Оборудование для переработки батареек, аккумуляторов, люминесцентных ламп и других ртутьсодержащих отходов

Среди актуальных проблем экологии важное место занимают вопросы, связанные с загрязнением окружающей среды ртутью и ее соединениями. Это обусловлено, с одной стороны, широким использованием и периодическим выходом из строя разнообразных ртутьсодержащих изделия (люминесцентных и ртутных ламп), например на предприятиях, в быту, транспорте, учебных заведениях и т. д. Проблема предотвращения загрязнения ртутью окружающей среды во многом определяется эффективность технологий, которые используются для обезвреживания и переработки ртутьсодержащих отходов. Руководство России придает большое значение проблеме энергоемкости и энергосбережения во всех областях государственного хозяйствования: промышленности, сфере услуг, жилищном секторе. В настоящее время наблюдается рост использования ртутных ламп в производстве и быту, который обусловлен исключительной особенностью ртутных источников света: их световая отдача достигает 100 лм/Вт при низкой рабочей температуре и сроке службы до 40 тысяч часов. Эти значения в десятки раз превышают соответствующие параметры ламп накаливания. Учитывая постоянный рост стоимости мировых энергоресурсов, легко понять, что в ближайшее время альтернативы люминесцентным лампам нет. Поэтому они также называются энергосберегающими. Энергосберегающая ртутьсодержащая люминесцентная лампа (ЭСРСЛ) – газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Основной частью ламп является ртуть (свечение создается от электрического разряда в парах металла).

В состав люминесцентной лампы входит стеклянная колба (обычно покрыта слоем люминофора – вещества, способного светиться, под действием внешних факторов, в частности под воздействием УФ излучения электрического разряда). При производстве ламп колбы подвергаются термо-вакуумной обработке; в колбу закачивается инертный газ при давлении 2,5мм ртутного столба, насыщенный парами ртути. С торцов колба закрыта алюминиевыми цоколями. Внутри лампы находятся вольфрамовые спирали, медно-никелевые выводы и латунные штырьки. Общее содержание металлов (включая оловянно-свинцовый припой и свинцовое стекло) – 2-4%. Из органических компонентов в состав ламп входят мастика и гетинакс (слоистый пластик на основе бумаги, пропитанной синтетической смолой; обладает высокими электроизоляционными и механическими свойствами). Ртутные лампы относят к отходам первого класса опасности и самостоятельная утилизация таких источников света не допустима. В зависимости от мощности данный вид ламп содержат до 20-50 мг ртути, поэтому самостоятельная утилизация таких источников света не желательно. Не допускается временное хранение ртутных ламп под открытым небом, а так же в местах, где к ним могут иметь доступ дети, хранение ламп без тары или в мягких картонных коробках навалом, хранение ламп на грунтовой поверхности. Несмотря на огромное количество имеющихся в литературе сведений о разнообразных способах утилизации люминесцентных ламп, существует лишь два принципиально различающихся метода – химический и термический. Все остальные методы являются вариантами исполнения двух основных.

амальгамирование;
высокотемпературный обжиг;
термические методы;
химико-металлургические методы.

При амальгамировании жидкую ртуть превращают в полутвердые амальгамы с помощью неорганических материалов (титан, медь, цинк, серебро, золото). В результате снижается выделение паров ртути. Широкого распространения данный метод не получил. Высокотемпературный обжиг заключается в обжиге отходов, содержащих ртуть и органические компоненты (с очисткой отходящих газов от паров ртути). Термические методы заключаются в прогревании или прокаливании отходов в установке, приспособленной для испарения ртути и последующей конденсации паров ртути, либо в прямой дистилляции ртути с целью ее регенерации.

Метод «сухой» химической демеркуризации

Сущность метода заключается в тонком измельчении и многократном перетирании осколков люминесцентной лампы стальными валками в герметичной дробилке в присутствии избытка тонкодисперсной серы при повышенной температуре. В результате процесса получается тонкоизмельченная смесь стеклобоя, люминофора, серы и сульфида ртути. Получаемый отход не содержит свободной ртути, относится к 4 классу опасности и может быть захоронен на полигоне ТБО. В РФ известно, об одной такой установке, исправно работавшей с начала 90-х годов. Современные установки Экотром-2 и Экотром-2У.

Метод «мокрой» химической демеркуризации (иногда называемый «гидрометаллургическим»)

Сущность метода заключается в обработке раздробленных люминесцентных ламп химическими демеркуризаторами с целью перевода ртути в трудно растворимые соединения, как правило, сульфид ртути. В качестве демеркуризатора чаще всего используются растворы полисульфида натрия или кальция.

