CN105097179A - 一种强磁场高梯度超导磁体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强磁场高梯度超导磁体装置，包括金属外壳和电磁结构，所述金属外壳内部围设有容置空间，在所述容置空间的中部设置有通道，所述通道包括入口和出口；所述电磁结构封闭设置在所述容置空间内并处于低温超导环境中，所述通道穿过所述电磁结构的中心，所述电磁结构为超导电磁结构，且提供沿所述通道轴向上依次排布的第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和所述第二磁场磁力方向相反。本发明的电磁结构能够同时提供磁力方向相反的两磁场，在保证强磁场的同时由于两相反方向磁场的相互抵消还能够提供非常高的磁场梯度。

Description

一种强磁场高梯度超导磁体装置

技术领域

本发明涉及超导磁体领域，具体涉及强磁场高梯度的超导磁体装置的结构。

背景技术

随着电子工业和信息高科技产业的迅猛发展，以及电子产品的快速更新换代，电子废弃物已经成为世界上增长最快的垃圾。一方面，电子废弃物中含有大量可利用的铝、铁等金属及金、银、铂等贵金属和玻璃、塑料等材料，具有很高的回收价值。另一方面，电子废弃物中含有重金属和其它有害、有毒成分，如铅、汞、镉、多氯联苯等。若随意丢弃、堆放或不合理处理,会严重污染环境和危害人身健康。因此，如何使电子废弃物无害化和资源化成为现代人们研究的重要课题。

已有的电子废弃物中回收处理技术可以概括为物理法、化学法和生物法。

化学法一直是广泛应用于处理电子废弃物的成熟方法，主要为火法冶金、湿法冶金等工艺。但火法冶金容易产生有毒气体，造成二次污染；电子废弃物中金属，特别是锡、铅等易以氯化物或其它形式挥发，某些金属熔于陶瓷及玻璃熔融形成的炉渣造成金属的损失；不能回收大量非金属成分如塑料等。而湿法冶金对于部分金属的浸出率低，特别是金属被覆盖或敷有焊锡时，包裹在陶瓷中的贵金属更是很难浸出，产生的含强酸和有剧毒的氰化物等废液，对环境危害较大，无害化成本较高。

生物法实质是利用细菌浸取电子废物中的金属。其主要缺陷在于浸出时间过长，而且苛刻的运行条件使其应用受到限制。

物理法主要有拆卸、破碎、分选等方法。因为电子废弃物中金属大都以高纯单质形式存在，只要充分利用各种物理、化学性质的差异，借鉴矿物加工微细粒分选技术的成果，就能克服现行的传统物理分选得到产品纯度不高的问题，而且物理分选不会对环境产生二次污染，具体如筛选、形状分选、磁力分选和涡流分选已经在回收工业中被广泛使用。

因此应该加强物理分选的相关研究，禁止采用简易焚烧、酸浸等严重污染环境的方法回收金属，发展先进的物理分选技术，综合回收电子垃圾废弃物中的各种可利用资源。但对于传统的物理分选设备，特别是在磁体分选和涡流分选阶段，多是利用电磁和永磁材料来提供用于分选的磁场，该磁场强度低，磁场梯度有限，不利于细微磁性金属颗粒，非磁性金属颗粒及非金属颗粒材料的分选。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种在具有强磁场同时还具有高磁场梯度的强磁场高梯度超导磁体装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种强磁场高梯度超导磁体装置，包括：

金属外壳，所述金属外壳内部围设有容置空间，在所述容置空间的中部设置有通道，所述通道包括入口和出口；以及

电磁结构，所述电磁结构封闭设置在所述容置空间内并处于低温超导环境中，所述通道穿过所述电磁结构的中心，所述电磁结构为超导电磁结构，且提供沿所述通道轴向上依次排布的第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和所述第二磁场磁力方向相反。

进一步，所述电磁结构包括串设的第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和第二磁体均为超导磁体，所述第一磁体上绕设有第一线圈，所述第二磁体上绕设有第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈均为超导线圈，且所述第一线圈内电流方向与所述第二线圈内电流方向相反。

