CC BY
60
Выбор способа демеркуризации для последующего вторичного использования ртутьсодержащих отходов
В.И. Беспалов, Н.С. Самарская, О.Н. Парамонова, Е.П. Лысова
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Аннотация: В статье рассмотрены актуальные вопросы утилизации ртутьсодержащих отходов. Проведен анализ возможности вторичного использования демеркуризованного стеклобоя при условии максимального извлечения ртутного концентрата. На основе физико-химических свойств ртути проведено сравнение двух способов демеркуризации, в ходе которого выявлено, что именно технология термической демеркуризации позволит снизить процент оставшейся ртути в стеклобое.
Ключевые слова: ртутьсодержащий отход, демеркуризация, стеклобой, люминесцентная лампа, утилизация отходов.
В настоящее время большинство технологических процессов сопровождаются образованием промышленных отходов, многие из которых являются опасными. К таким отходам в частности относят ртутьсодержащие: люминесцентные лампы, термометры, приборы и др. Так как ртуть относится к первому классу опасности, вопросы утилизации ртутьсодержащих отходов являются особенно актуальными. Эти проблемы возникают, как правило, на предприятиях, основным видом деятельности которых является сбор и утилизация ртутьсодержащих отходов. Для обезвреживания ртутьсодержащих отходов используют метод демеркуризации - извлечение ртути различными способами: физическими, химическими, механическими [1-3]. Так большинство технологий демеркуризации люминесцентных ламп на предприятиях позволяет получить на выходе стеклобой, в состав которого входят: металлы, свинцовое стекло, люминофор, мраморная мастика, ртуть (рис. 1).
Как видно из рис. 1, процент остаточной ртути в стеклобое составляет 1%, что является недопустимым для вторичного использования. В практике утилизации ртутьсодержащих отходов известны примеры вторичного использования демеркуризованного стеклобоя при условии максимально
возможного извлечения ртутного концентрата [4].
Рис. 1. - Состав ртутьсодержащего отхода (люминесцентной лампы) □ Металлы □ Свинцовое стекло □ Люминофор □ Стеклобой □ Ртуть | | Мраморная мастика
Несмотря на многообразие способов демеркуризации ртутьсодержащих отходов наиболее целесообразной к применению, на наш взгляд, является термическая технология, основанная на возгонке ртути из смеси стеклянного и металлического лома и улавливанием конденсирующихся ртутных паров.
Для того чтобы выявить действительно ли термическая технология является предпочтительной, проведены аналитические исследования свойств ртутьсодержащих отходов. При изучении физико-химических свойств ртути, выявлено, что температура кипения ее составляет более 356,73 0С (таблица №1). Именно при такой температуре возможно извлечение ртути, которая находится не в виде металла, а в виде атомов, поглощенным стеклом и люминофором.
Таблица № 1
Физико-химические свойства ртути
№ п/п Наименование физико-химического свойства ртути Значение Единицы измерения
1 Плотность ртути при нормальных условиях 13,546 г/м3
2 Температура плавления -38,83 0С
3 Температура кипения 356,73 0С
4 Атомный вес 200,59 г/моль
5 Удельная теплоемкость 0,0334 Кал/г 0С
6 Электронный потенциал 0,854 В
7 Удельная теплота плавления 2,295 кДж/моль
8 Удельная теплота испарения 58,5 кДж/моль
Нами проведено сравнение двух методов демеркуризации на основе рассмотрения этого процесса с химической точки зрения, в ходе которого выявлено, что в результате применения метода химической демеркуризации образуется химическое соединение ^С12, а в результате термической демеркуризации - ^ (пары ртути). При этом по данным многих исследований, количество оставшейся в стеклобое ртути в результате термической демеркуризации составляет менее 2,1 мг/кг в отличие от метода химической демеркуризации (таблица № 2) [2, 5-7].
Таким образом, именно технология термической демеркуризации позволит снизить процент оставшейся ртути в стеклобое. Такие же результаты можно получить при реализации «холодной и сухой» технологии, распространенной, в основном, в зарубежной практике.
Продукты, образующиеся в ходе термической демеркуризации (люминофор, цветные металлы и обогащенный стеклобой) могут быть использованы вторично в различных производствах.
Таблица № 2
Результаты сравнения двух методов демеркуризации
№ п/п Название метода Химическое описание процесса демеркуризации Результат процесса % оставшейся ртути в стеклобое
1 Химическая демеркуризация (гипохлоридом натрия) Щ + №001 + ШС1 = = ЩС12 + Н20 + + 2Ш0Н ЩС12 -труднорастворимое соединение в водном растворе 5-10 % (в обезвреженном стеклобое содержание ртути более 2,1 мг/кг)
2 Термическая демеркуризация (в шнековой трубчатой печи) Щ + 1 (500-550 00) ^ Щ - пары ртути 1-2% (в обезвреженном стеклобое содержание ртути менее 2,1 мг/кг)
Нами проанализированы возможные пути использования таких продуктов термической демеркуризации в различных отраслях народного хозяйства (рис. 2). Так люминофор, который способен преобразовывать поглощаемую энергию в световую, можно использовать в качестве добавки к лакокрасочным материалам, а также как компонент при изготовлении светящейся пленки, светобумаги [8-9].
Переработанный цветной металл используют в виде сплавов при производстве деталей, инструментов, техники, емкостей и др.
