废弃荧光灯处理武艺研讨历程
为了应对动力短少的挑唆，浪费动力和变小温室气体排放，中国当局启动了“绿色照明”工程，高效直管荧光灯、节能灯和紧凑型荧光灯渐渐代替传统白炽灯，成为照明用量最大的光源。作为天下最大的荧光灯消费国和出口国，废弃荧光灯的处理仍旧是中国都市固体废物办理面临的长时而历久成绩。
典范的荧光灯由电极、铝盖、玻璃管、稀土三基色荧光粉、汞和惰性气体及铜导电质料构成，不利物质主要包含汞、铅和砷。大大多废弃荧光灯随生存渣滓直接进入渣滓填埋场或点火厂，每年开释数百吨的汞及其化合物，严峻沾染周围土壤和地下水资源，要挟着人类的康健。但是，从资源吸收的角度而言，从废弃荧光灯中吸收铅、铝等金属所斲丧的能量比从金属矿中冶炼少 30%。别的，稀土作为不成再生资源，将成为举世紧张的战略物资，含有宝贵稀土元素（如钇、铕、铈、铽等）的荧光粉具有精良的经济效益。因此，现在各国当局均在努力于废弃荧光灯吸收处理使用武艺研讨。
废弃荧光灯没害化处理武艺
现在，国表里废弃荧光灯的处理办法主要有加硫填埋法、点火法和吸收使用法。加硫填埋法和点火法均属于传统办法，吸收使用法是基于“3R（Reduce，Reuse，Recycle）”准则，对废弃荧光灯的处理到达资源化、没害化的办法（表1）。
表 1 废弃荧光灯的不同处理办法
加硫填埋法是在填埋的历程中加硫，将不安定的汞转化为安定的硫化汞而被安稳下去，低落汞的直接危害；点火法是将废弃荧光灯作为生存渣滓直接点火。上述两种办法均不克不及彻底处理汞沾染成绩。而吸收使用法具有填埋法和点火法无与伦比的上风，不仅可以保护情况，变小沾染，并且稀土资源更是名贵的“二次质料库”，是将来提高的主流趋向，主要工艺流程见图1。
图 1 废弃荧光灯吸收处理工艺主要流程
废弃荧光灯吸收使用武艺
现在，国表里废弃荧光灯吸收使用武艺主要有拆分吸收武艺和决裂吸收武艺，此中决裂吸收武艺又分为干法吸收武艺和湿法吸收武艺（表2）。
表 2 废弃荧光灯主要的吸收使用武艺
拆分吸收武艺是先将荧光灯的冒头（或底座）等组件与灯管（灯胆）拆分开，经高速气流吹扫、蒸馏和活性炭过滤吸取后，完成了汞与荧光粉的分散吸收，该武艺能使废弃荧光灯组件的吸收率到达 99%。现在，该武艺已在德国的WEREC GmbH Berlin公司、日本 NKK公司的子公司 NKK情况、神户制钢的子公司神钢朋太克和九州电力公司的子公司丁利拉依及瑞典的MRT公司等废弃荧光灯处理公司取得使用。
决裂吸收武艺是先将废弃荧光灯整个决裂，然后通太过散装备将汞、荧光粉、金属和玻璃举行分散吸收。此中，干法吸收武艺是将荧光灯在密闭乃至真空情况下决裂，而湿法吸收武艺是基于水银可以水封保存的特性，在液下举行的决裂办法。湿法吸收武艺因接纳水作为介质洗濯决裂组分，必要含汞废水处理循环装备，本钱较高，实践工程中已很少使用。
随着稀土荧光灯产量的与日剧增，拆分吸收武艺可以好效吸收汞和荧光粉，具有精良的提超过息。但是，该武艺还存在本钱高，装备繁复等缺陷，仍必要进一步的改良。
汞的没害化武艺
荧光灯中汞的主要外形为 Hg0、Hg+和 Hg2+，还含有局部的 Hg2Cl2、HgCl2和HgO。不同荧光灯的含汞量和汞的外形存在较大差别，比如，与新灯比拟，废弃荧光灯中气态汞的含量分明变小，而含汞的化合物增多。废弃荧光灯决裂后，Hg0极易挥发，而 Hg+和 Hg2+主要与荧光粉和玻璃团结，难以分散。现在，国表里汞的没害化办法主要有浸出法、低温气化法和吸附法，主要流程如图2所示。
