| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2281311
СПОСІБ утилізацію ртутьвмісних люмінесцентних ламп
Ім'я винахідника: Трунин Євген Борисович (RU); Родіонов Сергій Вікторович (RU); Мамушкін Олександр Анатолійович (RU)
Ім'я патентовласника: Мамушкін Олександр Анатолійович (RU); Родіонов Сергій Вікторович (RU); Трунин Євген Борисович (RU)
Адреса для листування: 390005, г.Рязань, вул. Татарська, 17, кв.169, Є.Б. Трунін
Дата початку дії патенту: 2004.08.06
Винахід може бути використано в області охорони навколишнього середовища. Ртутьсодержащие люмінесцентні лампи руйнують, поділяють на склобій, цоколі й ртутьвмісних люмінофор в потоці повітря з розрідженням 10 ÷ 100000 Па з використанням вібрації в діапазоні 1 ÷ 10000 Гц. Ртутьвмісних люмінофор, подрібнений до розмірів не більше 1 мм, нагрівають в герметичному обсязі до 600-900 ° С, витримуючи при 600-700 ° С не менше 30 хвилин. Пари ртуті конденсируют в охолоджувальної пастці. При проведенні всіх процесів забезпечують подвійну герметизацію. Винахід дозволяє провести повну утилізацію люмінесцентних ламп на металеву ртуть, кольоровий метал, скляне сировину і будівельний матеріал, які повертаються у виробництво. Вміст ртуті в відходах менше 3 ppm, що нижче чутливості сучасних аналітичних засобів. Спосіб простий, високопродуктивний.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до способів утилізації токсичних відходів, утилізації ртутьвмісних приладів і відходів, переважно до способів утилізації ртутьвмісних люмінесцентних ламп, способам демеркуризації.
Відомий спосіб (1. Трахтенберг І.М., Коршун М.Н. Ртуть та її сполуки в навколишньому середовищі. Київ: Вища школа, 1990 г. 2. Пугачевіч П.П. Техніка роботи зі ртуттю в лабораторних умовах. М .: Гостехиздат, 1961 рік 142 с. 3. Гамаюнов С.Н. Патент РФ №2052527 Спосіб демеркуризації люмінесцентних ламп) демеркуризації ртутних ламп, що включає подрібнення, промивання водою, обробку хімічними реагентами, які переводять ртуть в з'єднання з низьким тиском парів. Самі з'єднання залишаються, як правило, в складі відходів. Таке вирішення питання є неостаточним. Крім того, виникає проблема очищення від сполук ртуті води, використовуваної для промивання. Сполуки ртуті, так само як і ртуть, є речовинами підвищеної небезпеки. Такий спосіб демеркуризації не повертає ртуть у виробництво, а залишає в відходах.
Відомий спосіб термічної демеркуризації забруднених ртуттю матеріалів (4. Альперт В.А., Пикин А.І. Патент РФ №1838440 Спосіб термічної демеркуризації забруднених ртуттю матеріалів і пристрій для його здійснення) включає руйнування ламп, нагрів матеріалів в герметичній камері, вакуумну дистиляцію парів ртуті, уловлювання парів ртуті в низькотемпературної пастці. У цьому способі металева ртуть збирається в низькотемпературної пастці і її можна після очищення повернути у виробництво. Такий цикл обороту ртуті виглядає найбільш доцільним. Спосіб реалізований в установці УРЛ-2М. Однак в реалізації у цього способу є недоліки, які заважають повною мірою використовувати переваги методу: 1. Вакуумна технологія не пристосована до переробки брудних, битих ламп, до переробки вологих відходів, до переробки відходів з вмістом пластмас, так як вакуумна система виходить з ладу як від води, так і при нагріванні пластмас, і від інших речовин, компоненти яких засмічують вакуумну систему. 2. Вакуумна технологія рекомендує нагрівання до температур не більше 170 ° С, вище яких компоненти текстоліту і компаундів засмічують вакуумну систему, а найбільш стійкі сполуки ртуті, зокрема кіновар, каломель, сулема та ін., Не розкладаються, і ртуть не випаровується цілком з демеркурізуемих матеріалів. Крім того, продуктивність такої технології і обладнання обмежена, технологія енергоємна, вимагає для реалізації велику кількість електроенергії, застосування дорогого рідкого азоту. Такий спосіб має значні питомі витрати на утилізацію.
