CC BY
18УДК 62
А.И. Мурзина, Г.Ю. Федоров СИСТЕМА ДЕМЕРКУРИЗАЦИИ
В данной работе рассматриваются способы демеркуризации ртутьсодержащих отходов.
Ключевые слова: демеркуризация, ртутные лампы, термовакуумная технология, термо-химическая технология, люминофор, отработанный сорбент.
Демеркуризация- процесс удаление ртути и её соединений физико-химическими или механическими способами с целью исключения отравления людей и животных. Металлическая ртуть высокотоксична, и имеет высокое давление паров при комнатной температуре, поэтому при случайном проливе (а также в случае повреждения ртутных термометров, ламп, манометров и других содержащих ртуть приборов) подлежит удалению из помещений.
Демеркуризация отходов: обезвреживание отходов, заключающееся в извлечении содержащейся в них ртути и/или ее соединений.
Загрязнение среды обитания ртутью и её соединениями - одна из наиболее актуальных экологических проблем.
Отходы, в которых содержится ртуть, относятся к I классу опасности [1]. При их складировании, долгосрочном хранении и транспортировке возникает опасность разрушения ртутьсо-держащих ламп и приборов и загрязнения территорий ртутью.
Все известные способы демеркуризации ртутьсодержащих отходов можно разделить на две группы термические и бестермические.
Термические способы демеркуризации отработанных ртутных ламп основаны на нагреве колб до 450-550 0С в вакууме или при атмосферном давлении, отгонке ртути с последующим улавливанием и конденсацией её паров (температура кипения ртути составляет 357 0С). Можно выделить три разновидности термических технологий демеркуризации ртутных ламп [1,2,5]:
- термообработка в шнековой трубчатой печи, снабженной электронагревателем, при температуре 500 - 550 0С (технология Всесоюзного института вторичных ресурсов «ВИВР»); технологический газ перед конденсацией паров ртути подвергается дожиганию при температуре 800 - 9000С, что обеспечивает сгорание органических соединений до СО2 и Н2О;
- термо-вакуумная технология с применением стационарной снабженной электронагревателем камеры демеркуризации периодического действия (технология компании «ФИД -Дубна»); давление паров ртути в камере не более 0,01 мм ртутного столба;
- термо-химическая технология периодического действия: целые (небитые) лампы нагревают, выдерживают 25 минут при температуре, обеспечивающей десорбцию ртути из стекла колбы, а затем резко охлаждают путем контакта горячей лампы в смесителе с оборотным раствором демеркуризатора - серосодержащего или йодсодержащего реагента; в итоге происходит термическое разрушение колбы, а ртуть связывается в нерастворимые безопасные соединения.
При выборе варианта технологии термической демеркуризации отработанных ртутных ламп предпочтительной является технология термообработки отработанных ртутных ламп в шнековой трубчатой печи, поскольку она малочувствительна к исходному сырью, надежна в работе, позволяет работать в непрерывном режиме и легко реализовать обогащение демеркури-зованного материала с целью его последующего комплексного использования. [2]
Термо-вакуумная технология наиболее пригодна для «чистых» отходов термометров, тонометров, игнитронов (ртутных вентилей) и т.п.; эффективность процесса снижается в присутствии органических материалов (мастика, гетинакс): за счет термического разложения они, как и ртуть, переходят в газовую фазу, увеличивая давление газа в вакуумной камере. Один из не-
© Мурзина А.И., Федоров Г.Ю., 2015.
Вестник магистратуры. 2015. № 1(40). Том I
ISSN 2223-4047
достатков термо-вакуумной технологии периодичность действия, а также невысокая надежность узлов уплотнения камеры демеркуризации. [2]
Термо-химическая технология также не позволяет работать в непрерывном режиме; главный недостаток технологии появление сточных вод.
Все рассмотренные термические методы демеркуризации имеют ряд существенных недостатков: необходимость вакуумирования аппаратуры, периодичность процесса, сложные системы конденсации ртутьсодержащих паров, необходимость утилизации сорбентов. Термические установки обезвреживания ртутных отходов сложны в эксплуатации, энергоемки, требуют высоких температур, надежных систем сорбции ртути из отходящих газов. Они не исключают вероятности выброса газов в атмосферу при нарушении герметичности в стыках технологических трактов и локального загрязнения окружающей среды из-за постоянного выброса технологического газа в атмосферу, а также при сбросе сточных вод. [2,3,5]
Для обезвреживания и переработки ртутных ламп применяется также гидрометаллургический (жидкофазный) способ демеркуризации. В соответствии с этим методом использованные лампы подвергаются мокрому измельчению в шаровой мельнице с одновременной отмывкой в два этапа ртути и люминофора со стекла и цоколей. Отмывка осуществляется в специально разработанном растворе следующего состава, г/л: йодистый калий 5-10; йод 1-23; едкий натр 1-5; хлористый натрий 5-12. [1, 2]
Лампы в шаровой мельнице с раствором подвергаются измельчению и демеркуризации в течение 30-180 мин в интервале температур 20-60 °С. После окончания процесса реагент, содержащий соли ртути, сливают из шаровой мельницы и направляют на обезвреживание цементацией алюминием. Аппаратурное оформление технологической схемы состоит из трех установок. Первая сконструирована на основе шаровой мельницы, вторая - на базе стандартного барабанного грохота, третья представляет собой стандартный химический реактор. Технология является экологически безопасной и обеспечивает практически полное извлечение ртути.
