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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rückgewinnen von fluoreszierendem
bzw. Leuchtstoffmterial aus fehlerhaften Glaskörpern von Entladungslampen
und insbesondere auf ein Verfahren zum Rückgewinnen von Leuchtstoffmaterial
von fehlerhaften Glaskörpern,
die an unterschiedlichen Stufen des Fertigungsprozesses von Entladungslampen
anfallen.
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Während der
Erzeugung von Entladungslampen entsteht eine gewisse Menge an Abfallprodukten,
die eine große
Vielfalt von teuren Elementen der Seltenen Erden enthalten, wie
beispielsweise Yttriumoxid, das durch Europium aktiviert ist (Y2O3:Eu), Lanthanphosphat,
das durch Cer und Terbium aktiviert ist (LaPO4:Ce,
Tb) und/oder Barium-Magnesiumaluminat,
das durch Europium aktiviert ist, in der Form eines Gemisches von
fluoreszierenden Substanzen als Beschichtung der Innenwand des Glaskörpers.
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Die
allgemeine Verfahrensweise, die bisher bei üblichen Verfahren zum Entsorgen
und Rückgewinnen
angewendet wird, besteht darin, die Lampen durch mechanische Mittel
zu zerkleinern (zerbrechen) und dann die Komponenten des entstehenden Gemisches
von Lampenfragmenten voneinander zu trennen.
US 5,636,800 A beschreibt
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Beseitigen und Rückgewinnen
von Lampenglas, wobei vorgeschlagen wird, die Lampenkolben durch
ein Brechwerk zu zerkleinern und dann insbesondere die Gläser von
verschiedenen Lampentypen rückzugewinnen.
Dieses Verfahren leidet unter dem Nachteil, dass das fluoreszierende
Material der zerkleinerten Kolben mit Pulverförmigem Glas gemischt ist, und
diese Patentschrift beschreibt nicht, wie das fluoreszierende Material
von dem pulverförmigen
Glas getrennt wird.
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Es
ist jedoch auch ein Verfahren zum Rückgewinnen von fluoreszierendem
Material insbesondere aus geraden Leuchtstoffrohren in der
EP 0 200 697 A2 beschrieben,
wonach die Sockel der Leuchtstofflampe entfernt werden, und dann
wird das Leuchtstoffmaterial mechanisch von der Innenwand des Kolbens
mittels einer Abstreifvorrichtung gelöst, die so angeordnet ist,
dass sie von seinem einen Ende in den Kolben eingefUhrt wird. Dann
wird eine Absaugvorrichtung mit dem anderen Ende des Kolbens verbunden,
die das Leuchtstoffmaterial entfernt und sammelt. Als eine Folge
davon ist es möglich,
die einzelnen Komponenten der Lampe für eine Entsorgung auf einem
höheren
Niveau zu verwenden, da das Leuchtstoffmaterial der Lampenkörper bei
der Fertigung von Leuchtstoffröhren
wieder verwendet werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch sehr arbeitsintensiv,
da die Leuchtstofflampen getrennt in die Einrichtung geladen werden
müssen,
was besonders schwierig in dem Fall ist, wo nicht nur gerade Leuchtstoffrohren,
sondern auch kreisförmige
oder auf andere Weise gekrümmte,
z. B. kompakte, Leuchtstoffröhren
verarbeitet werden müssen.
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Aus
der
DE 39 09 380 A1 ist
ein Verfahren zur Rückgewinnung
von Wertstoffen aus Leuchtstoffröhren
und Gasdrucklampen bekannt, bei dem die Leuchtstoffröhren bzw.
Gasdrucklampen in einer Flüssigkeit
(vorzugsweise Wasser) zu Glasbruchmaterial zertrümmert werden. Nach dem Separieren
der Kappen mit den Anschlussstiften und den Wendeln aus hochschmelzenden
Metall durch entsprechendes Siebeinrichtungen wird durch mechanisches Rühren des
Glasbruchmaterials in der Flüssigkeit
die Leuchtstoffschicht von den Glassplittern abgerieben und geht
in die flüssige
Phase der Suspension über. Die
Suspension wird durch Zentrifugieren bzw. Absetzenlassen in die
festen und flüssigen
Bestandteile getrennt, die sodann wiederaufbereitet werden. Durch
eine mechanische Bewegung, zum Beispiel Trommeln mit geeigneten
Schleifkörnern
wird eine mechanische Ablösung
der Beschichtung von der Glaskolbeninnenseite erreicht. Bei größeren Glasstücken ist
dies problematisch.
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Bei
einem anderen, aus der
DE
195 33 142 C1 bekannten Verfahren zur Verarbeitung nicht
mehr gebrauchsfähiger
Leuchtstofflampen erfolgt eine Zerkleinerung des Glases der Leuchtstofflampen
in Scherben, wobei im selben Verfahrensgang die noch anhaftende
innere Beschichtung der Scherben durch die Relativbewegung der scharfkantigen
Bruchstücke
gegeneinander von diesen abgeschabt wird. Die dabei bis zu feinstaubförmig anfallende
innere Beschichtung enthält
Quecksilber, adsorbiert und/oder chemisch gebunden. Der entstehende
Staub wird abgesaugt und die festen Bestandteile werden von der Prozessluft
abgetrennt. Dieses Verfahren erfordert deshalb einen hohen apparativen
Aufwand sowie hermetisch dicht abgeschlossene Anlagen.
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An
den unterschiedlichen Stufen des Verfahrens zur Fertigung von Entladungslampen
treten unterschiedliche Arten von fehlerhaften Glaskörpern auf.
Bis zur Absaugstufe der Herstellung von Leuchtstofflampen enthalten
die Röhren
kein Quecksilber. Bis zu diesem Punkt ist es möglich, die fehlerhaften Lampenglaskörper, die
aus der Produktionslinie ausgeworfen werden, unabhängig von
dem Erfordernis der Behandlung des Quecksilberabfalles wieder zu verarbeiten.
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Fehlerhafte
Glaskörper,
die an unterschiedlichen Stufen des Lampenfertigungsprozesses ausgeworfen
werden, erfordern eine unterschiedliche Behandlung zur Rückgewinnung.
Unmittelbar nach dem Beschichten der Innenwand der Glaskörper mit
fluoreszierendem Material enthält
die Beschichtungssuspension auch Bindematerial, das bei der Rückgewinnung
aus der Suspension entfernt werden muss. An einer anderen Stufe
des Lampenfertigungsprozesses ist die Beschichtung richtig ausgebrannt,
so dass sie kein Bindematerial mehr enthält. Schließlich werden unmittelbar vor
dem Absaugen die Glaskörper
abgedichtet und mit Anschlussstiften und Wolframswendeln versehen,
die mit Emissionsmaterial beschichtet sind.
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Somit
besteht ein besonderes Bedürfnis,
ein einfaches und ökonomisches
Verfahren zu schaffen, durch das eine hochgradige Rückgewinnung
des Leuchtstoffmaterials der fehlerhaften Lampen möglich ist,
wobei die unterschiedliche Art von fehlerhaften Glaskörpern berücksichtigt
wird, die an unterschiedlichen Stufen des Lampenfertigungsprozesses auftreten.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren geschaffen zum Rückgewinnen
von Leuchtstoffmaterial aus fehlerhaften Glaskörpern von Entladungslampen,
die unmittelbar vor dem Ausbrennen der Leuchtstoffbeschichtung aus
der Produktionslinie genommen werden. Der Glaskörper hat einen Glasmantel und
eine Beschichtung aus Leuchtstoffmaterial auf der Oberfläche des
Glasmantels. Das Leuchtstoffmaterial enthält Bindematerial. Ein Ausführungsbeispiel des
Verfahrens umfasst die Schritte: Zerbrechen der fehlerhaften Glaskörper in
einem Zerkleinerer; Abtrennen einer verbleibenden Fraktion, die
einen wiederverwendbaren Abfall bildet aus dem Glasbruch, die Glasteilchen
und Leuchtstoffmaterialteilchen enthält, durch Sieben; Behandeln
der verbleibenden Fraktion durch Wärme, um das Bindematerial aus dem
Leuchtstoffmaterial zu beseitigen; Trennen des Leuchtstoffmaterials
von der Oberfläche
der Glasteilchen in einer Flüssigkeit
durch Waschen; und Gewinnen eines wiederverwendbaren Leuchtstoffmaterials aus
der flüssigen
Suspension durch wenigstens eine Sedimentationsabscheidung.
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Es
ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass sie es gestattet,
eine optimale Trennung des Leuchtstoffmaterials der Entladungslampen
zu erreichen, das aus teuren Materialien der Seltenen Erden besteht,
so dass diese Materialien der Seltenen Erden in dem Lampenfertigungsprozess
recycelt werden können.
Um ein gutes Ergebnis zu erzielen, werden die Glaskörper in
möglichst
große
Bruchteile zerkleinert.