Найбільш близьким до заявляється способу є спосіб утилізації ртутьвмісних відходів (5. Н.В.Косорукова і Е.П.Янін Утилізація відходів, що містять ртуть виробів: стан і проблеми. У журналі «Світлотехніка», 2002 р, № 3, стр.25- 29), переважно люмінесцентних ламп, що полягає в їх руйнуванні, поділі в потоці повітря з використанням вібрації на склобій, алюмінієві цоколі, ртутьвмісних люмінофор, який поміщають в герметичні поліетиленові мішки, засипають цементом, демеркурізірующім розчином (частково переводять ртуть в з'єднання) і транспортують до місця переробки. Такий метод утилізації продуктивний, економічно вигідний, дозволяє повернути у виробництво алюмінієві цоколі і склобій, проте ртуть в даному способі не виділяється з відходів і становить небезпеку при її подальшому зберіганні в складі відходів і транспортуванні.
Пропонується спосіб утилізації ртутьвмісних люмінесцентних ламп, що полягає в їх руйнуванні, поділі на склобій, цоколі, ртутьвмісних люмінофор в потоці повітря з використанням вібрації, що відрізняється тим, що потік повітря створюють розрідженням 100-10000 Па, використовують вібрацію в діапазоні 1 ... 10000 Гц , ртутьвмісних матеріал, подрібнений до розмірів не більше 1 мм, нагрівають в герметичному об'ємі до температур в діапазоні 600-900 ° С, витримуючи при температурі 600-700 ° С не менше 30 хвилин, пари ртуті конденсируют в охолоджувальної пастці і при проведенні всіх процесів забезпечують подвійну герметизацію.
Суть винаходу полягає в тому, що пропоноване технічне рішення (сукупність операцій переробки в рекомендованих технологічних режимах) дозволяє провести повну утилізацію ртутьвмісних відходів, приладів, переважно люмінесцентних ламп на металеву ртуть, кольоровий метал, скляне сировину і нейтральний будівельний матеріал. Пропонована технологія має оптимальні техніко-економічні параметри.
Проведення поділу компонентів в струмі повітря з перепадом тисків 100-10000 паскалів забезпечує відділення летючої пилової фракції від твердих компонентів люмінесцентних ламп, скла і металевих цоколів. При перепаді тисків менше 1 мм ртутного стовпа повітряний потік не буде нести ртутьвмісних люмінофор, а створення розрідження більш 1/10 атмосфери недоцільно через збільшення потужності систем вентиляції і пиловловлення і очищення повітря. У разі розрідження понад 0,1 атм (10000 Па) разом з ртутьвмісних люмінофором буде несеться велика кількість скла, що не містить у собі ртуть. Результат досягається в межах зазначених перепадів тисків і відрізняється технічними характеристиками виносу пилу. В принципі технологія буде працювати і при великих перепадах тисків, але збільшиться витрата електроенергії і в фільтри потраплятиме більшу кількість стеклоотходов, які не містять самі по собі ртуті.
Співвідношення виносу ртутьсодержащего люмінофора і склобою в складі буря повітряним потоком матеріалу.
З таблиці видно, що при малих тисках поділу склобою і люмінофора не відбувається, так як і люмінофор і склобій залишаються на місці. І при великих перепадах тисків поділу і не відбувається, так як і склобій і люмінофор несуться потоком повітря в інше місце і не розділяються. Оптимальний режим повітряного потоку знаходиться всередині зазначеного перепаду тисків від 100 Па до 10000 Па.
Вібрація в діапазоні частот 1 ... 10000 Гц забезпечує перемішування і найкраще відділення пилової фракції. Створення вібрації в зазначеному діапазоні здійснювалося при вібрації при обертанні вала з ексцентриком (на низьких частотах) і при магнитострикции залізного сердечника (при високих частотах). У всьому зазначеному діапазоні частот від 1 до 10000 Гц відділення пилової фракції люмінофора здійснюється досить ефективно. При частотах менше 1 Гц склобій не перемішується. Роботу при частотах понад 10000 Гц не вдалося здійснити через технічні труднощі. Діапазон частот 1-10000 Гц обраний як найбільш технічно досяжний і недорогий (з техніко-економічних міркувань).
Обраний діапазон температур пов'язаний з наступними явищами:
1. При температурах понад 300 ° С ефективно видаляється металева ртуть, яка має тиск парів 1 атмосфера вже при 360 ° С. Однак найбільш стійкі сполуки ртуті, зокрема кіновар, каломель, сулема та ін., Не розкладаються, і ртуть не випаровується цілком з демеркурізуемих матеріалів. Аналізи складу ртутьвмісних матеріалів показують, що при нагріванні до температур нижче 600 ° C сполуки ртуті не розкладаються і ртуть залишається в матеріалах.
2. При температурах 600-900 ° С сполуки ртуті розкладаються і ртуть видаляється з матеріалів повністю.
3. Вище 900 ° С нагрівати матеріал недоцільно через підвищених витрат енергії і ускладнення конструкції печі.
Ртутьвмісних матеріал повинен мати розміри не більше 1 мм, так як час виходу ртуті з матеріалу пов'язано з розмірами частинки в першому наближенні за формулою
Де L - розміри частки в сантиметрах, D - коефіцієнт дифузії ртуті в матеріалі при даній температурі в сантиметрах квадратних виділених на секунду, t - час витримки при даній температурі в секундах. При рекомендованих режимах руйнування ламп, що містять ртуть матеріал має розміри менше 1 мм і такі розміри є найбільш доцільними для видалення ртуті з люмінофора. При великих розмірах збільшується мінімальний час високотемпературної витримки (пропорційно квадрату розмірів частки). Демеркуризацію частинок, що мають розміри більше 1 мм, призводить до погіршення економічних показників через збільшення часу витримки при високих температурах і відповідно витрат електроенергії та інших матеріальних витрат (часу обслуговування, заробітної плати, зменшення продуктивності лінії).
Процес видалення ртуті складається з декількох стадій:
розкладання ртутних сполук,
дифузія ртуті в твердому обсязі частки,
випаровування ртуті з поверхні частинки,
диффузионное переміщення ртуті в межчастичного просторі,
вихід ртуті з пористого обсягу ртутьвмісних відходів, дифузія ртуті в газі,
конденсація парів в пастці.
Лимитирующей стадією (найповільнішої з кінетики процесу) видалення ртуті з матеріалу є видалення ртуті з твердих частинок ртутьсодержащего матеріалу.
Час витримки не менше 30 хвилин пов'язано з кінетикою видалення домішок. При відсутності витримки при температурі вище 600 ° С ртуть не видаляється. При часу витримки 30 хв ртуть видаляється повністю. Час витримки більше 30 хвилин недоцільно, так як результат видалення ртуті вже досягнуто, а подальша витримка призводить до непотрібних витрат. Діапазон 30 хвилин при температурі 600 ° -700 ° C пов'язаний з тепловою інерційністю печі і менше бути не може при даних обсягах завантаження, потужності нагрівачів печі, теплоізоляції.
Пропонована технологія спрямована на повну утилізацію всіх компонентів.
Подвійна герметизація (1. герметизація всіх вузлів технологічного устаткування і 2. окрема герметизація всієї технологічної лінії від робочого приміщення) забезпечує підвищену безпеку проведення всього процесу.
Для реалізації запропонованого способу була створена на підприємстві OOO «Автоеко» в м Рязань експериментальна технологічна лінія. Технологічна лінія складається з наступних вузлів і агрегатів:
1. Дробарка, яка представляє собою герметизируемой сталевий обсяг з трубою для подачі люмінесцентних ламп, всередині розташований пристрій для руйнування люмінесцентних ламп, яка починає діяти електродвигуном, розташованим зовні.
