了解激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）如何在回收過程中產(chǎn)出更多、更高質量的廢鋁，是提升企業(yè)盈利能力的關鍵。Austin AI公司與海洋光學公司攜手一家英國大型回收企業(yè)，正是為了實現(xiàn)這一目標。
鋁是地球上最豐富、最環(huán)保的金屬。鋁通常被稱為 “綠色 “金屬，具有可持續(xù)發(fā)展性，能夠在不損失其固有特性的情況下進行回收和再利用。鋁回收是最有效的回收形式之一，與利用原始材料制造鋁材料（初級生產(chǎn)）相比，鋁回收使用的能源最多可減少 95%。
在全球范圍內(nèi)，鋁的需求量在上升，而原生鋁的產(chǎn)量卻在下降，預計再生鋁將幫助填補這一缺口。原生鋁生產(chǎn)商正在開發(fā)含有大量再生鋁的新產(chǎn)品，其推動力部分源于：
在鋁回收過程中，廢鋁被分選為不同的等級，如輕料和重料。初步分選完成后，輕料可以作為混合等級材料出售給鋁生產(chǎn)商，用于制造新合金或再加工。然而，分選的越精確，廢鋁的價值就越高。穩(wěn)定供應精確分選的廢鋁意味著在生產(chǎn)中需要添加的原生鋁更少，產(chǎn)品也更 “環(huán)?！?。
本文詳細介紹了Austin AI公司與英國最大的廢金屬回收商之一H Ripley公司合作，利用海洋光學 LIBS 傳感器開發(fā)的快速有效分揀系統(tǒng)的背景和實施情況。
長期以來，快速、低成本的鋁分選一直是廢料回收商的愿望。總部位于英國黑爾什姆的H Ripley公司是一家擁有百年歷史的家族企業(yè)，至今已傳承五代。與許多回收商一樣，Ripley公司自創(chuàng)立以來一直從事黑色金屬和有色金屬的廢料生意。但不同的是，他們從事鋁破碎業(yè)務已有30多年。
H Ripley公司的商務總監(jiān)Jason Ripley很早就意識到，只要有合適的分選工具，可以從鋁中提取出巨大的價值。他的公司當時出售的是混合鋁，其中含有多種優(yōu)質等級的合金，但由于缺乏快速、高效的分選工具來分離這些等級的合金，而人工分選又不可行。Ripley說：”這個概念和需求其實一直存在，只是始終沒有能快速、高效分選鋁的合適技術?！边^去十年里，鋁需求的顯著增長進一步加劇了這一需求。
H Ripley公司與其他廢料回收商一樣，也在使用手持式XRF（X射線熒光）分析儀，并了解在線X射線分選方案。然而XRF是重金屬分選的不錯選擇，并不適用于鋁的分選。后來，Jason Ripley從他的一位客戶——英國一家大型擠壓錠和板錠生產(chǎn)商那里，了解到了一家名為Austin AI的德克薩斯州奧斯汀公司。這家客戶在使用Austin AI的解決方案后取得了成功，因此力勸Ripley去調(diào)研一下。
Austin AI的首席執(zhí)行官Rick Comtois是元素分析領域的資深專家，20多年來一直專注于在線傳感器分選技術。在先前實施了多套基于核磁共振和XRF技術的設備后，Comtois從2014年開始將重心轉向激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）。Comtois表示，LIBS技術提供了無與倫比的輕元素分析能力，這是其他方法無法實現(xiàn)的。
Austin AI對輕元素分選方案的興趣，促成了其與海德魯鋁業(yè)（hydro.com）的合作。Austin AI為海德魯鋁業(yè)搭建了一套分選系統(tǒng)，用于從建筑拆除廢料中挑出6063鋁合金。這個過程為海德魯鋁業(yè)以及任何二次熔煉廠帶來的都是”可直接入爐的綠色原料”，幫助他們實現(xiàn)了夢寐以求的更低碳足跡。
圖 1.Austin AI的廢鋁分選系統(tǒng)集成了海洋光學基于LIBS技術的SpeedSorter，可更精確地分選出理想的鋁等級。
Austin AI公司的LIBS分選系統(tǒng)（圖 1）具有以下優(yōu)勢：
與人工分選相比，在線分選在速度、準確性、一致性和效率方面具有顯著優(yōu)勢。它還能降低勞動力成本、提高安全性，并為優(yōu)化鋁材分選提供寶貴的數(shù)據(jù)。
Rick Comtois解釋了在線分選的投資回報：”我估算，當我們的分選機以每小時4-5噸的速度運行時，其滿載成本（包括系統(tǒng)初始成本、運營成本、人工成本等）僅為每公斤幾美分。而通過出售可直接入爐的廢料，每卡車所能獲得的溢價收益遠超這一成本?！?/p>
激光誘導擊穿光譜（LIBS）是一種原子發(fā)射光譜技術。其原理是使用高能激光脈沖聚焦在樣品表面，將微量樣品激發(fā)成等離子體，等離子體中的原子和離子會發(fā)射出代表其元素信息的特征譜線。對許多人來說，LIBS技術被認為是一種使用激光代替電弧或火花源的光學發(fā)射光譜(OES)。這項技術在實驗室與科研領域的應用已有近五十年的歷史。
最近的技術進步使得在線LIBS傳感器的設計成為可能，如海洋光學的SpeedSorter（圖2），并可用于工業(yè)應用。這一發(fā)展迅速拓展了LIBS技術的應用范圍，尤其是在鋁分選和分析等現(xiàn)場作業(yè)領域。。
圖 2.SpeedSorter利用LIBS技術，在工業(yè)環(huán)境中快速分選有色金屬廢料。
