Лазерная сортировка алюминиевого лома
Лазерная эмиссионная спектроскопия (laser induced breakdown spectroscopy (LIBS)) является методом атомно-эмиссионной спектроскопии, которая способна обеспечивать быстрый химический анализ различных материалов, включая, все металлы. Появление более компактных, в том числе, ручных, систем, дает возможность применять лазерную спектроскопию непосредственно в технологических процессах.
Подробно о сортировке и переработке алюминиевого лома:
Handbook of aluminium recycling /Ch. Schmitz – 2014
Aluminium recycling /M. Schlesinger – 2017
Метод лазерной эмиссионной спектроскопии
Главное преимущество лазерной спектроскопии заключается в том, что она способна выполнять быстрый и дистанционный химический анализ материала без приготовления образца.
Метод лазерной эмиссионной спектроскопии основан на фокусировании коротких лазерных импульсов, которые вызывают образование плазмы из небольшого количества испарившегося материала (рисунок 1).
Figure 1 – A schematic shows the components of a typical LIBS setup [1]
Очень высокая температура внутри плазмы заставляет испарившийся материал разлагаться на возбужденные атомы и ионы. Когда плазма остывает, то она излучает характерные атомные эмиссионные линии, которые можно легко улавливать с помощью спектрографа. Этот метод обеспечивает возможность быстрого и чувствительного химического анализа практически любого типа вещества – в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Порог выявления различных химических элементов обычно составляют несколько миллионных долей для тяжелых металлических элементов. Для легких элементов чувствительность этого метода выше, чем для тежелых.
Приготовление образцов обычно не требуется, поэтому этот метод во многих случаях можно считается неразрушающим, так как с поверхности удаляется очень малое количество материала. В такой области применения, как сортировка алюминиевого лома, эта особенность не имеет никакого значения. Другим преимуществом метода лазерной микроскопии является его способность работать сквозь загрязнения на поверхности материала, что является весьма важным для сортировки алюминиевого лома.
Лазерные анализаторы для алюминиевого лома
Компактность и способность работать «в поле» делает лазерную спектроскопию очень удобной для сортировки алюминиевого лома.
Большинство алюминиевого лома на рынке вторичного алюминия поставляется после переработки лома на так называемых «шредерах» — огромных машинах-измельчителях , в которых автомобили и другие промышленные агрегаты и бытовые изделия разламываются на мелкие кусочки, длиной не более 100 мм, и не всегда алюминиевых.
Действительно, этот измельченный материал является очень неоднородным и содержит не только куски из различных алюминиевых сплавов, но и из различных других металлов, а также пластмасс и других органических материалов. В настоящее время такой алюминиевый лом сортируется практически полностью вручную, в основном в Китае и других развивающихся странах, или с помощью весьма грубых и не вполне надежных методов сортировки алюминиевого лома.
Химический анализ алюминиевого лома
Неопределенность химического состава материалов, которые составляют алюминиевый лом, ограничивает возможность применения вторичного алюминия для сплавов, у которых достаточно строгие и точные ограничения по химическому составу, например, таких примесей, как железо, медь или цинк.
Из-за отсутствия эффективных методов сортировки алюминиевого лома, во-первых, по видам металлов, и, во-вторых, по алюминиевым сплавам, только ограниченное количество вторичного алюминия может применяться при производстве алюминиевой продукции. Почти весь вторичный алюминий идет на производство литейных алюминиевых сплавов и алюминиевых отливок. Это происходит потому, что большинство литейных алюминиевых сплавов являются весьма толерантными к высокому содержанию примесей, например, железа. Более того, для литья в постоянные литейные формы под высоким давлением требуется как раз повышенное содержание железа для того, чтобы расплавленный алюминий «не приставал» к стальным литейным формам.
Однако для расширения возможностей применения вторичного алюминия в литейном производстве, а также других отраслях алюминиевой промышленности, необходима более тщательная и оперативная классификация и сортировка потоков алюминиевого лома. Это сулит большие выгоды для производителей алюминиевой продукции, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения снижения негативной нагрузки на окружающую среду.
Промышленная сортировка алюминиевого дома
Системы лазерной сортировки алюминиевого лома успешно отработаны в лабораторных и уже довольно широко применяются в промышленных условиях. Они демонстрируют способность быстрому «узнаванию» различных металлов и даже различных алюминиевых сплавов, что дает им преимущества для применения при сортировке алюминиевого лома. Пример опытно-промышленной системы лазерной спектроскопической сортировки алюминиевого лома показан на рисунке 2.
Figure 2 – A prototype of LIBS system for automatic scrap metal sorting is field-tested [1]
Более того, лабораторные и промышленные испытания приборов для лазерной сортировки алюминиевого лома, демонстрируют способность этого метода работать с загрязненным алюминиевым ломом непосредственно в полевых условиях мест складирования алюминиевого лома. Лазерная спектроскопия доказала способность четко разделять по химическому составу даже весьма загрязненные металлические компоненты, в том числе, из различных алюминиевых сплавов.
По всему видно, что технология лазерной эмиссионной спектроскопии имеет большой потенциал для применения в приборах для промышленного контроля химического анализа при сортировке алюминиевого лома. Более точная и тщательная сортировка алюминиевого лома повысит эффективность его переработки и расширит возможности применения вторичного алюминия в различных отраслях промышленности.
Источник:
