1、超导产业化项目建议院地合作重大产业化項目建汶：工业ia导技术应用=电子垃圾资瀾化处理与赤铁贫矿（尾旷）强磁场分选中国科学院高能物理研究所XX省險性林料工程技术研究开发中心XX金南鹼塑XX一.中国科学院髙能物理研究所发展的超导强嶽场技术1正负电子对撞机上的大塑超导穗体在国家大科学工程一正负电子对撞机重大BiiSl程中，大规模采 用了低温趙导技术。2006年9月，研別成功了 一台貝有国际水平的 超大型趙导逼体（谱仪III超导逼体，内径3m、长度4m、中心脱场1 片髙斯，带铁茜后总重量约700吨，嵋能10兆焦耳），现在常年稳定 运行。2006年中国十大科技进展之一的正负电子对撞机重大改造 工程获关傩
2、性突破”中，该超导險体的研制成功，是一顶主要的技术 突破，目前，国师上只有欧美、日本能制造这种大型探测器超导脱体。2工业超导技术低富超导除铁器2008年11月，髙能物理所成功研別了 一台 大型工业应用趙导磴体系貌一趙导除铁器，用于消除煤炭中的铁磁 性杂质。其外径2.2米，重量10吨，中心魏场3T,超导线圈直g 1.1m。 目前，该项技术通过了技术鉴定、产品鉴定，已在XX H照港使用年 处理煤炭ffiitE千JT吨，技术指标达到国际领先水平，頃补国内空白, 破依赖国外进口的局面。超导除铁器主要用于港口、矿山、电等，用来除去釆煤、运输 过程中混杂到媒炭中的铁魏性杂物，这些杂物是输运系统中破砕机、
3、研磨机、球磨机等机械设备的重大安全隐患。超导除铁器的应用优势:常规电储除铁器由于线圈励逼后产生大量热量，且难以快速粧 出,励磁电流受到限制,磁场强度难以提升,较小的铁磁牲物质难以 从非挟逼性物料中吸取岀来。低温超导除铁器使用趙导线圈来产生去 除媒炭等物料中的铁磁性杂质所需的强磁场，具有磁场强度髙、磁场 梯度深、吸鉄能力强、重量轻、能耗低、运行节能坏保等普通电嶽除 铁器无法比拥的优点。核破共振成像超导祗体2010年4月，研制成功场强为1.5T的医用全身核凰共振成像超 导ilto该超导鹼体的備场强度、稳定度、均匀度等性能指标那完全 达到了 MRI整机的使用要求o1.5T全身核磁共振成像超导穗体的研
4、制 成功，为国内整机家提升产品性能和档次解决了关理部件。扌I通了 超导lit个关维坏节，能形成从超导林料、超导脱体到MRI整机的国产化产业链。3超导磁体工程中心中国科学院高能物理所超导ittl程中心主要开展工业应用超 导逼依的研制与开发，推进超导做体产业化。髙能所已经突破了趙导 线圈设廿、找圈绕制和稳定、杜瓦吊挂、超导开关、超导接头、失超 保护、电流引线、浪氮浪面测量等关傩技术及工艺，枳累了大型超导 逼休研发经验，具有大型假温制冷装置、超导逼体测试场地、趙导电 缆短样測试装置、脱场渭量装置。今年全球超导市场预廿將达到五十务亿欧元。媒炭用超导除鉄器，进 口一台需要800 JJ人民币。髙附士用超导
5、磴选机，进口一台需要3800 JI人民币。针对市场情况与需求，我们已经发展了下列顶目： 1.5T核磁共振成像超导磁体;煤炭用超导除跌器；高岭土用超导魏选机。近期拥研发的项目包括:用于电子废弃物中金属资滌回收的强險机；弱做性跌矿或尾矿用超导脱选机； 3T核磁共振成像超导11$;超导污水处理系统。髙能物理所超导ffittl程中心已经拿握超导设备设廿与制造的关鍵 技术。厠有一支30多人的髙水平研发队伍与先进的实验室设备。貝 备开发新的超导应用领域，发展工业超导设备的聖实基础。我们最近 把研究注意力转向我国经济与环境发展很突出的两个领M：矿 （尾矿）分选、电子垃圾处理与回收利用。二.赤铁贫矿（尾旷）的
