浅析干法处置废弃含汞荧光灯

刘晓东

（上海钛波贸易有限责任公司，上海201206）

浅析干法处置废弃含汞荧光灯

刘晓东

（上海钛波贸易有限责任公司，上海201206）

荧光灯给人们带来便利的同时，内部所含汞也污染着人们的生存环境，为控制和改善荧光灯汞污染，各国政府及企业已开展大量工作。重点分析了具有代表性的瑞典MRT公司干法处置废弃含汞荧光灯工艺。我国作为荧光灯制造大国和使用大国，建立一个系统化、高标准的废弃荧光灯回收处置体系是非常必要的。

废弃荧光灯;汞污染;干法处置

日常使用的日光灯和节能灯都属于荧光灯，1938年，美国通用电气公司发明第一只荧光灯。与传统白炽灯相比，荧光灯具有明显优势：节能，同样亮度比白炽灯节能70%；寿命长，是白炽灯8～10倍；更能美化家庭装饰；荧光灯技术给显示器行业带来革新，当下平板电视与显示器背光源95%以上是荧光灯。因自身优势，荧光灯产业在短短77年取得巨大发展，全球85%荧光灯产自中国，根据监测数据：2013年我国荧光灯产量44亿只，荧光灯产业的发展增加了中国经济总量。

荧光灯虽具有一系列优越性，但荧光灯内含有汞，一种有毒重金属，汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。荧光灯作为一种气体放电灯，汞是其必备物料，按照我国目前荧光灯制造技术，异型灯含汞量3～5 mg，直管型灯含汞量5～10 mg。据照明协会统计，2011年照明行业用汞量57 t，生产和报废过程汞挥发高达30 t，荧光灯汞污染已成为当今全球性环境问题。

1 荧光灯汞污染控制现状

为减少环境污染，欧盟规定，从2013年起紧凑型荧光灯（小于30 W）含汞量不超过2.5 mg；美国要求紧凑型荧光灯（小于25 W）含汞量不超过4 mg；同时，瑞典、德国、日本已建立科学完善废弃荧光灯回收处置体系；中国政府也迈出了治理荧光灯汞污染步伐[1]，2001年我国发布了危险废物污染防治技术政策，鼓励建立废弃荧光灯收集体系和资金机制，鼓励重点城市建设区域性废弃荧光灯回收处置设施[2]；2008年我国修订的《国家危险废物名录》规定废弃荧光灯为危废（HW29），鼓励将工业、办公、生活产生的废弃荧光灯按照危险废物进行管理[3]，2013年我国逐步降低荧光灯含汞量路线图发布。

从废物资源化利用考虑，众多企业已开展大量工作，资源化技术不断进步，一直以来废弃荧光灯处置技术主要有湿法工艺和干法工艺。湿法工艺通过洗脱玻璃上荧光粉而回收汞，在荧光灯回收处置的早期工艺中使用较多，汞回收率高，但处置过程中容易产生二次污染，我国湿法处置项目以苏南固废处理有限公司为代表。干法工艺主要指通过对各种形状荧光灯直接破碎、分离、蒸馏回收汞，随着制灯工艺与干法处置技术的进步，干法工艺变得紧凑、操作简单，并且有效地控制了二次污染，目前干法工艺已成为潮流，瑞典、美国、德国、日本均有各自干法工艺。

2 干法处置废弃含汞荧光灯技术

干法处置废弃荧光灯工艺中最具代表性的是瑞典MRT公司直接破碎、蒸馏汞工艺。MRT公司是世界上最大干法处置废弃荧光灯设备供应商，包括中国在内的全球主要照明公司及环保公司均使用该公司干法工艺。

