CN101150032B - 一种回收处理废弃荧光灯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种回收处理包括日常照明用高效直管荧光灯、节能灯、稀土三基色荧光灯等废弃荧光灯的方法，包括：废弃荧光灯的安全切割，回收气态汞；铝帽、黄铜栓、灯丝金属的回收及附着的汞回收；松散荧光粉中汞的回收及荧光粉中稀土元素及其他有价元素的火法分离回收；玻璃管及粘附的荧光粉中汞及稀土等元素火法回收。本发明采用一次性火法回收处理，即可达到灯管中有毒的汞、极具利用价值的稀土以及荧光粉中其它有价元素的回收与分离。本发明是一种工艺简单、回收成本低、可实现资源的经济化回收利用，工艺流程方法合理且经济实用的回收处理废弃荧光灯的方法。本发明所用的专用回收反应焙烧炉包括一个主反应炉及若干个独立控温的回收炉，是一种特殊新颖的集焙烧、分离、回收于一体的反应炉。

Description

一种回收处理废弃荧光灯的方法

技术领域：

本发明是一种回收处理包括日常照明用高效直管荧光灯、节能灯、稀土三基色荧光灯等废弃荧光灯的方法，属于固体废弃物的资源化回收处理技术。

背景技术：

随着人们节能环保意识的不断增强，高效直管荧光灯、节能灯、稀土三基色荧光灯逐渐代替了传统的白炽灯，成为照明用量最大的光源。但是，由于荧光灯利用汞作为活性激活成分，不同的生产商、不同制造年代的不同型号的灯管中都含有数量不等的汞蒸气或固态汞化合物(如一支普通的40W荧光灯管(T12)大约含汞41mg，T8型至少含12mg汞，紧凑型荧光灯至少含5mg汞)。据初步估算，仅2001年我国年废弃的国产荧光灯管、节能灯及高压汞灯中仅含汞量一项就达到1.05万吨左右，如果这些灯管或灯泡不加处理任其破碎或掩埋，挥发出的汞蒸气或通过渗透进入水体的汞化合物，将造成严重的环境污染。因此，从环保的角度，对废弃的光源必须进行回收处理。加之，灯管中还包含荧光物质、玻管以及金属部件等都能够回收再利用。

另一方面，随着我国绿色照明工程的实施，现在普及使用的荧光灯中，有40～50％已被稀土三基色节能荧光灯代替，每一支稀土三基色荧光灯管中平均含4.5g稀土荧光粉，其基本组成为60％Y₂O₃:Eu³⁺、30％Ce_0.67Mg_0.33Al₁₁O₁₉:Tb³⁺、10％BaMgAl₁₆O₂₇:Eu²⁺。按照2010年长远发展规划，我国电光源总产量为80亿只，其中稀土荧光灯15亿只，按此计算，将耗用稀土荧光粉3000多吨。可以想象，如果不加回收这些稀土，将不可避免的造成稀土资源的浪费，虽然我国是稀土资源大国，但是随着稀土在各个领域使用量的大幅增长，保护稀土资源，走可持续发展的道路已经势在必行。

普通荧光灯的结构包含如下部分：1、端部金属部分：一般由Al帽、黄铜栓、Cu-Ni合金导线以及聚丙烯酸酯绝缘体等组成；2、玻璃管：根据型号不同，玻璃管材质有所不同，主要由Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂以及少量PbO组成；3、管壁荧光物质：包括卤磷酸盐荧光粉、稀土三基色荧光粉；4、灯丝：通常为钨丝。另外管内还充有少量气体，通常为Ar气，而毒性的汞虽然量小，但在这几部分则无处不在，且存在形态各异。

从国内外已有的废旧光源分离技术来看，基本处于初级阶段，大部分采用简单的粉碎填埋或焚烧处理的方法，这样做的结果一方面污染源不能彻底去除，另一方面造成资源的大量浪费。因此，必须从环保和资源再利用两个角度进行废弃光源的综合回收治理。目前只有一些发达国家如德国、日本等拥有成熟的废弃荧光灯管处理技术，并且开始了商业运作。主要采用的处理方法有：1)湿法碾碎灯管，硫化汞方式固化汞，金属和玻璃回收利用，荧光粉送指定厂家回收处理；2)干法碾碎灯管，蒸馏除汞，回收金属和玻璃。3)焚烧法：该方法由于对汞的回收不彻底，仍有大部分进入空气因而不甚理想；4)切割法：基本也属于回收利用法，首先将端部非玻璃部分切下，回收金属和部分汞。然后对汞和荧光物质采用湿法与火法相结合进行进一步分离，最后回收玻璃。