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Die
Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der
folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen naher erläutert.
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1 ist
ein schematisches Schnittbild einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe,
die unmittelbar nach dem Überziehen
durch eine Suspension von Leuchtstoffmaterial aus der Produktionslinie genommen
ist.
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2 ist
ein schematisches Schnittbild einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe,
die unmittelbar nach dem Ausbrennen des Überzugs (Beschichtung) aus
der Produktionslinie genommen ist.
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3 ist
ein schematisches Schnittbild einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe,
die unmittelbar nach den Abdichten der Enden der Glaskörper aus
der Produktionslinie genommen ist.
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4 ist
ein Fließbild
eines Rückgewinnungsverfahrens
von fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampen,
die unmittelbar nach dem überziehen
durch die Suspension von Leuchtstoffmaterial aus der Produktionslinie
genommen sind.
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5 ist
ein Fließbild
eines Rückgewinnungsverfahrens
von fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampen,
die unmittelbar nach dem Ausbrennen des Überzugs aus der Produktionslinie
genommen sind.
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6 ist
ein Fließbild
eines Rückgewinnungsverfahrens
von fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampen,
die unmittelbar nach dem Abdichten der Enden der Glaskörper aus
der Produktionslinie genommen sind.
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7 ist
eine schematische Seitenansicht eines bevorzugten Zerkleinerers
(Brechers).
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Gemäß 1,
die ein Ende einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe zeigt,
die unmittelbar nach dem Überziehen
durch eine Suspension von Leuchtstoffmaterial aus der Produktionslinie
genommen ist, weist der Leuchtstoffüberzug 9 auf der innenseitigen
Wand des Glaskörpers 1 Bindematerial neben
dem Leuchtstoffmaterial in einem Suspensionsgemisch auf. An dieser
Stufe des Lampenherstellungsverfahrens ist das Bindematerial noch
nicht aus dem Leuchtstoffüberzug 9 ausgebrannt.
Das Leuchtstoffmaterial selbst kann eine große Vielfalt von teuren Materialien
der Seltenen Erden, wie beispielsweise Yttriumoxid, das mit Europium
aktiviert ist, Lanthanumphosphat, das mit Cer und Terbium aktiviert
ist, und/oder Barium-Magnesiumaluminat sein, das mit Europium aktiviert
ist. Der Durchmesser D des Glaskörpers 1 ist
bei einem bestimmten Typ von Leuchtstofflampen einheitlich, und
der Glaskörper
ist normalerweise aus Natronkalkglas hergestellt.
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2 zeigt
ein Ende einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe, die
unmittelbar nach dem Ausbrennen des Leuchtstoffüberzuges 9 aus der Produktionslinie
genommen ist. An dieser Stufe des Lampenherstellungsprozesses weist
der Leuchtstoffüberzug 9 kein
Bindematerial auf, aber eine große Vielfalt der oben erwähnten Materialien
der Seltenen Erden.
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3 ist
ein Ende einer fehlerhaften stabförmigen Leuchtstofflampe, die
unmittelbar nach dem Abdichten bzw. Kapseln aus der Produktionslinie
genommen ist. Das Ende des Glaskörpers 1 ist
durch Quetschen gekapselt und zwei Einführungsdrähte 3 sind in einer
gasdichten Art und Weise darin eingebettet. Diese Einführungsdrähte 3 sind
aus einer Legierung von Nickel-Eisen hergestellt, tragen eine Wolframspule 7 und
sind durch eine Glashalterung 5 im Abstand zueinander gehalten.
Da die Röhre
vor dem Absaugen ist, ist sie frei von Quecksilber und Entladungsgas.
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4 zeigt
die Schritte des Rückgewinnungsverfahrens
schematisch, wenn die fehlerhaften Glaskörper vor dem Ausbrennen des
Leuchtstoffüberzuges 9 aus
der Produktionslinie genommen werden. Der erste Schritt ist Brechen
bzw. Zerkleinern 11 der fehlerhaften Glaskörper in
einem Zerkleinerer. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Zerkleinerers
wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Nach
dem Zerkleinern bestehen die gebrochenen Fragmente aus Glas und
Leuchtstoffmaterial auf der Oberfläche des Glases.