进一步，所述电磁结构包括第三磁体，所述第三磁体为超导磁体，所述第三磁体上串设有第三线圈和第四线圈，所述第三线圈和所述第四线圈均为超导线圈，且所述第三线圈内电流方向与所述第四线圈内电流方向相反。

进一步，所述电磁结构通过液氦冷却。

进一步，所述液氦通过一低温制冷机进行冷却。

进一步，所述液氦设置于所述电磁结构的外侧，所述电磁结构和所述液氦一起封闭设置在一壳体内，所述低温制冷机的冷却端设置在所述壳体内，所述液氦在所述壳体内封闭式循环。

进一步，所述壳体封闭容置于一杜瓦瓶内。

进一步，所述杜瓦瓶与所述壳体之间还套设有一层冷屏。

进一步，所述通道的环境为室温环境。

进一步，所述金属外壳为铁屏或其他具有磁屏蔽特性材料的屏。

本发明与现有技术相比，本发明的电磁结构能够同时提供磁力方向相反的两磁场，在保证强磁场的同时由于两相反方向磁场的相互抵消还能够提供非常高的磁场梯度，在用于分选电子垃圾时提高电子垃圾物理分选的质量和效率，具有很强的经济性和市场价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的强磁场高梯度超导磁体装置的立体结构示意图；

图2为本发明的强磁场高梯度超导磁体装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明的强磁场高梯度超导磁体装置，可以应用于多种需要强磁场高磁场梯度的情况，尤其适用于电子垃圾的物理分选。一般来说小于0.2T的磁场为弱磁场，0.2～0.6T以上为中磁场，0.6T以上为强磁场；本发明的装置最大可以产生6T左右的磁场。梯度磁场并没有清晰的分类，但由超导磁体产生的强磁场所形成的梯度一般要比常规的永磁、电磁磁体高出很多，所以业界共识其梯度是高梯度。

在该装置中包括金属外壳以及电磁结构，金属外壳内部围设有容置空间，以容置电磁结构，在容置空间的中部设置有通道，通道包括入口和出口以便于通过该电子垃圾，电磁结构封闭设置在容置空间内并处于低温超导环境中，通道穿过所述电磁结构的中心，电磁结构为超导电磁结构，且提供沿通道轴向上依次排布的第一磁场和第二磁场，第一磁场和第二磁场磁力方向相反。第一磁场和第二磁场强度相同，磁力相反，使得第一磁场和第二磁场交汇处磁场强度为零，从而提高了第一磁场和第二磁场的磁场梯度。该第一磁场和第二磁场的形成，可以是两块磁体分别配置两线圈形成，也可以是一块磁体配置两线圈形成，而且在一个装置中，既可以仅含有一个第一磁场和一个第二磁场，也可以是含有多个交叉设置的第一磁场和第二磁场，根据实际需要设定。

为方便说明本发明的实施过程，采用一实施例进行详细说明，如图1和图2所示，本实施例中的装置主要包括：超导磁体1、冷却超导磁体1用的液氦2、外罩于超导磁体1的铁屏6。其中超导磁体1采用同轴分离螺管型超导线圈9通有方向相反运行电流的结构，能够在产生强磁场的同时，在磁体中心区域内获得更大的磁场梯度。在铁屏6和超导磁体1的轴向中心留有室温环境的通道8，该通道8两端为入口和出口。

本实施例中，超导磁体1所用超导线圈9根据不同的电子垃圾分选要求，确定合理的超导线圈9的个数、超导线圈9间距、中心磁场强度及磁场梯度等参数。

本实施例中，为保证超导磁体1和超导线圈9处于低温超导环境中，还设置有用来冷却超导磁体1的低温制冷机7。低温制冷机7与液氦2共同组成超导磁体1和超导线圈9的冷源，使超导磁体1和超导线圈9处在稳定的低温环境下，提高工作的稳定性。

