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“城市矿山”的“含金量”有多高? 如何“变废为宝”?

2023-11-15 10:29:11 来源:矿山系统工程研究所,光明网,矿材网
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简介:“每座城市都拥有丰富的‘城市矿产’,废旧机电设备、通讯工具、家电、电子产品……报废的塑料是城市油田,报废的废纸是城市森林,废弃资源需实现再生可循环利用。”最新数据显示,2022年全球有超53亿部手机被废弃或闲置,这些手机堆叠而成的“城市矿山”,高度将超过5万公里,比国际太空站与地球的距离高出120倍,是地球与月球之间距离的八分之一。那么,“城市矿山”的“含金量”有多高?各个国家都做了哪些努力“变废为宝”呢?

“每座城市都拥有丰富的‘城市矿产’,废旧机电设备、通讯工具、家电、电子产品……报废的塑料是城市油田,报废的废纸是城市森林,废弃资源需实现再生可循环利用。”最新数据显示,2022年全球有超53亿部手机被废弃或闲置,这些手机堆叠而成的“城市矿山”,高度将超过5万公里,比国际太空站与地球的距离高出120倍,是地球与月球之间距离的八分之一。那么,“城市矿山”的“含金量”有多高?各个国家都做了哪些努力“变废为宝”呢?


城市矿山


什么是城市矿山?

城市矿产又称城市矿山、都市矿山等,是一种十分形象的比喻性说法,指城市中某些可回收、可再生的资源,区别于“天然矿产”。城市矿产主要是从城市的一些废弃物中,通过有计划的回收处理,获取金属资源和其他材料。


主要原料及其分类有以下几种:

报废电子产品

报废电子产品首先包括我们生活中常见的家用电器,比如“四机一脑”,即电视机、冰箱、空调、洗衣机、电脑。它们也是首批进入废弃电器电子产品名录的电子产品。企业会通过机械或人工手段,将家用电器拆分开来,得到电路板、集成电路接头和其他零件,并分别进行回收处置和深加工,处理得到金属产品、 木塑产品等。

除了生活中常见的家用电器,报废电子产品还包括一些电子仪器等。这些有的是研究所、大型公司或者学校报废的电子仪器,这些专用仪器通常需要经过特殊处理,达到电子废物处置的特定标准。

废旧电池能源

废旧电池通过回收、拆解,再经过深加工等各种工序,可以回收钴、镍、钨等稀有战略金属资源。中国的金属钴资源非常缺乏,通过金属钴的回收,可以支持国内市场。目前电池材料的回收拥有很大的发展市场,企业可以通过废旧电池循环利用产业链来支持企业其他产业的发展,并能够实现经济上的盈利。

动 产

这里说的动产,是指人们日常生活中所用到的交通工具。包括报废汽车、自行车、船舶、飞机等。关于动产,现在仍然主要是针对报废汽车的处理处置。报废汽车的回收,也是城市矿产开发利用的重要组成部分,是我国重要的再生资源产业。一辆汽车所包含的绝大多数的钢铁、零部件等都可以重新回收利用的,其他诸如塑料、玻璃也能有很大的回收量。

各种容器

城市矿产的原料包括废塑料、废玻璃瓶、废罐头盒等,这些在目前并不是城市矿产的主要成分。这些原料的回收处理行业的发展,受到市场诸多因素的限制。

其 他

城市矿产的其他原料还包括化工行业的催化剂废料、建筑物废料等。催化剂回收可以得到某些稀土元素和贵金属等,也属于较高品质的城市矿产原料。建筑材料的回收,包括铁路、沥青、沙砾等,可以重新用作建材和结构材料。还有市政污泥的处理等,也可归入城市矿产的范畴中

“含金量”远高于优质原生矿山

电子垃圾(e-waste)是目前世界增长最快的固体垃圾。WEEE数据显示,2022年,全球约有2450万吨重的小型电子废弃物产生,几乎是埃及古夫金字塔(世界最大的金字塔)的4倍重量。