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Der
zweite Schritt ist ein Sieben 15, wodurch die großen Stücke von
Glasteilchen zurückgehalten werden,
während
die kleinen Stücke
herausfallen. Die Glasteilchen des Glaskörpers 1 werden getrennt durch
ein Rüttelsieb,
um einerseits die großen
Stücke von
Glasteilchen und auf der anderen Seite eine Mischung von pulverförmigem Glas
zurückzugewinnen. Wenn
die Gittergröße des Siebes
kleiner ist, wird eine größere Menge
von Glasteilchen zurückgehalten.
Es wurde gefunden, dass die optimale Gittergröße in dem Bereich von 3,0 bis
3,5 mm liegt. Wenn die Gittergröße kleiner
ist als 3 mm (dicke Siebweite), besteht der in dem Sieb zurückgehaltene
Glasbruch aus zu kleinen Stücken
für ein
effektives Waschen. Wenn die Siebweite größer als 3,5 mm ist (dünne Siebweite)
ist die Abfallmenge, die aus dem Sieb fällt und deshalb als gefährliches
Material behandelt werden muss, zu groß.
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Da
das Leuchtstoffmaterial Bindematerial enthält, ist es notwendig, es auszubrennen,
um es zum Waschen geeignet zu machen. Im Schritt drei wird ein Erwärmungsprozess 17 angewendet,
um das Bindematerial zu entfernen. Der bevorzugte Temperaturbereich
des Erwärmens
beträgt 500–520°C.
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Der
vierte Schritt ist ein Waschen 19. Dieser Schritt wird
vorzugsweise als ein Ultraschall-Waschprozess ausgeführt, der
das Leuchtstoffmaterial von dem Glas trennt. Das Ultraschall-Waschen wird in einer
Flüssigkeit,
vorzugsweise in Wasser, ausgeführt.
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Der
fünfte
Schritt enthält
wenigstens eine Sedimentationsabscheidung 21, bevor das
Leuchtstoffmaterial in den Lampenherstellungsprozess recycelt werden
kann. Es ist bevorzugt, das Waschen zu wiederholen, indem wiederholt
die Flüssigkeit
nach der ersten Sedimentationsabscheidung 21 abgezogen und
die Flüssigkeit
aufgefüllt,
abgeschieden, die Flüssigkeit
abgezogen wird, um Schmutz zu entfernen, der auf der Oberfläche des
Leuchtstoffmaterials verbleibt.
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5 zeigt
die Schritte des Rückgewinnungsverfahrens,
wenn die fehlerhaften Glaskörper unmittelbar
nach dem Ausbrennen des Leuchtstoffüberzuges 19 aus der
Produktionslinie genommen werden. In diesem Fall ist das Rückgewinnungsverfahren
das gleiche wie das unter Bezugnahme auf 4 beschriebene
Verfahren, mit Ausnahme der Erwärmung 17.
Es ist unnötig,
die Glaskörper,
die rückgewonnen
werden sollen, durch Erwärmung
zu behandeln, weil an dieser Stufe des Lampenherstellungsprozesses
das Bindematerial bereits richtig ausgebrannt worden ist.
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6 stellt
die Schritte des Rückgewinnungsverfahrens
dar, wenn die fehlerhaften Glaskörper
unmittelbar nach dem Abdichten der Glaskörper aus der Produktionslinie
genommen werden. In diesem Fall ist das Rückgewinnungsverfahren ähnlich dem
Verfahren, das unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wurde, mit der Ausnahme einer zusätzlichen Trennung von Metallkomponenten.
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Nach
dem Zerkleinern 11 bestehen die gebrochenen Teilchen aus
Metallkomponenten zusätzlich
zu Glas. Die metallischen Komponenten weisen eine Legierung von
Nickeleisen-Einführungsdrähten 3 mit
den Wolframspulen 7 auf.
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In
dem zweiten Schritt werden die metallischen Komponenten durch magnetische
Trennung 13 entfernt. Da die Nickel-Eisen-Legierung ein magnetisierbares
Material ist, kann die Trennung dadurch ausgeführt werden, dass der Bruch
durch ein Magnetfeld geleitet werden. Die Wolframspulen 7 sind nicht
magnetisierbar, aber sie sind an der magnetisierbaren Legierung
der Nickeleisen-Einführungsdrähte 3 befestigt
oder sie sind in so kleine Stücke geschnitten,
dass sie beim Aussieben 15 herausfallen.
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Der
dritte Schritt ist ein Sieben 15, der vierte Schritt ist
ein Waschen 19 und der fünfte Schritt ist eine Sedimentationsabscheidung 21,
wie es unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
wurde.
