Lasersortierung von Aluminiumschrott
Die laserinduzierte Durchbruchspektroskopie (LIBS) ist ein Atomemissionsspektroskopieverfahren, das eine schnelle chemische Analyse einer Vielzahl von Materialien ermöglichen kann, einschließlich aller Metalle. Die Entstehung kompakter, einschließlich handgehalten, Systeme ermöglichen den direkten Einsatz der Laserspektroskopie in technologischen Prozessen.
Details zur Sortierung und Aufbereitung von Aluminiumschrott:
Handbuch des Aluminiumrecyclings /Ch. Schmitz – 2014
Aluminiumrecycling /M. Schlesinger – 2017
Chemische Analyse von Aluminiumschrott
Die Ungewissheit über die chemische Zusammensetzung der Materialien, aus denen Aluminiumschrott besteht, schränkt die Verwendung von recyceltem Aluminium für Legierungen ein, für die relativ strenge und präzise Beschränkungen hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung gelten, wie Verunreinigungen wie:
- Eisen,
- Kupfer oder Zink.
Es mangelt an effektiven Methoden zur Sortierung von Aluminiumschrott, zuerst, nach Metallart, und, zweitens, durch Aluminiumlegierung. Deshalb kann bei der Herstellung von Aluminiumprodukten nur eine begrenzte Menge recyceltes Aluminium verwendet werden. Fast das gesamte recycelte Aluminium wird zur Herstellung von Gießerei-Aluminiumlegierungen und Aluminiumgussteilen verwendet. Dies liegt daran, dass die meisten Aluminiumgusslegierungen gegenüber hohen Mengen an Verunreinigungen wie Eisen sehr tolerant sind. Darüber hinaus, Beim dauerhaften Hochdruckguss ist ein höherer Eisengehalt erforderlich, damit das geschmolzene Aluminium nicht an den Stahlformen „kleben“ bleibt.
Jedoch, die Möglichkeiten der Verwendung von recyceltem Aluminium in Gießereien zu erweitern, sowie andere Branchen der Aluminiumindustrie, Eine gründlichere und effizientere Klassifizierung und Sortierung der Aluminiumschrottströme ist erforderlich (Abbildung 1). Dies verspricht große Vorteile für Hersteller von Aluminiumprodukten, sowohl aus wirtschaftlicher Sicht als auch unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der negativen Belastung der Umwelt.
fifure 1 – Schrottsortierung zur sortenreinen Trennung von Aluminiumschrott (gegossen oder geschmiedet)
und Knetlegierungsfamilie. (Von Rosenfeld, A et al) [1]
Methode der Laseremissionsspektroskopie
Der Hauptvorteil der Laserspektroskopie besteht darin, dass sie eine schnelle und ferngesteuerte chemische Analyse eines Materials ohne Probenvorbereitung durchführen kann.
Die Methode der Laseremissionsspektroskopie basiert auf der Fokussierung kurzer Laserpulse, die die Bildung von Plasma aus einer kleinen Menge verdampften Materials bewirken (Abbildung 2).
Abbildung 2 – Ein Schema zeigt die Komponenten eines typischen LIBS-Aufbaus [2]
Durch die sehr hohe Temperatur im Plasma zerfällt das verdampfte Material in angeregte Atome und Ionen. Wenn das Plasma abkühlt, Es emittiert charakteristische Atomemissionslinien, was mit einem Spektrographen leicht nachgewiesen werden kann. Diese Methode ermöglicht eine schnelle und empfindliche chemische Analyse praktisch aller Arten von Substanzen – solide, flüssig und gasförmig.
Die Nachweisschwelle für verschiedene chemische Elemente liegt bei Schwermetallelementen üblicherweise bei einigen Teilen pro Million. Bei leichten Elementen ist die Empfindlichkeit dieser Methode höher als bei schweren.
Eine Probenvorbereitung ist in der Regel nicht erforderlich, Daher kann diese Methode in vielen Fällen als zerstörungsfrei angesehen werden, da nur sehr wenig Material von der Oberfläche abgetragen wird. In einer Anwendung wie dem Sortieren von Aluminiumschrott, Diese Funktion hat keine Bedeutung. Ein weiterer Vorteil der Lasermikroskopie-Methode ist ihre Fähigkeit, Verunreinigungen auf der Oberfläche des Materials zu durchdringen, was für die Sortierung von Aluminiumschrott sehr wichtig ist.
Laseranalysatoren für Aluminiumschrott
Kompaktheit und die Möglichkeit, „im Feld“ zu arbeiten, machen die Laserspektroskopie für die Sortierung von Aluminiumschrott sehr praktisch.
Der Großteil des Aluminiumschrotts auf dem Sekundäraluminiummarkt wird nach der Verarbeitung des Schrotts in sogenannten „Shreddern“ angeliefert. – riesige Zerkleinerungsmaschinen, in denen Autos und andere Industrieanlagen sowie Haushaltsprodukte in kleine Stücke zerkleinert werden, nicht mehr als 100 mm lang, und nicht immer Aluminium.
In der Tat, Dieses gebrochene Material ist sehr heterogen und enthält nicht nur Teile verschiedener Aluminiumlegierungen, aber auch verschiedene andere Metalle, sowie Kunststoffe und andere organische Materialien. Aktuell, Dieser Aluminiumschrott wird fast ausschließlich von Hand sortiert, hauptsächlich in China und anderen Entwicklungsländern, oder durch sehr grobe und nicht ganz zuverlässige Sortiermethoden für Aluminiumschrott.
Industrielle Sortierung von Aluminiumschrott
Lasersortiersysteme für Aluminiumschrott wurden erfolgreich im Labor getestet und werden bereits in großem Umfang in der Industrie eingesetzt. Sie beweisen die Fähigkeit, verschiedene Metalle und sogar verschiedene Aluminiumlegierungen schnell zu „erkennen“., Dies verschafft ihnen Vorteile bei der Sortierung von Aluminiumschrott. Ein Beispiel für ein laserspektroskopisches Sortiersystem für Aluminiumschrott im Pilotmaßstab ist in Abbildung dargestellt 3.
Abbildung 3 – Ein Prototyp des LIBS-Systems zur automatischen Altmetallsortierung wird im Feldtest getestet [2]
Darüber hinaus, Labor- und Industrietests von Geräten zur Lasersortierung von Aluminiumschrott zeigen die Fähigkeit dieser Methode, mit kontaminiertem Aluminiumschrott direkt unter den Feldbedingungen von Aluminiumschrottlagerstätten zu arbeiten. Die Laserspektroskopie hat bewiesen, dass sie selbst stark verunreinigte Metallbestandteile eindeutig trennen kann, darunter solche aus verschiedenen Aluminiumlegierungen, nach chemischer Zusammensetzung.
Es zeigt sich, dass die Technologie der Laseremissionsspektroskopie ein großes Potenzial für den Einsatz in Instrumenten zur industriellen Überwachung der chemischen Analyse bei der Sortierung von Aluminiumschrott hat. Eine genauere und vollständigere Sortierung von Aluminiumschrott wird die Effizienz seiner Verarbeitung steigern und die Möglichkeiten der Verwendung von recyceltem Aluminium in verschiedenen Industrien erweitern.
Quellen: