Inline-Elementanalytik für mineralisch basierte Stoffströme

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1 Schüttgut & Recycling Dortmund, Dipl.-Ing. Angelika Feierabend 1 Inline-Elementanalytik für mineralisch basierte Stoffströme

2 Was heißt LIBS? Laser-Induced Breakdown Spectroscopy 2 Analyse nahezu aller Elemente des Periodensystems Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Materialien

3 Besonderheiten der LIBS-Messtechnik 3 Vorteile Multi-Element-Analytik Anwendbarkeit Berührungsloses Messen Echtzeitfähig Inline-Analytik in Industrieprozess

4 Auswertung von LIBS-Spektren Beispiel Glasanalytik 4 Li 2 O, B 2 O 3, Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, K 2 O, CaO, TiO 2, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, ZrO 2, BaO

5 Auswertung von LIBS-Spektren Beispiel Glasanalytik 5 Li 2 O, B 2 O 3, Na 2 O, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, K 2 O, CaO, TiO 2, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, ZrO 2, BaO LI@670.68nm

6 Einsatzbereiche Applikationsstruktur 6 SECOPTA Geräteserien - FiberLIBS und MopaLIBS Industrietechnologie Recycling Labormesstechnik Qualitätskontrolle & Prozessüberwachung Sortierung & Volumenstromanalyse Elementanalytik & Strukturbestimmung Metalle Mineralien Organik

7 Industriemesssystem FiberLIBS Inline arbeitender Elementanalysator 7 FiberLIBS Basissystem Laserfrequenz: 100 Hz Inline-Analytik Im Produktionsprozess Chemische Analytik In der Qualitätskontrolle Monitoring Schnelle Ergebnisbereitstellung FiberLIBS Messkopf

8 Industriemesssystem FiberLIBS Aluminiumanalytik im Produktionsprozess 8 Inline-Analytik für Aluminum-Brammen direkt in der Herstellung Verwechslungskontrolle auf Basis der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung

9 Elementanlysatoren für den Industrieeinsatz MopaLIBS Inline (Maser Oscillator Power Amplifier) 9 Datenkommunikation Optikmodul Elektronikmodul Klimamodul Laserfrequenz: khz Ausführungsvarianten: MopaLIBS line -> Messung in einer Linie MopaLIBS scan -> Messung über die Bandbreite MopaLIBS PA -> Messung mit Vorablation

10 Funktion MopaLIBS line Messung in einer Spur in Richtung Transportband 10 Einzelspektren MopaLIBS line Mittelwertbildung / Objekt Analyse / Klassifikation Laser Höhensensor Datentransfer zur SPS Laserspur Sortierung Materialaustrag Materialseparation

11 Function MopaLIBS scan Messung an unterschiedlichen Positionen des Transportbandes 11 Einzelspektren Mittelwertbildung / Objekt Analyse / Klassifikation Datentransfer zur SPS Ausgelenkter Laserstrahl Laser MopaLIBS scan X Messspur Laser Verfahrweg Laser (keine Messung) 3D-Kamera Sortierung Materialaustrag Materialsparation

12 Einsatzbereich Mineralien Inline arbeitende Qualitätskontrolle mineralischer Materialien 12 Feuerfestmaterialien Analyse von MgO, SiO 2, Al 2 O 3 Beton Analyse von Cl, S Schlacke Analyse von SiO 2, MnO, P 2 O 5, S, Cr 2 O 3, Al 2 O 3, CaO, MgO, TiO 2 Aushub Analyse und Klassifikation unterschiedlicher Gesteinstypen

13 Feuerfestmaterialien Klassifikation von Materialtypen auf Basis der chemischen Analyse 13 MgO Al 2 O 3 SiO 2

14 Feuerfestmaterialien Klassifikation von Materialtypen auf Basis der chemischen Analyse 14 Automatische Sortieranlage Component part Precision of measuremnet MgO 1 m% Al 2 O 3 1 m% SiO 2 3 m% Sortierung nach Hauptkomponenten: Al 2 O 3, SiO2, MgO, ZrO 2, Verunreinigungen: TiO 2, Fe 2 O 3

