СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
METHOD OF NEUTRALISATION OF MURCURY-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к природоохранной области и может быть использовано для обезвреживания различных отходов, содержащих в своем составе металлическую и парообразную ртуть, в частности отработанных люминесцентных ламп, ртутных термометров и других приборов и устройств.
Известен способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов по патенту Российской Федерации №2156172, кл. B09B 3/00, C22B 43/00, 2000 г., преимущественно отработанных люминесцентных ламп, предусматривающий их совместный размол в смеси с элементарной серой, водой и измельчающей средой, в качестве которой используют щебень фракции 30-50 мм. Для ускорения и полноты протекания реакции химического превращения ртути в нерастворимое, нелетучее и малотоксичное соединение - сульфид ртути в смесь дополнительно вводят катализатор. При размоле отходов, в особенности это касается люминесцентных ламп, часть ртути переходит в парообразное состояние. Катализатор, как известно, может ускорять непосредственно саму химическую реакцию, а для превращения в сульфид паров ртути, в первую очередь, необходимо создание большой поверхности контакта фаз частиц серы и паров. В данном способе это обеспечивается введением в смесь большого избытка серы. Так, согласно описанию изобретения для обезвреживания отходов, содержащих 5,0 г ртути, масса демеркуризационной смеси равна 172 кг, а содержание серы в ней 2,5-3,5%, что составляет 5 кг. Таким образом, массовое соотношение серы и ртути приблизительно составляет 1000:1. В стехиометрическом же измерении имеет место более чем 6000-кратный избыток элементарной серы. Это является основным недостатком данного способа.
Известен способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов по патенту Российской Федерации №2228227, кл. B09B 3/00, C22B 43/00, 2004 г., принятый заявителем за прототип. Он предусматривает совместный размол ртутьсодержащих отходов в смеси с измельчающей средой, элементарной серой для связывания металлической ртути, водными растворами хлорида железа и гидроксида натрия, подмыльным щелоком при следующем соотношении химических реагентов в расчете на 0,1 мас.% ртути в отходах, мас.%: 10% раствор хлорида железа 2,0-3,0; элементарная сера 0,4-0,6; подмыльный щелок 0,1-0,2; 10% раствор гидроксида натрия 1,5-2,5. Процесс обезвреживания осуществляется в два этапа. На первом этапе в смесь хлорида железа с измельчающей средой вводят отходы, дробят и измельчают их, затем, на втором этапе, добавляют смесь серы с подмыльным щелоком и раствором гидроксида натрия.
В данном способе при минимальном расходе реагентов обеспечивается высокая эффективность химического связывания жидкой ртути путем ее предварительной подготовки - снижения ее подвижности, а также за счет улучшения смачиваемости частиц серы. Последнее достигается введением в процесс подмыльного щелока. Однако, для связывания парообразной ртути, в первую очередь, необходимо обеспечить высокую поверхность контакта фаз частиц серы и паров. Таким малым количеством реагентов это вряд ли возможно. При обезвреживании, например, ртутных термометров переход ртути в парообразное состояние минимален, и поэтому этот способ, скорее всего, будет вполне приемлемым. Однако при размоле люминесцентных ламп в парообразное состояние переходит значительная часть ртути. Поэтому при использовании этого способа необходимо предусмотреть отсос загрязненного парами ртути воздуха с подачей его в аппарат очистки. Но это уже значительное усложнение процесса обезвреживания. Сложность процесса обусловлена также тем, что он осуществляется в два этапа. В этом заключаются основные недостатки данного способа.
Технической задачей изобретения является создание процесса переработки ртутьсодержащих отходов без загрязнения окружающей среды не только металлической ртутью, но и ее парами за счет предварительной подготовки обрабатывающей среды, проведения переработки за одну загрузку и с использованием дополнительных реагентов, обеспечивающих полное обезвреживание отходов, подтверждая тем самым эффективность процесса.
Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом решении в процесс дополнительно вводят сульфат аммония и адсорбент.
Кроме того, сульфат аммония вводят в смесь в виде водного раствора при массовом соотношении к ртути, в пересчете на сухое вещество, 0,6-0,8:1.
Кроме того, в качестве адсорбента используют или силикагель, или активированный уголь при массовом соотношении к ртути 6,0-8,0:1.
Кроме того, осуществляют предварительную подготовку обрабатывающей среды, для чего в устройство загружают измельчающую среду и сразу вводят элементарную серу и другие реагенты, затем загружают порцию отходов.
На фиг.1 изображена схема устройства для обезвреживания ртутьсодержащих отходов, например миксер во время загрузки;
на фиг.2 - устройство во время процесса обработки отходов;
на фиг.3 - устройство во время разгрузки продукта переработки.
Устройство для обезвреживания ртутьсодержащих отходов содержит, например, миксер 1, в котором осуществляют непосредственно процесс обезвреживания отходов, загрузочное устройство 2 с подвижным лотком 3 и емкость 4 для сбора продукта переработки 5. Миксер 1 закреплен на основании 6 с возможностью вращения посредством привода 7 и опрокидывания для выгрузки продукта переработки 5. Во время процесса обезвреживания миксер 1 герметично закрыт крышкой 8.