图2 汞的没害化主要流程
浸出法可分为水洗法、酸浸法、氧化浸出法等。基于汞可以水封保存的特性，以水为介质构成闭路循环过滤体系，使含汞废弃荧光灯决裂时排放的废气低于排放标准，这种办法汞的吸收率低。为了提高吸收率，将酸浸法使用于废弃荧光灯中汞的吸收，吸收听从固然有所提高，但耗酸量大，产生的强酸废液也难以处理。Sezen Coskun 等用NaClO/NaCl 殽杂液代替强酸浸出汞，浸出听从到达 96%，再经过复原剂 Zn 置换出Hg0，置换听从高达 99%。固然多量研讨对浸出法举行武艺改良，但其最大的缺陷是必要创建含汞废水处理厂，本钱大大增长。
有研讨发觉，即使在最佳的实行条件下，酸浸法对汞的吸收率也只能到达 36%，耗酸量大，而低温气化法在100℃下加热 1 h，汞的残留量小于 1%。为了进一步低落低温气化法的能耗，Walter等使用硼氢化钠对荧光粉举行复原处理后，再举行低温气化，汞的残留量从103mg/kg降到6.6 mg/kg。
吸附法是使用较为广泛的汞过滤办法之一。活性炭是最常用的吸附剂，对 Hg0具有一定的吸附才能，经过硫（S）的修饰作用，可以明显提高活性炭的吸附才能，但用度昂贵。经过氧化剂（如O2、O3、H2O2、HNO3和高锰酸盐等）修饰的活性炭可以增长其亲水性，有利于汞的吸附，用度明显低落，但实践样品因素繁复，必要深化的研讨。别的，Johnson等选用不同的纳米质料（如 S、Se、Ni、Zn、Ag 和 WS2）作为吸附剂对荧光灯中的汞的吸附作用举行了研讨，发觉纳米硒的吸附后果最好，吸附 1 mg 的汞蒸气，只必要 10 mg的纳米硒，其他纳米质料的用量宏大于 10 mg。但是，纳米硒不安定，其对情况和人类康健的危害有待进一步研讨。
总体来说，汞的没害化处理武艺中，浸出法是广泛使用的办法，但存在二次沾染成绩；低温气化法和吸附法处理历程中，沾染较少，但武艺还不太成熟，产业使用较少。浸出条件的优化，新型优秀吸附剂的拔取，均属于将来的抢手研讨范畴之一。
荧光粉吸收武艺
废弃荧光灯中的荧光粉主要经过物理法、化学法和综合法，完成荧光粉的分散及稀土元素的提取，终极到达废弃荧光灯的循环使用。
物理法
物理法是基于不同典范荧光粉的物理实质的差别（如密度、尺寸、外形、电位等）和相似相容原理等，经过重力作用、离心、浮选大概萃取等办法将卤磷酸钙、红粉、蓝粉和绿粉分开。依据分散办法的不同，可分为风力分选法、离心分散法、浮选法和液液萃取法。
卤磷酸钙与三基色荧光粉的密度不同，在重力作用下两者具有不同的末速率，从而告捷地将密度大的三基色荧光粉与密度小的卤磷酸钙荧光粉分散，但是此办法分散听从较低。为了提高分散听从，Hirajima等将荧光粉颗粒的尺寸和外形思索在内，接纳密度大的二碘甲烷（CH2I2，3.3 g/cm3）作为溶剂，90%白色卤磷酸钙进入表层悬浮液被吸收，三基色稀土荧光粉进入底层，吸收率和牛顿分散听从分散到达 97.34%和 0.84，吸收率大大提高，并且CH2I2的吸收率高达99.8%。