AlloySort Echtzeit PGNAA Analyse metallischer Legierungen für eine nachgeschaltete zielgerichtete Sortierung

Das Recycling von Metallschrotten als Sekundärrohstoffe ist die sicherste, ökologischste und ökonomischste Form der Rohstoffversorgung.

Obwohl Metalle im Prinzip unendlich oft recycelt werden können, ist ein Wiedereinschmelzen ohne Qualitätsverlust nur möglich, wenn die Zusammensetzung vor dem Wiedereinschmelzen genau erfasst werden kann und sortenrein eingeschmolzen wird. Eine Bestimmung der Elementzusammensetzung von Schrotten zerstörungsfrei in Echtzeit würde es ermöglichen, Eingangsströme des Recyclingprozesses erstmals optimal zu steuern. Dadurch kann der Schrottanteil weiter erhöht werden und es können zielgerichtet hochwertige Legierungen erzeugt werden. In der Kupfer- und Aluminiumproduktion besteht daher großes Interesse an der Elementanalyse von Recyclingmaterialien in Echtzeit, um die metallischen Sekundärrohstoffe nach existierenden Normen und Regelwerken zu klassifizieren und sortenrein zu recyceln.

Eine zufriedenstellende messtechnische Lösung ist derzeit weder für die Kupfer- noch Aluminiumproduktion vorhanden und soll im Rahmen von AlloySort entwickelt werden.

Im Projekt MetalClass wurde ein KI-basiertes Verfahren entwickelt, das die Klassifikation von verschiedenen Kupfer- und Aluminiumlegierungen im Subsekundenbereich ermöglicht. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll im Projekt AlloySort das Verfahren mithilfe weiterer Methoden der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens erweitert werden, um den Elementanteil in den Legierungen direkt zu bestimmen. Dadurch sind die Ergebnisse nicht von vorher definierten Kategorien abhängig, wodurch die Identifikation von unbekannten Materialien in einem Abfallstrom ermöglicht wird. Außerdem wird der Aufbau des Demonstrators im Technikum von AiNT um ein Förderband erweitert. Durch diese Erweiterung soll die Einsatzfähigkeit im wirtschaftlichen Betrieb nachgewiesen werden, da sich so verschiedene Einflussfaktoren des Messguts, wie z.B. Anordnung auf dem Förderband, verschiedene Dichten und Massen etc. berücksichtigen lassen.

Experimentelle Messdaten werden durch einen Demonstrator im Technikum von AiNT erhoben, wobei innovative Detektorsysteme zur Anwendung kommen. AiNT entwickelt und erprobt Messanlagen zur Elementanalyse auf Grundlage der Prompt-Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (PGNAA). Diese Messanlagen ermöglichen eine zerstörungsfreie Elementanalyse unterschiedlichster Materialien und grenzen sich von bestehenden Verfahren dadurch ab, dass das Messgut als Ganzes und ohne Probenvorbereitung analysiert wird. Bei einer Messung wird ein Gamma-Spektrum aufgenommen, dessen Auswertung die vollständige Elementzusammensetzung des Materials ermöglicht. Diese Daten werden mittels KI-Verfahren analysiert, wodurch eine Echtzeitmessung im Subsekundenbereich ermöglicht wird.

Das Verbundprojekt AlloySort wird mit folgendem Verbundpartner durchgeführt:

Das Projekt wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NRW 2021-2027 in der Maßnahme GreenEconomy.IN.NRW (Umweltwirtschaft, Circular Economy und Klimaanpassung) gefördert.