Эффективность улавливания ртути НТЛ сильно зависит от режима течения газового потока через НТЛ. Только при молекулярном режиме течения газа, когда длина свободного (без столкновений между собой) пробега молекул больше расстояния между стенками в НТЛ, обеспечивается 100%-ная вероятность столкновения атомов ртути с холодной поверхностью НТЛ. Эффективность НТЛ УРЛ-2м в описанном режиме близка к 1млн., т.е. каждый атом ртути при прохождении НТЛ испытывает порядка 1 млн. соударений с ее поверхностью. При рабочей температуре НТЛ (-196 град.С) достаточно одного соударения для фиксации атома ртути на поверхности НТЛ. Заложенный в УРЛ-2м принцип улавливания ртутных паров запатентован (Патент РФ 1838440) и является отличительной особенностью установки.
Бытующее мнение относительно необходимости нагрева стекло боя до температур порядка 750 град.С для полного удаления ртути из него из-за возможного образования неких соединений ртути в слое люминофора нельзя признать убедительным, поскольку нет никаких оснований для образования таких соединений в условиях газового разряда в процессе работы лампы, а металлическая ртуть даже в адсорбированном состоянии полностью десорбируется и удаляется в условиях высокого вакуума уже при температурах порядка 300 град.С. Экспериментально доказана возможность проникновения части ртутных атомов из высокоэнергетичной части спектра газового разряда в поверхностные (достаточно глубокие) слои стекла колбы лампы. Для десорбции этой части атомов действительно могут потребоваться повышенные температуры обработки стекло боя. Однако, представляется необязательным удаление таких ртутных атомов из стекла в процессе утилизации, поскольку атомы ртути «витрифицированы» (остеклованы) и не представляют опасности для окружающей среды, т.к. при реальных условиях хранения демеркуризированного стекло боя (на полигоне или в засыпке дорог) они не имеют практической возможности выйти наружу. По этой же причине мы считаем желательным использование для оценки качества демеркуризации (определение остаточного количества ртути в стекло бое) низкотемпературных методик определения ртути в смывах. Спектрофотометрические методы определения ртути в стекло бое, основанные на нагревании пробы до высоких температур, часто приводят к завышенным показаниям остаточного содержания ртути в стекло бое.
На практике это условие можно реализовать при демеркуризации чистого стекло боя или металлических отходов: горелок ртутных ламп, термометров, игнитронов и специально очищенных от "органики" люминесцентных ламп. По мнению Разработчика процедура предварительной очистки люминесцентных ламп от мастики и текстолита может в целом дать выигрыш по производительности установки при утилизации люминесцентных ламп. Конструкция установки допускает нагрев демеркуризационной камеры до 450 град.С.
Процесс демеркуризации ламп для увеличения его скорости (и соответственного сокращения длительности демеркуризационного цикла) следует вести при максимальной возможной температуре, обеспечивающей работу вакуумной системы установки (по величине газового потока).
Практический вывод 2
Следует ясно понимать также, что указанное выше ограничение по температуре диктуется только наличием в обрабатываемых лампах органических примесей и, естественно, ограничивает возможности установки, поскольку качество демеркуризации стекла пропорционально произведению Тхt: рабочей температуры на время демеркуризации. Это объясняется тем, что основная часть ртути (97-99%) в отработавших срок лампах находится не в виде металла, а в виде атомов ртути, сорбированных люминофором а скорость процесса десорбции, примерно пропорциональна Т.
В процессе демеркуризации неочищенных от органических примесей и загрязнений ртутных ламп не рекомендуется повышать температуру в демеркуризационной камере выше той, при которой ДАВЛЕНИЕ остаточных газов в камере не превышает нескольких Торр.
Практический вывод 1
Это положение следует отчетливо понимать оператору установки, поскольку обрабатываемые лампы содержат кроме ртути большое количество органических материалов (мастика, текстолит, загрязнения), скорость выделения газа из которых за счет их термодеструкции сильно возрастает с увеличением температуры. При этом суммарный газовый поток нагружает вакуумную систему установки и повышает остаточное давление газа в демеркуризационной камере, что снижает эффективность демеркуризационного процесса.
Результаты научных исследований (см. С. Дэшман. "Научные основы вакуумной техники". Мир, Москва 1964г., стр. 620) показывают, что вакуумная дистилляция (отгонка) паров металлов в условиях вакуума эффективно осуществляется при давлении насыщенных паров порядка 1,8 Торр (мм.рт.ст.). Для ртути такое давление насыщенных паров достигается при температуре 130 град.С. Скорость испарения металлической ртути при этой температуре равна 0,04г/см.кв.хсек. Это значит, что содержащаяся в одной лампе ртуть (порядка 60 мг) испаряется при температуре 130 град.С за время менее 1 сек.
Принцип действия установки основан на сильной зависимости давления насыщенного пара ртути от температуры. Обрабатываемые лампы разрушаются в камере установки, нагреваются до температуры быстрого испарения ртути, а пары ртути откачиваются вакуумной системой установки через низкотемпературную ловушку (НТЛ), на поверхности которой происходит конденсация атомов ртути, стекающей в сборник в виде жидкого металла после размораживания ловушки.
В декабре 2009 года "Венчурная Фирма "ФИД-Дубна" отпраздновала свой 20-ти летний юбилей. Фирма была образована как хозрасчетное подразделение Дубненского городского Совета ВОИР (Всесоюзного общества изобретателей и рационализаторов), основной целью которого было эффективное решение существующих в городе технических проблем. И одной из первых оказалась поставленная приборным заводом «Тензор» проблема утилизации вышедших из строя люминесцентных ламп, накопленных на заводе в достаточно большом количестве по причине круглосуточной работы ряда подразделений завода. Задача эта оказалась не только первой, но и ,как показала история, основной задачей новой Фирмы. За прошедшие 20 лет Фирмой было разработано несколько вариантов технологического демеркуризационного оборудования и запущена в мелкосерийное производство малогабаритная вакуумная термодемеркуризационная установка УРЛ-2. На данный момент это уникальное оборудование для переработки отходов, содержащих ртуть, не имеющее аналогов в Российской Федерации.
Обсужден опыт эксплуатации оборудования в различных регионах РФ и за рубежом.
Отмечены этапы модернизации оборудования.
Описана конструкция малогабаритной вакуумной термодемеркуризационной установки УРЛ-2м.
Отмечены преимущества и недостатки технологии.
Описана технология вакуумной термической демеркуризации (утилизации) ртутных ламп и приборов и загрязненных ртутью материалов.
Автор: Владислав Анатольевич Альперт, кандидат технических наук, Генеральный директор ООО "Венчурная Фирма "ФИД-Дубна"
Статьи / 20-ти летний опыт производства и эксплуатации вакуумного термодемеркуризационного оборудования УРЛ-2 (оборудование для переработки отходов, содержащих ртуть)
утилизация и переработка люминесцентных ртутных ламп, демеркуризация, оборудование для переработки отходов, оборудование для утилизации ртутьсодержащих отходов
Комментариев нет:
Отправить комментарий