科技进步,电子产品种类不断丰富,更新迭代不断加速,废弃电子产品也越来越多,这些被抛弃的电子产品逐渐堆积成一座座永不枯竭的“城市矿山”。

“100万部手机中合计嵌入24公斤黄金、1.6万公斤铜、350公斤银和14公斤钯——这些资源可以回收并返回到生产周期中。”

联合国大学可持续循环(SCYCLE)项目主任兼训研所波恩办事处主任吕迪格·库尔认为,废弃电子产品矿山的“含金量”远高于一般优质原生矿山。

与开采原始金属相比,从废物中回收黄金和其他材料还可以减少大量二氧化碳排放。倘若这些金属物质不能被合理利用,将对环境和人类的身体健康造成巨大伤害。

用“科技”治理“科技”

在这种情况下,世界上很多国家开始通过科技手段回收或处理电子废弃物。

如,西班牙的WIREC公司从创立之处便专注于电气和电子废弃物的回收和管理,目前已完成了其分选线的智能化、自动化转型。

搭载电磁传感器的分选机可以从破碎料中回收有色金属、导线和不锈钢等材料。还可以根据进料颜色、形状和曝光度的不同,进一步提纯出不同的金属,如紫铜、黄铜、铝、锌等。同时,电子废弃物中的塑料部分也会被搭载近红外传感器和激光智选(DEEP LAISERTM)技术的机器分选出来。

通过这种传感分选技术,WIREC提高了电子废弃物的回收率。据统计,该公司每年能处理超过12000吨的电子废弃物。

2018年,澳大利亚新南威尔士大学的研究人员便公开了“电子垃圾微型工厂”项目。他们发明了一款将废弃智能手机和电脑软件转化成有效材料的机器,并将这些材料用于3D打印。

在中国,清华大学研究人员发现了用石墨烯可以高效地、精准地吸附水中的金资源。利用这一现象,他们将用石墨烯从电子垃圾中回收金资源。

中国香港特区政府与德国环保服务公司进行合作,引进国际上先进的一体化设施和环保科技,建造了WEEE PARK(废电器电子产品处理及回收设施),并在全港扩展收集网络,设立了五个区域收集中心。收集网络备有智能追踪及报告系统,配合车队在全港收集巿民弃置的“四电一脑”,提供物流支援。


废旧电子产品


革新理念谋发展

创新技术求卓越

日本和欧盟国家还将电子废物列为稀贵金属最重要的来源保障,并将铜、铅、锌等重金属冶炼厂作为“城市矿产”资源循环处理回收稀贵金属的最好载体,原因有三方面,一是“城市矿产”具有典型而复杂的“人造铜矿”特点,元素多达40多个,除了铜、铁、铝、锡、铅、锌等基本金属外,金、银、铂、钯、铟、锗等稀贵金属也是其不可或缺的重要组分。二是稀贵金属含量高,回收利用价值高。尤其是废旧手机等新型消费电子产品及线路板中,贵金属含量远高于自然矿产品,是综合冶炼厂理想的冶炼原料。三是资源丰富、战略稀贵金属总量巨大。2014年全球电子废物产生量4180万吨,其中蕴藏有银1000t、金300t、钯100t、铜190万吨、铝22万吨,资源总价值达480亿欧元。

面对如此丰富的矿产资源,发达国家开发利用城市矿产的成功经验,是建立电子废物等城市矿产的回收处理产业链,包括收集、分类/拆解、预处理、材料回收4个主要环节。各环节的企业数量呈倒金字塔数量级式减少;由于冶炼回收稀贵金属难度大,要求高,处于产业链的最尖端,是支撑产业发展的千金顶,欧盟范围内从电子废物中冶炼回收稀贵金属的综合冶炼厂主要有3家,全球范围内也不到10家。

