БЕСТЕРМИЧЕСКИЙ БЕССТОЧНЫЙ СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ Российский патент 2022 года по МПК C22B43/00 B09B3/00 C22B7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к бестермическому бессточному способу обезвреживания ртутьсодержащих отходов, образующихся в результате использования ртутьсодержащей продукции, такой как терморегуляторы, термометры, люминесцентные лампы, манометры и барометры, содержащие металлическую ртуть.

Уровень техники

В Российской Федерации накоплена огромная масса ртутьсодержащих отходов, в обращении находится большое количество ртутных приборов, изделий и устройств (люминесцентных и энергосберегающих ртутных ламп, термометров, батареек и др.). Загрязнение окружающей среды происходит при нарушении (в бытовых и производственных условиях) правил эксплуатации и хранения ртутьсодержащих приборов, устройств и изделий, в результате небрежного обращения с металлической ртутью, ртутными соединениями и ртутьсодержащими отходами, вследствие чего в окружающую среду попадают пары ртути, представляющие особую опасность. Металлическая ртуть и ртутьсодержащие соединения относятся к веществам первого класса опасности. Таким образом, проблема обезвреживания ртутьсодержащих отходов является основной задачей при утилизации ртутьсодержащих приборов.

Обезвреживание отходов представляет собой уменьшение массы отходов, изменение их состава, физических и химических свойств (включая сжигание и (или) обеззараживание на специализированных установках) в целях снижения негативного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую среду.

В основе современных способов обезвреживания ртутьсодержащих отходов лежит идея химического связывания ртути с элементной серой в стабильное в окружающей среде водонерастворимое соединение - сульфид ртути (HgS).

Известен способ обезвреживания металлической ртути иммобилизацией по патенту Российской Федерации №2342449, включающий окисление ртути путем обработки водным раствором перекиси водорода, при этом дополнительно с окислением проводят осаждение ртути путем одновременной или последовательной обработками водным раствора реагента, переводящего металлическую ртуть в нерастворимое или труднорастворимое в воде соединение природного или техногенного состава. В процессе иммобилизации в определенных условиях могут образовываться водорастворимые полисульфиды ртути HgS_x, а также существует вероятность образования в процессе чрезвычайно токсичных ртутно-органических соединений, что является основным недостатком данного способа.

Известен способ обезвреживания бытовых и промышленных отходов, содержащих ртуть по патенту Российской Федерации №2519203, включающий совместный размол отходов с порошком серы и измельчающей средой во вращающемся реакторе для связывания металлической ртути в водонерастворимое соединение. В качестве измельчающей среды используют серный колчедан фракции 50-150 мм, одновременно являющийся агентом, связывающим ртуть в ионизированной и нейтральной формах. Основным недостатком данного способа является наличие повышенных температур, при которых возможно действие представленного способа.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является устройство и способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов по патенту Российской Федерации №2632956, включающий загрузку размельчающей среды для разлома ртутьсодержащих отходов в смесительный барабан, который установлен на мобильной платформе, герметичное закрывание загрузочного лотка, вращение смесительного барабана с обеспечением протекания реакции связывания ртути ртутьсодержащих отходов с серой в сульфиды ртути, откачку газов из смесительного барабана, пропускание газов через сосуд, содержащий жидкость, содержащую серу для связывания паров ртути с серой, возвращение газов в смесительный барабан. Смешивание производят на протяжении 6-8 часов. На протяжении всего процесса смешивания производят пропускание газов через жидкость, содержащую серу, со скоростью 3-3,9 м³/мин. После остановки процесса смешивания и пропускания газов через жидкость, содержащую серу, заслонка может быть открыта и из смесительного барабана может быть выгружена смесь, содержащая сульфиды ртути, а также газы, содержание паров ртути в которых не превышает 0,0003 мг/м³.

Задачей настоящего изобретения является создание экологически эффективного способа перевода ртути из ртутьсодержащих отходов в стабильный в окружающей среде водонерастворимый и нерастворимый в разбавленных кислотах сульфид ртути без предварительной обработки, повышения температуры процесса и использования дополнительных реагентов.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решена созданием способа обезвреживания ртутьсодержащих отходов, основанного на количественном связывании металлической ртути и ее соединений в стабильный в окружающей среде водонерастворимый и нерастворимый в разбавленных кислотах сульфид ртути (II) HgS, включающий совместный размол отходов с порошком элементной серы и водой в герметичном вращающемся реакторе - мельнице барабанного типа, отличающийся тем, что соотношение массы элементной серы к массе металлической ртути равно 3:1. Размол смеси производят в шаровой мельнице - специальное оборудование, предназначенное для помола твердых материалов. Совместный размол отходов в ней происходит с помощью барабана, установленного на мобильную платформу, и твердых металлических шаров. В барабан добавляли ртутьсодержащие отходы, серу и металлические шары. При определенной скорости вращения, твердые шары вращаются барабаном, поднимаются до некоторой высоты, а затем падают, выполняя работу по перемешиванию смеси ударным методом.