15 Mineralische Rohstoffe Chemische Analyse von Kalkstein 15 MgO Al 2 O 3 SiO 2 CaCO 3 Mn 2 O 3 Fe 2 O 3

16 Mineralische Rohstoffe Chemische Analyse von Kalkstein 16 Al2O3 Range: 0,05 0,35 m% Precision error: RMSECV: 0,015 m% CaO /CaCO3 Range: 96,5 98,3 m% Precision error: RMSECV: 0,4 m%

17 Mineralische Rohstoffe Chemische Analyse von Kalkstein 17 SiO2 Range: 0,2 1,1 m% Precision error: RMSECV: 0,07 m% Fe2O3 Range: 0,1 0,5 m% Precision error: RMSECV: 0,06 m%

18 LIBS-Analytik in der Stahlindustrie Verwechslungskontrolle vor Einfahrt in den Hochofen 18 Identifikation von Kohle Eisenerze Pellets Schlacke Sinter Kalkstein Dolomit Kies Ilmenit Olivin Bauxit Stahlschrott

19 LIBS-Analytik in der Stahlindustrie Verwechslungskontrolle vor Einfahrt in den Hochofen 19 Materialwechsel Verunreinigung Verunreinigung

20 C_LIBS_Kali [m-%] Mineralische Rohstoffe Chemische Analyse von Kohle C_Ref [m-%] Asche Flüchtige Bestandteile Andere Elemente: Summenparameter

21 Mineralische Rohstoffe Inline arbeitende Messtechnik zur chemischen Analyse von Kohle 21 Führungsschlitten mit integriertem Lasermesskopf

22 Mineralische Rohstoffe Chemische Analyse von Kohle, speziell Kohlenstoff 22 Messwertgenerierung im Sekundentakt Synchronisation mit GPS-Signal Erstellung von ortsaufgelösten Kartierungen

23 Metallrecycling Analyse Klassifizierung - Sortierung 23 Neuschrotte, Produktionsschrotte Fe-Metalle Analyse niedrig / hoch legierter Stähle Klassifizierung V2A / V4A NE-Metalle Klassifikation nach Reinfraktionen (Al, Cu, Ag, Messing, Pb, Mg, Zn, Aluminiumanalytik Kupferanalytik Titananalytik Altmetall aus Industrie und Privathaushalten

24 Metallrecycling Analyse niedrig legierter Stähle 24 Element Konzentrationsbereich RMSEP [m%] Mn 0,2 1,2 m% 0,04 Beispiel: Kalibrierung Mn Konzentrationsbereich: 0 1,8 m-% Messungen mit MopaLIBS, 3 m/s Teilegröße: mm Cr 0 1,1 m% 0,016 Mo 0 0,9 m% 0,012 Ti 0 0,1 0,002 Nb 0 0,05 0,003 V 0 0,16 0,004 Ni 0 0,5 0,011 Al 0 0,09 0,004 Cu 0 0,07 0,008

25 Metallrecycling Sortierung Aluminium nach Sorten Analyse nach Legierungsanteilen Aluminum- Concentration limits gruppe Si Mg Mn Cu Zn 1000 < 0,2 m% < 0,3 m% < 0,3 m% < 0,1 m% < 0,1 m% 2000 > 1,8 m% 3000 > 0,3 m% 4000 > 1,5 m% 5000 > 1,2 m% ,2 1,5 m% 0,3 1,2 m% 7000 > 1,8 m%

26 Übersicht Sensor basierter Messverfahren die sich in Industriemesstechnik etabliert haben 26 Technik Physikalische Größen / Trennkriterien Kamerasysteme Farbe, Form XRT NIR RFA Spezifische Dichte Molekulare Zusammensetzung Elementare Zusammensetzung PGNAA Elementare Zusammensetzung Konkurrierende Messverfahren? LIBS Elementare Zusammensetzung

27 Schüttgut & Recycling Dortmund, Dipl.-Ing. Angelika Feierabend 27