СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕКЛА, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТЕКЛОБОЯ ДЕМЕРКУРИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

Минько Н. И.¹, Скоферца О. Н.²

¹Профессор кафедры Технология стекла и керамики, ²ORCID 0000-0001-6542-9770, Аспирант, Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕКЛА, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТЕКЛОБОЯ ДЕМЕРКУРИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

Аннотация

В статье рассмотрено – стеклобой от демеркуризации энергосберегающих люминесцентных ламп, примеси, содержащиеся в нем, сплавление стеклобоя с различными включениями, спектральные характеристики полученных  образцов. А  так же, приведено устройство люминесцентной энергосберегающей лампы, определение демеркуризации и представлен рисунок светопропускания полученных сплавленных образцов. Помимо этого, приведены некоторые способы очищения стеклобоя от примесей и показана их эффективность, изучаются спектры образцов с содержанием примесей.

Ключевые слова: стеклобой, демеркуризация, люминесцентные лампы, примеси, спектральные характеристики, окислительно-восстановительный потенциал.

Minjko N. I.¹, Skofertza O. N.²

¹Professor, Department of Technology of glass and ceramics, ²ORCID 0000-0001-6542-9770, Postgraduate student, Belgorod state technological University named after V. G. Shukhov

THE SPECTRAL CHARACTERISTICS OF THE GLASS OBTAINED BY USING CULLET OF DEMERCURIZATION OF ENERGY-SAVING LAMPS

Abstract

The article deals with – the cullet from demercurization of the energy-efficient fluorescent bulbs, impurities, contain in it, alloying of the cullet with various inclusions, the spectral characteristics of the obtained samples. Moreover, it is reported about structure of the energy-efficient fluorescent bulb, definition of the demercurization and is given the image of the obtained alloyed samples’ light transmission. Besides it, are given some methods of cullet’s purification from impurities and it is shown their efficiency, it is examined spectrum of the samples with impurity content.

Keywords: glass, decontamination, fluorescent lamp, impurities, spectral characteristics, redox potential.

Стекольный бой – это не только отход производства, но и ценное сырье. Он находит применение во многих отраслях промышленности с целью утилизации. Его использование – это эффективный путь экономии материальных ресурсов: кварцевого песка, кальцинированной соды, мела, доломита, фтористого сырья и т. д.

Примеси в стекольном бое – это посторонние частицы, например, бой от стеклотары содержит такие примеси как: пробки, бумагу от этикеток и другие включения [1].

В настоящей работе исследуется стеклобой от демеркуризации люминесцентных линейных и спиралеобразных ламп, они состоят из трех частей:

- стеклянной люминесцентной лампы, которая наполнена инертным газом (аргоном) и парами ртути;

- цоколя, который служит для подключения к электрической сети через патрон светильника;

- электронного блока (электронного пускорегулирующего аппарата - ЭПРА), который обеспечивает зажигание и дальнейшее горение лампы[2].

Стеклобой от демеркуризации люминесцентных ламп содержит различные примеси, отличающиеся по окраске от боя, которые очень трудно удалить. Примеси в бое остаются после произведения его очистки при помощи метода демеркуризации.

Демеркуризация – это удаление ртути и её соединений с целью исключения отравления людей и животных. Она заключается в удалении ртути различными физико-химическими или механическими способами.

Стекольный бой люминесцентных ламп представляет собой частицы стекла размером 1-2 см, толщиной около 1 мм. Все включения, содержащиеся в нем – это составные части устройства лампы, ЭПРА, цоколя, внутренних спиралей и электродов. Данные примеси отличаются по своему внешнему виду, цвету, свойствам, влиянию, которое оказывают на цвет и светопропускание сваренного стекла. Примеси визуально разделены на 6 типов, некоторые из них выделены в табл. 1.

