一種鋅汞齊顆粒及其製備工藝和用途的製作方法

2024-02-05 01:56:15

專利名稱：一種鋅汞齊顆粒及其製備工藝和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態汞合金材料，尤其涉及一種鋅汞齊顆粒及其製備方法和用途。
背景技術：
汞是螢光燈內不可缺少的工作物質，大量實踐表明只有當汞釋放出253. 7nm這個特定波長的紫外線時，螢光燈才能獲得最高的發光效率，而獲得該紫外線的最佳蒸氣壓值為Ph = 0. SPa0隨著溫度的升高，汞蒸氣壓也會升高，更多的紫外輻射被汞自吸收，因而降低燈效，減少了光輸出。
傳統的螢光燈制燈工藝是引入液汞，由於注入液汞時無法精確控制汞量，導致燈內汞含量過多，一方面過量的汞會導致汞斑，另一方面對制燈環境及使用環境造成更多的汙染。目前普遍認同的是使用汞齊的方式，將液汞以固體合金形式引入螢光燈內，合金釋放出汞蒸氣，達到與液汞相同的功效。現有的汞齊製備工藝大致可分為兩大類，一類是熔融滴制，另一類是混合壓制。熔融滴製法，是將與液汞混合的一種或多種金屬在密閉容器中融解，與液汞充分混合後，滴製成液滴，通過冷卻的方式，將合金液滴凝固成球體。該方法在生產過程中容易產生汞蒸氣，從密閉容器中逸出，危害人體健康，汙染生產現場。而在球體冷卻階段，普遍採用油類作為冷卻介質，並且是將球體注入冷卻介質中的直接冷卻方式；這種冷卻方式簡單，經濟，但卻有著很多劣勢。首先該方法冷卻慢，耗時長；製備過程中會產生固體微粒分散漂浮在介質中，影響汞齊本身的純度。此外球體凝結後從介質中取出必須進行脫脂，這增加了工藝的難度和複雜性，並且脫脂不徹底還會影響汞齊的質量，進而影響後續的制燈。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服現有的採用熔融滴製法製備汞齊的方法容易產生汞蒸汽，危害人體健康，汙染生產現場，以及採用油類作為冷卻介質，耗時長，影響汞齊純度，必須進行脫脂等缺陷，提供了一種新的製備鋅汞齊的工藝以及由該工藝得到的鋅汞齊顆粒及其用途。本發明的製備工藝避免了鋅汞齊液滴與冷卻介質的直接接觸，並且冷卻介質也不使用油類介質，不但減少了二次汙染同時還避免了後續的脫脂步驟，製備得到的鋅汞齊顆粒在螢光燈的使用溫度範圍內有效地控制汞蒸汽壓，可以精確控制引入燈內的汞量，最大限度地節約汞源，達到節能減排的效果。本發明提供了一種鋅汞齊顆粒的製備工藝，其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30_70wt%鋅和30_70被％汞於密閉容器中加熱熔融至鋅和汞混合均勻，得合金溶液；(2)在惰性氣體氣氛下，將所述合金溶液製成直徑為0. 5-2. Omm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻後的惰性氣體氣流於-150 _190°C冷凝所述合金液滴；
(4)將冷凝後的合金液滴在溫度為0-15°C，溼度為20-40% RH的惰性氣體氣氛中進行穩態化處理，即得鋅汞齊顆粒。步驟(I)中，所述容器的材質可選用任何能夠承受500°C而不軟化不變形的，且能夠承受IOOpsi壓力的材料，如金屬材料、陶瓷或玻璃等。所述金屬材料優選鐵、銅或不鏽鋼，更優選不鏽鋼。步驟⑴中，所述的鋅較佳地為鋅片。所述的汞為液汞。步驟(I)中，所述加熱的溫度採用本領域的常規溫度，較佳地為450-500°C。步驟(I)中，熔融後保持所述加熱的溫度以使汞和鋅能夠混合均勻為準，一般保持1-3小時。步驟(I)中，保持所述容器中的壓力較佳地為l_30psi。步驟(2)中，所述合金液滴可採用滴制或用噴嘴製備的方法製得。所述的用噴嘴 製備的方法按下述步驟進行對所述合金溶液施加50-100psi的壓力，使合金溶液通過振動的噴嘴形成所述合金液滴，所述噴嘴的振動頻率為200-1000HZ，振動幅度為0. 1-lmm。步驟(3)中，所述的間接冷卻是指在用液體冷卻惰性氣體氣流的過程中，液體與惰性氣體氣流不接觸。所述的液體可為沸點溫度低於_150°C的任一液體，如液態空氣、液氮、液氦或液氧等，較佳地為液氮。本發明中所述間接冷卻的具體操作方法可為採用一雙層套管，將所述液體通入位於該雙層套管內層管和外層管之間的區域，使惰性氣體氣流從該內層管中流過，即可將惰性氣體氣流冷卻至-150 -190°C。步驟⑷中，所述的穩態化處理的時間一般為1-7天。在本發明一較佳的實施方式中，通過一排風過濾系統將製備過程中產生的汞蒸汽收集，淨化製備環境，避免對工作人員和外界環境的傷害。本發明中，所述的惰性氣體採用本領域常規使用的各種惰性氣體，如氬氣、氦氣或