Применение адсорбента с очень высокой удельной поверхностью, которая на несколько порядков выше, чем у частиц серы, позволяет практически полностью адсорбировать пары ртути, а затем уже адсорбированная ртуть, которая схожа с жидкой ртутью, без особых проблем взаимодействует с реагентами. Сульфат аммония, в совокупности с другими компонентами, в определенной степени выполняет ту же роль, что и подмыльный щелок в известном способе - повышает смачиваемость частиц элементарной серы. Однако, как было установлено выполненными исследованиями, подмыльный щелок резко снижает адсорбционную способность силикагеля и угля активированного, поэтому его исключили из состава обрабатывающей среды и не используют в предлагаемом изобретении. Сульфат аммония лишен этого недостатка. Кроме того, было установлено, что сульфат аммония в совокупности с другими реагентами препятствует образованию конгломератов из частиц элементарной серы, измельчающей среды, отходов и адсорбента, то есть предотвращает ее капсулирование (экранирование) другими материалами, и, таким образом, улучшаются условия ее химического взаимодействия с ртутью. Это позволяет сразу вводить элементарную серу в процесс вместе с другими реагентами, а не на втором (завершающем) этапе, как это предусматривает известный способ, и, таким образом, обеспечить проведение процесса в один этап, за одну загрузку.
Способ обезвреживания ртутьсодержащих отходов осуществляют следующим образом.
3
В устройство, предназначенное для обезвреживания ртутьсодержаших отходов, например миксер 1, первоначально загружают измельчающую среду, например крупную гальку 9 или металлические шарики, а затем реагенты 10: элементарную серу, предпочтительно молотую, силикагель или уголь активированный, 10% водные растворы хлорида железа, гидроксида натрия и сульфата аммония. Массовые соотношения вводимых реагентов к ртути: силикагеля или угля активированного 6,0-8,0:1; раствора хлорида железа 20,0-30,0:1; раствора гидроксида натрия 15,0-25,0:1; элементарной серы 4,0-6,0:1; раствора сульфата аммония (в пересчете на сухое вещество) 0,6-0,8:1. После завершения загрузок всех реагентов 10 включают привод 7 вращения и производят их перемешивание в течение 10-15 минут, то есть производят предварительную подготовку обрабатывающей измельчающей среды. После чего производят загрузку отходов, например люминесцентных ламп, каждая порция составляет одну загрузку. Количество ламп в порции и общее количество загружаемых ламп зависит от размера устройства. Так, например, для миксера объемом 2 м общее количество загружаемых ламп может составлять 1000 штук. Количество загружаемых реагентов в этом случае для обезвреживания, например, отработанных люминесцентных ламп (максимальное содержание ртути в лампе равно 0,05 г) составит: адсорбента 0,3-0,4 кг; сульфата аммония (в пересчете на сухое вещество) 0,03-0,04 кг. Каждую загружаемую порцию отходов размалывают измельчающей средой и перемешивают с находящимися в устройстве реагентами в течение 20-30 минут. В результате чего металлическая ртуть вступает в химическую реакцию с элементарной серой с образованием сульфида ртути, являющегося нелетучим, нерастворимым и малотоксичным соединением. Используемый в процессе, например, активированный уголь собирает, впитывая в себя, пары ртути, выделенные в результате обработки, а совместное использование адсорбента, сульфата аммония и элементарной серы усиливает эффект обезвреживания - нет выбросов паров ртути в атмосферу.
По завершению всего цикла демеркуризации образуется продукт переработки 5, представляющий собой не пылящую массу, который выгружают из устройства (миксера 1) в емкость 4 для сбора продукта переработки 5 и направляют на захоронение. После чего цикл обезвреживания повторяется.
Перед выгрузкой продукта переработки из устройства делают анализ на содержание ртути в водной вытяжке продукта переработки и выгрузку производят только в том случае, если в нем отсутствует ртуть. В случае наличия ртути продолжают перемешивание содержимого в устройстве без добавления какого-либо из реагентов или какого-либо количества того или иного реагента и ведут его в том же закрытом режиме, не вскрывая устройства, до полного отсутствия в продукте переработки ртути. Отбор проб воздуха вблизи устройства на содержание ртути показал полное ее отсутствие при заявленных значениях содержания вводимых в процесс компонентов. Изменение содержания компонентов ниже заявленных пределов приводит к появлению следов ртути или в продукте переработки, или в воздухе вблизи устройства.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать высокоэффективный технологический процесс переработки ртутьсодержащих отходов без загрязнения окружающей среды не только металлической ртутью, но и ее парами, выделенными в процессе обработки, за счет предварительной подготовки обрабатывающей среды и проведения переработки за одну загрузку порции отходов, например люминесцентных ламп, а также за счет использования дополнительно введенных реагентов, обеспечивающих полное обезвреживание отходов, получая нелетучее, нерастворимое и малотоксичное соединение, не выходящее за пределы устройства, подтверждая тем самым эффективность процесса.