CN102626783B

CN102626783B - 一种锡汞齐颗粒及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102626783B
Application number: CN201210083172.0A
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: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: CN102626783A

Abstract

本发明公开了一种锡汞齐颗粒及其制备方法，其步骤为：1)在惰性气体气氛下，将71～90wt％的锡和10～29wt％的汞加入密闭容器内，升温使锡和汞熔融，混合均匀得合金溶液；2)在惰性气体气氛下，将合金溶液制成合金液滴，合金液滴的直径为0.5～2mm；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-100～-190℃冷凝合金液滴，即得。本发明还公开了该锡汞齐在低温荧光灯中的应用。本发明的锡汞齐颗粒能有效地控制汞蒸汽压，使荧光灯达到最佳光效，并且其可以代替液汞，更精确地控制引入灯内的汞量，其汞含量低，能最大限度地节约汞源，达到节能减排的效果。该制备方法工艺简单可行，适用于大规模工业生产。

Description

一种锡汞齐颗粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种固态汞合金材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种锡汞齐颗粒及其制备方法和应用。

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。

当前，在全球范围内正开展着“逐步淘汰白炽灯、推广节能灯”的重大举措，然而节能荧光灯的生产必须使用汞，欧美许多国家对荧光灯中汞含量有严格限制，并且汞污染是节能灯最大的环保问题，液汞的危害尤为显著。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

本发明所解决的技术问题在于克服了现有技术中荧光灯内的紫外线辐射被汞自吸收，降低灯效，减少光输出的缺陷，提供了一种锡汞齐颗粒及其制备方法和应用。本发明的锡汞齐颗粒能够有效地控制汞蒸汽压，使荧光灯达到最佳的光效，并且该锡汞齐颗粒可以代替液态汞，更精确地控制引入灯内的汞量，该锡汞齐颗粒中的汞含量低，最大限度地节约汞源，达到节能减排的效果。本发明的制备方法工艺简单可行，适用于大规模工业生产。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锡汞齐颗粒的制备方法，其包括下述步骤：

1)在惰性气体气氛下，将71～90wt％的锡和10～29wt％的汞加入密闭容器内，升温使所述锡和汞熔融，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合金液滴，所述合金液滴的直径为0.5～2mm；

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-100～-190℃冷凝所述合金液滴，即得。

本发明中，所述的惰性气体可为本领域常规使用的惰性气体，只要不与锡和汞发生化学反应即可，如氩气、氦气或氖气等。

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。本发明中，所述容器的材质较佳地为铁、铜、不锈钢、陶瓷和玻璃中的任一种，更佳地为不锈钢。

步骤1)中，所述的锡较佳地为锡粒。所述的汞为液汞。

步骤1)中，所述升温的方法和条件均为本领域常规的方法和条件。所述升温的目标温度较佳地为400～450℃。所述的升温较佳地采用电加热进行。

步骤1)中，所述混合的方法和条件可为本领域常规的混合方法和条件。所述的混合较佳地为气流鼓泡混合。所述混合的时间以混合均匀为准，较佳地为1～2小时。所述混合的压力较佳地为1～20psi。

步骤2)中，所述合金溶液制成合金液滴的方法和条件可为本领域常规的条件和方法，可采用滴制或压制的方法制得。本发明优选用喷嘴制备的方法进行。所述用喷嘴制备的方法按下述步骤进行：对所述合金溶液施加40～80psi的压力，使所述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较佳地为100～700Hz。所述喷嘴的振动幅度较佳地为0.1～0.6mm。

步骤3)中，所述液体可为沸点温度低于-100℃的任一液体，一般可为液态空气、液氮、液氦或液氧等，较佳地为液氮。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。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-100～-190℃。

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。

本发明还提供了由上述制备方法制得的锡汞齐颗粒。

其中，所述锡汞齐颗粒的形状一般为球状。所述锡汞齐颗粒的平均粒径一般为0.5～2mm。所述锡汞齐颗粒的重量一般为1～25mg。本发明的锡汞齐颗粒在室温下为固态，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锡汞齐颗粒在低温荧光灯中的应用。

其中，按本领域常识，所述低温荧光灯的工作温度为35～75℃。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明的锡汞齐颗粒的制备方法工艺简单可行，适用于大规模工业生产。

2、本发明的锡汞齐颗粒用于低温荧光灯中能有效地控制汞蒸汽压，达到最佳的光效。

3、本发明的锡汞齐颗粒能够替代液汞，可以更精确地控制引入灯内的汞量，并且该锡汞齐中的汞含量低，最大限度地节约了汞源，达到节能减排的效果。

4、本发明的锡汞齐颗粒的使用寿命长，其微观形貌上存在的多孔结构使其在使用时能快速启动，其非平衡结构的稳定性使得其在使用过程中不会有汞缺失和释放汞的回吸现象。

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0小时时分别采用实施例1的锡汞齐颗粒的低温荧光灯和采用市售的锡汞齐的低温荧光灯的流明输出箱形图。

