專利名稱：易于汞回收的熒光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種易于汞回收的熒光燈。
背景技術(shù)：
熒光燈僅消耗了人類照明用電量的1/3，卻發(fā)出了 3/4的人造光，是當(dāng)今世界最普 及的節(jié)能光源。2007年全球總產(chǎn)量已接近60億只。按每只燈管平均含汞量10mg計算，每 年生產(chǎn)理論計算耗滎量已達到60噸(實際耗滎量已遠遠大于60噸)；同時還有相當(dāng)60噸 的汞隨燈管報廢而無法有效回收?，F(xiàn)處于兩難境地的是緊湊型節(jié)能(熒光)燈CFL是目前 最適合替代白熾燈的高效節(jié)能產(chǎn)品。隨著全球環(huán)境基金相繼批準了 "逐步淘汰白熾燈加速 推廣節(jié)能燈"項目的實施，預(yù)計今后三年CFL會以年均25%以上速度遞增，至2011年全球 CFL產(chǎn)量將達到70億只；普通照明用熒光燈總量也將超過100億只大關(guān)。到那時也意味著 有IOO噸汞隨燈管的報廢被人們?nèi)拥降厍虻母鱾€角落。更為嚴重的情況是這些汞在燈管呈 nm或ii m級液態(tài)顆粒，吸附在燈管內(nèi)粉層表面， 一旦燈管破碎，這些極其細小的重金屬顆粒 將隨雨沖刷流入地表水滲入到地下水，對人類寶貴的水資源和魚類造成極大的危害；留在 地表的汞因其內(nèi)部結(jié)合很弱，極易蒸發(fā)，如經(jīng)呼吸進入人體器官，不易排除，造成慢性中毒。
早在2003年聯(lián)合國環(huán)境署就在一份關(guān)于汞對全世界的危險的報告中發(fā)出警告 水銀的污染應(yīng)當(dāng)制止，不然全球的升溫可能加劇水銀污染的惡劣后果。該報告指出，自工業(yè) 化時代前開采金礦的活動(汞排放每年約500噸)及在能源工廠燒煤炭(每年全球汞排放 已超過1500噸)已使空氣中的水銀的比例增加了 2倍。在生產(chǎn)熒光燈的過程中和廢舊熒 光燈破損后排放的水銀量也不可低估。現(xiàn)在水銀已進入食物鏈，婦女和孩子中毒的風(fēng)險更 大，這可能使大腦和神經(jīng)系統(tǒng)受到損害。美國的一份研究發(fā)現(xiàn)，每12個婦女中就有一人體 內(nèi)所含水銀超過美國認為可靠的水平。預(yù)計有30多萬美國嬰兒可能面臨大腦受到損害的 危險，其后果將是學(xué)習(xí)困難以至神經(jīng)系統(tǒng)致殘。預(yù)計未來的情況更糟，因為環(huán)境溫度的上升 有助于水銀的擴散。 隨著對熒光燈中殘余汞的危害越來越深，國內(nèi)外環(huán)保意識的增強，如何解決殘余 汞的問題成為熱點之一。目前已經(jīng)發(fā)展出一些針對性的措施來消除或減少熒光燈的殘余 汞，比如采用釋汞劑(參見網(wǎng)絡(luò)鏈接:htto: 〃baike. baidu. com/view/1622151. htm)。不 過，上述措施并不能保證在熒光燈報廢之后燈管中沒有單質(zhì)汞存在。而單質(zhì)汞很容易釋放 到外界環(huán)境中，并且不方便回收。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種易于在燈管壽終前回收燈管中汞的熒光燈，方便 生產(chǎn)工廠或環(huán)保部門對廢舊熒光燈管殘存汞的集中回收，提高汞回收的有效率并降低處理 成本。 本發(fā)明的熒光燈的設(shè)計思想是使得燈管內(nèi)殘存的液態(tài)汞在燈管壽終前氣化并被 轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的固態(tài)化合物(氧化鈦汞齊，氧化鈦、鋅、銅、鋁合金汞齊，或硫化汞等等)。
本發(fā)明的熒光燈包括燈管和一對分別處于燈管兩端的電極，特征在于