为了进一步将三基色荧光粉（红粉、蓝粉和绿粉）分开，Hirajima从浮选角度对荧光粉的分散做了进一步的研讨，发觉当质料所带的电荷与捕收剂相反时，两者之间的吸附取得加强，在不同 pH 值条件下，卤磷酸钙、赤色、绿色和蓝色荧光粉有不同的 Zeta 电位，以十二烷基醋酸铵（DAA）、十二烷基硫酸钠（SDS）和油酸钠（NaOI）为捕收剂，此中以 SDS作为捕收剂时，白粉、红粉、绿粉和蓝粉的吸收听从均可到达 90%以上，但牛顿听从和纯度较低。为了提高红粉、绿粉和蓝粉的纯度，Akira Otsuki等接纳液液萃取法在碱性条件下分散人工构成的荧光粉，使用螯合剂2-噻吩甲酰三氟丙酮（HTTA）将蓝粉萃取到表层的庚烷天然相中，红粉则在克制剂四水酒石酸钾钠（PST）的作用下保存在水溶液中，绿粉则进入表层的氯仿天然相中（图 3）。这种办法使蓝粉、绿粉和红粉三者的吸收率分散到达 98.7%、74.1%和76.0%，纯度分散到达 94.6%、94.1%和 96.9%，但该工艺天然溶剂使用量大，必要后续处理，本钱较高。
图3 液液萃取工艺流程
化学法
化学法是基于一定的化学反响（如氧化复原反响、络合反响、化合反响和沉淀反响等），终极分散取得单纯荧光粉大概稀土的办法。现在，国表里主要有酸浸法、沉降法、碱熔法和电位法等。
基于强酸能浸出大局部金属离子的实质，产业上常用酸浸法吸收废弃稀土荧光粉中的稀土元素。Zhang 等以盐酸作为浸出剂（图 4）， 经过两步酸浸法吸收稀土三基色荧光粉中的 Y、Eu、Ce和 Tb。杨幼明等接纳盐酸法从稀土荧光粉废物中提取稀土元素后，接纳碳酸钠焙烧法提取废渣中较难浸出的Ce、Tb，最初经过中和法对酸浸液举行除杂。经过比力盐酸、硝酸和硫酸3种浸出剂，李洪枚以为硫酸对废稀土荧光粉中的稀土的浸出率较高。解科峰等接纳氨水—草酸组合沉淀法，经过低温锻烧取得形貌为片层布局的高纯度立方晶系 Y2O3。为了处理酸浸法耗酸量大的成绩，Wu 等以 Na2O2作为提取剂，颠末低温煅烧，取得的终极产物为 NaYO2、CaO、La2O3、Tb4O7、Ce2O3和Na4SiO4，且吸收率均凌驾 99.5%。别的，杨剑等接纳选择性氧化复原法从废弃稀土荧光粉中吸收 Y、Eu，颠末一系列的步调，终极取得了品格较优的Y2O3和Eu2O3产物。
图4 两步酸浸法工艺流程
综合法
综合法是会聚不同分散提取办法的优点而构成的一种繁复的分散提取办法。Rabah 等在酸浸法的基本上，使用天然溶剂萃取、乙醇分散和H2热复原等历程完成稀土元素的资源吸收，直接制备出金属 Y 和 Eu。为了克制酸浸法耗酸量大，能耗高等缺陷，在酸浸之前Tan等经过球磨机机器研磨荧光粉，使荧光粉的尺寸从20.65 μm减小 7.20 μm，比外表积增长 13倍，酸浸反响所需的活化能由52.82 kJ/mol低落到10.96 kJ/mol，大大变小了酸的动力斲丧。Shimizu等接纳超临界 CO2萃取法从废弃稀土荧光粉中吸收稀土，将废弃荧光粉溶于磷酸三丁酯（TBP）、硝酸和水的殽杂液，在超临界CO2的作用下，温度和压力分散控制在 333 K和 15 MPa，静态萃取 2 h，Y和 Eu的萃取率分散到达 99.7%和 99.8%，以磷酸盐情势存在于萃取液中的 La 和 Ce 则经过萃取法进一步分散。该工艺经过超临界条件大大提高了萃取听从，分散后的 CO2在常压下气化，易与溶剂快速分散，但该办法利用条件严厉，需斲丧多量CO2，宁静系数低。