Вариантом метода является проведение процесса в специально доработанной бетономешалке, при этом помимо растворов демеркуризаторов в реакционную массу добавляется также цемент. Основным отходом такого процесса являются затвердевшие массы, содержащие связанную ртуть в виде сульфида. В РФ известно, по крайней мере, о нескольких таких установках, работавших в разные годы в нескольких регионах. В связи с отрицательным заключением экологической экспертизы такие установки больше не применяются.

Метод термической демеркуризации

Метод основан на дистилляции ртути из смеси стеклянного и металлического лома при температуре выше температуры кипения ртути (357°С) при атмосферном давлении (либо в условиях незначительного разрежения) с последующей конденсацией ее паров в охлаждаемой ловушке. Метод положен в основу установок типа УДЛ (ВНИИВМР) и типа УДМ, УДМП (НПК «Меркурий», Чебоксары).

Метод термовакуумно-криогенной демеркуризации

Сущность метода заключается в нагревании измельченных люминесцентных ламп в условиях глубокого вакуума с последующим вымораживанием испарившейся ртути в криогенной ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Применение глубокого вакуума позволяет с одной стороны понизить рабочую температуру процесса, с другой стороны – увеличить интенсивность испарения ртути. Метод реализован в малогабаритных установках типа УРЛ-2М (ФИД - Дубна) и является в настоящее время наиболее популярным в России.

Метод вибропневматического разделения

Метод основан на вибропневматическом разделении ртутных ламп на главные составляющие: стекло, металлические цоколи и ртутьсодержащий люминофор. Очищенные от ртути стеклобой и металлические цоколи (алюминиевые и стальные), а также ртутьсодержащий люминофор используются как вторичное сырье. Данный метод нельзя считать самостоятельным методом демеркуризации, так как он приводит к возникновению ртутьсодержащего отхода (люминофора), требующего в свою очередь термической обработки для выделения из него ртути. Однако данный метод используется достаточно широко; в частности, работая в паре с термической установкой, вибросепаратор позволяет резко улучшить общую технологичность и экологичность процесса, за счет использования термической установки в оптимальном режиме.

Промышленные и бытовые отходы классифицируются по степени вреда для здоровья человека, ущерба наносимого природе и степени обратимости последствий чрезмерного их накопления для экологии. Классы отходов установлены Федеральным законом «Об отходах производства и потребления» 1998 г, Приказом МПР РФ «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» и изменениями к Закону, вступившими в силу в 2015 году. 5 классов отходов в соответствии с законодательством РФ

Чрезвычайно опасные, очень высокой степени влияния на окружающую среду. Их накопление приводит к необратимым экологическим изменениям, невосстановимым со временем. Это такие вещества, как бензопирен, ртуть, фтороводород, полоний, таллий, плутоний, оксид и соли свинца, ряд других. Опасные, высокой степени воздействия. Приводят к сильному нарушению экологического баланса, с периодом восстановления от 30 лет и выше после устранения источника загрязнения. Это бор, кадмий, ДДТ, литий, мышьяк, свинец, нитриты, цианиды, хлор и др. Умеренная опасность для экологии, с восстановлением от 10 до 30 лет после ликвидации источника. Это относится к металлам, нитратам, фосфатам, этиловому спирту и др. Малоопасные, низкой степени воздействия и периодом ликвидации от 3 лет. Хлориды, сульфаты и ряд других соединений. Практически не опасные, не вызывают нарушений в экосистеме.

Классификация отходов по происхождению

Классификация коррелируется с происхождением мусора в различных отраслях хозяйства и в быту. Отходы 1-3 классов образуются в результате промышленной производственной деятельности. В перечень входят масла, шламы, щелочи и кислоты.

Из бытовых 1 класс представлен такими изделиями и субстанциями, как пентилхлоридфениловые отработанные конденсаторы и трансформаторы, содержащими ртуть изделиями и приборами, минеральными и синтетическими маслами, ломом и волокном асбеста, асбестовой пылью.

2 класс представляет освинцованный кабель, отработанные и бракованные свинцовые аккумуляторы, кислоты, щелочи и остатки свинца.

3 класс составляет никелированный провод, ацетон, промасленный обтирочный материал и песок, шлам нефтесодержащих металлических емкостей.

К 3 и 4 классам относятся строительный мусор. Сюда входят опасные вещества, применяемые в строительстве, а также различный строительный мусор: кирпичный и плиточный бой, стекло, щебень, древесные остатки, раствор, тара лаков, красок и других материалов.

