TW200830351A - Mercury releasing method - Google Patents

Description

200830351 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種使汞釋出的方法。 【先前技術】 釋出汞的方法和系統特別應用於螢光燈中。 利用注射給料器直接注入液體汞的方法對於現今燈管 愈來愈小量的兀素需求，無法提供一準確且可再現的劑 量。 一些已知方法皆建基於裝載金屬永的機械系統。例 如，美國專利第4,823,047號及第4,278,908號，分別揭 示裝有液體汞的金屬或玻璃製膠囊，而美國專利第 4,808，136號及歐洲專利申請第5 6 8,3 1 7號揭示多孔型九粒 或小球（分別用金屬或陶瓷材料所製），浸漬著汞，然後 經由加熱予以釋放。不過，即使用此等方法，釋出的汞量 也難以再現且，主要在膠囊容器的情況中，有可能產生構 造性問題。 其它文件揭示汞化合物的使用’諸如美國專利第 3,65 7,5 89號係有關Ti-Zr-Hg化合物（特別重要者爲化合 物Ti3Hg)，或美國專利第5,520,560號係有關使用根據 美國專利第3,657,589號的化合物與具有促進汞釋出之功 能的銅錫合金所成之混合物。不過’此等化合物都需要頗 爲高的溫度，通常超過500 °C ’來釋出汞’因此需要一特 定高溫的熱程序以在密封燈內產生金屬末° -5- 200830351 最後，有大量文件係關於汞合金的使用，如 WO 94/1 8692號係有關含鋅的汞合金，或美國專利第 5,598,0 69號係有關含銦-銀的末合金。不過，求合金通常 具有不特別重要的汞含量，尤其彼等有在相對低溫如約 1 0 0 °c下釋出录的傾向；該等录合金因而即使在燈製造步 驟中，也可能失去不可忽略量的汞，這種現象是不良的， 有可能污染工作環境；例如，導入汞合金後，燈可能經歷 熱處理以增快受磷光劑所截留的氣體雜質之移除而尙未冷 卻到室溫，因而在燈尙未密封時，便開始釋出汞。 【發明內容】 本發明的目的爲提供一種供應汞的方法以克服至少部 分上述問題。 此一目的可由本發明經由使用內含介於約3 0重量％與 90.1重量％之間的汞之錳-汞組成物而達成。 在可用於本發明方法的組成物中，特別重要者爲包含 約5 5重量％的汞者與包含約7 5重量％的汞者。 以下將參照圖式詳細說明本發明。 本發明組成物包含兩種元素的數種化合物形式。對應 於兩種實際的金屬間化合物，MnHg和Mn2Hg5的汞百分 比各爲78.5重量％及90.1重量％，而在中間的組成物可由 此等化合物與可能的汞合金所成之混合物所組成。 此筝組成物可藉由合宜重量比例的兩種金屬在例如約 5 00 °C的溫度下反應1到5小時而得。該反應通常是在石 200830351 英管瓶中完成，而爲安全理由，可將其放置在反應器或鋼 製殼體中。汞是以液體形式使用，而錳則以粉末形式使 用，以提高兩種元素之間的接觸；管瓶內部可抽抽真空或 塡充惰性氣體。錳較佳地係經在抽真空下加熱預處理過， 例如在400 °C下兩小時，以排除所截留的氣體，此等氣體 可能在反應中造成管瓶的超壓及破裂。因爲錳相對於汞具 有較低的密度’所以其鬆散粉末會飄浮在汞上且在反應期 間可能形成反應過材料的介面，這會阻礙反應的進一步進 行；因此可較佳地將九粒形式的錳堆放在管瓶中壓實，直 到達到管瓶頂端爲止，如此汞便可沿著該堆疊的整個長度 包圍彼等。在反應結束時，將管瓶打開，取出單一、頗爲 緊密的物體，此物體可以輕易經碾磨而得所要粒度（例如 小於半毫米）的粉末。 本發明組成物製造方法的最後一個步驟是在約60°C抽 氣下（如用約 1(Γ3百帕斯卡（hectoPascal ) ( hPa )的抽 真空）的熱處理，以移除可能的微量未反應汞，否則該汞 可能在燈製程的不合宜階段中，或甚至更早，在組成物的 貯存中蒸發，而會有可能的工作環境污染風險。 事實上，本發明組成物直到約1 5 0°C前都沒有汞發 散，且隨後可將彼等導到先前熱製造步驟中所得燈內，而 不會造成元素釋出。之後，可以使用在介於約200 °C與 45 0°C之間的溫度下之適當活化處理而引起汞發散的發 生。 圖1顯示使用前文所述的組成物製成的汞供應物之某 200830351 些具體實例。該供應物可僅用錳-汞組成物粉末來製造， 例如經由壓縮該粉末而得粉末九粒1 0 (圖1 a )或小球1 1 (圖1 b );或者，可以製造出其中該粉末係經承載的供應 物’例如將錳-汞組成物粉末1 2沉積在金屬條1 3上並自 該金屬條裁剪條段1 4而形成單一的供應物（圖1 c )，或 是將錳-汞組成物粉末裝載進一個開放容器1 6中，藉此得 到供應物1 7 (圖1 d )。也可能有其他沒有顯示於圖中的 構型，例如美國專利第6,1 07,737號中載有汞釋放材料軌 道的陰極燈所用遮罩，或美國專利第6,679,745 B2號及美 國專利第6,680,57 1 B1號（特別可參見後者專利的圖3 ) 中的塡充有汞釋放材料粉末的長型體。 本案發明人也已確定金屬錫在與粉狀組成物的機械性 混合物內之存在，在到達錫的熔化溫度時，能明顯地增加 此等組成物的汞產率値。在錳-汞組成物與錫之間的重量 比可在約4 : 1與1 : 9之間變異；在高於4 : 1的錳·汞/錫 比例時，錫的量會太少且只能在一部分的粉末中取得增加 產率的效果，因而產生具有不均勻性質的汞供應物；而比 例小於1:9時，錫過量，會引起供應物內低可用汞量的 問題。 於適當重量比之下錳-汞組成物與錫所成的混合物可 以藉由例如壓縮而形成九粒或小球的形狀。不過，較佳者 爲藉由將錫與錳-汞組成物的混合粉末擠壓形成混合物 體，其中係利用錫的塑性以形成具有良好機械強度特性的 擠壓體；爲確保此系統的機械性質，在此具體實例中， -8- 200830351 錳-汞/錫的重量比較佳係低於2。圖2顯示一擠壓體的可 能具體實例；主體20具有圓形橫截面（例如’介於約1 與、5毫米之間的直徑以得到燈用的汞供應物）及未定長 度；從主體20可以裁切一連串的供應物21，可在緊接於 擠壓的下游處，或在製造燈的場所進行裁剪。經由正確的 操作，在主體20中的線型汞裝載可沿著其整個長度從頭 到尾都是均勻者，如此使得藉由預先設定兩先後裁切之間 的距離，即供應物2 1的長度，可以確保每一供應物中所 含汞量之良好可再現性。 【實施方式】 本發明將在下面實施例中進一步闡述。 實施例1 此實施例是關於可用於本發明方法中的第一種錳-汞 組成物之製造。 將一個內容積約50立方公分的開放石英管瓶放置在 天秤的盤子上，將15克的液體永倒到該管瓶內。另外， 稱取5克粒子尺寸小於60微米的粉狀錳，此等粉狀錳先 前已接受包括在400 °C抽真空下加熱2小時之除氣處理； 將該錳粉倒在該管瓶內，然後以火焰密封；所有前述操作 都是在“手套箱”內的氬氣環境中進行。將密封管瓶置於烤 箱內，並對該混合物施以下述熱循環··在半小時內增溫至 5 0 0 °C，保持此溫度1小時，冷卻到2 〇 〇 t，保持此第二溫 200830351 度4小時且最後自然冷卻到室溫，此需要約2小時。在此 熱處理結束時，從烤箱中取出管瓶並打破，如此提取出粉 狀體，將其硏磨且回收小於5 0微米粒子尺寸的部分。對 經如此篩選過的粉末施以在60°C抽氣下3小時之溫和熱處 理以移除可能的微量未反應汞。 實施例2 • 此實施例係有關可用於本發明方法中的第二種錳-汞 組成物之製造。 重複實施例1的步驟，於此實施例中由1 1克的汞和9 克的錳起始。 實施例3 此實施例係關於實施例1所得粉末的汞釋出特性之測 量。 使用實施例1的粉末，藉由在每個供應物裝載1 00毫 克粉末於直徑6毫米，高1.5毫米的圓柱形容器（如圖Id 的類型）內，且用打孔器施以700公斤/平方公分的壓力 按壓容器內的粉末，而製造出三個汞供應裝置；如此所得 三個供應物於下文中稱爲樣品1。將熱電偶線分別焊接於 三個供應物的每一'個’以在後繪處理中偵測溫度。測量樣 品1中的第一個供應物之重量後，將其嵌置於一經抽抽真 空的玻璃燈泡內，然後從燈泡外在10秒內誘導加熱到 2 0 0 °C，保持此溫度2 〇秒，且最後靜置冷卻到室溫’然後 -10- 200830351 打開燈泡並測量供應物的重量。根據重量 1在2 0 0 °c下的汞產率（以相對於最初所 算）。對第二和第三供應物重複相同的步 3 0 0 °C和4 0 0 °C。將經如此得到的三個汞產 在圖3中爲曲線1。 實施例4 ® 此實施例是關於實施例2所得粉末的 量。 對樣品2重複實施例3的試驗，樣品 粉末起始製造而形成的三個供應物。將經 汞產率値以圖形標繪在圖3中爲曲線2。 實施例5 此實施例係關於錫粉與實施例2組成 所具汞釋出特性之測量。 沿用實施例4的程序製造三個汞供應 由60毫克的錳-汞組成物粉末加40毫克 1 50微米的錫粉所形成的混合物。將三個 25〇°c、300°C及400°C。將三個汞產率値標 線3，爲了比較，在圖4中也顯示出圖3 相同的錳-汞組成物但沒有添加錫）。 實施例6 差値，得到樣品 含汞之百分比計 驟，分別加熱到 率値以圖形標繪 汞釋出特性之測 2係由實施例2 如此得到的三個 物所成之混合物 物，但使用的是 、粒子尺寸小於 供應物分別調到 繪爲圖4中的曲 的曲線2 (關於 -11 - 200830351 此實施例係關於錫粉與實施例2組成物粉末所成之混 合物，在使用於霓虹燈標誌的製造中所採用的較長活化時 間下，汞釋出特性之測量。 重複實施例5的試驗，但有以下的差異：於供應物中 裝載由50毫克實施例2的錳-汞組成物粉末加50毫克粒 子尺寸小於1 5 0微米的錫粉所形成的混合物；將三個供應 物分別調至2 6 0 °C、3 0 0 °C及3 5 0 °C，且經由將每一供應物 在其試驗溫度下加熱1 0秒，保持在此溫度下1 1 0秒且最 後讓供應物靜置冷卻到室溫，而進行活化。 將三個汞產率値標繪成圖5中的曲線4。 如由此等結果的分析可觀察到者，本發明組成物在 2 00-40 0 °C的範圍內顯示出良好的汞產率特性，此外，與錫 的混合物可實質增加汞產率。 【圖式簡單說明】 圖la至Id顯示用於本發明方法中的汞供應物之某些 具體實例； 圖2顯示一種可由其得到汞供應物之半成品，其中 錳-汞組成物混有金屬錫； 圖3以圖形顯示本發明兩種組成物的汞產率相對於溫 度的關係； 圖4以圖形顯示混有金屬錫之本發明組成物的汞產率 相對於溫度的關係；及 圖5以圖形顯示本發明組成物在相對長時間的加熱處 -12 - 200830351 理之後，汞產率相對於溫度的關係。 【主要元件符號說明】 1 〇 :九粒 1 1 :小球 1 2 :粉末 1 3 :金屬條 14 :條段 16 :容器 1 7 :汞供應物 20 :主體