6、jfi导袈就场分选1广泛存在的亦鉄尾矿构成坏境与安全重大隐患2008年9月8号，XX省XX市襄汾县新塔矿业XX塔儿山鉄矿尾 矿库发生特别重大溃坝事故，造成重大人员Ifito该尾矿库总库容约 30JT立方米，坝高约50米。尾砂流失量约20牙立方米，沿途带出 大量泥沙，流经长度达2公里，最大扇面宽度约300米，过泥面枳 30.2公肌XX”9.8铁矿尾矿事故救灾现场XX “9.8”尾矿事故之后,上至国家领导人下至人民群众部对尾矿 治理与防护非常关心。例如XX省安监局统廿XX省共有尾矿库88座, 其中属于重大危险源的尾矿库就有16座。包括：XX大宝山尾矿库、 XX石人嶂餌矿、连平大顶鉄矿尾5T库、连平
7、大尖山矿尾矿库、XX立 温錮矿尾矿库、XX市澄海区原连花山餌矿尾矿库等。其中，XX大宝 山尾矿库曾经发生ilfflill的山坡塌陷，经全力抢救方化险为夷。大宝 山铁矿位于XX省XX市，北部是800-1200米山区、南部是低陵山地 和冲枳平原。大宝山的槽对坑尾矿设廿总坝髙53.8米，总库容更大, 上游集雨面枳为3.8平方公里。冃处于北江上游。一旦发生间题將比 XX “98事故危害更加严重。4174经过Dll固的高53米的尾旷重力坝尾矿坝下面依IF1有民居尾矿既是一个重大危害聰患艮对坏境造成很大影响，但同时也是笔重要财富与稀缺资温。大宝山一亿吨尾矿的铁含量达37%左右, 同时含鋼、錯、锌、探、钻等
8、重金属。经il众多研究单位几十年的研 究，大家明白超强確场臃选是他理亦扶尾矿最有效的手段。不仅可以分 离岀三氧化二鉄（亦跌矿），还可以利用涡流磁选手段分离出 稀缺贵金属。达到自选充分利用的目的。含铁量在35-41%的大宝山尾矿，已经接近坝顶尾矿排泄口，固休物中含铁量髙达41%2超导强磁场与赤铁尾矿分选国内外对赤铁矿（三氧化二铁）舸逼选已经研究过很多年。很清 楚趙强磁场逼选是处理亦鉄员矿与尾矿最有效舸手段。实际上，XX 矿冶研究院从上世纪八十年代开始在大宝山鉄矿开始用高梯度强磁 场（1.5T左右）分选赤铁矿,1993年前后最高产能到达11牙吨/年。 实验过程中出现的最大冋题是髙梯度媒介容易堵塞，
9、清理困难。为了 最求更髙磁场，三十年前中国有色金属XX等单位设廿制造了趙导强 逼场亦铁矿逼选机。实验效果非常明显，显示超导用干赤铁矿逼选可 行。可惜的是，超导设备浪氮消耗量巨大，实验进行仅仅两个小时后 不得不下马。这次实验告诉大家超导强磁场用于弱逼性物质分选技术 上可行，但经济上不合算。国际上趙导强逼场分选主要用于髙龄土除 亦铁粉（Fe2O3 ）,设备已经发展到第三代，进人成熟期。中国引进的 台超导强逼场髙龄士瞳选机安装在兖矿集团XX髙龄土厂。但国外 一直对中国同行技术XX。甚至进人XX高岭士参观那很困难。我们已经对赤铁尾矿强磁场分选做了比较详尽的前期研究工作。髙梯度强磁场对亦铁尾矿的分离度超
10、过90%,得到的精矿含铁量在 55%左右，可以直接用于高炉冶炼。在大宝山尾矿库各tEM样0.610.070.527.7东量存在很大差异Kent0.400.49Na2011.4810.6235.7756.140.04AI2030.52P205SPECTRUM FILENAME : C:USERJHEPPUBL1C2O1OI215YUANKUANGSPC KV:40 UA: 250 1000 UM-SPOTTC: 17.OUSECS.e(iMW4.oeG.oe 8.oe i6.eoEncray keVC：USER _HEP8ub_l201s?1572 ooo(o7o s云6opXooo ooo c
