Выбор способа демеркуризации для последующего вторичного использования ртутьсодержащих отходов

Выбор способа демеркуризации для последующего вторичного использования ртутьсодержащих отходов

В.И. Беспалов, Н.С. Самарская, О.Н. Парамонова, Е.П. Лысова

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: В статье рассмотрены актуальные вопросы утилизации ртутьсодержащих отходов. Проведен анализ возможности вторичного использования демеркуризованного стеклобоя при условии максимального извлечения ртутного концентрата. На основе физико-химических свойств ртути проведено сравнение двух способов демеркуризации, в ходе которого выявлено, что именно технология термической демеркуризации позволит снизить процент оставшейся ртути в стеклобое.

Ключевые слова: ртутьсодержащий отход, демеркуризация, стеклобой, люминесцентная лампа, утилизация отходов.

В настоящее время большинство технологических процессов сопровождаются образованием промышленных отходов, многие из которых являются опасными. К таким отходам в частности относят ртутьсодержащие: люминесцентные лампы, термометры, приборы и др. Так как ртуть относится к первому классу опасности, вопросы утилизации ртутьсодержащих отходов являются особенно актуальными. Эти проблемы возникают, как правило, на предприятиях, основным видом деятельности которых является сбор и утилизация ртутьсодержащих отходов. Для обезвреживания ртутьсодержащих отходов используют метод демеркуризации - извлечение ртути различными способами: физическими, химическими, механическими [1-3]. Так большинство технологий демеркуризации люминесцентных ламп на предприятиях позволяет получить на выходе стеклобой, в состав которого входят: металлы, свинцовое стекло, люминофор, мраморная мастика, ртуть (рис. 1).

Как видно из рис. 1, процент остаточной ртути в стеклобое составляет 1%, что является недопустимым для вторичного использования. В практике утилизации ртутьсодержащих отходов известны примеры вторичного использования демеркуризованного стеклобоя при условии максимально

возможного извлечения ртутного концентрата [4].

Рис. 1. - Состав ртутьсодержащего отхода (люминесцентной лампы)  Металлы  Свинцовое стекло  Люминофор  Стеклобой  Ртуть | | Мраморная мастика

Несмотря на многообразие способов демеркуризации ртутьсодержащих отходов наиболее целесообразной к применению, на наш взгляд, является термическая технология, основанная на возгонке ртути из смеси стеклянного и металлического лома и улавливанием конденсирующихся ртутных паров.

Для того чтобы выявить действительно ли термическая технология является предпочтительной, проведены аналитические исследования свойств ртутьсодержащих отходов. При изучении физико-химических свойств ртути, выявлено, что температура кипения ее составляет более 356,73 0С (таблица №1). Именно при такой температуре возможно извлечение ртути, которая находится не в виде металла, а в виде атомов, поглощенным стеклом и люминофором.

Таблица № 1

Физико-химические свойства ртути

№ п/п Наименование физико-химического свойства ртути Значение Единицы измерения

1 Плотность ртути при нормальных условиях 13,546 г/м3

2 Температура плавления -38,83 0С

3 Температура кипения 356,73 0С

4 Атомный вес 200,59 г/моль

5 Удельная теплоемкость 0,0334 Кал/г 0С

6 Электронный потенциал 0,854 В

7 Удельная теплота плавления 2,295 кДж/моль

8 Удельная теплота испарения 58,5 кДж/моль

Нами проведено сравнение двух методов демеркуризации на основе рассмотрения этого процесса с химической точки зрения, в ходе которого выявлено, что в результате применения метода химической демеркуризации образуется химическое соединение ^С12, а в результате термической демеркуризации - ^ (пары ртути). При этом по данным многих исследований, количество оставшейся в стеклобое ртути в результате термической демеркуризации составляет менее 2,1 мг/кг в отличие от метода химической демеркуризации (таблица № 2) [2, 5-7].

Таким образом, именно технология термической демеркуризации позволит снизить процент оставшейся ртути в стеклобое. Такие же результаты можно получить при реализации «холодной и сухой» технологии, распространенной, в основном, в зарубежной практике.

Продукты, образующиеся в ходе термической демеркуризации (люминофор, цветные металлы и обогащенный стеклобой) могут быть использованы вторично в различных производствах.

Таблица № 2

Результаты сравнения двух методов демеркуризации

№ п/п Название метода Химическое описание процесса демеркуризации Результат процесса % оставшейся ртути в стеклобое

1 Химическая демеркуризация

2 Термическая демеркуризация

Нами проанализированы возможные пути использования таких продуктов термической демеркуризации в различных отраслях народного хозяйства (рис. 2). Так люминофор, который способен преобразовывать поглощаемую энергию в световую, можно использовать в качестве добавки к лакокрасочным материалам, а также как компонент при изготовлении светящейся пленки, светобумаги [8-9].

Переработанный цветной металл используют в виде сплавов при производстве деталей, инструментов, техники, емкостей и др.

Обогащенный стеклобой нашел свое применение в производстве керамических изделий, стекла и строительных материалов. Особенно широко используют стеклобой в качестве недорогого заполнителя при изготовлении мелкозернистого бетона [10-13].