Таблица 1 - Компонентный состав люминесцентных ламп [3]

Наименование материала и комплектующих	ЛБ-20-2 ЛД 20-2	ЛБ 40 ЛД 40	ЛБ 40-2 ЛД 40-2	ЛБ 80-7 ЛД 80-7
Латунь, г.	0,92	0,92	0,92	0,92
Вольфрам, г.	0,0229	0,0326	0,0326	0,0511
Медь, г.	0,4224	0,4224	0,4224	0,4224
Мастика, г/%	4,2/3%	5,5/1,7%	4,2/1,5%	5,5/1,4%
Алюминий, г/%	4,0/2,9%	5,0/1,6%	4,0/1,43%	5,0/1,3%
Припой оловянно-свинцовый, г.	0,41	0,41	0,41	0,41
Платинит, г.	0,012	0,012	0,012	0,012
Гетинакс, г.	0,432	0,432	0,432	0,432

 

С целью установления влияния примесей на варку стекла, было произведено сплавление стеклобоя с добавлением их различных частиц. Сплавление проводили в электрической печи сопротивления с силитовыми нагревателями, в корундовых тиглях вместимостью 100 мл, заполненные на ¾ объема, при температуре 1300⁰С, в течение 1 ч. 30 мин.; тигли со стекломассой отжигались методом естественного охлаждения[4]. В результате сплавления образцов стеклобоя с примесями и без, получены стекла визуально чистые (рис. 1).

Рис. 1 - Образцы сплавленного стеклобоя

 

Исходный стеклобой был бесцветным, но после сплавления все образцы приобрели голубоватый цвет, что свидетельствовало о смещении равновесия

Fe²⁺  Fe³⁺ влево и, вероятно, наличием Cu²⁺. Частицы, обладающие магнитной восприимчивостью, наиболее интенсивно окрашивали стекла. Это наблюдается в случае с 6-м и 7-м образцами. На дне тиглей обнаружились корольки сплавленных металлических частиц в форме шариков. При использовании стеклобоя в больших количествах, такие корольки могут оказать отрицательное влияние на устойчивости донного огнеупора. При сгорании органические примеси влияют на окислительно-восстановительный потенциал стекломассы; поэтому необходим контроль ХПК стеклобоя и шихты с использованием стеклобоя демеркуризации ламп.

В стекольной промышленности основной эксплуатационной характеристикой изделия, независимо от области применения, являются оптические свойства, характеризующие взаимодействие стекла и излучения с фиксированной длиной волны или спектральной областью.

Спектры светопропускания сплавленного стеклобоя с примесями показали их влияние на общее пропускание (рис. 2). Спектральные кривые окрашенных образцов характеризуются появлением избирательной или сплошной полосы поглощения в видимой области спектра. В УФ и ИК - областях наиболее сильно проявляются Fe2+ и Fe3+ . Для двухвалентного железа на рисунке 2 характерна интенсивная полоса поглощения в ближней ИК - области спектра (1100 нм). Трехвалентное железо же, характеризуется наиболее интенсивным поглощением в УФ – области (рис. 2). Остальные примеси, в первую очередь органические, при термообработке создают окислительно-восстановительные условия, что сказывается на соотношении FeO к Fe2O3, которое различно в сплавленном стеклобое. Данное соотношение железа будет проявляться в зависимости от температуры сплавления стеклобоя. При повышенной температуре содержание FeO будет преобладать в соотношении, а при пониженной температуре – преобладающим элементом является Fe2O3. Спектры пропускания образцов стекол измерены при помощи двулучевого спектрофотометра ПЭ-6100УФ (Промэколаб) в диапазоне длин волн от 190 до 1100 нм с шагом 1 нм.

Рис. 2 - Спектры пропускания сплавленных стекол с примесями. Цифры у кривых соответствуют номерам на рис. 1

 

Полученные данные были пересчитаны на толщину 10 мм. Оценка доли FeO (w(FeO), мас.%) выполнялась по формуле Бамфорда с последующим пересчетом:

где f – это отношение массовых концентраций ионов железа, находящихся в двух- и трехвалентном состоянии;

0.133 – отношение массовых коэффициентов поглощения различных ионов железа;

А₁₀₅₀ – максимум оптической плотности в районе 1050 нм (поглощение ионами Fe²⁺);

А₃₈₀ – максимум оптической плотности в районе 380 нм (поглощение ионами Fe³⁺);

0.036 – поправка на отражение от границ раздела "стекло-воздух", Т – светопропускание, %;

1.111 – коэффициент для пересчета из ионных форм железа в оксидные.