ТКО, как правило, относятся к 4 и 5 классам. Они образуются в общественных местах: торговых и транспортных учреждениях, учебных и административных зданиях, в жилом секторе. Сюда же относится крупногабаритный мусор, пищевые остатки.

Малоопасными считаются: бытовой и строительный мусор, битум, отработанные покрышки бетонная и шлаковатная пыль, осколки кирпича и рубероида, навоз, табачная зола.

К практически неопасным (5 класс) причисляют щепу, стружку и опилку древесную, деревянную тару, ячную скорлупу, бумажную резку и штамповку, кусковой гипс и цемент, отработанные абразивные круги, несортированный металлолом, пластиковая тара и полиэтилен, электрические лампы накаливания, отходы кабелей, не перечисленные выше, мусор от уборки территории.

Морфологический состав ТБО

В общей массе твёрдые коммунальные отходы являются гетерогенной смесью компонентов с разными физическими свойствами, габаритами и химическим составом. Морфология ТКО меняется со временем года и имеет существенные различия в зависимости от типа и расположения населённого пункта, качества и характера жилого фонда, климата и времени года.

Усреднённое разделение ТБО по фракциям

Пригодная для переработки фракция бытового мусора в среднем равна 40% и сильно разниться по регионам: Москва — 55%, Оренбург — 30%, Пермь — 67%. Специфика России — предельно малая доля раздельного сбора отходов. Из-за этого значительная часть потенциального вторсырья из мусорной массы не пригодна к дальнейшей переработке. Сортировка способна решать эту проблему лишь частично. В отходах можно выделить следующие фракции, в процентах по массе:

• пищевые отходы — 20-50%; • макулатура — 9-26%; • полимерные материалы — 10-25%; • стекло — 5-20%; • металлы, черные и цветные — 2-6%.

Приведенные данные лишь примерно отображают ситуацию в среднем по стране. Кроме региональных и климатических различий, важно и время проведения исследований. С развитием технологий производства массовых товаров и их упаковки состав ТКО претерпевает значительные изменения. Тенденции к росту имеют бумажная и полимерная фракция, это обуславливается постоянным ростом массового потребления.

Химический состав ТБО

Химический анализ массы органических твёрдых бытовых отходов характеризует их как неплохой источник сельскохозяйственных удобрений, благодаря обилию азота, кальция, фосфора. Но часто за счет присутствия тяжелых металлов и химикатов в одном ведре и отсутствия раздельного сбора такие отходы использовать в сельском хозяйстве нельзя. Органическая фракция может составлять до 80% сухой массы и включает:

• зольности — до 44%; • углерода — до 39%; • кальция — до 5,7%; • азота — до 2,7%; • калия — 1,1%; • фосфора — 0,8%.

Распределение отходов по размеру и плотности

До 90% ТКО представлено размером частиц 300 мм. С учётом этого проектируются технологии сортировки, измельчения и переработки. Важной фракцией является размер 200-80 мм — в этом диапазоне размеров лежит такой потенциальный источник вторичного сырья, как металлическая, пластиковая и стеклянная тара. Размер частиц отходов пищи — в основном, менее 60 мм. Отходы проходят отсев через сита различного диаметра, доля непригодного к использованию отсева может составлять около 30%.

В хранении, транспортировке и переработке имеет значение гравиметрическая плотность, называемая также насыпной массой. Для городских отходов этот показатель составляет примерно 0,15 т на м3. Исследования показали, что это число непрерывно уменьшается со временем — доля лёгких материалов в общей массе растёт быстрее, чем относительно тяжелых. Теплотворная способность и влажность

Уменьшение плотности напрямую связано с ростом другого показателя: теплотворной способности. Возрастающая доля бумаги и пластика напрямую повышает её. Среднее значение составляет 2000 ккалкг и также неуклонно повышается со временем.

Для сушки и других технологических процессов важна влажность исходного сырья. Этот параметр подвержен значительным сезонным колебаниям и зависим от климата, может составлять 40-58%. Основной источник влажности — отходы пищевые. Если брать её отдельно для этой группы — значение составляет 60-70% зимой и весной до 85 в летне-осенний период.

Для эффективности складирования, захоронения, перевозки и утилизации нужно учитывать все перечисленные величины с привязкой к конкретному населённому пункту или региону. Знание состава ТКО поможет грамотно организовать бизнес по переработке, сделать его рентабельным и экономным.

Технологии, оборудование, контейнеры для сбора и переработки использованных бытовых батареек

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