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1、汞齐的环保和节能功效及释汞器应用工艺神珠电子器材 朱升和关键词： 汞齐 释汞器 环保 节能汞齐是含汞的合金，常温下是固态，对于制灯地区和消费地区均有良好的环保效果。在制灯环节，由于 汞齐的汞原子挥发量远远小于液汞，而且可以克服液汞的“流失”危害，因此能有效地保护制灯地区的生产 环境。在消费环节，汞齐可以精密地控制节能灯的用汞量，能轻松符合欧盟 ROHS 指令（关于在电子电气 设备中限制使用某些有害物质指令）；同时固态汞齐有利于废弃节能灯的回收处理，容易实施欧盟 WEEE 指令（关于电器与电子设备废料指令）。节能灯、无极灯等属于低气压荧光灯，其最佳的汞气压是0.8Pa。如用液汞其对应的管壁温度为
2、40C45C, 若管壁温度每超过1C,其光效即降低约1%,形成“温升光衰”；节能灯的管壁温度大都超过50C以上，有 的甚至高达100C以上，影响其发光效率约20%30%，严重的达到45%以上。汞齐可以通过调节汞和合金元素的配比,获得不同的温度特性曲线。不同的汞齐在不同的温度下,可以获 得稳定的汞气压0.8Pa，因此，节能灯、无极灯、紫外灯等只要选用适合的汞齐，即能使灯管始终保持最佳 的发光效率，克服液汞形成的“温升光衰”。1. 汞齐在节能灯中比液汞大约有 30%的节能效果。低气压荧光只有汞气压在0.8Pa附近，才能获得最佳光效。低气压荧光灯包括：直管荧光灯、节能灯、 紫外线杀菌灯等，其发光原理
3、均依赖于受激发的汞原子回归到基态时，所释放出的253.7nm系外线253.7nm 的强度决定了各类灯管的性能，253.7nm越强，激发荧光粉的发光效率越高，或杀菌效果越好。因此，在 各类荧光灯的设计制造中，其最终的目的都是获得最强的253.7nm紫外线。1，紫外线或称紫外辐射，产生于正柱区的电弧轴线附近，经过无数次的撞击运行到管壁上激荧光粉发光。 紫外线在运行到管壁过程中受到周围汞原子撞击，有部分能量受到损失被周围的汞原子所吸收称为共 振吸收。因此正真激发荧光粉发光的紫外线强度是紫外线辐射减去共振吸收后所剩余的有效紫外辐射，即（紫外辐射一共振吸收=有效紫外辐射）。因此，灯管内的汞原子浓度（汞气
4、压）不能太低（不利产生紫外辐射）；也不能太高（不利于共振吸收）。实践表明：只有当汞原子浓度（汞气压）在0.8Pa附近时，才 能获得最强的有效紫外辐射。 见图（1） 阴影部分为有效辐射。25inin共振辐射强度共振吸收逼度PI图说躅= 共藏射可卯洗收2, 温升光衰的形成。荧光灯内的汞气压（汞原子浓度）与管壁温度成正比，当管壁温度在40C左右时， 管内可获得0.8Pa的汞气压,传统的T12荧光灯在25C的室温下燃点，其管壁温度大约是40C,可获得0.8Pa 的汞气压，发光效率也最佳；但是随着管径变细和紧凑荧光灯的兴起，管壁温度远远高于40C，管内的汞 气压也远高于0.8Pa。温度越高，汞气压偏离0
5、.8Pa越大，共振吸收越强，253.7nm有效紫外线辐射越低， 灯管的发光效率也降低。这种灯管的发光效率，随着管温的升高而下降的现象称为温升光衰。温升光衰是可逆的，当管温降低后，光效可恢复。实践表明，当管温高于最佳管壁温度后，每偏离1C, 将影响0.8%1%的光效。例如：某种球形节能灯的管温达到80C以上，其光效损失将超过30%；若超过 55 C，其光效损失也超过10%。3，选用汞齐可以克服温升光衰，使灯管始终保持最高发光效率。为了克服液汞所带来的温升光衰，少数 管型可以设计“冷端”取得部分效果，但真正要解决温升光衰问题还必须选用适合于管温的汞齐。各类节能 灯、无极灯、杀菌灯等由于结构和功率不
