一種錫汞齊顆粒及其製備方法和應用的製作方法

2024-02-05 04:31:15

專利名稱：一種錫汞齊顆粒及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態汞合金材料及其製備方法和應用，尤其涉及一種錫汞齊顆粒及其製備方法和應用。
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。當前，在全球範圍內正開展著「逐步淘汰白熾燈、推廣節能燈」的重大舉措，然而節能螢光燈的生產必須使用汞，歐美許多國家對螢光燈中汞含量有嚴格限制，並且汞汙染是節能燈最大的環保問題，液汞的危害尤為顯著。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
本發明所解決的技術問題在於克服了現有技術中螢光燈內的紫外線輻射被汞自吸收，降低燈效，減少光輸出的缺陷，提供了一種錫汞齊顆粒及其製備方法和應用。本發明的錫汞齊顆粒能夠有效地控制汞蒸汽壓，使螢光燈達到最佳的光效，並且該錫汞齊顆粒可以代替液態汞，更精確地控制引入燈內的汞量，該錫汞齊顆粒中的汞含量低，最大限度地節約汞源，達到節能減排的效果。本發明的製備方法工藝簡單可行，適用於大規模工業生產。本發明通過以下技術方案解決上述技術問題。本發明提供了一種錫汞齊顆粒的製備方法，其包括下述步驟I)在惰性氣體氣氛下，將71 90wt%的錫和10 29被％的汞加入密閉容器內，升溫使所述錫和汞熔融，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合金液滴，所述合金液滴的直徑為0. 5 2mm ；
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-100 -190°c冷凝所述合金液滴，即得。本發明中，所述的惰性氣體可為本領域常規使用的惰性氣體，只要不與錫和汞發生化學反應即可，如氬氣、氦氣或氖氣等。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。本發明中，所述容器的材質較佳地為鐵、銅、不鏽鋼、陶瓷和玻璃中的任一種，更佳地為不鏽鋼。步驟I)中，所述的錫較佳地為錫粒。所述的汞為液汞。步驟I)中，所述升溫的方法和條件均為本領域常規的方法和條件。所述升溫的目標溫度較佳地為400 450°C。所述的升溫較佳地採用電加熱進行。步驟I)中，所述混合的方法和條件可為本領域常規的混合方法和條件。所述的混合較佳地為氣流鼓泡混合。所述混合的時間以混合均勻為準，較佳地為I 2小時。所述混合的壓力較佳地為I 20psi。步驟2)中，所述合金溶液製成合金液滴的方法和條件可為本領域常規的條件和方法，可採用滴制或壓制的方法製得。本發明優選用噴嘴製備的方法進行。所述用噴嘴製備的方法按下述步驟進行對所述合金溶液施加40 SOpsi的壓力，使所述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較佳地為100 700Hz。所述噴嘴的振動幅度較佳地為0. I 0. 6mm。步驟3)中，所述液體可為沸點溫度低於-100°C的任一液體，一般可為液態空氣、液氮、液氦或液氧等，較佳地為液氮。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。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-100 -190°c。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。本發明還提供了由上述製備方法製得的錫汞齊顆粒。其中，所述錫汞齊顆粒的形狀一般為球狀。所述錫汞齊顆粒的平均粒徑一般為0. 5 2mm。所述錫汞齊顆粒的重量一般為I 25mg。本發明的錫汞齊顆粒在室溫下為固態，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錫汞齊顆粒在低溫螢光燈中的應用。其中，按本領域常識，所述低溫螢光燈的工作溫度為35 75°C。在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。本發明所用試劑和原料均市售可得。本發明的積極進步效果在於I、本發明的錫汞齊顆粒的製備方法工藝簡單可行，適用於大規模工業生產。2、本發明的錫汞齊顆粒用於低溫螢光燈中能有效地控制汞蒸汽壓，達到最佳的光效。
3、本發明的錫汞齊顆粒能夠替代液汞，可以更精確地控制引入燈內的汞量，並且該錫汞齊中的汞含量低，最大限度地節約了汞源，達到節能減排的效果。4、本發明的錫汞齊顆粒的使用壽命長，其微觀形貌上存在的多孔結構使其在使用時能快速啟動，其非平衡結構的穩定性使得其在使用過程中不會有汞缺失和釋放汞的回吸現象。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0小時時分別採用實施例I的錫汞齊顆粒的低溫螢光燈和採用市售的錫汞 齊的低溫螢光燈的流明輸出箱形圖。圖2為100小時時分別採用實施例I的錫汞齊顆粒的低溫螢光燈和採用市售的錫汞齊的低溫螢光燈的流明衰減率箱形圖。圖3為採用實施例I的錫汞齊顆粒的5隻低溫螢光燈25°C時爬升測試結果圖。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。實施例I :錫汞齊按重量比配比Sn Hg = 75 25，製備平均重量為15mg的錫汞齊顆粒，製備方法如下I)在氬氣惰性氣體氣氛下，75被％的錫粒和25wt%的液汞加入密閉不鏽鋼金屬容器內，升溫至400°C使所述錫和汞熔融，於15psi的壓力下混合I. 5小時至混合均勻得合金溶液；2)在惰性氣體氣氛下，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，頻率和振幅分別控制在400Hz和0. 4mm,將合金溶液製成合金液滴，合金液滴的直徑為I. 4 I. 6mm ；3)用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-100 -190°c下冷凝，即得平均粒徑為I. 5mm的錫汞齊顆粒。製得的錫汞齊顆粒的平均重量在15mg。實施例2 錫汞齊按重量比配比Sn Hg = 71 29，製備平均重量為25mg的錫汞齊顆粒，製備方法如下I)在氬氣惰性氣體氣氛下，7^^%的錫粒和29wt%的液汞加入密閉不鏽鋼金屬容器內，升溫至400°C使所述錫和汞熔融，於20psi的壓力下混合2小時至混合均勻得合金溶液；