近期，三星电子公司专利WO2005064637-A1对LCD荧光灯中的汞进行了火法回收，日本专利JP2005096821-A、JP2005132551-A分别对废弃荧光灯的破碎设备进行了研究；JP2004238526-A对废弃光源中的荧光粉进行回收利用；JP2003168370-A、JP3669956-B2、JP2002180146-A利用湿法回收废弃光源中的汞；专利EP1245687-A；EP1245687-A2；CN1379430-A；JP3514244-B2；US6800112-B2；US2004213719-A1均介绍了废弃荧光灯中利用火法回收汞；专利US2002063509-A1；DE10059310-A1；US6869327-B2介绍了利用超声清洗的方式回收废弃荧光灯中的稀土荧光粉。JP2003225644-A对废弃灯具的荧光粉、灯用玻璃进行了回收利用；专利CN2728658(中国台湾)给出了一种废弃含汞灯具的处理设备，对汞的回收进行了阐述；上述回收处理工艺多数集中在对汞或稀土荧光粉的单独回收。而对于汞、稀土荧光粉及其他有价元素的综合回收问题则涉及很少。

因此，探索一种综合回收废弃荧光灯中毒性极大的汞、利用价值极高的稀土以及其它有价元素的工艺方法及其相应设备，无疑具有很好的发展前景。

发明内容：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种采用一次性火法回收处理，即可达到灯管中有毒的汞、极具利用价值的稀土以及荧光粉中其它有价元素的回收与分离的回收处理废弃荧光灯的方法。本发明工艺简单，回收成本低，实现资源的经济化回收利用，工艺流程方法合理且经济实用。

本发明回收处理废弃荧光灯的方法，其包括如下步骤：

1)将废弃荧光灯安全拆解；

2)将荧光粉与灯管的分离；

3)将粘附在管壁的荧光粉和玻璃管共同粉碎；

4)将荧光粉末和汞混合物用一次性火法焙烧分离；

5)尾气的处理。

上述步骤1)中将废弃荧光灯安全拆解包括预处理、灯管切割，其中预处理包括对灯管表面的简单清洗，去除油污；灯管切割包括把灯管端部非玻璃部分切下，直接回收用于导电的金属部件及灯丝。

上述灯管切割还包括切割过程中管内残留气体中混有部分汞单质的回收、切割下来的金属帽与灯丝附着汞的回收以及金属部件的回收；上述灯管切割为防止部分汞的挥发，浸入20～40％丙酮中完成，或者插入含有硫磺粉或者有活性碳粉的容器中完成；上述分离出的金属部件上粘附的单质汞用硫磺粉固定收集。

上述步骤2)中将荧光粉与灯管的分离包括将灯管中使用寿命结束后呈松散状的、含有汞的荧光粉用吹风机吹出，将含有汞的荧光粉与玻璃管分离，剥离出来的含有汞的荧光粉收集在指定回收容器中，作为步骤4)的原料。

上述步骤4)中将荧光粉末和汞混合物用一次性火法焙烧分离是采用在特制的具有温度梯度变化的反应炉中，分别将步骤2)中的荧光粉和步骤3)中的混合物质放入反应炉的反应区，利用引入的反应剂以及原料中已有物质间的化学反应，使得荧光粉中的汞、稀土元素以及其他金属盐达到同时分离回收。

上述专用反应炉包含一个独立控温、用于焙烧待分离原料的主反应炉(1)及若干个炉温可独立控制、内置有用于回收各种不同组分的回收器的回收炉，主反应炉(1)与回收炉之间及各回收炉之间通过反应管(6)连接。

上述步骤5)中尾气的处理包括将过量氯气经过碱溶液三级吸收。

上述吸收液可用于制备水消毒剂次氯酸钠。

本发明具有如下的优点或效果：

(1)本工艺流程可以处理各种型号的废弃荧光灯，使用所开发的技术工艺能使废弃光源中汞的回收率大于95％；荧光物质中稀土元素、锑、锰、钙、铝、磷等元素的回收率达90％；玻璃中各组分回收率90％；端部金属部分100％回收利用。

