專利名稱：一種鋅汞齊顆粒及其制備工藝和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)汞合金材料，尤其涉及一種鋅汞齊顆粒及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
汞是熒光燈內(nèi)不可缺少的工作物質(zhì)，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，熒光燈才能獲得最高的發(fā)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(tǒng)的熒光燈制燈工藝是引入液汞，由于注入液汞時無法精確控制汞量，導致燈內(nèi)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(huán)境及使用環(huán)境造成更多的污染。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熒光燈內(nèi)，合金釋放出汞蒸氣，達到與液汞相同的功效。現(xiàn)有的汞齊制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。熔融滴制法，是將與液汞混合的一種或多種金屬在密閉容器中融解，與液汞充分混合后，滴制成液滴，通過冷卻的方式，將合金液滴凝固成球體。該方法在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生汞蒸氣，從密閉容器中逸出，危害人體健康，污染生產(chǎn)現(xiàn)場。而在球體冷卻階段，普遍采用油類作為冷卻介質(zhì)，并且是將球體注入冷卻介質(zhì)中的直接冷卻方式；這種冷卻方式簡單，經(jīng)濟，但卻有著很多劣勢。首先該方法冷卻慢，耗時長；制備過程中會產(chǎn)生固體微粒分散漂浮在介質(zhì)中，影響汞齊本身的純度。此外球體凝結(jié)后從介質(zhì)中取出必須進行脫脂，這增加了工藝的難度和復雜性，并且脫脂不徹底還會影響汞齊的質(zhì)量，進而影響后續(xù)的制燈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的采用熔融滴制法制備汞齊的方法容易產(chǎn)生汞蒸汽，危害人體健康，污染生產(chǎn)現(xiàn)場，以及采用油類作為冷卻介質(zhì)，耗時長，影響汞齊純度，必須進行脫脂等缺陷，提供了一種新的制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(fā)明的制備工藝避免了鋅汞齊液滴與冷卻介質(zhì)的直接接觸，并且冷卻介質(zhì)也不使用油類介質(zhì)，不但減少了二次污染同時還避免了后續(xù)的脫脂步驟，制備得到的鋅汞齊顆粒在熒光燈的使用溫度范圍內(nèi)有效地控制汞蒸汽壓，可以精確控制引入燈內(nèi)的汞量，最大限度地節(jié)約汞源，達到節(jié)能減排的效果。本發(fā)明提供了一種鋅汞齊顆粒的制備工藝，其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30_70wt%鋅和30_70被％汞于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，將所述合金溶液制成直徑為0. 5-2. Omm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻后的惰性氣體氣流于-150 _190°C冷凝所述合金液滴；
(4)將冷凝后的合金液滴在溫度為0-15°C，濕度為20-40% RH的惰性氣體氣氛中進行穩(wěn)態(tài)化處理，即得鋅汞齊顆粒。步驟(I)中，所述容器的材質(zhì)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(yōu)選鐵、銅或不銹鋼，更優(yōu)選不銹鋼。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，所述加熱的溫度采用本領(lǐng)域的常規(guī)溫度，較佳地為450-500°C。步驟(I)中，熔融后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，所述合金液滴可采用滴制或用噴嘴制備的方法制得。所述的用噴嘴 制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于_150°C的任一液體，如液態(tài)空氣、液氮、液氦或液氧等，較佳地為液氮。本發(fā)明中所述間接冷卻的具體操作方法可為采用一雙層套管，將所述液體通入位于該雙層套管內(nèi)層管和外層管之間的區(qū)域，使惰性氣體氣流從該內(nèi)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(wěn)態(tài)化處理的時間一般為1-7天。在本發(fā)明一較佳的實施方式中，通過一排風過濾系統(tǒng)將制備過程中產(chǎn)生的汞蒸汽收集，凈化制備環(huán)境，避免對工作人員和外界環(huán)境的傷害。本發(fā)明中，所述的惰性氣體采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種惰性氣體，如氬氣、氦氣或
氖氣等。本發(fā)明還提供了由上述制備工藝制得的鋅汞齊顆粒。本發(fā)明鋅汞齊顆粒的質(zhì)量一般為I毫克到25毫克。本發(fā)明的鋅汞齊顆粒室溫下是固態(tài)的，利于對注入燈內(nèi)的汞量進行定量和分配。本發(fā)明還提供了所述鋅汞齊顆粒用于制備熒光燈的用途。本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識的基礎上可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實施例。 本發(fā)明的原料和試劑皆市售可得。本發(fā)明的積極進步效果在于I、本發(fā)明的鋅汞齊顆?？捎糜诠ぷ鳒囟葹?5_75°C的低溫熒光燈中，在該溫度范圍內(nèi)能夠有效地控制汞蒸汽壓。2、本發(fā)明的鋅汞齊顆?？梢跃_控制引入燈內(nèi)的汞量，替代液汞，最大限度地節(jié)約汞源，達到節(jié)能減排的效果。3、本發(fā)明的鋅汞齊顆粒能使汞快速釋放，并且能讓燈快速啟動。4、本發(fā)明的鋅汞齊顆粒穩(wěn)定性好，在常規(guī)的使用壽命范圍內(nèi)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(fā)，并且球體仍舊能夠保持剛性結(jié)構(gòu)不變形，便于注汞，因此相對于液汞具有更好的加工能力。5、本發(fā)明中利用液氮作為介質(zhì)，可快速冷卻高溫液滴，節(jié)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(zhì)，從根本上杜絕二次污染，并且可省去脫脂的繁瑣步驟，再次簡化流程，提高生產(chǎn)效率。6、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，整個工藝流程產(chǎn)生的汞蒸氣都被過濾系統(tǒng)吸收過濾，保護生產(chǎn)環(huán)境和工人人身安全。