11、o3(O23oosA og3 s1gigoso忌ogoX o29&9oo oogo3bgD7 Do ho丄OAoK000T1021.341.30Cr2030.010.01MnC!nofiSPECTRUM FILENAME : C:USER IHEPPUBUC2010I215FEICIXINGXIANGSPC KV:40 UA: 250 1000 UM-SPOTTC: 17.0USECS超导强脱场磁选机原理图超导磁选后的尾矿，含铁量己经很低41431严亠0 &3332超导强磴场備选机初步设廿图把中国科学院髙能物理所在大科学装置研发过程中开发的国际 先进水平的超导强磴场技术用于我国南方特别是XX地
12、区的赤铁贫矿 （尾矿）储选既可以开采出国家急需的宝贵铁矿资滌，也城轻了环境 压力。当然，亦鉄贫矿（尾矿）鹼选顶目涉強国家矿业施瀰，n:业化 中试也需要比较大资金支持。三.电子垃圾的涡流確选与资源化处理1我国淅欣世界电子垃圾集中地，严重影晌环境去年全球生产家电用品约十八亿台，其中中国的产量占77%O 与此同时，世界趙12 80%的废弃电器电子产品返运中国。师着发达国 家对废弃电子产品处理的立法越来越严格，废弃电子垃圾进人中国的 趙势更加严重。把电子垃圾出口国外特别是发展中国家是发达国家处 理废弃电子产品最经济的手段。XX是世界电子垃圾最重要的终端地 2-o例如，XX市贵阿値被林为全世界最大的电子
13、垃圾拆解基地， 是电子废物的终点站。在贵眄的28个村中，有21个村、80%以上的 家庭直接参与电子垃圾相关的工作。他II组成了数百个家庭电子垃圾 拆解作萌，吸纳了来自全国各地数以牙廿的打工者来到这里。相关数 据表明，这些工人每年分解的电子垃圾可以达到15 0片吨。曾经追堆绿色的贵斷大地到处充斥废弃电子垃圾拆解电子废弃物在给居民带来丰厚利涸的同时，由于工艺陈IFI, Q缺乏相应的环境保护措施，对坏境也导致了严重的污染。中央电视 台胃深入贵阿调査，发现电子垃圾拆解依然以家庭作萌为主。由于地方政疽对电子垃圾拆解的扌J击力度dll大，从前在術头工作的小火炉转 入了室内，从前部分在白天进行的操作改到了夜
14、晚，从前密集的黄烟 作萌转移到荒郊野外。拆解:：作的恶劣坏境给从业人员带来巨大的偲 康隐优，拆解过程产生的污染对当地坏境已产生不可逆的损害。落后工艺处理电子垃圾:贯斷环境不能承受之“污”有人把贵阿处理电子垃圾的方式称为“19世纪:艺处理21世纪的垃 圾”。除了进人二手市场外，贵屿的绝大部分电子垃圾会被不斷地分 拆，废旧的电路檢上有各种苏片、电容、极管等零部件，可以回收重 复利用；其中一部分需要通il烧烤、酸浴等方式提取镀金、錮焊料、 铜骨架等各种金属，电线则被剥皮或焚烧取狗；塑料部分会被加工成 简单的塑料颗粒原料或是做成塑料假花。在对这些电子垃圾进行分 拆、烧烤与酸浴的过程中，产生大量有害物质
15、，对环境造成了极为严 重的危害。绿色和平组级的研究调査结果表明，贵阿地区众多有毒重金属和持久的有机污染物对电子垃圾拆解工作场所和邻近坏境造成了严重的污染: 工采集的尘埃中鉛浓度高于其它地方尘埃标准鉛浓度数百倍;河潼与水源的号染成为难以恢复的生态问题从事电子垃圾拆解的工人家里尘埃銅、鉛、錮、紡的含量远远高 于普通人家尘埃中舸含量；电子垃圾酸处理工厂采集而来的酸性固体废物样本含有髙含量重 金属；通过对酸洗工上游和下游所采集的类做沉枳物样本进行对比， 可以清楚发现污染现象的本质和X围源自这些工厂的生产活动。电子废弃物的资温化利用和坏境无害化回收必须走产业化的发展道胳，目前国际上较为成熟的电子腹弃物处
16、理技术要求必须达到一 定的处理规模才有市场可行牲,才有贏利的空间。企业的规模化和专 业化是前提，而冃电子废弃物回收处理的技术和工艺必须是机械化， 自动化的，这样才不会产生有毒有害物质。日本在电子产品废弃物的 回收利用已形成产业化。建立有效的电子产品废弃物的回收处理体系 和资源化再生利用依系，不仅有效地改善人类生存的坏境，极大程度 地提高人们的健康水平。而且为解决我国资滌相对缺乏，能源相对短 缺的间题提供了一条有效手段。实师上，国外一些原来的矿山巨头已 经成功转型为为矿山修复与“城市矿山”专家。对于推动我国实规循 环经济的可持续发展意义十分巨大。资温有眼、循坏无眼是当今社 会普遍认识的发展理念。
17、消除污染、再造资温是最佳和谐发展之路。 本项目的的目的是发展电子废弃物的城市矿产”化，探寻电子垃圾 资温的循环利用与循环再造产品的研究与产业化，枳极探索中国“城 市矿产”报废资源的开采模式，突破了电子废弃物资温循环利用的关 建技术。建立自主知识产权的电子垃圾资滌化技术与专利体系，仰立 电子废弃物绿色再造的低碳资源化模式，建立一个中国电子废弃物循 环利用的技术先导企业，成为中国循环经济与低碳制造的领军企业之O2国外电子垃圾处理技术发展现状与范势美国比较注重清洁生产工艺的开发，立足于在生产过程中SIS, 通过瀬少废物的产生量来碱少有害废物的处理量，直到20世纪90年 代以后，美国才开始重视电子垃圾
18、处理与资滌回收技术的开发，总依 水平述落后于欧洲和日本。目前美国只有新泽西州有一个处理电子废 弃物（20000T/年）的ITo利用专门技术处理的电子垃圾回收再利 用率可达到97% 右。在欧洲，从20世纪80年代初开始，德国、瑞 典、挪威、瑞士等国对电子废弃物舸综合利用进行了深入研究，fftff 致力干手工拆解和金属富集工艺技术的开发，取得了很好的效果并获 得了可观的经济效益。世界首家电子垃圾处理工于2001年2月在 芬兰北部的电子城奧鲁市正式建成并投人生产，名为生态电子公司。 釆用类似矿山冶冻的生产工艺，把ISIFI手机和个人电聊汝家用电器进 行粉碎和分类处理,於后对林料充分回收利用,每年可处
19、理1500t 20001,建有良好的环保处理系统。2 0世纪90年代，鉴于机械化处理 不会产生有毒性产物这个独一无二的优点，金属富集依的机械化工艺 被进一步发展并在西欧实施。其具体:艺路线为：首先进行手工拆解, 熬后将电子腹弃物进行破碎和筛分，经过一系列的设备分选，最终获 得不同的金属富集体。工厂不对它们进行金属再提炼加工,而是将其 送到不同的金属冶炼公司去进行深JJU工。德国废IF1电器回收普遍采 用了一种电子破碎机来分选废IH电器中的有用物和废物。其流程是， 先用人工拆卸的方法将废1日电器中的含有有毒物质的器件（如电视显 像管、荧光屏）取出。然后將剰余部件放人破砕机中，先通过險力分 选分离
20、出挟，第二步进人涡流磁选机分离出钳，第三步通过风力分离 出塑料等较轻物质，剰下的是鋼和一些稀有贵金属。这些分选出来的 金属，会根据它的含金量来卖给终端处理。国际上欧盟国家对电子 垃圾的处理最重视，他们多年来一直坚持高强度支持各个专业的科学 家合作研究电子垃圾的回收利用，取得很多重要成果。今天垃圾破郦、 金属颗粒涡流强磁高梯度选取都已经从实验室走向工业化处理。日本 是亚洲国家中电子技术最为先进、电子产品应用X围最广的国家。 1991年I0月，日本就颁布实施了关于保进再生资源利用的法律， 简称再生利用法。强力推行资源的再生循坏利用。日本电子原弃物 的处理工艺，因地方及专门处理业设施的不同而有所不同
