Grundlagen sensorgestützter optischer Sortierer

sensorgestützte optische Sortierer

Optische Sortierer für die Sortierung von Schüttgütern in Körnungen von 1 bis 300 mm

Definition Schüttgüter: vereinfacht gesagt, alles was vereinzelt werden kann und rieselt.

Beispiele:

Mineralien: Kalk, Feldspat, Quarzit, Talk, Magnesit, Kalziumcarbonat, Silizium, Salz uvm.

Kunststoffe: Polyethylenterephthalat (PET), Hart-Polyethylen (HDPE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Technische Kunststoffe, Misch- und Biokunststoffe

Glas: Flach- und Hohlglas, Sondergläser (z.B. hitzefeste Gläser, bleihaltige Gläser, Bildschirmglas, PV-Panels etc.)

Papier

Ersatzbrennstoffe

Schrott: Auto-, Metall-, Elektro-/Elektronikschrott, Kabel, Batterien

Aschen, Schlacken, Bauschutt

andere Materialien: Kompost, Hausmüll, Holz, gelbe Tonne

uvm.

Es kommt fast jeden Tag etwas Neues hinzu.

Was genau versteht man unter sensorgestützter optischer Sortierung?

Gemeint ist, dass jedes einzelne Korn eines Schüttguts anhand seiner Merkmale (nach Farbe, Reflexion, Transparenz, Form, Größe oder chemischer Zusammensetzung) erkannt wird. Mittels entsprechend in der Steuerung hinterlegter Filter wird dann entschieden, wie mit dem Korn weiter zu verfahren ist, also ob es aus dem Materialstrom entfernt werden soll oder nicht.

Wird es anhand des Filters als zu entfernen deklariert, erfolgt anschließend mit Hilfe von Luft die Ausschleusung. Es wird mittels Druckluft ausgeblasen.

Immer schon gab es Aufgabenstellungen, die eine Sortierung von gut und Schlechtmaterial erforderten. Ob bei Talk und Magnesit, bei verunreinigten Materialien oder bei der Edelsteingewinnung. Bis vor einigen Jahren in Europa und teilweise heute noch in den Entwicklungsländern wurde die Aufgabe an langen Förderbändern von Menschen erledigt, mit all den Nachteilen, die der menschliche Faktor mit sich brachte. Hier seien nur genannt, Ermüdung, Ablenkung, nachlassen der Konzentration und im Falle von Edelsteinen der Diebstahl, außerdem die hohen Personalkosten für das Sicherheitspersonal und die Problematik, unplanbarer Ausfall von Personal durch Krankheit.

Zudem konnte nur sortiert werden, was mittels des Auges, also optisch erkennbar und damit unterscheidbar war.

Die heute verfügbaren optischen Sortierer stellen hier eine am Bedarf orientierte, wirtschaftliche und zuverlässige Alternative und einen weiteren Evolutionsschritt dar.

Denn neben der rein optischen Erkennung z.B. von Farbunterschieden, ist es heute dank modernster optischer Verfahren, wie UV, NIR, LIPS, XRT zusätzlich zur Induktion und ständig neuen Methoden möglich, selbst Materialien sicher zu unterscheiden, die für das Auge keinen Unterschied erkennen lassen.

Optische Sortieranlagen sind seit vielen Jahren in der Praxis erprobt.

Die ersten Patente stammen aus dem Jahr 1928 für die rein optische Sortierung, 1949 für die radiometrische Sortierung und 1950 für die erste induktionsbasierte Sortierung.

Eine ständig zunehmende Anzahl von Anbietern hochwertiger optischer Sortiersysteme führt zu immer neuen Lösungen und hat die optische Sortiertechnik zu einer wirtschaftlich sinnvollen und praktikablen Lösung für immer mehr Anwendungen auch unter rauesten Bedingungen im Bergbau und des Recyclings gemacht. Ihren Ursprung hatte die optische Sortierung zunächst in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie mit entsprechend aufwendigen Umgebungsbedingungen.

Wo findet die optische Sortiertechnik heute ihre Anwendung

Es gibt einmal grundsätzlich zwei Ansätze, entweder einen Wertstoff aus einem Stoffgemisch zu gewinnen oder Störstoffe aus einem Stoffgemisch zu entfernen.

Die rohstoffverarbeitende Industrie hat heute das Problem, dass die Preise für einfaches Material im Keller sind. Eine weitere Herausforderung sind die ständig steigenden Anforderungen an die Materialqualität.

Hier ermöglichen optische Sortierer neue Chancen, der Schüttgut- und der Primärrohstoffindustrie neue Absatzmöglichkeiten zu eröffnen. Diese bestehen zum einen darin, über die Qualitätssteigerung durch die optische Sortierung einen höheren Ertrag für das Material zu erzielen und zum anderen über die Trennung von gut und schlecht überhaupt erst eine zum Verkauf geeignete Materialqualität zu erzielen. Zu guter Letzt, die Marge für das produzierte Material zu erhöhen, Beispiel farbreine Mineralien.

