一种荧光灯管含汞固废无害化处理方法与流程

本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种荧光灯管含汞固废无害化处理方法。

背景技术：

荧光灯管是一种普通的含汞光电源，按形状的不同，可将其划分为直管型、环型和紧凑型三种不同类型。目前，我国荧光灯管产量和用量均居世界首位，报废后的灯管被随意丢弃或大量混杂在生活垃圾中，极易造成灯管破碎后汞的扩散，严重危害居民健康。生活垃圾中的灯管最终进入垃圾填埋场，释放出的汞会严重污染土壤和地下水源，其中，我国直管型荧光灯管含汞量在20-40mg/支，紧凑型荧光灯管和环型荧光灯管含汞量约为10mg/支，而1mg汞就能使360吨水受到污染。

现有技术中对荧光灯管只做到干法处理如加硫填埋、直热粉碎分离和吹扫分离等处理方法，前者是在负压容器中使硫和汞发生化学反映变成无害固体填埋到安全场所，后两种是把液态或气态汞分离后收集起来回收利用。还有湿法处理单纯的利用硝酸溶液进行清洗，但是无论是干法处理还是湿法处理，最终处理后的灯管碎片浸出液均高于0.1mg/l的标准要求，仍然会对环境造成伤害，此外，各种处理方法密闭条件差，容易造成汞的逃逸，对操作工人的人身健康造成很大的威胁。

技术实现要素：

针对以上存在的技术问题，本发明提供一种荧光灯管含汞固废无害化处理方法，能够在密闭环境下对荧光灯管进行高效的深度处理，使其浸出液中汞含量进一步降低到安全值以下。

本发明的技术方案为：一种荧光灯管含汞固废无害化处理方法，包括以下步骤：

s1：将含汞荧光灯管破碎处理后装入密封罐中，将超声换能器贴附在密封罐表面，利用20000hz的超声波对密封罐内的灯管碎片进行超声振动处理，分离附着在灯管碎片表面的固体杂质；

s2：向密封罐内通入清洗液对灯管碎片继续循环清洗，循环清洗时间为1-2min，用于对灯管碎片表面的固体杂质进行洗脱，清洗完毕后抽干清液，将清洗后的灯管碎片截留在密封罐内；

s3：向密封罐内通入含酸溶液，含酸溶液与灯管碎片的质量比为1-2:1，浸泡10-60s，利用含酸溶液对灯管碎片表面的含汞成分浸出，排出含酸溶液，将酸洗后的灯管碎片截留在密封罐内；

s4：向密封罐内通入纯水对酸洗后的灯管碎片进行循环冲洗，循环冲洗时间为2-5min，利用纯水对灯管碎片表面进行漂洗，用于去除残留的酸液以及含汞成分，排出纯水后，将漂洗后的灯管碎片截留在密封罐内；

s5：在s4处理后的密封罐外部加装等离子发生设备，并将混合气体通入装有漂洗后灯管碎片的密封罐内，在密封罐内形成反应腔，常压下，在密封罐相对两端施加20-25kv的交流电压，以及100-120w的输入功率使得混合气体放电产生等离子气体，时间长度为1-5min，利用等离子气体对灯管碎片表面的含汞成分进行深度清理，同时引导灯管碎片进行干燥。

进一步地，密封罐包括陶瓷材质的罐体，罐体的两侧设有用于连接等离子发生设备的电极柱，通过法兰盘安装在罐体两端的封头一和封头二，封头一和封头二与罐体的接合面上设有圆周凹槽，圆周凹槽内设有密封圈，封头一上设有进液口、进气口，进液口和进气口上分别设有阀门一和阀门二，封头二上设有出液口、出气口，出液口和出气口上分别设有阀门三和阀门四，封头二内还设有拦截过滤网，用于对灯管碎片进行过滤。

更进一步地，罐体的陶瓷材质采用例如日本古闲钢制造公司(nkk)制造的氮氧硅铝/氮化硼混合物。具有硬度高，耐高温，耐腐蚀、可加工以及可作为绝缘介质阻挡放电等优点。

更进一步地，为了防止灯管破碎后汞逸出，在封头一内侧中心位置还安装有破碎刀头，破碎刀头由位于封头一外部的破碎电机驱动，用于对荧光灯管进行内部破碎处理，可有效避免这一现象的出现。

更进一步地，拦截过滤网包括作为支撑层的不锈钢冲孔网，以及装夹在两层不锈钢冲孔网之间的玻纤薄毡。玻纤薄毡是一种玻璃纤维非织造布产品，可采用澳大利亚雷金纳玻纤公司专制c玻璃纤维薄毡，耐高温、耐腐蚀，且蓬松度高，孔隙率大，过滤性好，能够吸附水体以及气体中残留的汞成分，减轻了含汞溶液的后处理负担，同时也降低了对空气的污染。

进一步地，等离子发生设备包括分别通过电极柱固定连接在罐体外侧的高压电极和接地电极，以及与高压电极和接地电极电性连接的等离子发生器，且接地电极接地。

进一步地，清洗液为体积百分比浓度为1-10％nacl水溶液。nacl水溶液相较于纯水具有较高的去污能力，用于灯管碎片初次表面清洁效果良好。

进一步地，含酸溶液按照体积百分比计包括：20-30％硝酸、0.05％硫酸、0.01％磺酸，余量为纯水。硫酸和磺酸的加入能够大大提高灯管碎片表面含汞成分的浸出效率，降低灯管碎片表面残余汞含量。

进一步地，灯管碎片在密封罐内的体积占比为20-50％。体积占比过小容易导致处理效率降低，而体积占比过大则会导致密封罐内气体占比下降，从而导致对灯光碎片进行等离子处理效果降低。

进一步地，混合气体为氮气、氩气、氦气中一种或任意几种组合，混合气体的流速为60-100ml/min。

本发明的有益效果为：

(1)本发明利用超声波对含汞灯管碎片进行预处理，能够有效对灯管表面附着物进行分离，便于酸洗浸出。

(2)本发明采用nacl水溶液进行表面清洗、含酸溶液进行酸洗，最后采用纯水进行漂洗，其中，nacl水溶液相较于纯水具有较高的去污能力，用于灯管碎片初次表面清洁效果良好，含酸溶液中在硝酸溶液的基础上添加了硫酸和磺酸，可提高灯管碎片表面含汞成分的浸出效率，降低灯管碎片表面残余汞含量。此外，本发明的水溶液、酸溶液以及纯水都能够回用10-15次，大大节省了成本。

(3)本发明最后采用等离子气体对清洗后的灯管表面进行后处理，不仅可以进一步清除灯管碎片表面的残余汞而且还可以对灯管碎片进行烘干，将废旧荧光灯管汞的浸出液含量控制在0.02mg/l以下。

(4)本发明采用密封罐装载灯管碎片便于进行批量流水化处理，也可提高整个处理工艺的效率，适用于工厂大规模应用。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是图1中a处放大结构示意图；

图3是本发明实施例2中的整体结构示意图；

图4是图1的封头一的仰视图；

图5是图1的封头二的俯视图；

图6是本发明实施例3中的整体结构示意图。

其中，1-罐体、2-封头一、3-封头二、4-法兰盘、5-圆周凹槽、6-密封圈、7-进液口、8-进气口、9-出液口、10-出气口、11-阀门一、12-阀门二、13-阀门三、14-阀门四、15-拦截过滤网、151-不锈钢冲孔网、152-玻纤薄毡、16-电极柱、17-破碎刀头、18-破碎电机、19-高压电极、20-接地电极、21-等离子发生器。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种便于处理荧光灯管的密封罐，如图1所示，该密封罐包括陶瓷材质的罐体1，通过法兰盘4安装在罐体1两端的封头一2和封头二3，如图4和5所示，封头一2和封头二3与罐体1的接合面上设有圆周凹槽5，圆周凹槽5内设有密封圈6，封头一2上设有进液口7、进气口8，如图1所示，进液口7和进气口8上分别设有阀门一11和阀门二12，封头二3上设有出液口9、出气口10，出液口9和出气口10上分别设有阀门三13和阀门四14，封头二3内还设有拦截过滤网15，其中，如图2所示，拦截过滤网15包括作为支撑层的不锈钢冲孔网151，以及装夹在两层不锈钢冲孔网151之间的玻纤薄毡152。玻纤薄毡152是一种玻璃纤维非织造布产品，可采用澳大利亚雷金纳玻纤公司专制c玻璃纤维薄毡，耐高温、耐腐蚀，且蓬松度高，孔隙率大，过滤性好，能够吸附水体以及气体中残留的汞成分，减轻了含汞溶液的后处理负担，同时也降低了对空气的污染。

利用该密封罐对荧光灯管含汞固废无害化处理方法，包括以下步骤：

s1：在罐体1的下端安装封头二3，然后将含汞荧光灯管破碎处理后装入罐体1中，并安装封头一2形成密封环境，随后，将超声换能器贴附在密封罐表面，利用20000hz的超声波对密封罐内的灯管碎片进行超声振动处理，分离附着在灯管碎片表面的固体杂质；

s2：打开阀门一11，连接装有清洗液的存储箱与进液口7，将清洗液泵送至罐体1内对灯管碎片继续循环清洗，循环清洗时间为1-2min，用于对灯管碎片表面的固体杂质进行洗脱，清洗液为体积百分比浓度为1-10％nacl水溶液，nacl水溶液相较于纯水具有较高的去污能力，用于灯管碎片初次表面清洁效果良好。清洗完毕后，打开阀门二12，在出液口9处连接防腐蚀泵将罐体1内的清洗液抽干，则清洗后的灯管碎片被拦截过滤网15截留在罐体1内；

s3：连接装有含酸溶液的存储箱与进液口7，含酸溶液与灯管碎片的质量比为1.5:1，浸泡35s，其中，含酸溶液按照体积百分比计包括：25％硝酸、0.05％硫酸、0.01％磺酸，余量为纯水。硫酸和磺酸的加入能够大大提高灯管碎片表面含汞成分的浸出效率，降低灯管碎片表面残余汞含量。利用含酸溶液对灯管碎片表面的含汞成分浸出，打开阀门二12，在出液口9处连接防腐蚀泵将罐体1内的含酸溶液抽干，将酸洗后的灯管碎片被拦截过滤网15截留在罐体1内；

s4：连接装有纯水的存储箱与进液口7对酸洗后的灯管碎片进行循环冲洗，循环冲洗时间为2-5min，利用纯水对灯管碎片表面进行漂洗，用于去除残留的酸液以及含汞成分，打开阀门二12，在出液口9处连接防腐蚀泵将罐体1内的纯水抽干，将漂洗后的灯管碎片被拦截过滤网15截留在密封罐内；截过滤网15中的玻纤薄毡152能够对清洗液、酸液和纯水中冲洗下来的汞成分，提高其循环次数。循环后的含汞废液采用化学沉淀法进行净化处理。

s5：打开封头二3与罐体1连接的法兰盘4，将s4处理后的灯管碎片取出并放入干燥箱中，采用250℃温度烘干，取样烘完的碎灯管测汞浸出液中汞含量。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：在封头一2内侧中心位置还安装有破碎刀头17，破碎刀头17由位于封头一2外部的破碎电机18驱动。

在使用时，如图3所示，将罐体1倒置，将安装封头一2的一端放置在下方，然后将含荧光灯管装入罐体1内，安装封头二3在罐体1的上端，然后开启破碎电机18，利用破碎刀头17将灯管在罐体1的密闭环境下破碎处理，可有效避免汞蒸发逃逸到空气中的现象出现。在进行清洗阶段，则将罐体1再次翻转，使得安装封头一2的一端放置在上方，而设有拦截过滤网15的封头二3放置在下方。处理方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例的密封罐结构与实施例2基本相同，不同之处在于：如图6所示，在罐体1的两侧设有电极柱16，其中，等离子发生设备包括分别通过电极柱16固定连接在罐体1外侧的高压电极19和接地电极20，以及与高压电极19和接地电极20电性连接的等离子发生器21，且接地电极20接地。其中，罐体1的材质采用陶瓷材质，例如日本古闲钢制造公司(nkk)制造的氮氧硅铝/氮化硼混合物。具有硬度高，耐高温，耐腐蚀、可加工以及可作为绝缘介质阻挡放电等优点。

利用本实施例装置对荧光灯管含汞固废无害化处理方法与实施例1基本相同，不同之处在于，将原来的s5替换成为：

如图6所示，将装有清洗后灯管碎片的罐体1横放，关闭阀门一11和阀门二12，打开阀门三13和阀门四14，从进气口8向罐体1内以80ml/min流速通入氮气排空罐体1内的空气，也可以是氩气或者氦气以及其混合气体。然后打开等离子发生器21，在高压电极19和接地电极20之间施加22kv的交流电压，以及110w的输入功率使得氮气或者其它惰性气体放电产生等离子气体，由于罐体1的材质采用绝缘的陶瓷材料可作为介电层，使得产生的等离子气体更加细致和密集，避免集中放电出现电晕，利用放电产生的等离子气体对灯管碎片表面的残余汞进行后处理，可大大降低灯管碎片的汞浸出含量，此外，由于在该放电条件产生的等离子气体使得罐体1内的温度可升高至200-300℃，还可对灯管碎片进行烘干处理。不必将灯管碎片取出后再放入烘干箱的步骤，整个过程灯管碎片完全是在密封环境中处理，不会污染环境。

对比例1

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：s1中对灯管碎片不采用超声振动处理。

对比例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：含酸溶液按照体积百分比计包括：20-30％硝酸、0.05％硫酸，余量为纯水。

对比例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：在两层不锈钢冲孔网151之间不设置玻纤薄毡152。

试验例

1、先称取100g的实施例1-3以及对比例1-2处理后的灯管碎片作为实验组，以原始未处理的灯管碎片作为空白对照组，每个组份设置3组平行组，测得汞浸出液的平均含量如表1所示。

表1各组灯管碎片中汞浸出液测量结果

结论：从表1中可以看出，经实施例1和实施例2处理后的灯管碎片汞浸出液基本相同，保持在80μg/l左右，基本满足浸出汞含量低于0.1mg/l的标准，对比实施例3和实施例1-2可发现，经过等离子气体处理后的灯管碎片的汞浸出量大幅降低至11μg/l，说明实施例3的技术方案明显更加优异，而从对比例1和实施例1可发现，没有经过超声预处理的灯管碎片的汞浸出液中汞含量明显增高，而从对比例2和实施例1可发现，没有添加磺酸的酸洗液处理的灯管碎片的汞浸出液中汞含量也明显增高。

2、测试清洗液、含酸溶液以及纯水的循环利用次数，以实施例1和对比例3作为对比，实验证明在采用玻纤薄毡152进行过滤吸附条件下，实施例1的各液体的循环次数平均为13次，而没有采用玻纤薄毡152的对比例3各液体的循环次数平均为6次。说明，采用玻纤薄毡152能够提高各液体的循环次数，大大节省了成本。