Спектральный коэффициент стекол определяется по ГОСТ Р 54164-2010[5].

Таблица 2 - Значения w(FeO) для исследованных образцов

Обозначение образца	w(FeO), мас.%	Примеси, которые  коррелируют с w(FeO)
1.1	14	Смешанный бой
2.1	11	Чистый, без примесей
3.1	9	Бой с коричневыми включениями
3.2	9
4.1	11	С примесями после флотации
4.2	11
5.1	10	С темными покрытиями на стекле
6.1	5	С магнитной фракцией первой группы
6.2	10
7.1	6	С магнитной фракцией первой группы
7.2	9
8.1	10	С темными пластиночками
9.1	11

 

Установлено, что примеси в стеклобое от демеркуризации люминесцентных ламп органического и металлического характера. При этом примеси металлического характера в своем составе содержат такие красящие элементы, как железо и медь, которые наиболее интенсивно окрашивают стекла. Органические примеси сгорают и превращаются в пепел, но изменяют ОВП, что способствует более интенсивной окраске стекла.

Анализируя все полученные спектры пропускания можно сделать вывод о том, что кривая 6.2 (рис. 2) имеет восстановительный потенциал. Об этом говорит величина светопропускания стекла при 1100 нм. Этот образец окрашен в зеленовато-коричневый цвет.

В данной работе представлены спектры с содержанием оксида железа, которое обладает высокой красящей способностью.

Таким образом, примеси существенно изменяют спектральные характеристики  сплавленных стекол на основе исследуемого стеклобоя.

Изучению примесей, содержащиеся в стеклобое от энергосберегающих ламп уделяется много внимания из-за того, чтобы выявить в каком виде они могут остаться в стекле и растворяются ли в нем. А также установить при какой температуре происходят перечисленные процессы.

В ходе исследования примесей, пришли к выводу, что некоторые из них можно удалить из стеклобоя с помощью магнитной сепарации. Также незначительное количество удаляется при помощи флотации.

Но далеко не все примеси удаляются всеми известными методами, которые применимы к очищению стекольного боя. Поэтому стеклобой от демеркуризации энергосберегающих ламп  и содержащиеся в нем примеси требуют дальнейшего изучения.

Литература

1. Степаникова И. Г. Стекольный бой – отход производства// БЖД. - 2010. - №10. – с. 4-6
2. Минько Н. И., Бессмертный В. С., Городов А. О., Тикунова И. В. и др. Способ демеркуризации люминесцентных ламп// Патент БГТУ им. В. Г. Шухова РФ №2534319 от 29.09.14г.
3. «О компонентном составе люминесцентных ламп» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ecologicals.ru (дата обращения 7.05.2016).
4. Левченко П. В. Расчет печей и сушил силикатной промышленности – М.: Высшая школа, 1968.-368 с.
5. ГОСТ Р 54164-2010 Методы определения оптических характеристик

Refernces

1. Stepanikova I. G. Stekolnii boi – othod proizwodstva// BJD. – 2010. - №10. – s. 4-6
2. Minjko N. I., Bessmertnji V. S., Gorodow A. O., Tikunowa I. W. i dr. Sposob lemerkurizatii liuminescentnjh lamp// Patent BGTU im. W. G. Suhowa RF №2534319 ot 29.09.14 g.
3. «O komponetnom sostave liumineszentnih lamp»/ [Jelektronnyj resurs] URL: http:// http://ecologicals.ru (data obrashhenija 7.05.2016)
4. Levcenko P. V. Rascjot pecej b susil silikatnoi promijlennosti – M.: Visjaia skola, 1968. – 368 s.
5. GOST R 54164-2010 Metodj opredelenja opticjeskih [arakteristik.