在所述一對電極上的電子粉含量不相等； 在電子粉量少的電極端配置能與汞化合生成固態(tài)物質(zhì)的消汞劑。
優(yōu)選的是，一對電極上的電子粉含量相差5%到10%。 所述熒光燈通過如下幾種方式中任一種或任幾種的組合來使得電子粉含量不相 等(l)所述一對電極選用的鎢絲的Q，份量不同；(2)鎢絲的切長不同；(3)夾絲留毛頭的 長短不同。 其中所述消汞劑可以采用薄金屬皮或玻璃管(或玻璃球)之類質(zhì)密耐溫的材料 把如硫磺之類的化學(xué)試劑氣密性地包裹在其中的消汞丸，也可以采用釋氧吸汞劑，比如將 Ti-Zn-CU-Al+BaC03釋氧吸汞劑的粉粒真空燒結(jié)在鍍鎳鐵帶的兩側(cè)，還可以是由Ti、Zn、Cu、 Al、Fe、Ni組成的合金絲，合金絲上可涂敷BaC03之類的釋氧吸汞劑的粉粒并進行真空燒結(jié)。
所述熒光燈優(yōu)選的是無燈絲熱陰極熒光燈。
所述熒光燈優(yōu)選地采用電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動。 電子鎮(zhèn)流器帶有異常保護，以使鎮(zhèn)流器在各種異常狀態(tài)下都不會受到損壞。其中 燈管和電子鎮(zhèn)流器可以拆分，電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的易損元件如保險管、電解電容等也可以替換。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的熒光燈的電極的示意圖；
圖2是圖1中電極燈絲的示圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的釋氧吸汞劑的示圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的消汞丸的示圖。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例。 本實施例采用一種無燈絲熱陰極熒光燈(參見陳宗烈、陳枕流的專利號為 20410017780. 7的專利)來實現(xiàn)本發(fā)明。在本發(fā)明中如果采用現(xiàn)有的有燈絲熱陰極熒光燈， 由于有燈絲熱陰極熒光燈在壽終之前電極上電子粉耗散完之后失去熱電子發(fā)射能力，導(dǎo)入 電極的電流會首先流經(jīng)燈絲，使燈管兩端燈絲通電發(fā)紅，耗掉了大部分導(dǎo)入燈管兩端電極 的電能，燈管不能有效起輝發(fā)光，因而無法實現(xiàn)本技術(shù)的壽終前的電離。而無燈絲熱陰極熒 光燈只要一端能正常工作， 一端能接受電子發(fā)射，就能繼續(xù)工作一段時間，直至燈管真空度 破壞。在管壓極高而不能工作前可以足夠完成消汞劑的電離和汞的固化。但是，本發(fā)明不 限于無燈絲熱陰極熒光燈。例如，在燈管一端的電子粉耗盡時仍能被啟動工作一段時間的 熱陰極低壓氣體放電燈，如紫外線燈管、電感鎮(zhèn)流器驅(qū)動的T8以上管徑熒光燈管等，只要 在電離消汞前臨時配上電子鎮(zhèn)流器并將燈管兩端燈絲分別短接成無燈絲，則都可以用來實 現(xiàn)本發(fā)明。 如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的熒光燈的電極。該熒光燈的電極包括鎢絲 1、內(nèi)導(dǎo)絲3和3-1以及外導(dǎo)絲4和4-l。由于在燈管匹配電子板時將燈管兩端的外導(dǎo)絲4 和4-1分別短接以去掉燈絲功能，從而形成無燈絲的熒光燈。與傳統(tǒng)的普通照明熒光燈不 同的是，該熒光燈分別位于該熒光燈兩端的兩個電極的電子粉的含量不相等。為實現(xiàn)兩個電極的電子粉含量不同，可以選用Q2。。(mg)不同的鎢絲，也可以采用Q2。。