-13-

Claims (1)

1. 200830351 十、申請專利範園 1 · 一種使水釋出的方法，其包括在介於 之間的溫度加熱含有介於約3 〇重量％與9 〇 . 汞之錳-汞組成物。 2 ·根據申請專利範圍第1項的方法，其 有約55%的汞。 3 ·根據申請專利範圍第1項的方法，其 有約75%的汞。 4 · 一種製造用於申請專利範圍第1項的 物的方法，其包括在密封反應器內，於抽真 體環境中’在約5 0 0 °C的溫度下，使合宜重 反應介於1到5小時之間的時間，然後在約 對反應產物施以熱處理以移除未反應的汞。 5 .根據申請專利範圍第4項的方法，其 之前，將錳在抽真空下加熱予以除氣。 . 6.根據申請專利範圍第5項的方法，其 下加熱係在40(TC下進行2小時。 7. 根據申請專利範圍第4碩的方法，其 散粉末的形式使用。 8. 根據申請專利範圍第4項的方法，其 由壓縮粉末所得之九粒的形式使用。 9. 根據申請專利範圍第4項的方法’其 反應產物碾磨而得粉末。 10. —種由錫與含有約30重量％至90.1 200 到 45 0〇C 1重量％之間的 中該組成物含 中該組成物含 方法中之組成 空下或惰性氣 量比的錳和汞 6〇°C及減壓下 中在與汞反應 中錳的抽真空 中該錳係以鬆 中該錳係以經 中將汞與錳之 重量％汞之錳- -14- 200830351 汞組成物所成之混合物。 11. 根據申請專利範圍第10項的混合物，其中鍾-永 成物與錫之間的重量比可在介於約4 : 1與1 : 9之間變 異。 12. 根據申請專利範圍第10或11項的混合物’其中 錳-汞組成物和錫兩者皆爲粉末化形式。 1 3 . —種用於申請專利範圍第1項的方法中之衆供應、 物，其係呈經由壓縮含有介於約30重量％與90.1重量％之 間的汞之錳-汞組成物粉末而得的九粒〈1 0〉形式° 1 4. 一種用於申請專利範圍第1項的方法中之系:供應 物，其係呈經由壓縮含有介於約30重量％與90.1重量％之 間的汞之錳-汞組成物粉末而得的小球〈1 1〉形式° 15.—種用於申請專利範圍第1項的方法中之隶供應 物，其係呈由金屬條（13)所得之條段（14)形式’該金屬{1条 上沉積有含有介於約30重量％與90.1重量％之間的永之 錳-汞組成物粉末（12)。 1 6.—種用於申請專利範圍第1項的方法中之杀供應 物（17)，其經形成爲內部裝載含有介於約30重量°/◦與 9 0.1重量％之間的汞之錳-汞組成物粉末〈15〉之開放容器 (1 6 )形式。 1 7 · —種汞供應物（2 1 )，其係將藉由擠壓申請專利 範圍第1 2項的粉末混合物所得之連續體〈2 0〉予以裁切 而形成。 -15-