарационной решетке 8 направляет в сборник 7 стекломассы. При этом вихревой поток продолжает вращать прошедшую через отверстия в решетке 8 измельченную и смоченную в растворе стекломассу в сборнике 7. Это происходит из-за того, что отверстия в решетке 8 сделаны только в кольцевом зазоре, а в открытый центр решетки 8 вварен стальной конус 9, через отверстия которого осуществляется непрерывная вертикальная циркуляция воздуха в обечайке 3, облегчаемая постоянным наличием в аппарате вакуума.

Металлические цоколи, вращаясь в вихревых потоках, не могут выйти из обечайки 3 через отверстия в решетке 8, они бьются о стенки обечайки 3 и освобождаются от электроизоляционных материалов. При накоплении 10-20 цоколей включают пневмоцилиндр 11, запитанный от того же баллона 19 со сжатым азотом, и цоколи удаляются через боковое отверстие в стенке обечайки 3 в приемник цоколей. Цоколи выходят в виде, пригодном для непосредственной сдачи в пункты приема черных и цветных металлов. При наполнении приемника цоколей он удаляется из-под обечайки 3 и заменяется новым. В смоченном стекле во время нахождения в технологическом сборнике протекают экзотермические реакции, в результате чего стекломасса нагревается на 10-20°С. Эти же процессы продолжаются и в сборниках, удаленных из-под аппарата до полного высыхания стекломассы. Раствор препарата обладает вяжущими свойствами, поэтому люминофор прочно соединяется с измельченным стеклом и представляет собой единый продукт.

Таким образом, в результате обезвреживания ламп получаются чистые цоколи с удаленными электроизоляционными материалами и измельченное до насыпной плотности 1,25 кг/дм³ стекло с включением продукта сульфидирования и минерализации люминофора с содержанием HgS в продукте 0,03%.

Все полученные в результате обезвреживания продукты являются сырьем. Цоколи - лом черных и цветных металлов, измельченное стекло с включением продукта минерализации люминофора - наполнитель в бетонных изделиях.

Изобретение относится к способу и устройству для утилизации отработавших люминесцентных ламп. Способ включает их ввод в измельчитель, измельчение, разделение металлических цоколей и боя стекла, содержащего люминофор и ртуть, и стабилизацию ртути в сульфидной форме. Подогретый раствор полисульфида кальция вводят в измельчитель капельным путем одновременно с вводом ламп. Установка содержит узел сульфидирования и сепарации и узел очистки технологического воздуха. Узел сульфидирования и сепарации содержит обечайку с крышкой, соединенную со сборником стекломассы и снабженную отверстием, соединенным с приемником цоколей, разгонную трубу, установленную наклонно к крышке, расходную емкость с раствором демеркуризатора, соединенную с патрубком для ввода раствора демеркуризатора капельным путем на крышке, измельчитель и решетку, установленную под измельчителем, в центральной части которой установлен открытый с двух сторон усеченный конус с вершиной, направленной вверх, причем емкость снабжена подогревателем раствора, а узел очистки технологического воздуха подсоединен к разгонной трубе. Обеспечивается упрощение технологии, сокращение длительности процесса и повышение степени утилизации отходов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ утилизации ртутьсодержащих ламп путем одностадийного обезвреживания и разделения ламп на компоненты, включающий их ввод в измельчитель, измельчение, разделение металлических цоколей и боя стекла, содержащего люминофор и ртуть, и стабилизацию ртути в сульфидной форме, отличающийся тем, что в измельчитель вводят подогретый раствор полисульфида кальция капельным путем одновременно с вводом ламп.

2. Способ по п.2, отличающийся тем, что раствор полисульфида кальция вводят дозированно объемом, не превышающим 2 мл на лампу, с обеспечением его разложения в условиях влажной теплой среды и выделения высокоактивных сероводорода и серы и с выделением тепла для обеспечения нагрева и высыхания массы стеклобоя.

3. Установка для утилизации ртутьсодержащих ламп, содержащая узел сульфидирования и сепарации и узел очистки технологического воздуха, отличающаяся тем, что узел сульфидирования и сепарации содержит обечайку с крышкой, соединенную со сборником стекломассы и снабженную отверстием, соединенным с приемником цоколей, разгонную трубу, установленную наклонно к крышке, расходную емкость с раствором демеркуризатора в виде полисульфида кальция, соединенную с патрубком для подачи упомянутого раствора капельным путем на крышке, измельчитель и решетку, установленную под измельчителем, в центральной части которой установлен открытый с двух сторон усеченный конус с вершиной, направленной вверх, причем емкость снабжена подогревателем раствора, а узел очистки технологического воздуха подсоединен к разгонной трубе.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что обечайка снабжена верхним фланцем, обеспечивающим крепление крышки, и нижним фланцем, обеспечивающим крепление сборника стекломассы.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что в патрубок вставлена подложка из гидрофобного материала.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что измельчитель выполнен в виде вращающихся ударных элементов и установлен под фланцем.