氖氣等。本發明還提供了由上述製備工藝製得的鋅汞齊顆粒。本發明鋅汞齊顆粒的質量一般為I毫克到25毫克。本發明的鋅汞齊顆粒室溫下是固態的，利於對注入燈內的汞量進行定量和分配。本發明還提供了所述鋅汞齊顆粒用於製備螢光燈的用途。本發明中，上述優選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發明各較佳實施例。 本發明的原料和試劑皆市售可得。本發明的積極進步效果在於I、本發明的鋅汞齊顆粒可用於工作溫度為35_75°C的低溫螢光燈中，在該溫度範圍內能夠有效地控制汞蒸汽壓。2、本發明的鋅汞齊顆粒可以精確控制引入燈內的汞量，替代液汞，最大限度地節約汞源，達到節能減排的效果。3、本發明的鋅汞齊顆粒能使汞快速釋放，並且能讓燈快速啟動。4、本發明的鋅汞齊顆粒穩定性好，在常規的使用壽命範圍內不會有汞缺失和釋放汞的回吸。即便在注汞時，即便加工溫度升至175°C，不會因為加工溫度高而致使汞揮發，並且球體仍舊能夠保持剛性結構不變形，便於注汞，因此相對於液汞具有更好的加工能力。5、本發明中利用液氮作為介質，可快速冷卻高溫液滴，節約時間和成本。因為是間接的冷卻方式，球體不接觸冷卻介質，從根本上杜絕二次汙染，並且可省去脫脂的繁瑣步驟，再次簡化流程，提高生產效率。6、在本發明優選的實施方式中，整個工藝流程產生的汞蒸氣都被過濾系統吸收過濾，保護生產環境和工人人身安全。


圖I為用實施例I的鋅汞齊顆粒製成的螢光燈的爬升測試結果圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步的詳細描述，但本發明並不限於此。實施例I鋅汞齊按質量比配比Zn Hg = 65 35，製造8mg的鋅汞齊顆粒。精確稱取6. 5kg鋅片和3. 5kg液體汞，加到密閉的不鏽鋼容器內。使用真空泵將容器抽真空,然後填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融,溫度設定至500°C。待容器內鋅和汞全部融解，將容器內部溫度恆定於450°C，壓力恆定於20psi保持2小時，使其充分混合均勻。然後通過施壓，壓力控制在70psi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形成合金液滴(直徑0. 5-2. Omm)，振動頻率和振幅分別控制在600Hz和0. 3_。將液氮通入雙層套管中位於內層管和外層管之間的中空區域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內層管，合金液滴於-150 -190°C下冷凝；將冷凝後的合金液滴置於10°C，30% RH溼度的惰性氣體下穩態化4天時間，即得。實施例2鋅汞齊按質量比配比Zn Hg = 70 30，製造25mg的鋅汞齊顆粒。精確稱取7kg鋅片和3kg液體汞，加到密閉的不鏽鋼容器內。使用真空泵將容器抽真空，然後填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融，溫度設定至500°C。待容器內鋅和汞全部融解，將容器內部溫度於500°C，30psi保持3小時，使其充分混合均勻。然後通過施壓，壓力控制在lOOpsi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形成合金液滴(直徑0. 5-2. Omm),振動噴嘴頻率和振幅分別控制在200Hz和1mm。將液氮通入雙層套管中位於內層管和外層管之間的中空區域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內層管，合金液滴於-150 -190°C下冷凝；將冷凝後的合金液滴至於15°C，40% RH溼度的惰性氣體下穩態化I天時間，即得。實施例3鋅汞齊按質量比配比Zn : Hg = 30 : 70，製造Img的鋅汞齊顆粒。精確稱取3kg鋅片和7kg液體汞，加到密閉的不鏽鋼容器內。使用真空泵將容器抽真空,然後填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融,溫度設定至480°C。