Таким образом, несмотря на большое количество компонентов, из которых состоит ртутьсодержащий отход, правильно выбранный способ демеркуризации позволяет извлекать практически полностью ртутный

Рис. 2. - Возможные пути использования продуктов термической

демеркуризации

концентрат, а также использовать очищенный от ртути люминофор, цветные металлы и стеклобой вторично при производстве различных изделий и материалов.

Литература

1. Косорукова Н.В., Янин Е.П. Утилизация отходов ртутьсодержащих изделий: состояние и проблемы // Светотехника. 2002. № 3. С. 25-29.

2. Qi, С., Ma, X., Wang, M. and etc. A case study on the life cycle assessment of recycling industrial mercury-containing waste // Journal of Cleaner Production. 2017. № 161. Pp. 382-389.

3. Тиняков К.М., Косорукова Н.В., Тимошин В.Н. и др. Исследование

эффективности химических методов демеркуризации объектов городской среды // Инженерный вестник Дона, 2011, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/455.

4. Картузов В.М., Шеманаев С. А. Утилизация ртутьсодержащих отходов // Экология и промышленность России, 2000. № 4. С. 14-16.

5. Шевцова Р.Г., Городов А.И. Демеркуризация энергосберегающих электроламп и вторичная переработка стеклобоя // Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды. 2015. С. 431-434.

6. Tikhonova L.A., Prusakova A.V. Problems of collection and disposal mercury-containing lamps // Вестник Ангарского государственного технического университета. 2016. № 10. С. 239-242.

7. Месхишвили Н.З., Кравченко А.В. Утилизация ртутьсодержащих элементов как особый способ утилизации твердых бытовых отходов // Инфраструктурные отрасли экономики: проблемы и перспективы развития. 2017. С. 37-41.

8. Артемасов В.В., Мельман М.Г., Паскарь И.Н. Предпосылки для создания современного предприятия по переработке ртутьсодержащих отходов в Кемеровской области // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 4. С. 150-156.

9. Краснопевцева И.В., Мальцев С.А., Краснопевцева Е.А. и др. Экономическая выгода и экологическая проблема // Вестник НГИЭИ. 2014. №. 12 (43). С. 42-48.

10. Acuna Roncancio P.C, Meuret, Y., Deconinck, G. and etc. Spot phosphor concept applied to a remote phosphor light-emitting diode light engine // Optical Engineering. 2016. № 55 (11) URL: doi.org/10.1117/1.0E.55.11.115103.

11. Нуруллина Е.Н. Проблема сбора и утилизации компактных люминесцентных ламп в малых населенных пунктах // Вестник Казанского

технологического университета. 2015. Т. 18. № 22. С 162-164.

12. Хвостиков А.Г. Современные способы защиты селитебных территорий от твердых отходов // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4 (2) URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1318

13. Пузанов С.И., Кетов А.А. Комплексная переработка стеклобоя в производстве строительных материалов // Экология и промышленность России. 2009. № 12. С. 4-7.

14. Кузнецова Н.В., Селезнев А.Д., Селезнева И.А. Планирование экспериментальных исследований физико-механических свойств мелкозернистых бетонов с заполнителем из стеклобоя // Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт. 2017. С. 269-271.

References

1. Kosorukova N.V., Yanin E.P. Cvetotekhnika. 2002. № 3. pp. 25-29.

2. Qi, C., Ma, X., Wang, M. and etc. Journal of Cleaner Production. 2017. № 161. pp. 382-389.

3. Tinyakov K.M., Kosorukova N.V., Timoshin V.N. i drugie. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/455.

4. Kartuzov V.M., Shemanaev S.A. Ehkologiya i promyshlennost' Rossii. 2000. № 4. pp. 14-16.

5. Shevcova R.G., Gorodov A.I. Energo- i resursosberegayushchie ehkologicheski chistye himiko-tekhnologicheskie processy zashchity okruzhayushchej sredy. 2015. pp. 431-434.

6. Tikhonova L.A., Prusakova A.V. Vestnik Angarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016. № 10. pp. 239-242.

7. Meskhishvili N.Z., Kravchenko A.V. Infrastrukturnye otrasli ehkonomiki: problemy i perspektivy razvitiya. 2017. pp. 37-41.

8. Artemasov V.V., Mel'man M.G., Paskar' I.N. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2017. № 4. pp. 150-156.

9. Krasnopevceva I.V., Mal'tsev S.A., Krasnopevceva Ye.A. i drugie. Vestnik NGIEHI. 2014. №. 12 (43). pp. 42-48.

10. Acuna Roncancio P.C, Meuret, Y., Deconinck, G. and etc. Optical Engineering. 2016. № 55 (11) URL: doi.org/10.1117/1.OE.55.11.115103.

11. Nurullina E.N. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015. T. 18. № 22. pp. 162-164.

12. Hvostikov A.G. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 4 (2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1318

13. Puzanov S.I., Ketov A.A. Ehkologiya i promyshlennost' Rossii. 2009. № 12. pp. 4-7.

14. Kuznecova N.V., Seleznev A.D., Selezneva I.A. Ustojchivoe razvitie regiona: arhitektura, stroitel'stvo, transport. 2017. pp. 269-271.