2)在惰性氣體氣氛下，通過施壓，壓力控制在80psi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形成合金液滴，頻率和振幅分別控制在IOOHz和0. 6mm，將合金溶液製成合金液滴，合金液滴的直徑為I. 6 I. 8mm ；3)用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-100 -190°c下冷凝，即得平均粒徑為I. 7mm的錫汞齊顆粒。製得的錫汞齊顆粒的平均重量在25mg。實施例3 錫汞齊按重量比配比Sn Hg = 90 10，製備平均重量為Img的錫汞齊顆粒，製備方法如下I)在氬氣惰性氣體氣氛下，9(^七％的錫粒和10wt%的液汞加入密閉不鏽鋼金屬容器內，升溫至450°C使所述錫和汞熔融，於Ipsi的壓力下混合I小時至混合均勻得合金溶液；2)在惰性氣體氣氛下，通過施壓，壓力控制在40psi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形成合金液滴，頻率和振幅分別控制在700Hz和0. 1mm，將合金溶液製成合金液滴，合金液滴的直徑為0. 5 0. 7mm ；3)用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-100 -190°c下冷凝，即得平均粒徑為0. 6mm的錫汞齊顆粒。製得的錫汞齊顆粒的平均重量在Img。效果實施例I :圖I和圖2分別是採用實施例I的錫汞齊顆粒的低溫螢光燈和採用市售的錫汞齊的低溫螢光燈的0小時的流明輸出箱形圖，和該兩者在100小時的流明衰減率箱形圖。圖3為採用實施例I的錫汞齊顆粒的5隻低溫螢光燈在25°C時爬升測試結果圖。從圖中可以看出，採用本發明實施例I的錫汞齊顆粒的螢光燈的初始流明輸出優良，其IOOh的流明衰減率優良；光效能夠達到螢光燈要求，且其爬升性能優良，爬升快速，並且同一批次的爬升效果相似，性能穩定，可以滿足需求替代液汞。
權利要求
1.一種錫汞齊顆粒的製備方法，其包括下述步驟 1)在惰性氣體氣氛下，將71 90wt%的錫和10 29wt%的汞加入密閉容器內，升溫使所述錫和汞熔融，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合金液滴，所述合金液滴的直徑為O.5 2mm ； 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-100 -190°C冷凝所述合金液滴，即得。
2.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，所述的混合為氣流鼓泡混合；所述混合的時間為I 2小時；所述混合的壓カ為I 20psi。
3.如權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，所述升溫的目標溫度為400 450°C ;所述的升溫較佳地採用電加熱進行。
4.如權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，所述的錫為錫粒；和/或，步驟I)中，所述容器的材質為鐵、銅、不鏽鋼、陶瓷和玻璃中的任ー種。
5.如權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，步驟2)中，所述合金溶液製成合金液滴的方法用噴嘴製備的方法進行。
6.如權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述用噴嘴製備的方法按下述步驟進行對所述合金溶液施加40 SOpsi的壓力，使所述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較佳地為100 700Hz ;所述噴嘴的振動幅度較佳地為O. I O.Omm0
7.如權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，步驟3)中，所述液體為液態空氣、液氮、液氦和液氧中的任ー種，較佳地為液氮；和/或，所述間接冷卻的操作方法為採用ー雙層套管，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。
8.如權利要求I或2所述的製備方法，其特徵在於，通過ー排風過濾系統將製備過程中產生的汞蒸汽收集。
9.如權利要求I 8任一項所述的製備方法製得的錫汞齊顆粒。
10.如權利要求9所述的錫汞齊顆粒在低溫螢光燈中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種錫汞齊顆粒及其製備方法，其步驟為1)在惰性氣體氣氛下，將71～90wt％的錫和10～29wt％的汞加入密閉容器內，升溫使錫和汞熔融，混合均勻得合金溶液；2)在惰性氣體氣氛下，將合金溶液製成合金液滴，合金液滴的直徑為0.5～2mm；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-100～-190℃冷凝合金液滴，即得。本發明還公開了該錫汞齊在低溫螢光燈中的應用。本發明的錫汞齊顆粒能有效地控制汞蒸汽壓，使螢光燈達到最佳光效，並且其可以代替液汞，更精確地控制引入燈內的汞量，其汞含量低，能最大限度地節約汞源，達到節能減排的效果。該製備方法工藝簡單可行，適用於大規模工業生產。
文檔編號B22F9/08GK102626783SQ20121008317
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