(mg)相同但切長不 同的鎢絲，或者Q，(mg)和切長都相同但夾絲毛頭l-l、l-2的長短不同的鎢絲，等等。兩端 電子粉含量優(yōu)選地相差5%到10%。當(dāng)兩端電子粉含量相差過大時，會明顯影響熒光燈的 壽命。 另外，在該熒光燈中，電子粉量少一端的電極的內(nèi)導(dǎo)絲3上還布置了可與汞反應(yīng) 生成穩(wěn)定固態(tài)物的消汞劑2。電子粉量多的一端作為排氣端，這一端不布置消汞劑。這是為 了避免在制造燈管的排氣工藝中雜質(zhì)氣體流經(jīng)消汞劑而與其中的金屬元素發(fā)生反應(yīng)。在本 實施例中，采用釋氧吸汞劑(Ti-Zn-CU-Al+BaC03)作為消汞劑，如圖1和圖3所示。將釋氧 吸汞劑的粉粒真空燒結(jié)在鍍鎳鐵帶的兩側(cè)，帶的兩邊留有供焊接之用的空邊。
在燈管接近壽終期間，因為燈管的一對電極上殘留的電子粉總是不對稱的，所以 燈管在電子鎮(zhèn)流器20KHZ以上高頻電場的驅(qū)動下，兩端電極仍然是瞬態(tài)間互為陰極和陽 極。作為陰極發(fā)射的熱電子流其電子因質(zhì)量小，電子被另一端(瞬態(tài)作為陽極)迅速吸收。 去掉了電子的電離原子變?yōu)檎x子，由于正離子質(zhì)量大，呈離子團停留在燈管兩端的互輝 區(qū)(靠近電極的區(qū)域)，因此在外電場瞬態(tài)換向時，正離子團在外電場作用下撞擊陰極，其 能量瞬態(tài)能夠使陰極的某點溫度迅速上升到200(TC以上。陰極正常的一端由于表層有電子 粉阻擋，能承受這瞬態(tài)的高溫沖擊；而電子粉已耗盡的一端是裸露著的極其脆弱細小的鎢 絲，在這種灼熱的高溫沖擊下很快融蝕消化干凈；接著開始承受這種轟擊的是兩根內(nèi)導(dǎo)絲 和預(yù)置的釋氧吸汞劑金屬片，其融蝕速度更快。由于釋氧吸汞劑中具有Ti、Zn、Cu、AL等元 素以及BaC03，它們電離融蝕時產(chǎn)生大量的雜質(zhì)氣體，如H2、 CO、 C02和金屬氣體，并在一種富 氧氣氛下與汞原子結(jié)合迅速生成氧化汞齊。 在另一個實施例中，消汞劑可以不采用預(yù)置的釋氧吸汞劑，而是采用含Ti、Zn、Cu、 Al、Fe、Ni的合金絲來作為電子粉量少一端的內(nèi)導(dǎo)絲，并涂敷BaC03真空燒結(jié)去氣。當(dāng)內(nèi)導(dǎo) 絲融蝕時同樣可以與汞化合生成氧化汞齊。 在又一個實施例中，采用消汞丸作為消汞劑2。如圖4，消汞丸由頭部2-1和金屬制 成的導(dǎo)絲2-2組成。頭部2-1是用薄金屬皮氣密性包裹如硫磺之類物質(zhì)形成的丸狀部分， 能夠在燈管壽終之前被電離打破，釋放出內(nèi)部物質(zhì)和燈管內(nèi)氣化的汞化合生成穩(wěn)定的固態(tài) 物。導(dǎo)絲2-2用于將頭部2-l固定在電極的內(nèi)導(dǎo)絲3上并與內(nèi)導(dǎo)絲3電連接。在鎢絲被電 離燒毀之后，消汞丸的頭部2-l通過多次尖端放電(如圖1、圖4所示)被電離打破，其中氣 密性包裹的如硫磺之類的物質(zhì)釋放出來和燈管內(nèi)殘留的汞化合成穩(wěn)定的固態(tài)物。消汞丸也 可以用玻璃管(或玻璃球)來封裝，用玻璃管(球)來封裝時在玻璃管(球)對稱的兩端 各封入一根固定用(非電連接用)的金屬絲，使用時將兩根金屬絲分別點焊在兩根內(nèi)導(dǎo)絲 3、3-1上并使玻璃管(球)對稱的兩端緊貼兩根內(nèi)導(dǎo)絲3、3-l。在燈管接近壽終電離時兩 根內(nèi)導(dǎo)絲3、3-l溫度迅速上升到100(TC以上，玻璃管(球)局部受熱而爆裂，玻璃管(球) 內(nèi)試劑迅速釋放出來和燈管內(nèi)殘留的汞化合成穩(wěn)定的固態(tài)物。 更有利的是，該熒光燈的電子鎮(zhèn)流器帶有異常保護，能保證鎮(zhèn)流器在各種異常狀 態(tài)下都不會受到損壞。最好設(shè)計成放電工作式，即在燈管異常狀態(tài)下，通電開啟一下就保護 了 ；斷電之后鎮(zhèn)流器內(nèi)保護電路通過電阻瞬態(tài)放電，再通電時又能工作開啟燈管。這樣在燈 管不能正常工作，但還有一定真空度的情況下，依然能滿足開關(guān)導(dǎo)通。另外，鎮(zhèn)流器內(nèi)的易 損元件比如保險管、電解電容等都可設(shè)計為可替換的形式，從而延長了鎮(zhèn)流器的壽命。