В жидкофазном способе демеркуризации ртутных ламп ртутьсодержащие приборы разрушаются в специальном устройстве в водной среде, смывается ртуть и светосостав с образовавшихся фрагментов приборов с применением вибрации. В результате этого происходит разделение составляющих смеси: свободная ртуть осаждается на дно ванны, стеклобой осаждается на сетчатом дне контейнера, а светосостав в виде взвеси остается распределенным в воде. Затем вода с диспергированным в ней светосоставом сливается из ванны через фильтр-отстойник, где светосостав задерживается. Труба для слива воды с содержащимся в ней светосоставом расположена на некоторой высоте от наиболее низкой части ванны, образуя зону, где скапливается насыщенная ртутью вода. Затем ванна с оставшейся на дне водой в смеси с ртутью заполняется рабочим раствором и происходит дезактивация этой смеси.
При реакции перманганата калия с соляной кислотой образуется свободный хлор, который растворяется в воде и затем взаимодействует с ртутью, в результате получается практически нерастворимый в воде каломель белого цвета.
Рассмотренный гидрометаллургический метод обезвреживания, сущностью которого является обработка раздробленных изделий химическими демеркуризаторами с целью перевода ртути в трудно растворимые соединения, предполагает многократную промывку отходов растворами, что приводит к перераспределению ртути в раствор в виде устойчивых комплексов и, как следствие, вызывает необходимость создания дорогостоящих систем очистки промывных вод.
Из других бестермических процессов практическое применение нашел сухой способ демеркуризации, основанный на отделении люминофора и ртути с помощью аэросепарации при одновременном вибровоздействии; процесс осуществляется в противоточном режиме движения стекла и воздуха. Выдувание люминофора из дробленого до 8 мм материала осуществляется в пневмосепарационном устройстве; в демеркуризационной установке с помощью компрессора создается разрежение 5-8 кПа. Люминофор улавливается в циклоне (95%) и рукавном фильтре (5%); воздух дочищается от ртути в адсорбере с помощью активированного угля, импрегниро-ванного серой.
Содержание ртути в уловленном люминофоре составляет около 0,8%. Люминофор и отработанный сорбент (а также обтирочная ветошь) смешиваются с цементом и водой от уборки помещения и обрабатываются серой (перевод ртути в сульфид). Цементно-люминофорную смесь затаривают в металлические бочки и отправляют на переработку (получение вторичной ртути).
Однако бестермические сухие методы не всегда обеспечивают тонкую очистку отходов от ртути. Основная причина - ртуть сорбируется стеклом колб и металлами, а десорбция протекает наиболее эффективно лишь при нагреве. [4]
В последние годы наметилась тенденция совместного использования для обезвреживания ртутьсодержащих отходов жидких химических демеркуризационных препаратов и инертных твердых наполнителей, а иногда и связующих веществ. [4, 5]
Библиографический список
1. Окатый В.Г., Спирьков В.С., Окатый В.В. Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов // Патент России 2327536. 2008. Бюл. № 23.
2. Способы утилизации ртути: новые решения. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.ecowaste.su/doc/126-2010-10-21-17-38-18 (дата обращения: 09.07.13).
3. Степанов В.Г., Ванак П.В., Винокуров В.И. Способ термической демеркуризации люминесцентных ламп и устройство для его осуществления // Патент России 2087572. 1997. Бюл. № 23.
4. «Экотром-2» - установка для переработки ртутных ламп / Твердые бытовые отходы. [Отраслевой электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.solidwaste.ru/ recycling/catalog/%20tech2/105.html
5. ЭКОТРОМ о ртути. Очистка от ртути помещений, транспортных средств и обезвреживание территорий. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.ecotrom.ru/ (дата обращения: 09.07.13).
МУРЗИНА Алсу Ильшатовна - студент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование» Казанского государственного энергетического университета.
ФЕДОРОВ Георгий Юрьевич - доцент кафедры «Инженерная экология и рациональное природопользование» Казанского государственного энергетического университета.
