ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2228227
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
Имя изобретателя: Борбат В.Ф.; Мухин В.А.; Канушин И.Ф.
Имя патентообладателя: Омский государственный университет
Адрес для переписки: 644077, г.Омск-77, пр-т Мира, 55А, Омский государственный университет, патентная служба
Дата начала действия патента: 2002.10.07
Изобретение относится к природоохранным технологиям и может быть использовано
для переработки ртутьсодержащих отходов, например, отработанных люминесцентных ламп,
ртутных термометров, барометров, вакуумметров и других устройств, содержащих ртуть в
стеклянных оболочках. Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов предусматривает
их совместный размол в смеси с измельчающей средой и использование серы для связывания
металлической ртути, в способе дополнительно применяют водные растворы хлорида железа
(3), подмыльного щелока и гидроксида натрия, при этом компоненты вводят в следующей
последовательности: в смесь раствора хлорида железа (3) с измельчающей средой в виде
щебня вводят порциями ртутьсодержащие отходы, дробят и измельчают их, затем добавляют
заранее приготовленную смесь элементарной серы с подмыльным щелоком и раствором
гидроксида натрия при следующем соотношении химических реагентов (в расчете на 0,1 мас.%
ртути в отходах), мас.%: 10% раствор хлорида железа (3) 2,0-3,0; элементарная сера 0,4-0,6;
подмыльный щелок 0,1-0,2; 10% раствор гидроксида натрия 1,5-2,5, обеспечивается возможность
повышения эффективности способа путем предварительной подготовки ртути для снижения
ее подвижности и серы для улучшения ее смачиваемости.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к природоохранным технологиям и может применяться для
обезвреживания различных отходов, имеющих в своем составе металлическую ртуть, в
частности отработанных люминесцентных ламп, ртутных термометров, манометров,
вакуумметров различных типов и т.п. Такого рода отходы принадлежат к 1 классу опасности
(Ртуть и ее соединения. Серия “Обзоры научной литературы по токсичности и опасности
химических веществ”, Москва, 1998, - с.1-92).
Количество отработанных люминесцентных ламп исчисляется миллионами и
возрастает с каждым годом. В каждой лампе может содержаться до 0,6 г ртути. При хранении
отработанных ламп и других устройств или вывозе их на свалку имеется опасность
разгерметизации стеклянных оболочек и попадания токсичной ртути и ее паров в
природную среду. Следовательно, надежная демеркуризация ртутьсодержащих отходов
крайне необходима.
Чаще всего утилизация и демеркуризация ртутьсодержащих отходов осуществляется путем
их дробления и термообработки с последующей конденсацией паров ртути и получением
снова металлической (вторичной) ртути или химической обработкой с переводом
металлической ртути в малорастворимые нетоксичные химические соединения.
Опубликован и применяется способ демеркуризации люминесцентных ламп, в котором после
дробления ламп ртуть возгоняют с последующей конденсацией и получением вторичной
ртути (Патент РФ 2087572, кл. С 22 В 43/00 опубл. 1997.08.20). Опасность утечки горячих паров ртути при
разгерметизации оборудования и высокая энергоемкость не всегда позволяют применить
этот способ. К тому же, неочищенную вторичную ртуть трудно сбыть.
Известен также способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов, предпологающий их
совместный размол в смеси с серой до крупности частиц 5 мм, причем расход серы
составляет от 0,1 до 5% от массы отходов (Заявка Японии №3-5236, кл. В 09 В 3/00, 1991). После
добавления цемента и воды смесь отверждают. Из-за подвижности металлической ртути и
инертности сухой серы необходимо длительное перемешивание для перехода всей ртути в
ее сульфид, возможен неполный переход ртути.
Наиболее близким к заявляемому является способ обезвреживания ртутьсодержащих ламп,
предусматривающий совместный размол их с серой, измельчающей средой, водой и сыпучим
нетоксичным катализатором, способствующим увеличению поверхности контакта ртути и
серы (Патент РФ №2156172, кл. В 09 В 3/00 С 22 В 43/00, 2000.09.20). Однако и этот способ недостаточно
эффективен, т.к. применяемая для смачивания вода не лишает ртуть ее подвижности, в
результате чего реакция серы с ртутью даже в присутствии предложенного катализатора
может протекать достаточно долго и неполно.
Задачей настоящего изобретения является возможность повышения эффективности способа
путем предварительной подготовки ртути для снижения ее подвижности и серы для
улучшения ее смачиваемости.
Такой технический результат получается за счет того, что в способе обезвреживания
ртутьсодержащих отходов, основанном на совместном их размоле с измельчающей средой и
использованием элементарной серы для связывания металлической ртути прежде всего
обеспечивают снижение подвижности ртути путем совместного размола отработанных ламп
и других ртутьсодержащих отходов с 10-20% водным раствором хлорида железа (3) и щебнем
фракции 100-150 мм.