Zusätzlich gewinnt die Rohstoffindustrie Zeit. Kein Rohstoff ist unbegrenzt vorhanden. Mittels optischer Sortiertechnologie werden Ressourcen geschont, Abbaustätten besser wirtschaftlich genutzt und der Nachhaltigkeit Rechnung getragen. Dies trägt auch zu mehr Akzeptanz dieser Industrien im öffentlichen Umfeld bei. Nebenbei wird Deponieplatz geschont, was der Umwelt direkt zugutekommt.

Recyclingindustrie

Kein Markt wächst derzeit so schnell wie die Recyclingindustrie.

Neben dem Gesetzgeber, der die Recyclingquoten ständig erhöht, spielen auch knapper werdende Rohstoffe (Beispiel Lithium und Kobalt für Batterien) aber auch steigende Einkaufspreise für Edelmetalle eine entscheidende Rolle, die optische Sortierung von Recyclingmaterialien wie Elektroschrott, Schredder Fraktionen, PVC Fenster uvm. zu forcieren.

Ob in Verbrennungsschlacken, Rostasche, Bauschutt und Kompost, überall gilt es gut von schlecht zu trennen, um Kundenanforderungen Rechnung zu tragen.

Gerade in der Bauindustrie nimmt die Komplexität der Materialverbünde ständig weiter zu. Dies macht eine immer aufwendigere Trennungs- und Sortiertechnik erforderlich, diese dann wieder sauber zu trennen, um sie dem Kreislauf erneut zuführen zu können.

Der Prozess

Das Aufgabematerial wird auf einer Vibrationsrinne vereinzelt. Wenn nötig, wird das Material auch noch mit Wasser gereinigt, um anhaftenden Staub zu entfernen und/oder um die Farbunterschiede besser hervorzuheben.
Das vereinzelte Material fällt dann bei den meisten Sortierern in einen Schacht. In diesem Schacht ist ein oder zwei Optische Systeme installiert, die das Material entweder einseitig oder zweiseitig betrachten und jedes Korn identifizieren. In einem Rechner erfolgt dann der Abgleich mit den hinterlegten Sortierkriterien. Anschließend gibt der Rechner an die Ausblasdüsen den Befehl, das selektierte Korn auszublasen.

Welche optischen Verfahren gibt es?
Heute ist es möglich, sowohl nach äußerem Aussehen, nach physikalischen Eigenschaften, nach Reflexion und Transmission, nach Form und mit Röntgenstrahlen auch nach unterschiedlichen Materialzusammensetzungen zu sortieren. Es können auch verschiedene optische Verfahren in einem Sortierer kombiniert werden. Zusätzlich ist mit dem Rechner auch eine Kombination aus den diversen Kriterien möglich. Sogar ein optisches Verwiegen ist machbar.

Die drei derzeit (2019) am häufigsten verwendeten Verfahren

VIS scannt die Schüttgüter je nach Anwendungsgebiet im freien Fall oder auf einer Rutsche mit Hilfe einer Farbzeilenkamera. Die erhaltenen Daten werden in einem Industrierechner durch eine frei parametrierbare Sortiersoftware nach Farbe, Transparenz, Form oder Größe als Gutprodukt und Schlechtprodukt bewertet

NIR nutzt das physikalische Analyseverfahren der Nahinfrarot-Spektroskopie. Es basiert auf der Anregung von Molekülschwingungen durch elektromagnetische Strahlung im Nahinfrarot-Bereich (NIR) von 860-1700 nm. Mit der NIR-Technologie lässt sich Material aufgrund seiner spezifischen Infrarot-Spektren eindeutig identifizieren.

X-Ray Röntgensortierer arbeiten entweder mit Reflexion oder Transmission. Die Schwächung der Röntgenstrahlung wird durch 2 Messkanäle in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen aufgenommen. Durch mathematische Verknüpfung der Messwerte kann die Materialstärke herausgerechnet werden. Als Sortierkriterium steht damit die mittlere atomare Dichte zur Verfügung – unabhängig von Partikelgröße, Teilchenform, Stückgewicht, Oberflächenfarbe oder Verunreinigungen. Der wesentliche Vorteil unserer Röntgentransmission gegenüber der Reflexion ist, dass die transmissive Detektion das System unempfindlich gegen Oberflächenverschmutzungen macht und die Erkennung von Einschlüssen ermöglicht.

Welche Körnungen können sortiert werden?
Die Sortierer können heute eine Bandbreite von ca. 1 mm bis zu 300 mm sortieren wobei die wirtschaftliche Sortierung in der Regel beim Faktor 3 zwischen kleinstem und größtem Korn zu finden ist.

Wo setze ich die optische Sortierung wirtschaftlich sinnvoll ein?

Die eigentliche Herausforderung ist gar nicht mehr das Sortieren an sich, sondern an welcher Stelle im Gewinnungsprozess wird der Sortierer wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt?

Diese Frage kann nicht pauschal beantwortet werden.

Viele Faktoren, wie die

• Mengen
• Materialzusammensetzung
• Sortierkriterium
• Konzentration an Wunschmaterial
• Standortbedingungen
• uvm.

sind dazu zu berücksichtigen.

Hierbei berate ich sie gerne.

Die Komplexität der Materialverbünde macht immer aufwendigere Trennungs- und Sortierverfahren erforderlich, diese dann wieder sauber zu trennen. Auch hier bieten wir ihnen interessante Lösungsmöglichkeiten an.