了解激光诱导击穿光谱技术（LIBS）如何在回收过程中产出更多、更高质量的废铝，是提升企业盈利能力的关键。Austin AI公司与海洋光学公司携手一家英国大型回收企业，正是为了实现这一目标。
铝是地球上最丰富、最环保的金属。铝通常被称为 “绿色 “金属，具有可持续发展性，能够在不损失其固有特性的情况下进行回收和再利用。铝回收是最有效的回收形式之一，与利用原始材料制造铝材料（初级生产）相比，铝回收使用的能源最多可减少 95%。
在全球范围内，铝的需求量在上升，而原生铝的产量却在下降，预计再生铝将帮助填补这一缺口。原生铝生产商正在开发含有大量再生铝的新产品，其推动力部分源于：
- 生产原铝的能源成本高昂、
- 消费者对更环保产品的需求，以及
- 企业可持续发展目标。
在铝回收过程中，废铝被分选为不同的等级，如轻料和重料。初步分选完成后，轻料可以作为混合等级材料出售给铝生产商，用于制造新合金或再加工。然而，分选的越精确，废铝的价值就越高。稳定供应精确分选的废铝意味着在生产中需要添加的原生铝更少，产品也更 “环保”。
本文详细介绍了Austin AI公司与英国最大的废金属回收商之一H Ripley公司合作，利用海洋光学 LIBS 传感器开发的快速有效分拣系统的背景和实施情况。
面临的问题
长期以来，快速、低成本的铝分选一直是废料回收商的愿望。总部位于英国黑尔什姆的H Ripley公司是一家拥有百年历史的家族企业，至今已传承五代。与许多回收商一样，Ripley公司自创立以来一直从事黑色金属和有色金属的废料生意。但不同的是，他们从事铝破碎业务已有30多年。
H Ripley公司的商务总监Jason Ripley很早就意识到，只要有合适的分选工具，可以从铝中提取出巨大的价值。他的公司当时出售的是混合铝，其中含有多种优质等级的合金，但由于缺乏快速、高效的分选工具来分离这些等级的合金，而人工分选又不可行。Ripley说：”这个概念和需求其实一直存在，只是始终没有能快速、高效分选铝的合适技术。”过去十年里，铝需求的显著增长进一步加剧了这一需求。
H Ripley公司与其他废料回收商一样，也在使用手持式XRF（X射线荧光）分析仪，并了解在线X射线分选方案。然而XRF是重金属分选的不错选择，并不适用于铝的分选。后来，Jason Ripley从他的一位客户——英国一家大型挤压锭和板锭生产商那里，了解到了一家名为Austin AI的德克萨斯州奥斯汀公司。这家客户在使用Austin AI的解决方案后取得了成功，因此力劝Ripley去调研一下。
传感器分选技术
Austin AI的首席执行官Rick Comtois是元素分析领域的资深专家，20多年来一直专注于在线传感器分选技术。在先前实施了多套基于核磁共振和XRF技术的设备后，Comtois从2014年开始将重心转向激光诱导击穿光谱技术（LIBS）。Comtois表示，LIBS技术提供了无与伦比的轻元素分析能力，这是其他方法无法实现的。
Austin AI对轻元素分选方案的兴趣，促成了其与海德鲁铝业（hydro.com）的合作。Austin AI为海德鲁铝业搭建了一套分选系统，用于从建筑拆除废料中挑出6063铝合金。这个过程为海德鲁铝业以及任何二次熔炼厂带来的都是”可直接入炉的绿色原料”，帮助他们实现了梦寐以求的更低碳足迹。
图 1.Austin AI的废铝分选系统集成了海洋光学基于LIBS技术的SpeedSorter，可更精确地分选出理想的铝等级。
Austin AI公司的LIBS分选系统（图 1）具有以下优势：
- 可靠、坚固的模块化设计，活动部件最少
- 可灵活设置 1 或 6 个分选通道；6 通道设计允许内部更换 LIBS 模块，以保持正常运行时间
- 滑道式设计，样品落在 LIBS 激光器前方，无需根据样品调整焦距
- 既适用于洁净的生产废料，也适用于消费后废料，无需预烧蚀
- 全球最低的满载单重成本比
- 兼容海洋光学的SpeedSorter LIBS传感器
与人工分选相比，在线分选在速度、准确性、一致性和效率方面具有显著优势。它还能降低劳动力成本、提高安全性，并为优化铝材分选提供宝贵的数据。
Rick Comtois解释了在线分选的投资回报：”我估算，当我们的分选机以每小时4-5吨的速度运行时，其满载成本（包括系统初始成本、运营成本、人工成本等）仅为每公斤几美分。而通过出售可直接入炉的废料，每卡车所能获得的溢价收益远超这一成本。”
LIBS技术和SpeedSorter
激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱技术。其原理是使用高能激光脉冲聚焦在样品表面，将微量样品激发成等离子体，等离子体中的原子和离子会发射出代表其元素信息的特征谱线。对许多人来说，LIBS技术被认为是一种使用激光代替电弧或火花源的光学发射光谱(OES)。这项技术在实验室与科研领域的应用已有近五十年的历史。