2. Сепаратор, який забезпечує поділ ковпачків, склобою та ртутьсодержащего люмінофора. Частота вібрації при сепарації забезпечується електродвигуном з ексцентриком і становить 50 Гц і узгоджена з елементами конструкції.
3. Циклон для уловлювання ртутьсодержащего люмінофора.
4. Система очищення повітря, що містить фільтри для поглинання пилу і фільтри з актівірованниім вугіллям для поглинання залишків парів ртуті.
5. Пристрій для створення розрідження і повітряного потоку, яке представляє собою крильчатку з електродвигуном. Ваш має бути настроєний на створення розрідження 1000 Па.
6. Ємності для ковпачків, склобою, люмінофора.
7. Піч, що представляє собою герметичний об'єм, в якому може бути розміщена ємність з люмінофором масою 50 кг. Температура всередині печі може досягати 900 ° С і створюється електричними нагрівачами. Температура контролюється хромель-алюмелеві термопарою. Піч містить і пастку з системою охолодження. Водяна система охолодження має незалежний контур циркуляції (радіатор, електронасос, охлаждаемая пастка). Охолодження може бути комбінованим (вода і рідкий азот).
8. Контроль вмісту парів ртуті проводиться приладом АГП-1.
Всі вузли та агрегати працездатні і забезпечують виконання функцій: дроблення ртутьвмісних люмінесцентних ламп, сепарацію металевих ковпачків, склобою і люмінофора в потоці повітря, створюваного перепадом тиску 1000 Па при вібрації з частотою 50 Гц і вивантаження їх в окремі ємності, завантаження ртутьвмісних відходів в герметичну піч з охолоджувальної пасткою. Пастка забезпечує конденсацію парів ртуті, яка виділяється з обсягу і збір рідкої ртуті. Відходи мають концентрацію ртуті нижче допустимих норм і на рівні вмісту ртуті в навколишньому середовищі (на рівні Кларка ртуті).
Пропонована технологія в цілому і варіанти окремих її етапів були випробувані і реалізовані. Нами були проведені аналізи ртутьвмісних маси на мас-спектрометрі JMS-01-BM2 з подвійним фокусуванням по 70 домішкам, в першу чергу на ртуть. Виявилося що в початковому матеріалі (люмінофорі) вміст ртуті становило 200 (0.02%) ppm, а після проведення демеркуризації вміст ртуті знизилося нижче чутливості мас-спектрометра нижче 3 ppm (нижче 0.0003%).
Фактичне залишковий вміст ртуті в демеркурізованних відходах виявити не вдалося через обмеження меж чутливості сучасних аналітичних засобів.
Таким чином, завдання переробки ртутьвмісних відходів за допомогою заявляється технології успішно вирішується і в технічному та екологічному сенсі.
Всі компоненти ртутьвмісних приладів можуть бути повторно використані і не забруднять навколишнє середовище ні речовиною підвищеної небезпеки (ртуттю), ні сміттям. В результаті реалізації технології отримуємо: ртуть металеву, склобій, брухт кольорового металу і будівельний матеріал. Дана технологія є високопродуктивної, економічно доцільною і, мабуть, єдиною в Росії на даний момент дійсно екологічно прийнятною. Після переробки даною технологією не потрібно займати площі промислових полігонів і звалищ, а всі компоненти відходів повертаються у виробництво.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб утилізації ртутьвмісних люмінесцентних ламп, що полягає в їх руйнуванні, поділі на склобій, цоколі, ртутьвмісних люмінофор в потоці повітря з використанням вібрації, що відрізняється тим, що потік повітря створюють розрідженням 10-10000 Па, використовують вібрацію в діапазоні 1-10000 Гц, ртутьвмісних люмінофор , подрібнений до розмірів не більше 1 мм, нагрівають в герметичному обсязі до 600-900 ° С, витримуючи при температурі 600-700 ° С не менше 30 хв, пари ртуті конденсируют в охолоджувальної пастці і при проведенні всіх процесів забезпечують подвійну герметизацію.
Версія для друку
Дата публікації 12.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.