2.1干法处置废弃含汞荧光灯流程

MRT干法工艺主要有破碎系统、分选系统、负压系统、过滤系统、蒸馏系统5个主要系统构成，系统之间工作原理如图1所示。

图1 破碎、分选、负压、过滤、蒸馏系统工作原理图

2.1.1破碎系统

荧光灯可分成直管灯和含塑料组异型灯两大类，是否合理地对各种灯破碎决定了后续分选是否彻底。为此工艺设计前后两级破碎系统。

一级破碎，直管灯被破碎成玻璃、灯丝、灯头三部分；异型灯被破碎成玻璃、灯丝、塑料组（含PCB、灯头、塑料件）三部分。

二级破碎，直管灯灯头经过此系统，不做破碎；异型灯塑料组过此系统被破碎成PCB+灯头和塑料件两部分。

一级是螺杆破碎，破碎玻璃；二级是齿轮破碎，破碎异型灯塑料组。两级破碎对破碎效果是有特定要求的，各种灯经过一级螺杆破碎后，碎玻璃必须似圆形且直径1.5 cm左右，为此设计螺纹间距17 cm、螺杆总长度320 cm、转速度30 r/min。

2.1.2分选系统

两级破碎使灯各组成部分互相脱离，继而为分选各组成部分创造条件。工艺设计有以下3个分选系统。

（1）滚筒筛选。直管灯经一级破碎而脱离的玻璃、灯丝、灯头经过滚筒将被分成玻璃与灯丝路径、灯头路径；异型灯经一级破碎而脱离的玻璃、灯丝、塑料组经过滚筒将被分成玻璃与灯丝路径、塑料组路径。

（2）磁分选一。任何灯经滚筒后总有一条玻璃与灯丝路径，根据灯丝磁性特点，对此路径设计磁分选一，分选出灯丝并剩下纯净玻璃。

（3）磁分选二。经过二级破碎的直管灯灯头被磁分选二选出；异型灯塑料组经二级破碎产生PCB+灯头和塑料件两部分，过磁分选二PCB+灯头被分选出，并剩下纯净塑料件。

滚筒筛选是磁分选的前提，而滚筒又是滚筒筛选的核心器件，为彻底将玻璃与灯丝筛出，使第二路径组成部分纯净，根据破碎玻璃形状、大小，整个滚筒侧面设计开孔结构，圆形（直径2 cm），孔间距2.5 cm，转速度25 r/min。

2.1.3负压系统

任何工艺最终目的是要回收汞，那么干法工艺在哪个环节有效回收汞呢？

荧光灯玻璃内壁涂有一层白色层，按现在工艺此层为稀土荧光粉；作为气体放电灯，荧光灯内必定含定量液汞或固汞：部分汞附在荧光粉上，部分汞自由态存在；荧光粉在玻璃管破碎瞬间或者碎玻璃摩擦过程中，会从玻璃上脱落。所以在破碎及筛选过程中，会产生荧光粉、碎玻璃粉和自由态汞。

干法工艺设计有负压通道，通道直接连接破碎和分选系统，在通道内一定负压前提下，破碎及分选过程一旦产生荧光粉、碎玻璃粉和自由态汞，它们将被负压吸走。负压通道是回收破碎分选过程粉尘及汞的关键，需要合理设计气流方向和各点负压值，通常为圆形通道（直径10 cm）负压值在-2 000～-5 000 Pa。

2.1.4过滤系统

设备工作过程负压通道内持续流动着荧光粉、玻璃粉及自由态汞混合粉，考虑到荧光粉再利用价值，通道内设计两个过滤系统：旋风过滤和布袋过滤。因为荧光粉和玻璃粉比重有差别，混合粉通过前级旋风过滤玻璃粉首先被沉降、收集，然后荧光粉在后级布袋过滤被吸附、收集。经测试，旋风过滤收集粉95%是玻璃粉，布袋过滤收集粉95%是荧光粉。

“负压系统”中提到，汞依附在荧光粉和自由态上存在，经测试搜集粉含汞量可推断，混合粉被前后过滤、搜集的同时，汞也被搜集掺和在两种粉中，两种粉尘中含汞多少取决于灯已照明时间长短和含液汞或固汞。