Размол ведут до связывания 95-96% массы металлической ртути в сульфид ртути (HgS). Для оценки количеств мобильных соединений ртути на фоне ее сульфида используют аналитическую методику. При разработке данной методики использовалась стойкость сульфида ртути, в отличие от металлической ртути и ее оксидов, к концентрированной азотной кислоте.

Для определения рекомендуемой концентрации азотной кислоты, которая будет в дальнейшем использована для выявления содержания металлической ртути в пробах, проведен эксперимент, включающий взвешивание навесок ртути, близких по массе к используемым в дальнейших исследованиях и растворение в азотной кислоте различных концентраций. С понижением концентрации азотной кислоты скорость растворения ртути уменьшается экспоненциально и приемлемой для проведения аналитического эксперимента (время растворения до 20 минут) может считаться кислота с концентрацией не ниже 40%.

Для определения концентрации ионов ртути применялось прямое титрование определенного объема раствора нитрата ртути раствором тиоцианата. В качестве индикатора использовался раствор нитрата железа. Предел обнаружения ртути по реакции нитрата ртути с тиоционатом аммония - 0,02 мг/см³.

Для полного связывания металлической и окисленной ртути в HgS на завершающей стадии процесса размола в реактор добавляют хлорид железа (III) и сульфид железа (II)/пирит.

Перед сливом суспензии в реактор вводят бентонит в количестве 1:8 к твердой фазе обезвреживаемых отходов и воду для доведение Т:Ж до 1:4. Образовавшуюся устойчивую, подвижную, не расслаивающуюся суспензию сливают из мельницы и выдерживают при перемешивании в течение 24-48 часов, после чего направляют на сушку в сушилку с кипящим слоем или распылительную сушилку.

Высушенный продукт с содержанием металлической ртути и ее соединений в пересчете на ртуть (исключая HgS) менее ПДК=2,1 мг/кг подлежит утилизации или захоронению как отход IV класса опасности.

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способу обезвреживания ртутьсодержащих отходов (терморегуляторы, термометры, люминесцентные лампы, манометры и барометры), содержащих металлическую ртуть. Способ включает совместный размол ртутьсодержащих отходов с порошком элементной серы и водой в герметичном реакторе в виде мельницы барабанного или вибрационного типа. Соотношение массы элементной серы к массе металлической ртути равно 3:1. Размол ведут до связывания 95-96% массы металлической ртути в сульфид ртути. На завершающей стадии размола в реактор добавляют хлорид железа (III) и сульфид железа (II) в виде пирита для полного связывания металлической и окисленной ртути в сульфид ртути и получения суспензии. После этого в реактор вводят бентонит в количестве 1:8 к твердой фазе упомянутых отходов и воду для доведения Т:Ж до 1:4 с образованием устойчивой подвижной не расслаивающейся суспензии, которую сливают из реактора и выдерживают при перемешивании в течение 24-48 ч. Далее направляют на сушку в сушилку с кипящим слоем или распылительную сушилку с получением высушенного продукта с содержанием металлической ртути и ее соединений в пересчете на ртуть, за исключением сульфида ртути, менее ПДК=2,1 мг/кг. Изобретение позволяет перевести ртуть из ртутьсодержащих отходов в стабильный в окружающей среде водонерастворимый и не растворимый в разбавленных кислотах сульфид ртути без предварительной обработки, повышения температуры процесса и использования дополнительных реагентов. 1 пр.

Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов, включающий совместный размол ртутьсодержащих отходов с порошком элементной серы и водой в герметичном реакторе в виде мельницы барабанного или вибрационного типа, отличающийся тем, что соотношение массы элементной серы к массе металлической ртути равно 3:1, размол ведут до связывания 95-96% массы металлической ртути в сульфид ртути, на завершающей стадии размола в реактор добавляют хлорид железа (III) и сульфид железа (II) в виде пирита для полного связывания металлической и окисленной ртути в сульфид ртути и получения суспензии, после чего в реактор вводят бентонит в количестве 1:8 к твердой фазе упомянутых отходов и воду для доведения Т:Ж до 1:4 с образованием устойчивой подвижной не расслаивающейся суспензии, которую сливают из реактора и выдерживают при перемешивании в течение 24-48 ч, после чего направляют на сушку в сушилку с кипящим слоем или распылительную сушилку, с получением высушенного продукта с содержанием металлической ртути и ее соединений в пересчете на ртуть, за исключением сульфида ртути, менее ПДК=2,1 мг/кг.