本实施例中，还设置有外罩于超导磁体1的壳体3，该壳体3位于一冷屏4内，液氦2和低温制冷机7的冷却端均设置在壳体3内，液氦2在壳体3内为封闭式循环。受热蒸发的氦气进入低温制冷机7中，低温制冷机7的冷却端把液氦2挥发产生的氦气重新冷凝为液体回流到壳体3内，以继续用来冷却超导磁体1。如图2所示，向上的箭头为液氦2挥发出的氦气的流向，向下的箭头为氦气冷凝产生的液体的流向。因此，本实施例中液氦2在壳体3内为封闭式循环，从而使得该超导磁体系统在正常工作时对外界无氦挥发，避免每年定期地对其进行液氦的补充，降低运行成本。

本实施例中，还设置有外罩于壳体3的杜瓦瓶5。该杜瓦瓶5为超导磁体1和超导线圈9提供了恒定的低温环境，使超导磁体1和超导线圈9处于液氦温区，能够让超导线圈9保持超导态，保证系统稳定的工作。

本实施例中，超导磁体1的两端始终分别通过电流正极引线Ⅰ和电流负极引线Ⅱ与外接电源的正极和负极相连。在本发明应用于电子垃圾物理分拣的工作过程中，可以根据实际电子垃圾的分选效果随时通过调节工作电流的大小来励磁、退磁、更改磁场大小，进而调节出与其匹配的磁场强度，使得其分选效果最佳，运行更加灵活、操作简单，便于现场人员控制。

本实施例中金属外壳为铁屏6，铁屏6构成超导磁体1和超导线圈9的屏蔽体，将磁场约束在铁屏6所包围的几何空间范围内，聚拢磁力线，降低铁屏以外空间中的漏场，减少对超导磁体1和超导线圈9以及其他外围设备正常工作的影响。另外，根据实际的磁场屏蔽效果及结构尺寸要求，可以对铁屏6的形状、尺寸和材质进行灵活选择，如圆筒形或正多边形等结构，材质选用电工纯铁或10号钢等高磁导率材料。当然，根据实际情况，金属外壳并非仅能选用铁屏6，只要可实现上述功能的金属材料都可以，比如坡莫合金等材料的外壳。

在本发明应用于电子垃圾回收物理分拣时，可以提供远高于常规永磁体和电磁体的背景磁场及磁场梯度，因而无论是磁力分选还是涡流分流方式，都能在磁体有效的磁场空间范围内提供足够大的磁场吸引力或排斥力，提高更小金属颗粒、玻璃纤维、塑胶颗粒等破碎后电子垃圾的物理分选效果和效率。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，包括：

金属外壳，所述金属外壳内部围设有容置空间，在所述容置空间的中部设置有通道，所述通道包括入口和出口；以及

电磁结构，所述电磁结构封闭设置在所述容置空间内并处于低温超导环境中，所述通道穿过所述电磁结构的中心，所述电磁结构为超导电磁结构，且提供沿所述通道轴向上依次排布的第一磁场和第二磁场，所述第一磁场和所述第二磁场磁力方向相反。

2.如权利要求1所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述电磁结构包括串设的第一磁体和第二磁体，所述第一磁体和第二磁体均为超导磁体，所述第一磁体上绕设有第一线圈，所述第二磁体上绕设有第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈均为超导线圈，且所述第一线圈内电流方向与所述第二线圈内电流方向相反。

3.如权利要求1所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述电磁结构包括第三磁体，所述第三磁体为超导磁体，所述第三磁体上串设有第三线圈和第四线圈，所述第三线圈和所述第四线圈均为超导线圈，且所述第三线圈内电流方向与所述第四线圈内电流方向相反。

4.如权利要求1所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述电磁结构通过液氦冷却。

5.如权利要求4所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述液氦通过一低温制冷机进行冷却。

6.如权利要求5所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述液氦设置于所述电磁结构的外侧，所述电磁结构和所述液氦一起封闭设置在一壳体内，所述低温制冷机的冷却端设置在所述壳体内，所述液氦在所述壳体内封闭式循环。

7.如权利要求6所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述壳体封闭容置于一杜瓦瓶内。

8.如权利要求7所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述杜瓦瓶与所述壳体之间还套设有一层冷屏。

9.如权利要求1所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述通道的环境为室温环境。

10.如权利要求1所述的强磁场高梯度超导磁体装置，其特征在于，所述金属外壳为铁屏或其他具有磁屏蔽特性材料的屏。