为高纯度并彻底搜集玻璃粉及荧光粉，过滤器设计是关键，比如过滤荧光粉选择32只布袋过滤，每只布袋过滤面积5 m2，滤袋长135 cm。

2.1.5蒸馏系统

汞最后如何被分离出来？汞在常温、常压下以液态存在，沸点356.6℃；而荧光粉和玻璃粉开始熔化温度至少600℃以上，气化温度更高。根据这一特性，MRT公司针对含汞混合物蒸馏系统，以及不同含汞物质特性，蒸馏系统有对应温度曲线；同时为加快汞挥发，蒸馏系统内设计震荡压力氮气循环。比如蒸馏系统内荧光粉或者玻璃粉选择温度曲线：最高温度550℃、总共12 h，设置震荡压力50～595 mbar，氮气循环可将汞蒸馏出来（如图2），蒸馏出的汞蒸气进入一个-6℃环境转化成液态单质汞被收集，被蒸馏过的荧光粉可二次利用。

图2 蒸馏系统内氮气压力、蒸馏温度曲线参考

2.2系统二次污染控制

2.2.1我国控制二次污染法规

废弃荧光灯作为一种危险废物，对于处置设备的评估既要求能够将荧光灯合理资源化，更重要的是处置过程不能产生二次污染。我国对于废弃荧光灯处置工艺有明确标准[4]：衡量产出物的危险废物鉴别标准GB 5085.3—2007[5]；监测工作环境的职业卫生标准GBZ2.1—2007[6]；监测设备大气排放的大气污染物综合排放标准GB16297—1996，从多方面对处置工艺逐一做出衡量。例，国内某干法处置项目环评数据，产出物浸出液测试含汞标准上限是0.1 mg/L，实际生产中玻璃含汞量是0.001 44 mg/L，灯丝含汞量是0.001 84 mg/L，灯头含汞量是0.004 4 mg/L，蒸馏后荧光粉含汞量是0.000 21 mg/L；工作环境含汞及汞化合物标准上限：PC-TWA是0.02 mg/m3，PC-STEL是0.04 mg/m3，实际生产车间：PC-TWA是0.001 mg/m3，PC-STEL是0.003 mg/m3；大气排放中汞及汞化合物标准上限是0.012 mg/m3，实际排放尾气中含汞量是0.001 3 mg/m3。比对上述数据发现，各含汞量数据远远安全于对应标准的上限值，干法工艺作为一种处置危废荧光灯的工艺，各项要求只有在设计时高于标准，才能确保实际运行中对二次污染的有效和长期控制。

2.2.2干法工艺控制二次污染设计

（1）为减少汞蒸气散发到工作环境的可能性，干法工艺通过确保处置设备与装载荧光灯容器过程中密闭性来实现。装载荧光灯容器从收集灯管现场关闭到容器准备上设备卸料，整个中间过程无需任何打开动作，装载容器和设备上料容器是同一个；而且为避免容器在卸料过程中汞蒸气散出，设备提升容器、开启容器、卸料、关闭容器与放下容器均是自行完成且过程密闭。通过上述操作流程，工艺避免了汞蒸气在破碎前及破碎过程散出来的可能性。

（2）系统设计两道载银活性炭过滤来净化尾气中可能的汞蒸气。负压通道内持续流动着含有自由态汞的混合粉，因汞的特性在常温下可蒸发成汞蒸气，所以总有极少量汞蒸气随气流透过过滤布袋，据推算蒸气汞占汞总量百分之一以下。设备为控制汞蒸气随尾气一同排入大气，在布袋过滤后设计两道载银活性炭过滤，确保尾气达标。

（3）负压通道合理负压前提下，荧光灯所含汞随两种粉被吸入负压通道，确保各种产出物含汞量达标。曾担心玻璃、灯丝等，通过筛选、磁分选到最后搜集，每种物料含汞是否超标？试验发现负压通道负压值在-2 000～-5 000 Pa，自由态汞和荧光粉将被吸入负压通道；同时对玻璃、灯丝等产出物含汞量测试，证实含汞达标，这也是产出物可以直接市场销售必要前提。

2.3干法处置工艺中的几个问题

整个工艺流程没有水或任何溶液的参与，紧扣了干法的设计理念；属于危废的荧光灯经过破碎、分选、过滤到最后的汞蒸馏，成为市场上可直接销售的多种原料，诠释了废物资源化的含义，整个过程没有产生二次污染。