21、。若有大型 粉碎设施，则直接进行一次性粉砕处理;若是小型粉碎设施,则要先 除去电机、压缩机等，经切割后再进行粉砕处理。粉碎后，经电險筛 选、风力筛选等，将铁屑、鋼屑和钳屑等选出，作为再生资温回收利 用，其余的进行分类回收。新加坡！W建有采用机械化综合处理利用工 艺的电子废弃物的ITo必须指出的是：工业发达国家对电子废弃物进行坏境管理，是受 T05的重视、政策的支持、法律法规的保障以尺全民环保意识的提 髙和资金的支持。欧盟设廿、生产的涡流逼选电子垃圾处理设备也并 不符合中国的现实。首先，欧盟的电子垃圾处理那享受高额的国家补 貼，这导致他们的电子垃圾处理贾用昂贵。我们的情况相反,不但国 家不可能给
22、予大规模补貼，还必须有利渦才可能取代现在的简单落后 处理方式。第二，因为不用考虑成本国外的设备那采用稀土永磁，要 取得髙逼场就必须城少磁场区域。这严重眼制了垃圾处理量。欧盟国 家大部分电子垃圾外运中国等发展中国家，真正需要在国内处理的数 量并不大。3项目的产业化前景分析本项目的重大产业化前景来源于电子废弃物的髙价值性。电子废弃物中含有40%的金属、30%的塑料K 30%的氧化物。几种典型电子废弃物舸成分设备类型黑色金属有色金属塑料玻璃线路板其它电脑3232215235电话 14691116电视10410417.8洗碗机51415 1 30废弃线路板的成分组成 含诞 组成 含星铜2015锌1氧化
23、铝6铝2难熔載化物碱土金属氣化物6铅2其它32氧化物合计30铁8含氮聚合物1锡4爛料C-H- 0聚合物25其它金属1丙索聚合物4金属合计40塑料合计30由上表可以看出，电子废弃物含有大量可供回收和用的金属、玻璃及 塑料等。废弃线胳板仅鋼的含量即达20%,还含有鋁、鉄等贱金属 及微量的金、銀、J0等榆贵金属。1968年，美国和西欧在电子产品 中耗费的金达82t, 1973年更是达到127t的高峰,自1978年以后, 金的消耗量保持在80t/a, 3使得电子废弃物比普通垃圾具有高得多 的价值。根据金属含量的不同，每吨电子废弃物价值可达几干美元, 甚至高达近JI美元。此外，电子废弃物中还含有较髙价值
24、且仍可使用 的元器件，如内存条等,由此可见回收利用的价值。因此电子垃圾是 真实意义上的“城市矿山的富矿。2008年日本公布了 一项统廿数 据，称日本是世界上最大的金、银、船和JI的资温国，其銅、白金和 迴资温也位居世界前三位。这与人们普遍的日本资源稀缺印象大相径 庭。实师上，该数据是对日本国内蓄枳的可回收金属总量进行廿算后 得出的。日本是稀有金属消费大国，同时也是回收柿有金属的资温大 国。据统廿，日本国XX金的可回收量为6800吨，约占世界现有总晞 量（42000吨）的约16%,这个数值超过了世界黄金储量最大的南非。 银的可回收量达60000吨，占全世界总储量的约23%,趙过了储量世 界第一的
25、波兰。稀有金属钳目前面临资源枯琳，是制作液晶显示器和 发光二様管的原料，日本的藏量占全世界储量约38%,与银和鉛一样, 那位居世界首位。日本理的消费量是全世界年消费量的7倍。而且， 日本还WJ有世界总量约6倍的白金，它是燃料电池中不可或缺的电极 原料。随着经济不断发展,我们的资源短缺问题已经非常突出。研究 稀有金属回收再利用很有必要的。目前我国这些包括电子废弃物这样 的“城市廿山”资源大多被丢弃或者简单处理仅利用很少的有用成分。 在废弃的手机或电彌中，含有稀有金属，这样的废物数量巨大，因而 被称为是沉睡在城市里的矿山”。由于稀有金属价格上涨，使这些 本来的废物成了香悖悖。一部IFI手机可以提取
