CN102626782B

CN102626782B - 一种锌汞齐颗粒及其制备工艺和用途

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Publication number: CN102626782B
Application number: CN201210083165.0A
Authority: CN
Inventors: 何健荣; 盛誉; 顾峰毅; 顾新颜
Original assignee: SHANGHAI Y&L LIGHTING CO Ltd
Current assignee: Shanghai Yaer Precision Parts Manufacturing Co ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: CN102626782A

Abstract

本发明公开了一种锌汞齐颗粒的制备工艺，其特征在于：其包括下述步骤：(1)在惰性气体气氛下，将30-70wt％锌和30-70wt％汞于密闭容器中加热熔融至锌和汞混合均匀，得合金溶液；(2)在惰性气体气氛下，将所述合金溶液制成直径为0.5-2.0mm的合金液滴；(3)用液体间接冷却惰性气体气流，用冷却后的惰性气体气流于-150～-190℃冷凝所述合金液滴；(4)将冷凝后的合金液滴在温度为0-15℃，湿度为20-40％RH的惰性气体气氛中进行稳态化处理，即得锌汞齐颗粒。本发明还公开了由该制备工艺制得的锌汞齐颗粒及其用途。本发明的制备工艺不但减少了二次污染同时还避免了后续的脱脂步骤，所述的锌汞齐颗粒有效地控制汞蒸汽压，注汞量可以得到精确控制，最大限度地节约汞源。

Description

一种锌汞齐颗粒及其制备工艺和用途

技术领域

本发明涉及一种固态汞合金材料，尤其涉及一种锌汞齐颗粒及其制备方法和用途。

背景技术

汞是荧光灯内不可缺少的工作物质，大量实践表明：只有当汞释放出253.7nm这个特定波长的紫外线时，荧光灯才能获得最高的发光效率，而获得该紫外线的最佳蒸气压值为Ph＝0.8Pa。随着温度的升高，汞蒸气压也会升高，更多的紫外辐射被汞自吸收，因而降低灯效，减少了光输出。

传统的荧光灯制灯工艺是引入液汞，由于注入液汞时无法精确控制汞量，导致灯内汞含量过多，一方面过量的汞会导致汞斑，另一方面对制灯环境及使用环境造成更多的污染。

目前普遍认同的是使用汞齐的方式，将液汞以固体合金形式引入荧光灯内，合金释放出汞蒸气，达到与液汞相同的功效。现有的汞齐制备工艺大致可分为两大类，一类是熔融滴制，另一类是混合压制。

熔融滴制法，是将与液汞混合的一种或多种金属在密闭容器中融解，与液汞充分混合后，滴制成液滴，通过冷却的方式，将合金液滴凝固成球体。该方法在生产过程中容易产生汞蒸气，从密闭容器中逸出，危害人体健康，污染生产现场。而在球体冷却阶段，普遍采用油类作为冷却介质，并且是将球体注入冷却介质中的直接冷却方式；这种冷却方式简单，经济，但却有着很多劣势。首先该方法冷却慢，耗时长；制备过程中会产生固体微粒分散漂浮在介质中，影响汞齐本身的纯度。此外球体凝结后从介质中取出必须进行脱脂，这增加了工艺的难度和复杂性，并且脱脂不彻底还会影响汞齐的质量，进而影响后续的制灯。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的采用熔融滴制法制备汞齐的方法容易产生汞蒸汽，危害人体健康，污染生产现场，以及采用油类作为冷却介质，耗时长，影响汞齐纯度，必须进行脱脂等缺陷，提供了一种新的制备锌汞齐的工艺以及由该工艺得到的锌汞齐颗粒及其用途。本发明的制备工艺避免了锌汞齐液滴与冷却介质的直接接触，并且冷却介质也不使用油类介质，不但减少了二次污染同时还避免了后续的脱脂步骤，制备得到的锌汞齐颗粒在荧光灯的使用温度范围内有效地控制汞蒸汽压，可以精确控制引入灯内的汞量，最大限度地节约汞源，达到节能减排的效果。

本发明提供了一种锌汞齐颗粒的制备工艺，其包括下述步骤：(1)在惰性气体气氛下，将30-70wt％锌和30-70wt％汞于密闭容器中加热熔融至锌和汞混合均匀，得合金溶液；(2)在惰性气体气氛下，将所述合金溶液制成直径为0.5-2.0mm的合金液滴；(3)用液体间接冷却惰性气体气流，用冷却后的惰性气体气流于-150～-190℃冷凝所述合金液滴；(4)将冷凝后的合金液滴在温度为0-15℃，湿度为20-40％RH的惰性气体气氛中进行稳态化处理，即得锌汞齐颗粒。

步骤(1)中，所述容器的材质可选用任何能够承受500℃而不软化不变形的，且能够承受100psi压力的材料，如金属材料、陶瓷或玻璃等。所述金属材料优选铁、铜或不锈钢，更优选不锈钢。

步骤(1)中，所述的锌较佳地为锌片。所述的汞为液汞。

步骤(1)中，所述加热的温度采用本领域的常规温度，较佳地为450-500℃。

步骤(1)中，熔融后保持所述加热的温度以使汞和锌能够混合均匀为准，一般保持1-3小时。

步骤(1)中，保持所述容器中的压力较佳地为1-30psi。

步骤(2)中，所述合金液滴可采用滴制或用喷嘴制备的方法制得。所述的用喷嘴制备的方法按下述步骤进行：对所述合金溶液施加50-100psi的压力，使合金溶液通过振动的喷嘴形成所述合金液滴，所述喷嘴的振动频率为200-1000Hz，振动幅度为0.1-1mm。

步骤(3)中，所述的间接冷却是指在用液体冷却惰性气体气流的过程中，液体与惰性气体气流不接触。所述的液体可为沸点温度低于-150℃的任一液体，如液态空气、液氮、液氦或液氧等，较佳地为液氮。本发明中所述间接冷却的具体操作方法可为：采用一双层套管，将所述液体通入位于该双层套管内层管和外层管之间的区域，使惰性气体气流从该内层管中流过，即可将惰性气体气流冷却至-150～-190℃。

步骤(4)中，所述的稳态化处理的时间一般为1-7天。

在本发明一较佳的实施方式中，通过一排风过滤系统将制备过程中产生的汞蒸汽收集，净化制备环境，避免对工作人员和外界环境的伤害。

本发明中，所述的惰性气体采用本领域常规使用的各种惰性气体，如氩气、氦气或氖气等。

本发明还提供了由上述制备工艺制得的锌汞齐颗粒。本发明锌汞齐颗粒的质量一般为1毫克到25毫克。本发明的锌汞齐颗粒室温下是固态的，利于对注入灯内的汞量进行定量和分配。

本发明还提供了所述锌汞齐颗粒用于制备荧光灯的用途。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的原料和试剂皆市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明的锌汞齐颗粒可用于工作温度为35-75℃的低温荧光灯中，在该温度范围内能够有效地控制汞蒸汽压。

2、本发明的锌汞齐颗粒可以精确控制引入灯内的汞量，替代液汞，最大限度地节约汞源，达到节能减排的效果。

3、本发明的锌汞齐颗粒能使汞快速释放，并且能让灯快速启动。

4、本发明的锌汞齐颗粒稳定性好，在常规的使用寿命范围内不会有汞缺失和释放汞的回吸。即便在注汞时，即便加工温度升至175℃，不会因为加工温度高而致使汞挥发，并且球体仍旧能够保持刚性结构不变形，便于注汞，因此相对于液汞具有更好的加工能力。

5、本发明中利用液氮作为介质，可快速冷却高温液滴，节约时间和成本。因为是间接的冷却方式，球体不接触冷却介质，从根本上杜绝二次污染，并且可省去脱脂的繁琐步骤，再次简化流程，提高生产效率。

6、在本发明优选的实施方式中，整个工艺流程产生的汞蒸气都被过滤系统吸收过滤，保护生产环境和工人人身安全。

附图说明

图1为用实施例1的锌汞齐颗粒制成的荧光灯的爬升测试结果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述，但本发明并不限于此。

实施例1

锌汞齐按质量比配比Zn∶Hg＝65∶35，制造8mg的锌汞齐颗粒。

精确称取6.5kg锌片和3.5kg液体汞，加到密闭的不锈钢容器内。使用真空泵将容器抽真空，然后填充氩气惰性气体。接着通过电加热进行熔融，温度设定至500℃。待容器内锌和汞全部融解，将容器内部温度恒定于450℃，压力恒定于20psi保持2小时，使其充分混合均匀。然后通过施压，压力控制在70psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形成合金液滴(直径0.5-2.0mm)，振动频率和振幅分别控制在600Hz和0.3mm。将液氮通入双层套管中位于内层管和外层管之间的中空区域，将所述合金液滴与惰性气体一起通过双层套管的内层管，合金液滴于-150～-190℃下冷凝；将冷凝后的合金液滴置于10℃，30％RH湿度的惰性气体下稳态化4天时间，即得。