固然红粉仅占荧光粉的 20%，但其吸收代价很高。David等使用多功效性离子液体交换有沾染的浸出剂（如 HTTA、DAA等），发觉了一种绿色环保的提取红粉的新办法，主要流程见图 5。这种办法选择性极高，取得的红粉纯度可以到达 99.9%，而使用代价不高的卤磷酸钙荧光粉的含量还不到 0.05%。整个历程只需斲丧草酸，离子液体可以反复使用，并且没有多余的沾染物（除CO2）产生，分明变小了处理本钱。
图5 多功效性离子液体提取红粉流程
不同分散提取办法比力
经过比力荧光粉的不同分散提取办法发觉（表 3），物理法办法简便，易于利用，本钱相对较低，但是这种办法只能将卤磷酸钙荧光粉与三基色荧光粉分开大概是将红粉、蓝粉、绿粉分散，没有提取稀土元素或其氧化物，产物的使用代价较低，属于不彻底的提取办法。而化学法和综合法的分散较彻底，产物为纯度较高的金属大概金属氧化物，可以直接作为原质料举行产业消费。
表3 不同提取办法的比力
总之，现在固然已对废弃荧光粉的资源化举行了多量研讨，但仍存在很多成绩。比如，研讨中所用的废弃荧光粉，大多为人工构成的大概仅仅是几品种型灯用荧光粉的殽杂物，而实践的废弃荧光粉因素愈加繁复，纯化愈加困难；吸收武艺大多处于实验阶段，存在二次沾染，经济效益低，产业化困难；处理历程中仍有废气、废液、废渣等沾染物的产生，吸收处理的武艺标准不够完满；现在对红粉中 Y、Eu 的吸收研讨相对较多，缺乏对其他稀土元素（如Ce、Tb）和常量元素（如Al、Ba等）吸收武艺的研讨。因此，废弃荧光粉将来的研讨朝向主要为：1）改良分散提纯的办法，开发高效的萃取剂或提取剂；2）创建完满的吸收处理的武艺标准；3）研讨多种元素的分散提取办法；4）绿色环保的资源化工艺是将来提高的趋向。
结 论
随着荧光灯使用数目标日益增长以及举世可持续提高战略的实行，废弃荧光灯的资源化和没害化处理以前成为举世广泛眷注的成绩。笔者以为废弃荧光灯的资源化历程中，还存在如下成绩，废弃荧光灯分类搜集困难，处理本钱较高，吸收使用率较低，大多武艺研讨仍处于实验阶段，产业化消费另有一定的困难。发起以下 5个方面值得思索：1）提高群众的环保熟悉，促进废弃荧光灯的分类搜集；2）创建完满的废弃荧光灯吸收处理的武艺标准；3）研讨新型的吸附质料（如纳米质料）对汞举行没害化处理，具有精良的提超过息；4）进一步研讨新的萃取剂、改良萃取分散武艺，优化浸出、沉淀等反响条件，变小二次沾染；5）绿色环保的提取稀土办法（如离子液体法）是将来的主要提高趋向，必要进一步深化研讨。因此，废弃荧光灯的资源化处理照旧各国面临的严厉成绩，处理废弃荧光灯管资源化处理的武艺瓶颈成绩，进而促进稀土资源的循环使用，也好效地变小了情况沾染，体现了可持续提高的提高理念，切合当今天下的提低潮水。（责任编纂 祝叶华）
基金项目：环保公益性行业科研专项（201509054）
参考文献（略）
本文作者：李鹏辉，邹晓燕，张洪武
作者简介：李鹏辉，中国封建院都市情况研讨所，博士，研讨朝向为固体废弃物资源化；张洪武（通讯作者），中国封建院都市情况研讨所，研讨员，研讨朝向为纳米质料生物成像使用。
注：本文公布于《科技导报》2018 年第13 期，敬请眷注。