(2)本发明能够把荧光粉中各种稀土元素与其它组分分离，达到回收稀土的目的。

(3)本发明为火法处理工艺，避免了湿法过程涉及的酸碱废液的处理，简化了工艺，降低了成本。

本发明是一种可实现资源的经济化回收利用，工艺流程方法合理且经济实用的回收处理废弃荧光灯的方法。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程简图。

图2是本发明的专用反应回收炉。

具体实施方式：

实施例1：

下面结合附图1的流程对本发明的一个回收实例进行详细描述，所处理的废弃荧光灯均为40W的T12直管家庭照明用日光灯，每支灯管含汞20-40mg，三基色荧光粉4.5g，其基本组成为60％Y₂O₃:Eu³⁺、30％Ce_0.67Mg_0.33Al₁₁O₁₉:Tb³⁺、10％BaMgAl₁₆O₂₇:Eu²⁺。玻璃管材质主要由Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂以及少量PbO组成；端部金属部分：一般由Al帽、黄铜栓、Cu-Ni合金导线以及聚丙烯酸酯绝缘体等组成；灯丝通常为钨丝。

1)将收集到的废弃荧光灯表面分别用去污粉、氢氧化钠溶液(2～3mol/L)、硝酸溶液(2mol/L)、自来水进行清洗，去除油污。干燥后用切割机把灯管端部非玻璃部分切下，回收切割下来的金属帽(Al和Ni-Cu)与灯丝。切割过程在35％丙酮溶液中完成，存在于灯管中的气态汞被丙酮溶液安全捕集。切割下来的金属部分附着的汞可以与硫粉充分接触，回首附着的单质汞。

2)取出释放了气态汞的灯管，一端插入一具有与灯管直径相匹配的入口的容器中，从灯管另一端采用高速吹风机将管壁松散的荧光粉剥离进入该容器。待回收。

3)粘附在管壁的荧光粉和玻璃管共同粉碎。首先用玻璃刀将灯管切割成5～10cm，然后粉碎形成2～3mm的颗粒混合物。待回收。

4)将步骤2)中装有荧光粉的容器转移至特定反应炉中，如图2所示，该特定反应炉为回收反应焙烧炉，在图2中，1为主反应炉，独立控温，待回收处理的物料放在其中的反应舟中，在该舟上套置一个与接收管直径相匹配的管子，2、3、4、5为回收炉，内置与反应管径相匹配的回收管2A、3A、4A、5A，分别根据回收物质的特性单独控制炉温，温度高低从左至右依次降低，形成一个温度梯度场。整个反应回收炉为一个密封体系，在主反应炉左侧接进气(载气或反应气体)装置，在最后一个回收器出口处连接气体吸收装置。本设备各构成部分没有特殊的要求，只需要一根足够长的高铝反应管，若干个恒温电炉，单独控温即可，内置直径与反应管相匹配的接收管即可。

本发明可以根据需要再多设置几个炉子，也可以在室温条件直接连接一个回收装置。

本步骤中，先混入适量活性炭粉，首先在低温500℃通入氯气让能够发生氯化反应的各组分发生氯化反应30min，荧光粉中的低沸点物质首先氯化析出，如SbCl₃(沸点220℃)、PCl₅(升华温度162℃)、AlCl₃(升华温度183℃)，混入其中的汞也以HgCl₂(升华温度302℃)得到回收。此时回收炉的温度可分别控制在炉2为280℃，专门回收HgCl₂；炉3控制在200℃，可以回收SbCl₃，炉4控制在170℃可以回收AlCl₃，室温条件下连接一回收器收集PCl₅。原料中剩余的就是高沸点的CaCl₂、MgCl₂、BaCl₂以及稀土氯化物CeCl₃、TbCl₃、EuCl₃、YCl₃等。此混合物质可以直接用作稀土冶炼的原料，也可以进一步升高温度，利用火法分离原理进行稀土的进一步分离。