待容器內鋅和汞全部融解，將容器內部溫度於480°C，Ipsi保持I小時，使其充分混合均勻。然後通過施壓，壓力控制在50psi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形成合金液滴(直徑0. 5-2. Omm)，振動噴嘴頻率和振幅分別控制在1000Hz和0. Imm0將液氮通入雙層套管中位於內層管和外層管之間的中空區域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內層管，合金液滴於-150 -190°C下冷凝；將冷凝後的合金液滴在至於(TC，20% RH溼度的惰性氣體下穩態化7天，即得。效果實施例I將實施例1-3鋅汞齊顆粒置入螢光燈中進行光效測試，每個批次測試5次，取平均值，測試結果見表I。由表I可見，本發明的鋅汞齊顆粒的光效能夠達到螢光燈要求，可以替代液汞。表I
權利要求
1.一種鋅汞齊顆粒的製備工藝，其特徵在於其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30-70wt%鋅和30-70被％汞於密閉容器中加熱熔融至鋅和汞混合均勻，得合金溶液；(2)在惰性氣體氣氛下，將所述合金溶液製成直徑為0. 5-2. Omm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻後的惰性氣體氣流於-150 _190°C冷凝所述合金液滴；(4)將冷凝後的合金液滴在溫度為0-15°C，溼度為20-40% RH的惰性氣體氣氛中進行穩態化處理，即得鋅汞齊顆粒。
2.如權利要求I所述的製備工藝，其特徵在於步驟(I)中，所述加熱的溫度為450-500。。。
3.如權利要求I或2所述的製備工藝，其特徵在於步驟(I)中，熔融後保持加熱的溫度1-3小時；和/或，步驟(I)中，保持所述容器中的壓力為l_30psi ;和/或，步驟(I)中，所述容器的材質為金屬材料、陶瓷或玻璃；所述金屬材料優選鐵、銅或不鏽鋼。
4.如權利要求I所述的製備工藝，其特徵在於步驟(2)中，所述合金液滴可採用滴制或用噴嘴製備的方法製得；所述的用噴嘴製備的方法較佳地按下述步驟進行對所述合金溶液施加50-100psi的壓力，使合金溶液通過振動的噴嘴形成所述合金液滴，所述噴嘴的振動頻率為200-1000Hz，振動幅度為0. 1-1_。
5.如權利要求I所述的製備工藝，其特徵在於步驟(3)中，所述的液體為沸點溫度低於-150°C的液體,較佳地為液態空氣、液氮、液氦或液氧。
6.如權利要求I或5所述的製備工藝，其特徵在於步驟(3)中，所述的間接冷卻的具體操作方法為採用一雙層套管，將所述液體通入位於該雙層套管內層管和外層管之間的區域，使惰性氣體氣流從該內層管中流過，即可將惰性氣體氣流冷卻至-150 -190°C。
7.如權利要求I所述的製備工藝，其特徵在於步驟(4)中，所述的穩態化處理的時間為1-7天。
8.如權利要求I所述的製備工藝，其特徵在於通過一排風過濾系統將製備工藝中產生的汞蒸汽收集。
9.由權利要求I 8中任一項所述的製備工藝製得的鋅汞齊顆粒。
10.如權利要求9所述的鋅汞齊顆粒用於製備螢光燈的用途。
全文摘要
本發明公開了一種鋅汞齊顆粒的製備工藝，其特徵在於其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30-70wt％鋅和30-70wt％汞於密閉容器中加熱熔融至鋅和汞混合均勻，得合金溶液；(2)在惰性氣體氣氛下，將所述合金溶液製成直徑為0.5-2.0mm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻後的惰性氣體氣流於-150～-190℃冷凝所述合金液滴；(4)將冷凝後的合金液滴在溫度為0-15℃，溼度為20-40％RH的惰性氣體氣氛中進行穩態化處理，即得鋅汞齊顆粒。本發明還公開了由該製備工藝製得的鋅汞齊顆粒及其用途。本發明的製備工藝不但減少了二次汙染同時還避免了後續的脫脂步驟，所述的鋅汞齊顆粒有效地控制汞蒸汽壓，注汞量可以得到精確控制，最大限度地節約汞源。
文檔編號B22F9/08GK102626782SQ20121008316
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者何健榮, 盛譽, 顧峰毅, 顧新顏 申請人:上海亞爾光源有限公司