Laser-Direktanalyse metallischer Stoffströme im Hochdurchsatz

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Aufgabenstellung

Begrenzte Ressourcen und steigende Energiepreise führen zu einer verstärkten Nutzung von Sekundärrohstoffen. Insbesondere im Bereich des werkstofflichen Recyclings besteht die Notwendigkeit, Sekundärrohstoffströme vor dem Einschmelzprozess hinsichtlich der Elementzusammensetzung zu charakterisieren und insbesondere nach Werkstoffen zu sortieren. Die Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) bietet für diesen Anwendungsfall ein flexibel einsetzbares Verfahren zur berührungslosen Multielement-Analyse verschiedener metallischer Werkstoffe, wie z. B. Edelstahl, Aluminium, Titan.

Vorgehensweise

Bei der Laserdirektanalyse wird ein gepulster Nd:YAG-Laser eingesetzt, der über ein Galvo-Scannerspiegelsystem bewegte Objekte auf einem Förderband (3 m/s) mit einem Laserpuls beaufschlagt. Das laser-induzierte Plasma jedes einzelnen Objekts wird spektroskopisch analysiert und eine Sortierentscheidung getroffen. In Zusammenarbeit mit einem Hersteller für Sortier- und Recyclinganlagen wurde das am Fraunhofer ILT entwickelte LIBS-System in eine Sortieranlage integriert, siehe Bild 2. Das Gesamtsystem soll in Hinblick auf seine Robustheit für den industriellen Einsatz bei hohen Massendurchsätzen von > 4 t/h getestet werden.

Ergebnis

Erste Messungen mit definierten Probensätzen zeigen, dass eine Trennung von Aluminium-Guss- und Knetlegierungen mit Identifikationsrichtigkeiten von bis zu 95 Prozent erreicht werden kann. Dazu wurde das für die beiden untersuchten Legierungen charakteristische Element Silizium als Sortierkriterium herangezogen.

Anwendungsfelder

Anwendungen dieser Technologie finden sich insbesondere in der Recyclingindustrie für die Identifikation von Einzelkörnern als auch für die Charakterisierung von Stoffströmen. Aufgrund der Laseranregung der Messstrahlung ist diese Methode der optischen Emissionsspektroskopie nicht auf metallische Werkstoffe beschränkt, sondern kann auch für mineralische Rohstoffe, wie z. B. Kalkstein, Dolomit, Kohle etc., eingesetzt werden.

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