5)回收玻璃管及其附着荧光粉的粉碎物。按照步骤4)先在低温下500℃(低于玻璃熔化温度)反应30min，回收荧光粉中的物质；更换回收器，改变回收炉的温度；然后升高反应炉温度至1000℃，反应60min，此时玻璃中、荧光粉中的各种物质均转变为氯化物，即反应舟中为NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂、BaCl₂以及稀土氯化物CeCl₃、TbCl₃、EuCl₃、YCl₃等的混合物。而低沸点物质只有PbCl₂(玻璃中的组分，沸点953℃)、SiCl₄(沸点57℃，玻璃中的主要组分)；反应舟中的NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂、BaCl₂都能够与稀土氯化物生成LnMCl_3+n(M＝碱金属或碱土金属)形式的气态配合物，也能够生成AMCl₃(A＝碱金属；M＝碱土金属)形式的配合物，根据物质不同，形成的气态配合物的分解温度不同，因此可以把炉2、3、4、5(根据需要设置)的温度分别控制在850℃、750℃、600℃、450℃左右，大部分YCl₃沉积在回收器炉5的回收器中，基本达到分离提纯的目的。而在炉2的回收器中主要是CaCl₂、MgCl₂和CeCl₃的混合物、回收器3中则以MgCl₂、BaCl₂、EuCl₃为主，回收器4中以NaCl、KCl和TbCl₃为主。这些氯化物在上述温度回收器中得到部分分离回收。在室温下接收纯净的SiCl₄。

6)对每一回收器中的物质进行反复分离，最后达到稀土元素的提纯，在进一步分离过程中，引入AlCl₃作为配位剂。

实施例2：

其它内容与操作同实施例1，所不同的是：在步骤一中切割过程中气态汞的回收是在25％的丙酮溶液中完成；步骤4)中开始氯化温度为350℃，不过氯化时间要稍长，各组分也得到回收；步骤5)中玻璃与荧光粉的混合回收，焙烧温度控制在950℃，反应时间90min，相应回收炉2、3、4、5的控制温度分别降为800℃、700℃、600℃、400℃左右。采用这些条件，也可达到如实例1的回收处理效果。

Claims (5)

1.一种回收处理废弃荧光灯的方法，包括如下步骤：

1)将废弃荧光灯安全拆解；

2)将荧光粉与灯管的分离；

3)将粘附在管壁的荧光粉和玻璃管共同粉碎；

4)将荧光粉末和汞混合物用一次性火法焙烧分离；

5)尾气的处理；

上述步骤1)中将废弃荧光灯安全拆解包括预处理、灯管切割，其中预处理包括对灯管表面的简单清洗，去除油污；灯管切割包括把灯管端部非玻璃部分切下，直接回收用于导电的金属部件及灯丝，其特征在于上述灯管切割还包括切割过程中管内残留气体中混有部分汞单质的回收、切割下来的金属帽与灯丝附着汞的回收以及金属部件的回收；上述灯管切割为防止部分汞的挥发，浸入20～40％丙酮中完成，或者插入含有硫磺粉或者有活性碳粉的容器中完成；上述分离出的金属部件上粘附的单质汞用硫磺粉固定收集。

2.根据权利要求1所述的回收处理废弃荧光灯的方法，其特征在于上述步骤2)中将荧光粉与灯管的分离包括将灯管中使用寿命结束后呈松散状的、含有汞的荧光粉用吹风机吹出，将含有汞的荧光粉与玻璃管分离，剥离出来的含有汞的荧光粉收集在指定回收容器中，作为步骤4)的原料。

3.根据权利要求1所述的回收处理废弃荧光灯的方法，其特征在于上述步骤4)中将荧光粉末和汞混合物用一次性火法焙烧分离是采用在特制的具有温度梯度变化的专用反应炉中，分别将步骤2)中的荧光粉和步骤3)中的混合物质放入反应炉的反应区，利用引入的反应剂以及原料中已有物质间的化学反应，使得荧光粉中的汞、稀土元素、其它金属盐达到同时分离回收。

4.根据权利要求3所述的回收处理废弃荧光灯的方法，其特征在于上述专用反应炉包含一个独立控温、用于焙烧待分离原料的主反应炉(1)及若干个炉温独立控制、内置有用于回收各种不同组分的回收器的回收炉，主反应炉(1)与回收炉之间及各回收炉之间通过反应管(6)连接。

5.根据权利要求1所述的回收处理废弃荧光灯的方法，其特征在于上述步骤5)中尾气的处理包括将过量氯气经过碱溶液三级吸收。

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