Способ демеркуризации люминесцентных ламп
Владельцы патента RU 2534319:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации отработанных и дефектных люминесцентных ламп. Способ демеркуризации люминесцентных ламп включает их разрушение и обработку отходов под слоем предварительно приготовленного демеркуризационного раствора, промывку и сортировку отходов. При этом демеркуризационный раствор приготавливают путем синтеза полисульфида кальция, образующегося в демеркуризаторе при температуре 50°C из извести и серы при соотношении 1:2 с концентрацией серы 51-100 г/л. Причем в раствор добавляют 5% от массы извести анионактивного ПАВ в виде алкилсульфата и 10% от массы извести неионогенного ПАВ в виде синтанола (оксиэтилированного спирта). После обработки отходов проводят слив отработанного раствора из демеркуризатора, его очистку от сульфида ртути и поступление в накопительную емкость, из которой очищенный раствор подают на приготовление промывочной жидкости. Техническим результатом является обеспечение полноты десорбции ртути с поверхности стеклоизделия, предотвращение разложения полисульфада кальция в процессе предварительного хранения перед использованием, повышение экологической чистоты и эффективности утилизации люминесцентных ламп за счет обеспечения замкнутого цикла утилизации.3 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для утилизации отработанных и дефектных люминесцентных ламп.
Известен способ демеркуризации ртути путем перевода ее в нетоксичную природную форму - сульфид ртути. В качестве демеркуризаторов используют сульфиды щелочных металлов, полисульфид кальция, гидросульфид натрия, тиосульфат натрия, серу и др. [Пугачевич П.П. Работа с ртутью в лабораторных условиях. - М.: 1972, с.304].
Недостатком данного способа является небольшая скорость реакции перевода ртути в нерастворимую форму, недостаточно эффективная десорбция ртути с поверхности изделий, невозможность использования данного способа для утилизации изделий.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ утилизации ртутьсодержащих изделий [Патент RV 2083709, кл. C22B 43/00 от 10.07.1997].
Суть изобретения заключается в следующем: при демеркуризации изделий, содержащих ртуть, разрушение и обработку изделий проводят под слоем водного раствора полисульфидов кальция с содержанием серы 50-90 г/л при температуре 20-45 °C, а промывку отходов проводят водным раствором полисульфидов кальция с содержанием серы 20-40 г/л при комнатной температуре.
Недостатком данного способа является отсутствие замкнутого цикла работы, использование полисульфидов кальция (известково-серного отвара), который неустойчив при хранении (разлагаясь с выделением дисперсной серы), а также неполнота десорбции ртути (люминофора) с поверхности стеклоизделий.
Техническим результатом предлагаемого способа является обеспечение полноты десорбции ртути (люминофора) с поверхности стеклоизделия, предотвращение разложения полисульфида кальция, а также обеспечение замкнутого цикла работы.
Технический результат достигается тем, что демеркуризационный раствор получают путем синтеза полисульфида кальция, образующегося в демеркуризаторе при температуре 50°C из извести и серы при соотношении 1:2 с концентрацией серы 51-100 г/л, при этом в раствор добавляют 5% от массы извести анионактивного ПАВ в виде алкилсофата и 10% от массы извести неионогенного ПАВ в виде синтанол (оксиэтилированный спирт).
Отличительным признаком предлагаемого способа является устранение разложения полисульфида кальция за счет его непосредственного синтеза в демеркуризаторе, обеспечение полноты десорбции ртути (люминофора) с поверхности стеклоизделия за счет ввода в демеркуризационный раствор анионактивного ПАВ в виде алкилсульфата и неионогенного ПАВ в виде синтанола (оксиэтилированного спирта). Кроме того, в предложенном способе по сравнению с известным, обеспечивается замкнутый цикл работы, что обеспечивает его высокую экологическую безопасность.
Сопоставительный анализ предлагаемого и известного способа представлен в таблице 1. Одним из отличительных признаков в предлагаемом способе являются принципиально новые технологические операции синтеза полисульфида кальция в демеркуризаторе из извести и серы и ввода в демеркуризационный раствор анионактивного ПАВ в виде алкинсульфата и неионогенного ПАВ в виде синтанола (оксиэтилированного спирта). В предлагаемом способе также предусмотрены технологические операции слива отработанного раствора из демеркуризатора, его очистки от сульфида ртути и поступления в накопительную емкость, из которой очищенный раствор подается на приготовление промывочной жидкости. С этой целью для приготовления промывочной жидкости предварительно определяется концентрация содержания серы и рассчитывается количество воды, которое необходимо добавить к отработанному раствору из демеркуризатора, чтобы содержание серы составило 25-45 г/л. После технологической операции промывки раствора при комнатной температуре отработанный промывочный раствор после фильтрации поступает в накопительную емкость для дальнейшего использования в виде добавки к раствору из демеркуризатора для получения свежего промывочного раствора. Таким образом, одним из отличительных признаков предложенного способа в сравнении с известным является обеспечение замкнутого технологического цикла, обеспечивающего его высокую экологическую эффективность (таблица 1).
В предлагаемом способе определены оптимальные временные параметры демеркуризации изделий с использованием оптимальных количеств анионактивного ПАВ в виде алкилсульфата и неионогенного ПАВ в виде синтанола (таблица 2).
| Таблица 2 | |||
| № | Синтанол (оксиэтилированный спирт), % от массы извести | Алкилсульфат, % от массы извести | Время, мин |
| 1 | 4 | 8 | 37 |
| 9 | 35 | ||
| 10 | 33 | ||
| 11 | 34 | ||
| 12 | 36 | ||
| 2 | 5* | 8 | 32 |
| 9 | 31 | ||
| 10* | 30* | ||
| 11 | 32 | ||
| 12 | 33 | ||
| 3 | 6 | 8 | 34 |
| 9 | 33 | ||
| 10 | 32 | ||
| 11 | 35 | ||
| 12 | 37 | ||
| * - оптимальный вариант |
При оптимальном содержании алкилсульфата и синтанола с учетом оптимального времени обработки изделий раствором, равному 30 минутам, определены оптимальное соотношение извести и серы в растворе, а также его температура нагрева (таблица 3). При данных технологических параметрах остаточное содержание ртути на поверхности отходов стеклобоя составляет 3,0·10-4 (0,0003) мг/г, что удовлетворяет требованиям нормативных документов.
| Таблица 3 | ||||
| № | Соотношение извести и серы | Концентрация серы 50-100 г/л | Температура, °C | Остаточное содержание ртути, мг/л · 10-4 |
| 1 | 1:1 | 25-50 | 40 | 5,3 |
| 50 | 5,1 | |||
| 60 | 5,0 | |||
| 51-100 | 40 | 4,7 | ||
| 50 | 4,5 | |||
| 60 | 4,2 | |||
| 101-150 | 40 | 4,4 | ||
| 50 | 4,1 | |||
| 60 | 3,9 | |||
| 2 | 1:2* | 25-50 | 40 | 3,6 |
| 50 | 3,2 | |||
| 60 | 3,4 | |||
| 51-100* | 40 | 3,2 | ||
| 50* | 3,0 | |||
| 60 | 3,1 | |||
| 101-150 | 40 | 3,3 | ||
| 50 | 3,0 | |||
| 60 | 3,2 | |||
| 3 | 1:3 | 25-50 | 40 | 4,2 |
| 50 | 4,4 | |||
| 60 | 3,5 | |||
| 51-100 | 40 | 3,9 | ||
| 50 | 3,6 | |||
| 60 | 3,5 | |||
| 101-150 | 40 | 4,1 | ||
| 50 | 3,8 | |||
| 60 | 3,7 | |||
| * - оптимальный вариант при оптимальном времени 30 мин и содержании 5% синтанола и 10% алкилсульфата |
Пример
В демеркуризатор загружаются люминесцентные лампы, смесь извести и серы в соотношении 1:2 и растворы анионактивного ПАВ-алкилсульфата (или алкилсульфоната натрия) и неионогенного ПАВ-синтанола (оксиэтилированный спирт общей формулы RO(CH2CH2O)nH). Содержание анионактивного ПАВ в растворе составляло 5% от массы введенной в демеркуризатор извести. Содержание неионогенного ПАВ в растворе составляло 10% от массы введенной в демеркуризатор извести.
После введения в герметичный демеркуризатор вышеуказанных компонентов производился нагрев смеси до 50°C с одновременным измельчением люминесцентных ламп под слоем демеркуризационного раствора.
Отработанный раствор сливается из демеркуризатора, очищается от сульфида ртути и поступает в накопительную емкость.
Очищенный от сульфида ртути отработанный раствор в дальнейшем используется для приготовления промывочной жидкости.
Перед приготовлением промывочной жидкости в отработанном растворе предварительно определяется концентрация серы и рассчитывается количество воды, которое необходимо добавить к отработанному раствору, чтобы содержание серы составило 25-45 г/л.
Отходы промывают при комнатной температуре.
Отработанный промывочный раствор после фильтрации поступает в накопительную емкость.
Из накопительной емкости отработанный промывочный раствор в дальнейшем используется как добавка к раствору из демеркуризатора для получения свежего промывочного раствора. После промывки отходы сушатся, сортируются и поступают на склад (стекло, металлы, сульфид ртути или смесь сульфида ртути с люминофором).
Контроль остаточного содержания ртути.
Качество предложенного способа характеризуется остаточным содержанием ртути на поверхности отходов стеклобоя.
Остаточное содержание ртути на поверхности отходов стеклобоя определяли по стандартной методике в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51768-2001 «Методика определения ртути в ртутьсодержащих отходах».
Остаточное содержание ртути на поверхности отходов стеклобоя люминесцентных ламп составляла 3,0·10-4 (0,0003) мг/г.
Таким образом, предложенный способ - это замкнутый технологический цикл, в котором измельчение люминесцентных ламп происходит в растворе полисульфидов кальция, образующихся при взаимодействии серы с известью. Это предотвращает попадание паров ртути в атмосферу. Способ предусматривает отсутствие попадания в канализацию даже минимального стока отработанной воды. В связи с вышеизложенным предложенный способ является экологически чистым и высокоэффективным производством.
Способ демеркуризации люминесцентных ламп, включающий их разрушение и обработку отходов люминесцентных ламп под слоем предварительно приготовленного демеркуризационного раствора, промывку и сортировку отходов, отличающийся тем, что демеркуризационный раствор приготавливают путем синтеза полисульфида кальция, образующегося в демеркуризаторе при температуре 50°C из извести и серы при соотношении 1:2 с концентрацией серы 51-100 г/л, при этом в раствор добавляют 5% от массы извести анионактивного ПАВ в виде алкилсульфата и 10% от массы извести неионогенного ПАВ в виде синтанола, a после обработки отходов проводят слив отработанного раствора из демеркуризатора, его очистку от сульфида ртути и поступление в накопительную емкость, из которой очищенный раствор подают на приготовление промывочной жидкости.