下面具體描述對該熒光燈壽終時的汞固化效果進行檢驗的一個示例。
在該示例中，燈管采用最新的T2螺旋管型，燈管管徑小7. 8mm，螺旋外包小50mm， 3. 15圈。燈絲選用主輔絲三螺旋(如圖2所示)，冷阻《7Q，總長A = 7mm，大螺旋長度 B《3mm。采用夾絲時留毛頭長短不一的方法形成一支燈管兩端電極的電子粉含量不一致。 帶排氣管一端(即排氣端)的夾絲兩邊留毛頭(1-1， 1-2)《0. 5mm，另一端夾絲兩邊留毛頭 (1-1， 1-2) > lmm;浸涂或電泳涂覆電子粉之后稱重，兩端陰極電子粉重量相差約為10%。 在夾絲留毛頭^ lmm的芯柱的兩根內(nèi)導(dǎo)絲3、3-l上各自點焊一片釋氧吸汞劑。釋氧吸汞劑 的鍍鎳鐵帶寬6. 3mm，厚0. 15mm，帶的兩邊有1. 45mm的用于焊接的空邊。對于本發(fā)明的熒 光燈，正常生產(chǎn)設(shè)計給汞量《lmg。為試驗開關(guān)電離汞固化效果，本例給汞量增加到2mg燈 功率設(shè)計11W，色溫6400K。其他工藝，如涂粉、烤管、封口、排氣、老練等均采用成熟的CFL 制燈工藝。燈管匹配電子板時將燈管兩端的外導(dǎo)絲4、4-l分別短接，形成無燈絲熒光燈。
采用一批20支熒光燈進行試驗。燃點1000小時后平均光通維持率^ 95%，然后 進行開關(guān)壽命測試。采用開5秒、關(guān)10秒的快速開關(guān)法15000次有燈管出現(xiàn)明顯變暗，接 近18000次有5只燈管出現(xiàn)紅光，接近20000次大部分燈管出現(xiàn)紅光，25000次全部紅光。
取下燈管用高頻火花器檢查，均發(fā)出紅光，即液態(tài)汞全轉(zhuǎn)化成固態(tài)化合物，沒有殘 留氣化后能被激發(fā)出253. 7nm的紫外線使燈管產(chǎn)生白光或黃光的液態(tài)汞。
然后將20只燈管分為兩組各10只， 一組在烘箱30(TC衡溫3小時；一組通過高頻 爐對燈管兩端電極加溫到80(TC以上持續(xù)1分鐘。再用高頻火花器檢查燈管，均發(fā)出紅光。 由此可知，本發(fā)明的熒光燈燈管中的汞被固化后所生成的固態(tài)物至少在30(TC高溫內(nèi)性能 都十分穩(wěn)定，便于收集。 普通用戶在使用本發(fā)明的易于汞回收的熒光燈時，可以在燈接近壽終時自己進行 處理使汞固化，也可以直接交由環(huán)保部門進行汞的固化及回收處理。 如果用戶自己進行汞固化的處理，可以配備一只瞬態(tài)跳閃開關(guān)裝置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)燃點 的燈不亮了，或開燈時啟跳困難比正常情況慢，或者燈光發(fā)暗(光衰變大)，表示這支燈已 接近壽終。把燈一支或多支這樣的燈擰入跳閃開關(guān)裝置的燈座，通電開關(guān)燃點。這時上述 不亮的燈只要不是燈管慢漏或破損都會跳閃亮起來。觀察燈管啟跳后的顏色，如果由明亮 的白光、黃光逐漸變成紫紅色(燈內(nèi)氬氣放電的顏色)，則表示燈內(nèi)的汞已被開關(guān)時的大電 流(比正常燃點時大2 3倍)電離轉(zhuǎn)化為了氧化鈦汞齊或其它穩(wěn)定的固態(tài)汞化合物。這 時可以把這種狀態(tài)的燈交送環(huán)保部門作進一步的處理。該熒光燈也可設(shè)計成燈管與鎮(zhèn)流器 能相互拆分的形式，比如插拔式或旋入式。當(dāng)燈管壽終時，只須將燈管交送環(huán)保部門即可。