與手持式 XRF 相比，LIBS 更適合分析輕元素，如鋰 (Li)、鋁 (Al)、鎂 (Mg) 和鈹 (Be)，因此很快被業(yè)界接受，成為從鋁廢料中分選特定合金的首選方法。
海洋光學的SpeedSorter是一款工業(yè)級高通量傳感系統(tǒng)，專為在惡劣環(huán)境中進行在線有色金屬廢料分選而設計。SpeedSorter基于LIBS技術，能快速測定每一塊廢鋁的化學成分，并將結果傳送給Austin AI公司的分選系統(tǒng)，可以輕松實現(xiàn)鍛造鋁與鑄造鋁、鋁與鎂的分離，以及合金等級（如 6XXX 與混合鋁廢料）的分離。
SpeedSorter 可根據(jù)客戶的具體需求進行定制，并考慮到輸送機能力、輸入材料和尺寸以及所需的輸出和分流控制。
海洋光學副總裁Lu Luo提到：”海洋光學公司開發(fā)的 SpeedSorter 使 LIBS 金屬分揀具有商業(yè)可行性。它克服了過去 LIBS 傳感器存在的問題，具備了每小時分選數(shù)噸廢鋁的能力，能夠從消費后廢料中獲得高純度回收物，甚至能從Twitch或Zorba（兩種廢鋁類型）中精確分選出特定合金?！?/p>
H Ripley公司于2020年底開始實施Austin AI的分選系統(tǒng)。該項目的目標是從混合鋁廢料中穩(wěn)定地回收6063鋁合金。通過與Austin AI和海洋光學公司的緊密合作，Ripley公司將這套LIBS分選系統(tǒng)整合到其生產(chǎn)線中，用于分選經(jīng)過磁選和渦電流分選后的潔凈、干燥的破碎物料。
在實施該系統(tǒng)之前，Ripley公司主要將混合鋁加工后銷往亞洲市場。系統(tǒng)實施后，Ripley公司開始將有價值的部分分選出來，并出售給英國一家大型擠壓錠和板錠生產(chǎn)商。
Ripley 的客戶對收到的 6063 鋁合金非常滿意，因為這符合他們規(guī)定的公差和標準（圖 3）。銅和鋅的去除是關鍵，因為這家擠壓生產(chǎn)商希望材料中銅和鋅的最大允許含量低于 0.1%。在這種情況下，越低越好。
圖 3.用戶界面復雜但簡單易懂是 SpeedSorter 的一個重要特點，只需對操作員進行最低限度的培訓即可開始分揀。
以下是 Ripley 公司希望達到的合金 EN AW-6063（AlMg0.7Si）規(guī)格：
| 元素 | 規(guī)格 |
| Si | 0.2-0.6% |
| 鐵 | 0.35%（最大值） |
| 銅 | 0.10%（最大值） |
| 鋅 | 0.10%（最大值） |
| 鎂 | 0.45-0.9% |
| Cr | 0.10%（最大值） |
| 錳 | 0.10%（最大值） |
| 其他 | 各 0.05%（最大 0.15%） |
這家英國的擠壓錠和板錠生產(chǎn)商對其供應的材料極為滿意。Ripley公司的LIBS分選儀為他們提供了一個無憂、低碳足跡、低銅鋅的6063材料供應渠道。
盡管一些意外問題導致LIBS分選系統(tǒng)比預期晚了幾個月才最終配置到位，但Jason Ripley表示，各方都在緊急開展工作：”Austin AI、海洋光學和Ripley有著共同的目標，就是讓這個項目順利完成。因此我們毫不懷疑這套設備會盡快投入運行，并為我們高效工作。”
在投入運行的最初幾個月里，Ripley公司的分選系統(tǒng)每小時處理3-4噸物料。正如Rick Comtois和Jason Ripley所指出的，物料應保持干燥，因為干燥的物料在系統(tǒng)中流動性更好。物料的大小可能會有所不同，但5-6英寸被認為是中等尺寸，也是提高產(chǎn)量的最佳尺寸。在流程中增加額外的篩分步驟，將有助于進一步提高回收物料的純度。
Jason Ripley 很自豪地看到 LIBS 分揀系統(tǒng)在他的工廠投入使用。幾十年來，他一直知道有這樣的需求，也相信最終會有這樣的技術來實現(xiàn)這一目標。
Ripley公司發(fā)現(xiàn)，業(yè)界對LIBS或此類傳感器技術的認知度并不高，這使得他們拓展客戶群比最初想象的更具挑戰(zhàn)性。Jason Ripley提到，他們甚至愿意為新客戶贊助一批經(jīng)LIBS分選的試用料，以便讓他們充分了解這項技術的強大能力。
集成了SpeedSorter的Austin AI分選系統(tǒng)，可為 Ripley 這樣的客戶提供改變分揀程序的能力，以便根據(jù)合金和公差要求進行分揀。這將使Ripley公司更容易拓展有特定應用要求的新客戶。
隨著LIBS分選系統(tǒng)在大型有色金屬料場的持續(xù)安裝，以及手持式LIBS設備在廢料行業(yè)的日益普及，廢料行業(yè)的輕元素分析技術正變得越來越受歡迎。
Austin AI公司和海洋光學公司很高興能為鋁行業(yè)提供一個快速、有效的解決方案，用于回收可直接熔煉的有色金屬廢料。LIBS分選系統(tǒng)促進了高效回收，節(jié)約了資源，降低了能耗和排放，并推動了向循環(huán)經(jīng)濟的轉型。這些舉措共同為創(chuàng)造更綠色的環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標做出了貢獻。