26、约0.03克黄金，也就 是说一 JT部手机可以提取约300克黄金。而如果直接从金矿中采掘黄 金的话，每吨矿石只能得到5克黄金。所以说，城市矿山”要比真 正的矿山更具价值。除了一般意义上的城市资温矿山以外，电子废弃物还有另外一个 特殊属性，朋就是它的有害性。巴塞尔公约将废弃舸廿算机、电子设 备及其它废弃物规定为“危险废物”，1995年70多个国家,包括绝大 部分发达国家在这一公约上认可签字。电子废弃物中的有害成分污樂物来源氯氟碳化合物冰箱卤素阳燃剂线路板、电缆、电子设备外売汞显示器硒光电设备电池及某些计算机显示器铅阴极射线管、焊锄，电容器及显示屏错金属镀层由上表看出电子废弃物含有大量的有害物质，
27、如美国新泽西冊城市 固体废弃物中福、钳、汞的含量分别达15.25、543.25、3.25mg/kg, 而废弃家电是其主要来温。美国环境保护署估算，2000年城市垃圾 中有1/3的鈿来滌于阴极射线萱汝废弃找路板，是仅次于鉛酸电池 的券污染to 2些有害物质在处理il程中稍有不慎，就將进入地下水 或空气中，引起严重的环境污染，给人类带来危害。4研究开发内容、方袪、技术路缆利用电子废弃物不同物理成分的磁电性质的差异性jfi 地物理 分选是本顶目的主要研究内容。电子废弃物通过弱磁选能方便分选鉄 磁性物质和有色金属及非金属。强做选、高梯度磁选可用于弱磁牲物 料的分选，分离亚微米尺度的有色金属和贵金属，发
28、展潜力巨大。电 子废弃物逼选后物料，非金属主要是玻堀纤维和射脂热固性塑料、氧 化徒等，绝大部分属于绝缘林料作为良好导体的金属可以通过静电或 涡流分选与非金属分离。涡流分选技术过去一般用于HISIF1 Ji车及城 市垃圾中回收解离倾粒在50mm H上的金属鋁。采用强力涡电流尺赫 士永久磁挟，涡流分选技术已成功应用于电子废弃物的分选，它对轻 金属与塑料的分离很有效。利用涡流分选机从电as废弃物中回收金属 钳,可获得品位高达85%金属钳的富集体,回收率也可达到90%o 涡流分选已经成为电子垃圾处理最成熟与有效的手段。但工业化电子 垃圾处理需要髙强度（大于3特斯拉）、大梆度磁场。欧洲规在最先进 的涡流
29、逼选设备采用技鉄硼永逼林料，最大逼场强度1特斯拉左右， 对重金属的分选程度不徊底、效率不髙，运行成本髙昂。欧洲国家 的垃圾处理公司那享受欧船高强度的补贴才得以生存。建设髙效率、 大处理量的涡流逼选设备必须设计建造节能、髙效强險体。这是电子 垃圾处理界的共识。本项目扔在世界上首次采用低温超导技术建造大干5特斯拉的大尺 寸强磁场用于电子废弃物的涡流磁选。整体技术胳线与工艺流程为：电子废弃物本顶目采用中国科学院高能物理研究所在建造国家大科学工程一 正负电子对撞机重大改造工程中发展的成熟低温超导枝术，建造超过 5特斯拉的大区域高梯度强脱场，用于涡流磁选电子废弃物。把有用 资温的回收率提髙到95%以上。年处理电子垃圾3牙吨。所有的废弃 物处理那采用直接物理方法，不产生进一步的坏境污染。把危害XX 环境的电子垃圾转变成经济建设中必不可少的稀有资源。我们的研究工作表明，可以用中国科学院高能物理所发屎的超导 强磁场技术发展年处理3牙吨电子垃圾的成
