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环境保护和节约资源是当今世界各国共同关注的两大主题。从节能方面,各国都提倡使用节能灯特别是稀土三基色荧光灯。基于此,荧光灯的产量和用量逐年增多,但是由于各国发展情况不同,对荧光灯报废后的处理也不同。荧光灯中含有有害的汞及有用的金属、玻璃、荧光粉等,如果不加以处理不仅造成资源浪费同时污染环境,本文针对废弃荧光灯中污染物的处理和有价资源的回收两方面进行研究,对我国的绿色照明和资源的可持续发展有一定的意义。
本文首先综述了国内外对废弃荧光灯的处理方法,特别是荧光灯中汞的回收和荧光粉中稀土元素的回收,在此基础上,提出了本文的研究内容。
一方面主要研究了废弃荧光灯中汞的存在状态及其解吸方法、回收方法。本文以某厂T8 36W/365 YZ36RR7A12型号的灯为研究对象,通过对荧光灯中汞的存在状态的考察,得出气态汞含量15.9%,因此必须进行液下破碎来吸收气态汞;通过对消解方法、丙酮浓度、固液比、解吸方法、超声时间等因素的考察得出荧光灯管的破碎以及解吸汞的最佳工艺为:清洗灯管,切灯头,在30%的丙酮溶液中破碎约259.5 g荧光灯管(3支),用硫酸-硝酸-高锰酸钾法消解,过200目筛,超声30 min,抽滤,得到含汞约39.4 mg/L的溶液。该方法不仅可以解吸汞,同时还能捕获汞蒸气,所用的丙酮溶液被氧化为二氧化碳和水,避免其对环境的影响。
通过对汞的无害化处理工艺条件:不同硫化物的投放量、氯化铵的作用、陈化时间、混凝剂和活性炭用量等探讨,得出废弃荧光灯中汞的无害化处理最佳工艺条件:在pH=8、NH4Cl浓度12.69 mg/mg条件下,加入FeS 0.761 mg/mg沉淀汞离子、再加入混凝剂PAC 20.3 mg/mg絮凝,最后经活性炭6.35 mg/mg静置吸附30 min,在此最佳工艺下处理汞废水,得到含汞26.2 μg/L的废水,汞去除率达到99.94%,远低于国家规定的废水排放的最高标准。将此工艺放大,可适于规模化处理废弃荧光灯。
另一方面,对于稀土三基色荧光灯,稀土三基色荧光粉具有重要的回收价值。本文采用两种方法:化学气相传输法和泡沫浮选法对其进行富集分离。化学气相传输法是通过不同金属氯化物的蒸汽压不同,以及不同金属氯化物之间形成气态配合物的热力学行为不同对荧光粉中不同的元素进行分离。通过实验对原料与氯化钠的比例、温度、原料与活性炭的比例和反应时间四个因素进行考察,得出了混合荧光粉与活性炭比为1:30、温度1000℃、反应时间1小时、稀土混合物与氯化钠的比为1:10时,稀土氧化物的回收率最高。Y、Ce、Eu、Tb的回收率分别为75.9%、97%、63.9%、86%。温度为900℃、混合荧光粉:C=1:20、反应2小时、混合荧光粉与氯化钠比1:5时各温度段稀土与非稀土元素的分离率都比较高,即最易将稀土与非稀土元素分离。稀土与非稀土元素在室温段的分离比为1:71,基本上实现稀土与非稀土的分离。
泡沫浮选法是利用矿物表面的物理化学性质差异来分离矿物颗粒的过程,通过对荧光粉表面的Zeta电位、浮选时的加药顺序、加药方式、浮选时间、阴离子捕收剂、活化剂和抑制剂的考察,得出用泡沫浮选富集分离稀土荧光粉的最佳条件为:pH 8.0,在100 ml溶液中加入0.1 g荧光粉、0.01 mol/L 十二烷基苯磺酸钠2 ml作为捕收剂、0.001 mol/L,氯化钠2 ml作为活化剂、0.01 mol/L 柠檬酸0.5 ml作为抑制剂。在此最佳工艺下,各种纯荧光粉的回收率分别为红粉13.2%、绿粉85.6%、蓝粉37.4%、白色荧光粉36.7%。然后将该条件用到混合荧光粉的浮选中,结果显示各个荧光粉相互之间没有影响,跟单一荧光粉浮选结果一致。对浮选出的混合产品酸解,溶解掉红纷,可以对绿粉进行富集,绿粉回收率为69.6%,若再次进行富集能达到84%。72%蓝粉在尾矿中,与绿粉分离,白色荧光粉酸溶,商用荧光粉中的稀土元素即被分离。
通过以上实验研究可知对废弃荧光灯及荧光粉进行一系列的处理,可以避免其对环境的影响,同时还能回收有价资源,对环境保护和资源可持续发展具有重要意义。