6、同或应用的灯具不同，其管温也不同。如T5、T4较低，约45C 50C，裸点的螺旋、3U灯约50C60C，带球罩的节能灯管大约在80C110C，大功率紫外线杀菌灯 （带石英密封）管温大约在140C160C，均可根据各种灯的实际温度，通过试验，选用合适的汞齐，来 获得最佳的 253.7nm 紫外线，克服温升光衰，确保最高光效。见图（2）常用汞齐特性曲线供选择。汞光压204090M100120144)汞齐世蓋温度9液汞及各类汞齐的特性曲线图（2）中释汞器RA与普通低温汞齐R （含汞量50%）的特性曲线相同。二,汞齐替代液汞可以有效的克服汞对环境的污染。如上所述，荧光灯的发光原理是基于灯管正柱区所受激
7、发的汞齐原子，返回到基态时所释放的253.7nm激发荧光粉发光。因此汞原子是制造荧光灯必须的元素，也是不可替代的材料。但汞也是 污染环境的祸首，如何克服汞对环境的污染也是世界环境保护的主题。汞在荧光灯产品中污染环境主要在 制灯环节和寿终灯管的废弃品环节，正常的使用环节并不产生污染。1,在制灯环节。液汞对环境的污染主要是由流失和挥发产生的。 液汞的流失是污染环境的关键。汞齐能避免液汞的流失，液汞在常温下是液态的，只有低于一38C才能 凝固，所以液汞非常容易流失，而且是无孔不入，很难收回。因为汞的比重很重（13.6/cm3）,容易钻入土 壤，污染大地和水或流散在地面形成长期的污染源，汞原子挥发到大
8、气中，污染大气，直到汞原子挥发完 毕为止。汞齐是含汞的合金，常温下是固态，在制灯过程中一般不会流失，不会产生流失现象，即使偶尔有少量汞 齐散失也能很容易回收，用无水乙醇清洗后可继续使用。所以汞齐替代液汞，能克服液汞流失现象，避免 汞对水和土壤的污染。 汞齐的挥发率远小于液汞，能显著减少汞原子对空气的污染。因为汞齐是Hg元素与其他元素如：Bi、In、Sn、Ag、Cu、Zn、Pb、等元素组成的合金，其常温下都是固 态。不同的配比和不同的化学元素组成的汞齐，对汞原子的约束能力不同，也具有不同的特性曲线，参见 图（ 2）常用汞齐特性曲线。在室温下，若以液汞的挥发率（饱和浓度）为100%做比较，高温汞齐
9、如：I、K、L、J、G等，在空气中的 挥发率大约是液汞的 10%15%；中温汞齐如： B、 A、 M、 N、 E 等，在空气中的挥发率大约是液汞的 40%60%；低温汞齐如：V、R、S、X等，在空气中的挥发率大约是液汞的80%90%。综上所述，汞齐 能克服液汞的流失并能降低汞原子的挥发对制灯环境的保护是十分有效的。2, 在消费环节（消费地区）。汞齐可以精确控制每支灯管的汞用量，并有利于寿终废弃灯管的环保处理。目前许多节能灯的消费地区， 如我国南京市政府近日发出通知，要求所有机关、事业单位，对办公场所的照明系统进行节能改造，在今 年年底前，将耗能较多的白炽灯全部更换成节能灯；国外欧盟已明确提出用