當(dāng)環(huán)保部門從各個點回收廢舊熒光燈時，應(yīng)先用高頻火花器檢查燈管是否殘留液 態(tài)汞。若燈管呈淡淡紫紅色，則說明用戶已自己進行了汞固化處理。若燈管呈白色、黃色、 彩色管呈藍色、綠色、或橙紅色，表明還殘留液態(tài)汞，可參照上述用戶的方式處理。將所有已 進行汞固化處理的燈管一起用機械方式砸碎，倒入不銹鋼池用水浸泡半天之后攪動，撈出 玻璃渣與燈絲、導(dǎo)絲燈固態(tài)金屬物。再從上層逐步往下層吸水，底層就是殘存的固態(tài)汞(與 部分脫落的熒光粉混在一起)?？紤]到三基色熒光粉是貴重物質(zhì)，可聯(lián)系專業(yè)化水平較高的 熒光粉廠去用重力浮法分離熒光粉與汞齊，收回?zé)晒夥郏偌刑幹煤R的雜物。
已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施例僅用于說明而 不是限制本發(fā)明的范圍。在不脫離本發(fā)明精神的情況下可做出各種省略、替換和改變。所附權(quán)利要求及其等同物意在覆蓋落入本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)的這些形式和修改c
權(quán)利要求
一種易于汞回收的熒光燈，包括燈管和一對分別處于燈管兩端的電極，所述熒光燈特征在于在所述一對電極上的電子粉含量不相等；在電子粉量少的電極端配置能與汞化合生成固態(tài)物質(zhì)的消汞劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其中所述一對電極上的電子粉含量相差5%到10%。
3. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其中通過如下幾種方式中任一種或任幾種的組合來使 得電子粉含量不相等(l)所述一對電極選用的鎢絲的Q，份量不同；(2)鎢絲的切長不同； (3)夾絲留毛頭的長短不同。
4. 如權(quán)利要求l所述的熒光燈，其中所述消汞劑是被真空燒結(jié)在鍍鎳鐵帶兩側(cè)的 Ti_Zn-Cu-Al+BaC03釋氧吸滎劑粉粒。
5. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其中所述消汞劑是由Ti、 Zn、 Cu、 Al、 Fe、 Ni組成的合 金絲。
6. 如權(quán)利要求5所述的熒光燈，其中所述的合金絲的表層涂覆有BaC03之類的釋氧吸 汞劑的粉粒并真空燒結(jié)而成。
7. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其中所述消汞劑是用質(zhì)密耐溫材料把如硫磺之類的化 學(xué)試劑氣密性地包裹在其中的消汞丸。
8. 如權(quán)利要求7所述的熒光燈，其中所述質(zhì)密耐溫材料是薄金屬皮。
9. 如權(quán)利要求7所述的熒光燈，其中所述質(zhì)密耐溫材料是玻璃管或玻璃球。
10. 如權(quán)利要求1所述的熒光燈，其采用電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動，所述電子鎮(zhèn)流器帶有異常保 護，以使鎮(zhèn)流器在各種異常狀態(tài)下都不會受到損壞。
全文摘要
本發(fā)明提供一種易于汞回收的熒光燈，包括燈管和一對分別處于燈管兩端的電極，所述熒光燈特征在于在所述一對電極上的電子粉含量不相等；在電子粉量少的電極端配置能與汞化合生成固態(tài)物質(zhì)的消汞劑。
文檔編號H01J61/72GK101728210SQ200810172240
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者陳枕流 申請人:陳枕流