这些综合冶炼企业主要利用其冶炼系统处理能力大、处理单元众多的优势,根据各种“城市矿产”的组成性质及特点,分门别类,并将其分别加入不同的冶炼系统进行处理。其中稀贵金属含量高的电子废料,经必要的预处理后,与传统精矿及其它物料一起加入熔池熔炼炉熔炼,利用稀贵金属与铜、铅/锌之间的亲疏关系“差异”,将其分别富集于黑铜(粗铜)、粗铅或氧化锌灰中,实现稀贵金属的合理分流与综合回收。同时,将其中的有机物以燃料形式进行利用,实现了各种危险废物的无害化处置。

其中,优美科霍博肯冶炼厂是综合冶炼厂处理城市矿产的典型范例, 2016年起每年处理二次物料50万吨,回收20个有价金属,是目前世界上规模最大的稀贵金属废料综合回收冶炼厂。

为什么是大型综合冶炼厂具备冶炼处理“城市矿产”电子废物的优势?

肖松文教授进行了比较,这些大型综合冶炼厂具备原料适应能力强,可处理各种难处理的废料和杂料,对As、Sb、Hg等有害杂质有很高的承受能力,并且回收的有价金属,尤其是稀贵金属不仅种类多,回收率高,而且有价金属可多达20种,这是一般小型冶炼厂做不到的,小型冶炼厂回收有价金属品种不到10个;其次,能充分利用城市矿产中的各种组分,有机物作为能源利用,脉石成分转化为形态稳定的熔炼渣、可作为建筑材料使用,而废气、废水处理实施齐全、技术先进,环保效果好。

从国外一些企业走过的道路来看,通过实践经验表明,一些国家不仅把电子废物列为稀贵金属最重要的来源保障,一些著名综合冶炼厂还根据自身特点,建立了先进的电子废物备料与取样分析系统,并将其视为企业的核心竞争力之一,最终在资源回收安全环保各个方面,实现了经济和社会效益的最大化。

对我国“城市矿产”资源回收利用方面,肖松文表示,新世纪以来,电子废弃物电脑、电视、冰箱、洗衣机、手机等金属制品,电子废物总量呈现膨胀式增长,2015年理论报废总量12439万台,其中电视机3015万台;洗衣机1545万台;房间空调器2432万台;计算机3742万台等.近年来,还将延续增长。

目前,城市金属矿产资源循环利用方面,与国外发达国家比较差距悬殊,由于电子废物等城市矿产种类多、品种杂,有价金属,尤其是稀贵金属含量波动大,原料的金属含量测定/价值评价方法明显不同于传统精矿,在分选产品冶炼处理回收稀贵金属方面,由中小冶炼企业完成,不仅综合回收率低,效益差,存在巨大的环境风险。

西方发达国家的一些先进经验,比如依托大型综合冶炼厂,利用现代熔池熔炼系统等技术处理城市矿产,实现城市矿产(电子废物)的清洁处置与稀贵金属的高效回收,补齐以及补强支撑产业倒金字塔的千金顶等,都是值得行业、企业学习的。同时他提出,目前,支撑综合冶炼厂回收处理城市矿产(电子废物)的关键技术,包括熔炼分离-熔池熔炼铜/铅系统搭配处理清洁高效回收稀贵金属技术;新型电子废物剪切破碎-直接熔池熔炼技术;电子废物/铅锌渣混合熔炼处理高效回收有价金属技术;冶炼中间物(富贵金属黑铜)短流程冶炼回收贵金属技术;废旧二次电池还原熔炼-合金粉浸出分离高效回收有价金属技术;烟气处理-电子废物熔炼烟气无害化处理技术及装备系统等,对于电子废物等性质特点,革新理念,创新技术,建立先进的备料取样与分析检测系统,以及设计合适的采购定价与结算制度体系,是国内综合冶炼厂发展城市矿产资源循环业务的敲门砖。
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