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Tests
zeigen, dass nahezu 80–90%
des Leuchtstoffmaterials durch die oben beschriebenen Verfahren
aus den fehlerhaften Glaskörpern
rückgewonnen
werden kann. Das rückgewonnene
Leuchtstoffmaterial enthält
eine gewisse Menge an Glas. Der Glasgehalt von dem rückgewonnenen
Leuchtstoffmaterial ist kleiner als 0,2%. In einem neuen Lampenherstellungsprozess
kann das aufgebrachte Leuchtstoffmaterial einen größeren Anteil
an rückgewonnenem
Leuchtstoffmaterial enthalten trotz der Glasteilchen in dem rückgewonnenen
Leuchtstoffmaterial. Es ist auch durch Tests gezeigt worden, dass
70% des aufgebrachten Leuchtstoffmaterials aus rückgewonnenem Leuchtstoffmaterial
sein kann.
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In
allen Verfahren, die unter Bezug auf 4, 5 und 6 beschrieben
wurden, kann der Glasbruch, der beim Sieben zurückgehalten wurde, ebenfalls
in den Lampenherstellungsprozess recycelt werden. Prüfungen zeigen,
dass 99% des Glases zur Erzeugung der so genannten gläsernen Komponenten
der elektrischen Lampen recycelt werden können. Nur das restliche 1%
muss als gefährliches Material
behandelt werden. Die unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 beschriebenen
Schritte können
vervollständigt
werden durch zusätzliche Schritte
wie Kühlen,
Transportieren, Laden, Beladen und Speichern, die für den Fachmann
alle bekannt sind. Nachfolgend wird ein Zerkleinerertyp beschrieben,
der zum Zerkleinern der Glaskörper
der Leuchtstofflampen geeignet ist.
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Wie
in 7 gezeigt ist, weist ein Zerkleinerer bzw. Brechwerk
eine Doppelwalzenpresse mit einem einstellbaren Abstand zwischen
den zwei Pressrollen auf. Die eine Presswalze 23 ist fest,
während die
andere Presswalze 25 einstellbar ist. der Abstand zwischen
den Presswalzen muss auf den Durchmesser D der zu zerkleinernden
Glaskörper
eingestellt werden. Die feststehende Walze 23 wird durch
ein Antriebssystem angetrieben, das aus einer elektrischen Maschine 27 und
einem Antriebsriemen 29 besteht, der die feststehende Walze 23 an
ihrem Umfang dreht. Der Durchmesser D des Glaskörpers der Leuchtstoffröhre ist
größer als
der Abstand zwischen den Walzen 23, 25 des Zerkleinerers.
Es ist jedoch wesentlich, dass der Abstand zwischen den Presswalzen 23, 25 kleiner
sein sollte als der Durchmesser D des Lampenkörpers 1, so dass das
Zerkleinern des Glases in relativ große Stücke erfolgt. Es wurde gefunden,
dass die Leistungsfähigkeit
am besten ist, wenn dieser Abstand das 0,6–0,9-fache des Durchmessers
D des Glaskörpers 1 beträgt. Wenn
dieser Abstand kleiner als 0,6 D ist, erbringt der Zerkleinerungsprozess
zu kleine Glasstücke.
Auf der anderen Seite ist das Trennen der zu kleine Bruchstücke aus dem
Leuchtstoffmaterial schwierig, und die kleinen Stücke an Glasabfall,
die in das rückgewonnene Leuchtstoffmaterial
gelangen, können
seine optische Charakteristik verschlechtern. Auf der anderen Seite werden
die zu kleinen Stücke
beim Sieben herausfallen und werden zu Abfall. Wenn der Abstand
größer als
0,9 D ist, wird der Zerkleinerungsprozess zweifelhaft.
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Selbstverständlich kann
der Zerkleinerer von irgendeinem Typ sein, z. B. ein Typ, der in
dem US-Patent
US 5,636,800
A zu sehen ist. Da der Durchmesser D des Glaskörpers
1 bei
anderen Lampentypen unterschiedlich ist, sollte der Abstand zwischen
den Presswalzen
23,
25 einstellbar sein.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist vielseitig, d. h. es kann für
stabförmige,
kreisförmige oder
auch U-förmige
Leuchtstofflampen verwendet werden. Der Hauptvorteil der Erfindung
ist eine signifikante Kostensenkung aufgrund des recycelten Leuchtstoffmaterials
und zusätzlich
aufgrund des recycelten Glases. Ein weiterer Vorteil ist die minimierte Restmenge
an gefährlichem
Material.