Через 15-30 минут после введения последней порции отходов и интенсивного размола в
герметичном горизонтальном вращающемся барабане внутрь вводится предварительно
подготовленная смесь элементарной серы с подмыльным щелоком - отходом производства
хозяйственного мыла и раствора гидроксида натрия. При этом соотношение вводимых
химических реагентов следующее - в расчете на 0,1 мас.% ртути в отходах, мас.%:
10-20% водный раствор хлорида железа (3) 2,0-3,0; элементарной серы 0,4-0,6; подмыльного щелока
0,1-0,2; 10% раствора гидроксида натрия 1,5-2,5. Процесс обезвреживания целесообразно
проводить при температуре окружающего воздуха 0-18ºС
для предотвращения испарения металлической ртути.
Использование 10-20% водного раствора хлорида железа (3) лишает ртуть свойственной ей
подвижности и обеспечивает улучшение контакта с измельчающей средой и реагентами. При
контакте ртути с раствором хлорида железа (3) протекает следующая реакция:
Величина рН системы после окончания реакции (1) находится в пределах 0,9-1,2.
Из всех ртутьсодержащих продуктов этой реакции растворима только сулема HgCl2,
присутствие которой возможно в малых количествах, растворимость остальных очень мала
и составляет от 10-3-10-4 г/л для Hg2Cl2 до 10-6-10-7 г/л для Hg2O
и HgO (Ю.Ю.Лурье, Справочник по аналитической химии, М., Химия, 1979 г., с.92-101).
После завершения размола, длящегося не менее 15-30 минут, во вращающийся барабан вводят
предварительно приготовленную смесь элементарной серы, подмыльного щелока и 10%
раствора гидроксида натрия. Для приготовления смеси рассчитанное количество серы
размешивают в подмыльном щелоке, при этом устраняется гидрофобность серы и
обеспечивается хорошая смачиваемость ее, облегчающая полноту протекания последующих
реакций. Добавление 10% раствора гидроксида натрия приводит к появлению в смеси
нескольких продуктов, в том числе сульфида и полисульфидов натрия, необходимых для
перевода продуктов реакции (1) в нерастворимые, нетоксичные сульфиды ртути и железа.
(Некрасов Б.В. Основы общей химии. T.1. М.: Химия, 1965, с.331;
Угай Я.А. Неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 1989, с.317.) Величина рН образовавшейся
системы составляет 11,5-12,0.
При смешивании системы (1) со смесью (2) железо перейдет в осадки гидроксидов Fe(OH)2 и
Fе(ОН)3, (растворимость 10-4-10-8 г/л) и в нерастворимые осадки FeS и Fе2S3
(растворимость 10-8 и 10-6 г/л соответственно). При этом в первую очередь ранее
образовавшиеся ртутьсодержащие осадки Hg2Cl2, Hg2O и HgO переходят в
практически нерастворимые сульфиды ртути Hg2S и HgS (растворимость 10-21 и 10-24
г/л соответственно). Эти сульфиды ртути одни из самых малорастворимых соединений и
поэтому нетоксичны.
После смешивания и перетирания систем (1) и (2) рН образовавшегося продукта составляет 6-8,
и вследствие того, что HgS обладает наименьшей растворимостью из всех известных
сульфидов, все другие сульфиды перейдут в него и не останется несвязанных ионов Hg2+
Значения потенциала и рН образовавшегося продукта находятся в области диаграммы  -рН,
соответствующей существованию сульфида ртути HgS (Geological Survey Professional Paper 713. Mercury in the Environment,
United States Department of Interior, Washington D.C., 1970, p.20; Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в
окружающей среде. М.: Мир, 1982, с.112.).
Способ осуществляют следующим образом.
В аппарат для обезвреживания ртутьсодержащих отходов, в качестве которого
предпочтительнее использовать горизонтальный вращающийся барабан, допускающий
герметизацию - возможно стационарную или передвижную бетономешалку, предварительно
загружается определенный рассчитанный на заданное количество ртути в отходах объем
10-20% раствора хлорида железа (3) и щебня фракции 100-150 мм. Число оборотов барабана может
изменяться в зависимости от характера обезвреживаемых ртутьсодержащих отходов. В
процессе обработки неоднократно меняется направление вращения барабана для улучшения
полноты протекания реакций.
Затем во вращающийся барабан постепенно загружают рассчитанное количество
ртутьсодержащих отходов, чтобы по мере загрузки и разрушения ламп и других отходов вся
ртуть успевала скатиться в раствор хлорида железа. Через 15-30 минут после загрузки
последней лампы открывают барабан и при вращении добавляют заранее подготовленную
смесь элементарной серы с подмыльным щелоком и гидроксидом натрия и перемешивание
продолжается еще 30-60 минут. После этого полученная смесь загружается в транспортное
средство и вывозится на карту полигона IV класса опасности.
Принятая последовательность загрузки компонентов исключает попадание паров ртути в
атмосфер
Версия для печати
Дата публикации 19.02.2007гг
вверх
|