圖I為用實施例I的鋅汞齊顆粒制成的熒光燈的爬升測試結(jié)果圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但本發(fā)明并不限于此。實施例I鋅汞齊按質(zhì)量比配比Zn Hg = 65 35，制造8mg的鋅汞齊顆粒。精確稱取6. 5kg鋅片和3. 5kg液體汞，加到密閉的不銹鋼容器內(nèi)。使用真空泵將容器抽真空,然后填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融,溫度設定至500°C。待容器內(nèi)鋅和汞全部融解，將容器內(nèi)部溫度恒定于450°C，壓力恒定于20psi保持2小時，使其充分混合均勻。然后通過施壓，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于內(nèi)層管和外層管之間的中空區(qū)域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內(nèi)層管，合金液滴于-150 -190°C下冷凝；將冷凝后的合金液滴置于10°C，30% RH濕度的惰性氣體下穩(wěn)態(tài)化4天時間，即得。實施例2鋅汞齊按質(zhì)量比配比Zn Hg = 70 30，制造25mg的鋅汞齊顆粒。精確稱取7kg鋅片和3kg液體汞，加到密閉的不銹鋼容器內(nèi)。使用真空泵將容器抽真空，然后填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融，溫度設定至500°C。待容器內(nèi)鋅和汞全部融解，將容器內(nèi)部溫度于500°C，30psi保持3小時，使其充分混合均勻。然后通過施壓，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于內(nèi)層管和外層管之間的中空區(qū)域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內(nèi)層管，合金液滴于-150 -190°C下冷凝；將冷凝后的合金液滴至于15°C，40% RH濕度的惰性氣體下穩(wěn)態(tài)化I天時間，即得。實施例3鋅汞齊按質(zhì)量比配比Zn : Hg = 30 : 70，制造Img的鋅汞齊顆粒。精確稱取3kg鋅片和7kg液體汞，加到密閉的不銹鋼容器內(nèi)。使用真空泵將容器抽真空,然后填充氬氣惰性氣體。接著通過電加熱進行熔融,溫度設定至480°C。待容器內(nèi)鋅和汞全部融解，將容器內(nèi)部溫度于480°C，Ipsi保持I小時，使其充分混合均勻。然后通過施壓，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于內(nèi)層管和外層管之間的中空區(qū)域，將所述合金液滴與惰性氣體一起通過雙層套管的內(nèi)層管，合金液滴于-150 -190°C下冷凝；將冷凝后的合金液滴在至于(TC，20% RH濕度的惰性氣體下穩(wěn)態(tài)化7天，即得。效果實施例I將實施例1-3鋅汞齊顆粒置入熒光燈中進行光效測試，每個批次測試5次，取平均值，測試結(jié)果見表I。由表I可見，本發(fā)明的鋅汞齊顆粒的光效能夠達到熒光燈要求，可以替代液汞。表I
權(quán)利要求
1.一種鋅汞齊顆粒的制備工藝，其特征在于其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30-70wt%鋅和30-70被％汞于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，將所述合金溶液制成直徑為0. 5-2. Omm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻后的惰性氣體氣流于-150 _190°C冷凝所述合金液滴；(4)將冷凝后的合金液滴在溫度為0-15°C，濕度為20-40% RH的惰性氣體氣氛中進行穩(wěn)態(tài)化處理，即得鋅汞齊顆粒。
2.如權(quán)利要求I所述的制備工藝，其特征在于步驟(I)中，所述加熱的溫度為450-500。。。
3.如權(quán)利要求I或2所述的制備工藝，其特征在于步驟(I)中，熔融后保持加熱的溫度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(zhì)為金屬材料、陶瓷或玻璃；所述金屬材料優(yōu)選鐵、銅或不銹鋼。
4.如權(quán)利要求I所述的制備工藝，其特征在于步驟(2)中，所述合金液滴可采用滴制或用噴嘴制備的方法制得；所述的用噴嘴制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(quán)利要求I所述的制備工藝，其特征在于步驟(3)中，所述的液體為沸點溫度低于-150°C的液體,較佳地為液態(tài)空氣、液氮、液氦或液氧。
6.如權(quán)利要求I或5所述的制備工藝，其特征在于步驟(3)中，所述的間接冷卻的具體操作方法為采用一雙層套管，將所述液體通入位于該雙層套管內(nèi)層管和外層管之間的區(qū)域，使惰性氣體氣流從該內(nèi)層管中流過，即可將惰性氣體氣流冷卻至-150 -190°C。
7.如權(quán)利要求I所述的制備工藝，其特征在于步驟(4)中，所述的穩(wěn)態(tài)化處理的時間為1-7天。
8.如權(quán)利要求I所述的制備工藝，其特征在于通過一排風過濾系統(tǒng)將制備工藝中產(chǎn)生的汞蒸汽收集。
9.由權(quán)利要求I 8中任一項所述的制備工藝制得的鋅汞齊顆粒。
10.如權(quán)利要求9所述的鋅汞齊顆粒用于制備熒光燈的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋅汞齊顆粒的制備工藝，其特征在于其包括下述步驟(1)在惰性氣體氣氛下，將30-70wt％鋅和30-70wt％汞于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，將所述合金溶液制成直徑為0.5-2.0mm的合金液滴；(3)用液體間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻后的惰性氣體氣流于-150～-190℃冷凝所述合金液滴；(4)將冷凝后的合金液滴在溫度為0-15℃，濕度為20-40％RH的惰性氣體氣氛中進行穩(wěn)態(tài)化處理，即得鋅汞齊顆粒。本發(fā)明還公開了由該制備工藝制得的鋅汞齊顆粒及其用途。本發(fā)明的制備工藝不但減少了二次污染同時還避免了后續(xù)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(jié)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(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)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