最近的技术进步使得在线LIBS传感器的设计成为可能，如海洋光学的SpeedSorter（图2），并可用于工业应用。这一发展迅速拓展了LIBS技术的应用范围，尤其是在铝分选和分析等现场作业领域。。
图 2.SpeedSorter利用LIBS技术，在工业环境中快速分选有色金属废料。
与手持式 XRF 相比，LIBS 更适合分析轻元素，如锂 (Li)、铝 (Al)、镁 (Mg) 和铍 (Be)，因此很快被业界接受，成为从铝废料中分选特定合金的首选方法。
海洋光学的SpeedSorter是一款工业级高通量传感系统，专为在恶劣环境中进行在线有色金属废料分选而设计。SpeedSorter基于LIBS技术，能快速测定每一块废铝的化学成分，并将结果传送给Austin AI公司的分选系统，可以轻松实现锻造铝与铸造铝、铝与镁的分离，以及合金等级（如 6XXX 与混合铝废料）的分离。
SpeedSorter 可根据客户的具体需求进行定制，并考虑到输送机能力、输入材料和尺寸以及所需的输出和分流控制。
海洋光学副总裁Lu Luo提到：”海洋光学公司开发的 SpeedSorter 使 LIBS 金属分拣具有商业可行性。它克服了过去 LIBS 传感器存在的问题，具备了每小时分选数吨废铝的能力，能够从消费后废料中获得高纯度回收物，甚至能从Twitch或Zorba（两种废铝类型）中精确分选出特定合金。”
H Ripley公司的在线LIBS分选技术
H Ripley公司于2020年底开始实施Austin AI的分选系统。该项目的目标是从混合铝废料中稳定地回收6063铝合金。通过与Austin AI和海洋光学公司的紧密合作，Ripley公司将这套LIBS分选系统整合到其生产线中，用于分选经过磁选和涡电流分选后的洁净、干燥的破碎物料。
在实施该系统之前，Ripley公司主要将混合铝加工后销往亚洲市场。系统实施后，Ripley公司开始将有价值的部分分选出来，并出售给英国一家大型挤压锭和板锭生产商。
Ripley 的客户对收到的 6063 铝合金非常满意，因为这符合他们规定的公差和标准（图 3）。铜和锌的去除是关键，因为这家挤压生产商希望材料中铜和锌的最大允许含量低于 0.1%。在这种情况下，越低越好。
图 3.用户界面复杂但简单易懂是 SpeedSorter 的一个重要特点，只需对操作员进行最低限度的培训即可开始分拣。
以下是 Ripley 公司希望达到的合金 EN AW-6063（AlMg0.7Si）规格：
| 元素 | 规格 |
| Si | 0.2-0.6% |
| 铁 | 0.35%（最大值） |
| 铜 | 0.10%（最大值） |
| 锌 | 0.10%（最大值） |
| 镁 | 0.45-0.9% |
| Cr | 0.10%（最大值） |
| 锰 | 0.10%（最大值） |
| 其他 | 各 0.05%（最大 0.15%） |
这家英国的挤压锭和板锭生产商对其供应的材料极为满意。Ripley公司的LIBS分选仪为他们提供了一个无忧、低碳足迹、低铜锌的6063材料供应渠道。
尽管一些意外问题导致LIBS分选系统比预期晚了几个月才最终配置到位，但Jason Ripley表示，各方都在紧急开展工作：”Austin AI、海洋光学和Ripley有着共同的目标，就是让这个项目顺利完成。因此我们毫不怀疑这套设备会尽快投入运行，并为我们高效工作。”
在投入运行的最初几个月里，Ripley公司的分选系统每小时处理3-4吨物料。正如Rick Comtois和Jason Ripley所指出的，物料应保持干燥，因为干燥的物料在系统中流动性更好。物料的大小可能会有所不同，但5-6英寸被认为是中等尺寸，也是提高产量的最佳尺寸。在流程中增加额外的筛分步骤，将有助于进一步提高回收物料的纯度。
前进之路
Jason Ripley 很自豪地看到 LIBS 分拣系统在他的工厂投入使用。几十年来，他一直知道有这样的需求，也相信最终会有这样的技术来实现这一目标。
Ripley公司发现，业界对LIBS或此类传感器技术的认知度并不高，这使得他们拓展客户群比最初想象的更具挑战性。Jason Ripley提到，他们甚至愿意为新客户赞助一批经LIBS分选的试用料，以便让他们充分了解这项技术的强大能力。
集成了SpeedSorter的Austin AI分选系统，可为 Ripley 这样的客户提供改变分拣程序的能力，以便根据合金和公差要求进行分拣。这将使Ripley公司更容易拓展有特定应用要求的新客户。
随着LIBS分选系统在大型有色金属料场的持续安装，以及手持式LIBS设备在废料行业的日益普及，废料行业的轻元素分析技术正变得越来越受欢迎。
Austin AI公司和海洋光学公司很高兴能为铝行业提供一个快速、有效的解决方案，用于回收可直接熔炼的有色金属废料。LIBS分选系统促进了高效回收，节约了资源，降低了能耗和排放，并推动了向循环经济的转型。这些举措共同为创造更绿色的环境、实现可持续发展目标做出了贡献。