结合实际干法处置项目运行经验，工艺需要改进以下方面。

（1）塑料组经第二级破碎后的组分经分选，最后的PCB和灯头是在一起被磁分选出，是否可以通过技术手段将PCB和灯头分开。

（2）通过对干湿工艺产出物料含汞量测试比对，如玻璃，湿法工艺要更少于干法工艺。

（3）干法工艺为净化尾气中混有少量汞蒸气，使用了载银活性炭过滤，且目前此处活性炭均不可重复使用，虽然在MRT设备中，载银活性炭效用为2年更换一次，但在设备寿命周期中需要考虑定期更换，且回收处置。工程师们曾考虑可重复使用活性炭，但由于3～5倍的高成本而望而却步。

（4）目前欧美干法工艺较成熟，国内引进一条干法处置废弃荧光灯线，但综合成本达到上千万元。

3 我国处置废弃荧光灯企业业的发展现状

我国有13亿人口，据估算，到2020年荧光灯需求量可达25亿只，所以无论从荧光灯制造大国还是使用大国考量，全国各地拥有科学、完善、高效运行废弃荧光灯处置资源化系统是必要的，我国已经开始废弃荧光灯回收处置工作。目前，北京、上海、江苏、浙江、广州等已开始建立废弃荧光灯处置资源化中心，比如照明企业PHILIPS、OSRAM、GE、亚明、雷士、TOPSTAR均建立了干法处置废弃荧光灯中心，对各企业每天产生的1～2 t废弃荧光灯资源化处置。

中国某荧光灯制造基地，自2005年以来，荧光灯产量占我国总产量的三分之一。荧光灯产业给当地创造巨大经济总量的同时，因大量废弃荧光灯所含汞挥发、流失于环境，给当地土壤和水资源造成严重污染，据不完全统计，自2005年，当地每年废弃荧光灯总量3 000 t以上。面对严峻环境问题，由政府牵头、联合当地规模企业共同投资2 800万元建立了服务于当地照明企业的干法处置资源化废弃荧光灯中心，形成年可处置3 000 t含汞废弃荧光灯规模。通过3年努力，中心从开始筹建到2014年，处置量达2 800 t，危废的荧光灯直接转化成可使用原材料，直接创造经济价值600万元，且换来了土壤和水环境的改善。

近年来各地大型环保企业也纷纷加入治理废弃含汞荧光灯大军，如深圳龙善集团、上海电子废弃物交投中心、江苏苏南固废处理有限公司、北京生态岛科技有限责任公司，均建立了荧光灯回收处置线，除苏南固废处理有限公司采用湿法工艺外，其余均采用干法工艺。各地照明企业、国家机关及企事业单位、机场、车站、商场、运动场馆等都是集中产生废弃荧光灯的地方，借助社会力量进行废弃荧光灯知识宣传，回收总量逐年递增，2014年各自处置量在几百吨到一两千吨不等。

[1]危险废物污染防治技术政策[R].环发[2001]199号.

[2]国家危险废物名录[S]，2008.

[3]中国逐步降低荧光灯含汞量路线图[S]，2013.

[4]GB 5085.3-2007.危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别[S].

[5]GBZ 2.1-2007.中华人民共和国国家职业卫生标准[S].

[6]GB16297-1996.大气污染物综合排放标准[S].

Analysis of dry disposal technology for waste fluorescent lamp containing mercury

LIU Xiaodong
（Techimport Int'l LLC,Shanghai 201206,China）

Fluorescent lamp brings convenience,at the same time the mercury contained pollutes the living environment.In order to control mercury pollution of fluorescent lamp,many countries and enterprises have done a lot of work.This paper focused on Sweden MRT company dry disposal technology that is representative for disposing waste fluorescent lamp containing mercury.As a main country of fluorescent lamp manufacture and consumption,China is now building systematic and high standard system for recycling and disposing waste fluorescent lamp.

waste fluorescent lamp,mercury pollution,dry disposal

X705

A

1674-0912（2015）04-0035-04

2015-03-02）

刘晓东（1978-），男，江苏人，学士，工程师，专业方向：废弃电器、电子产品资源化处置工艺。