10、节能灯替代白炽灯，同时对节 能灯也提出了技术壁垒， ROHS 指令和 WEEE 指令的实施，其中汞是首当其冲的关键元素。 欧盟ROHS指令（关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令）。ROHS指令规定，小型荧光灯中的含汞量不得超过5毫克/灯，（北美有些地区规定小于3毫克）。若用液 汞制灯是很难控制的，因为液汞对玻璃吸附力很大， 5毫克以下的汞滴，自身重量难以克服对玻璃的吸附 力，无法掉进灯管，容易造成无汞废品或 2滴相加后掉进灯管，造成汞含量超标，尤其在圆排车上经常发 生。汞齐是含汞的合金，是经过真空熔炼炉制成汞合金球，汞元素在合金中的分布非常均匀，只要选定汞齐的 粒重，即能精确地控制每支
11、灯管的汞量，能轻松符合欧盟ROHS指令。 欧盟 WEEE 指令（关于电器与电子设备废料指令）。WEEE 指令是规定废弃节能灯的有害物质的回收处理。在荧光灯中，正真参与放电作用的气态汞原子大约 不到总量十分之一，其余绝大部分吸附在管壁和电子粉中很分散，难以收集。对于采用汞齐的灯管，其寿 终废品中除了极少量的气态汞原子难以收集外， 90%以上的汞原子均钻在汞齐内部，因为汞齐对于汞原子 均具有较大的吸引力，就像“蜜蜂”钻进“蜂窝”一样。因为，汞原子受到汞齐的约束和吸引，不会随便吸附到荧光粉上，这也就是为什么汞齐灯管不会产生汞斑 的原因，所以，采用汞齐的节能灯非常有利于寿终废品的汞元素的收集处理。3,
12、 释汞器比汞齐更环保。如上所述，汞齐可以避免液汞的流失，并可以减少汞原子的挥发，能起到很好的环保作用。但也有美中不 足之处，例如：含汞40%以上的普通低温汞齐（ZnHg、SnZnHg、AgCuSnHg等），在室温下其汞原子的 挥发率和饱和汞气压，还是比较接近液汞，大约是液汞的 80%90%。如何降低室温下低温汞齐的挥发率，更进一步减少汞对空气的污染呢？我公司经过5年技术攻关，发明了最新的环保专利产品释汞器（见图 3? 释汞器）。释汞器由内核和包膜组成，其中内核是含汞 40%60% 的合金，包膜由纳米级的金属和非金属组成一层或多层的致密包膜，防止汞原子外逸。图（3）环保专利产品释汞器经测试证明室
13、温下释汞器的汞原子挥发率很低，不到液汞的10%。具有纳米包膜的释汞器，不但能阻止 汞原子外逸，保护制灯地区的环保，而且具有更高的表面强度，特别适合于T5、T4的圆排车应用。四，释汞器的应用工艺。 释汞器像普通的低温汞齐一样，适用于长排车和圆排车。其优点是在常温下汞原子的挥发率很低，有利于 制灯环节的环保。释汞器除了环保特性外，另一优点是表面强度高，抑制汞原子外淅到表面，耐磨擦，防 粘连，特别适用于圆排车应用。然而，任何事物都有两面性，释汞器也有其负面的缺点，这就是常温下汞气压很低，对于灯管老练和起跳 不利，所以采用释汞器的灯管，在排气后必须增加一道工序（激活工序）。激活有两种方法：将释汞器 加
14、热到150C左右，时间5分钟或加热到300C左右2分钟，使纳米包膜破裂。电火花直接激发释汞器 10秒钟，使纳米包膜破裂。激活就是破坏纳米包膜，使释汞器放汞，灯管内即能获得较高的饱和汞气压， 获得相当于液汞的80%90%气压。释汞器特别适用于圆排车生产的T5、T4及裸点的各类紧凑型荧光灯 （ CFL ）。1993年1期中国照明电器1996年2期中国照明电器2000 年 6 期中国照明电器2003 年 1 期中国照明电器2005 年 10期中国照明电器2006 年 11 期中国照明电器参考文献：1989年3月 电光源100期 Bi-Pb-Sn-Hg在紧凑型荧光灯中的应用汞齐应用探讨关于 CFL 汞齐灯的探讨紧凑型荧光灯光通量的建立 汞齐与绿色照明FL、 CFL 如何获得最佳电参数 利用色温变化优化汞齐灯管的设计