图2为100小时时分别采用实施例1的锡汞齐颗粒的低温荧光灯和采用市售的锡汞齐的低温荧光灯的流明衰减率箱形图。

图3为采用实施例1的锡汞齐颗粒的5只低温荧光灯25℃时爬升测试结果图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1：

锡汞齐按重量比配比Sn∶Hg＝75∶25，制备平均重量为15mg的锡汞齐颗粒，制备方法如下：

1)在氩气惰性气体气氛下，75wt％的锡粒和25wt％的液汞加入密闭不锈钢金属容器内，升温至400℃使所述锡和汞熔融，于15psi的压力下混合1.5小时至混合均匀得合金溶液；

2)在惰性气体气氛下，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，频率和振幅分别控制在400Hz和0.4mm，将合金溶液制成合金液滴，合金液滴的直径为1.4～1.6mm；

3)用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-100～-190℃下冷凝，即得平均粒径为1.5mm的锡汞齐颗粒。

制得的锡汞齐颗粒的平均重量在15mg。

实施例2：

锡汞齐按重量比配比Sn∶Hg＝71∶29，制备平均重量为25mg的锡汞齐颗粒，制备方法如下：

1)在氩气惰性气体气氛下，71wt％的锡粒和29wt％的液汞加入密闭不锈钢金属容器内，升温至400℃使所述锡和汞熔融，于20psi的压力下混合2小时至混合均匀得合金溶液；

2)在惰性气体气氛下，通过施压，压力控制在80psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形成合金液滴，频率和振幅分别控制在100Hz和0.6mm，将合金溶液制成合金液滴，合金液滴的直径为1.6～1.8mm；

3)用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-100～-190℃下冷凝，即得平均粒径为1.7mm的锡汞齐颗粒。

制得的锡汞齐颗粒的平均重量在25mg。

实施例3：

锡汞齐按重量比配比Sn∶Hg＝90∶10，制备平均重量为1mg的锡汞齐颗粒，制备方法如下：

1)在氩气惰性气体气氛下，90wt％的锡粒和10wt％的液汞加入密闭不锈钢金属容器内，升温至450℃使所述锡和汞熔融，于1psi的压力下混合1小时至混合均匀得合金溶液；

2)在惰性气体气氛下，通过施压，压力控制在40psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形成合金液滴，频率和振幅分别控制在700Hz和0.1mm，将合金溶液制成合金液滴，合金液滴的直径为0.5～0.7mm；

3)用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-100～-190℃下冷凝，即得平均粒径为0.6mm的锡汞齐颗粒。

制得的锡汞齐颗粒的平均重量在1mg。

效果实施例1：

图1和图2分别是采用实施例1的锡汞齐颗粒的低温荧光灯和采用市售的锡汞齐的低温荧光灯的0小时的流明输出箱形图，和该两者在100小时的流明衰减率箱形图。图3为采用实施例1的锡汞齐颗粒的5只低温荧光灯在25℃时爬升测试结果图。

从图中可以看出，采用本发明实施例1的锡汞齐颗粒的荧光灯的初始流明输出优良，其100h的流明衰减率优良；光效能够达到荧光灯要求，且其爬升性能优良，爬升快速，并且同一批次的爬升效果相似，性能稳定，可以满足需求替代液汞。

Claims

1.一种锡汞齐颗粒的制备方法，其包括下述步骤：

1）在惰性气体气氛下，将71～90wt%的锡和10～29wt%的汞加入密闭容器内，升温使所述锡和汞熔融，混合均匀得合金溶液；所述的混合为气流鼓泡混合；所述混合的时间为1～2小时；所述混合的压力为1～20psi；

2）在惰性气体气氛下，将所述合金溶液制成合金液滴，所述合金液滴的直径为0.5～2mm；所述合金溶液制成合金液滴的方法用喷嘴制备的方法进行；所述用喷嘴制备的方法按下述步骤进行：对所述合金溶液施加40～80psi的压力，使所述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100～700Hz；所述喷嘴的振动幅度为0.1～0.6mm；

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-100～-190℃冷凝所述合金液滴，即得。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述升温的目标温度为400～450℃。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述的升温采用电加热进行。

4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述的锡为锡粒；和/或，步骤1）中，所述容器的材质为铁、铜、不锈钢、陶瓷和玻璃中的任一种。

5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述液体为液态空气、液氮、液氦和液氧中的任一种；和/或，所述间接冷却的操作方法为：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。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述的液体为液氮。

7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，通过一排风过滤系统将制备过程中产生的汞蒸汽收集。

8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的锡汞齐颗粒。

9.如权利要求8所述的锡汞齐颗粒在低温荧光灯中的应用。