Обогащенный стеклобой нашел свое применение в производстве керамических изделий, стекла и строительных материалов. Особенно широко используют стеклобой в качестве недорогого заполнителя при изготовлении мелкозернистого бетона [10-13].
Таким образом, несмотря на большое количество компонентов, из которых состоит ртутьсодержащий отход, правильно выбранный способ демеркуризации позволяет извлекать практически полностью ртутный
Рис. 2. - Возможные пути использования продуктов термической
демеркуризации
концентрат, а также использовать очищенный от ртути люминофор, цветные металлы и стеклобой вторично при производстве различных изделий и материалов.
Литература
1. Косорукова Н.В., Янин Е.П. Утилизация отходов ртутьсодержащих изделий: состояние и проблемы // Светотехника. 2002. № 3. С. 25-29.
2. Qi, С., Ma, X., Wang, M. and etc. A case study on the life cycle assessment of recycling industrial mercury-containing waste // Journal of Cleaner Production. 2017. № 161. Pp. 382-389.
3. Тиняков К.М., Косорукова Н.В., Тимошин В.Н. и др. Исследование
эффективности химических методов демеркуризации объектов городской среды // Инженерный вестник Дона, 2011, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/455.
4. Картузов В.М., Шеманаев С. А. Утилизация ртутьсодержащих отходов // Экология и промышленность России, 2000. № 4. С. 14-16.
5. Шевцова Р.Г., Городов А.И. Демеркуризация энергосберегающих электроламп и вторичная переработка стеклобоя // Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды. 2015. С. 431-434.
6. Tikhonova L.A., Prusakova A.V. Problems of collection and disposal mercury-containing lamps // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2016. № 10. С. 239-242.
7. Месхишвили Н.З., Кравченко А.В. Утилизация ртутьсодержащих элементов как особый способ утилизации твердых бытовых отходов // Инфраструктурные отрасли экономики: проблемы и перспективы развития. 2017. С. 37-41.
8. Артемасов В.В., Мельман М.Г., Паскарь И.Н. Предпосылки для создания современного предприятия по переработке ртутьсодержащих отходов в Кемеровской области // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 4. С. 150-156.
9. Краснопевцева И.В., Мальцев С.А., Краснопевцева Е.А. и др. Экономическая выгода и экологическая проблема // Вестник НГИЭИ. 2014. №. 12 (43). С. 42-48.
10. Acuna Roncancio P.C, Meuret, Y., Deconinck, G. and etc. Spot phosphor concept applied to a remote phosphor light-emitting diode light engine // Optical Engineering. 2016. № 55 (11) URL: doi.org/10.1117/1.0E.55.11.115103.
11. Нуруллина Е.Н. Проблема сбора и утилизации компактных люминесцентных ламп в малых населенных пунктах // Вестник Казанского
технологического университета. 2015. Т. 18. № 22. С 162-164.
12. Хвостиков А.Г. Современные способы защиты селитебных территорий от твердых отходов // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4 (2) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1318
13. Пузанов С.И., Кетов А.А. Комплексная переработка стеклобоя в производстве строительных материалов // Экология и промышленность России. 2009. № 12. С. 4-7.
14. Кузнецова Н.В., Селезнев А.Д., Селезнева И.А. Планирование экспериментальных исследований физико-механических свойств мелкозернистых бетонов с заполнителем из стеклобоя // Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт. 2017. С. 269-271.
References
1. Kosorukova N.V., Yanin E.P. Cvetotekhnika. 2002. № 3. pp. 25-29.
2. Qi, C., Ma, X., Wang, M. and etc. Journal of Cleaner Production. 2017. № 161. pp. 382-389.
3. Tinyakov K.M., Kosorukova N.V., Timoshin V.N. i drugie. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/455.
4. Kartuzov V.M., Shemanaev S.A. Ehkologiya i promyshlennost' Rossii. 2000. № 4. pp. 14-16.
5. Shevcova R.G., Gorodov A.I. Energo- i resursosberegayushchie ehkologicheski chistye himiko-tekhnologicheskie processy zashchity okruzhayushchej sredy. 2015. pp. 431-434.
6. Tikhonova L.A., Prusakova A.V. Vestnik Angarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016. № 10. pp. 239-242.
7. Meskhishvili N.Z., Kravchenko A.V. Infrastrukturnye otrasli ehkonomiki: problemy i perspektivy razvitiya. 2017. pp. 37-41.
8. Artemasov V.V., Mel'man M.G., Paskar' I.N. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2017. № 4. pp. 150-156.
9. Krasnopevceva I.V., Mal'tsev S.A., Krasnopevceva Ye.A. i drugie. Vestnik NGIEHI. 2014. №. 12 (43). pp. 42-48.
10. Acuna Roncancio P.C, Meuret, Y., Deconinck, G. and etc. Optical Engineering. 2016. № 55 (11) URL: doi.org/10.1117/1.OE.55.11.115103.
11. Nurullina E.N. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015. T. 18. № 22. pp. 162-164.
12. Hvostikov A.G. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4 (2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1318
13. Puzanov S.I., Ketov A.A. Ehkologiya i promyshlennost' Rossii. 2009. № 12. pp. 4-7.
14. Kuznecova N.V., Seleznev A.D., Selezneva I.A. Ustojchivoe razvitie regiona: arhitektura, stroitel'stvo, transport. 2017. pp. 269-271.