实施例2

锌汞齐按质量比配比Zn∶Hg＝70∶30，制造25mg的锌汞齐颗粒。

精确称取7kg锌片和3kg液体汞，加到密闭的不锈钢容器内。使用真空泵将容器抽真空，然后填充氩气惰性气体。接着通过电加热进行熔融，温度设定至500℃。待容器内锌和汞全部融解，将容器内部温度于500℃，30psi保持3小时，使其充分混合均匀。然后通过施压，压力控制在100psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形成合金液滴(直径0.5-2.0mm)，振动喷嘴频率和振幅分别控制在200Hz和1mm。将液氮通入双层套管中位于内层管和外层管之间的中空区域，将所述合金液滴与惰性气体一起通过双层套管的内层管，合金液滴于-150～-190℃下冷凝；将冷凝后的合金液滴至于15℃，40％RH湿度的惰性气体下稳态化1天时间，即得。

实施例3

锌汞齐按质量比配比Zn∶Hg＝30∶70，制造1mg的锌汞齐颗粒。

精确称取3kg锌片和7kg液体汞，加到密闭的不锈钢容器内。使用真空泵将容器抽真空，然后填充氩气惰性气体。接着通过电加热进行熔融，温度设定至480℃。待容器内锌和汞全部融解，将容器内部温度于480℃，1psi保持1小时，使其充分混合均匀。然后通过施压，压力控制在50psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形成合金液滴(直径0.5-2.0mm)，振动喷嘴频率和振幅分别控制在1000Hz和0.1mm。将液氮通入双层套管中位于内层管和外层管之间的中空区域，将所述合金液滴与惰性气体一起通过双层套管的内层管，合金液滴于-150～-190℃下冷凝；将冷凝后的合金液滴在至于0℃，20％RH湿度的惰性气体下稳态化7天，即得。

效果实施例1

将实施例1-3锌汞齐颗粒置入荧光灯中进行光效测试，每个批次测试5次，取平均值，测试结果见表1。由表1可见，本发明的锌汞齐颗粒的光效能够达到荧光灯要求，可以替代液汞。

表1

效果实施例2

将实施例1的锌汞齐颗粒注入荧光灯中，将荧光灯在室温15～20℃环境放置下30天，测试爬升时间，结果见图1。由图1可见，本发明的锌汞齐颗粒爬升快速，可以满足使用需求。

Claims

1.一种锌汞齐颗粒的制备工艺，其特征在于：其包括下述步骤：（1）在惰性气体气氛下，将30-70wt%锌和30-70wt%汞于密闭容器中加热熔融至锌和汞混合均匀，得合金溶液；（2）在惰性气体气氛下，将所述合金溶液制成直径为0.5-2.0mm的合金液滴；（3）用液体间接冷却惰性气体气流，用冷却后的惰性气体气流于-150～-190℃冷凝所述合金液滴；（4）将冷凝后的合金液滴在温度为0-15℃，湿度为20-40%RH的惰性气体气氛中进行稳态化处理，所述的稳态化处理的时间为1-7天；即得锌汞齐颗粒。

2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述加热的温度为450-500℃。

3.如权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，熔融后保持加热的温度1-3小时；和/或，步骤（1）中，保持所述容器中的压力为1-30psi；和/或，步骤（1）中，所述容器的材质为金属材料、陶瓷或玻璃。

4.如权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述的金属材料为铁、铜或不锈钢。

5.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（2）中，所述合金液滴采用滴制或用喷嘴制备的方法制得。

6.如权利要求5所述的制备工艺，其特征在于：所述的用喷嘴制备的方法按下述步骤进行：对所述合金溶液施加50-100psi的压力，使合金溶液通过振动的喷嘴形成所述合金液滴，所述喷嘴的振动频率为200-1000Hz，振动幅度为0.1-1mm。

7.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的液体为沸点温度低于-150℃的液体。

8.如权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述的液体为液态空气、液氮、液氦或液氧。

9.如权利要求1或7所述的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的间接冷却的具体操作方法为：采用一双层套管，将所述液体通入位于该双层套管内层管和外层管之间的区域，使惰性气体气流从该内层管中流过，即可将惰性气体气流冷却至-150～-190℃。

10.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：通过一排风过滤系统将制备工艺中产生的汞蒸汽收集。