Altmetallanalyse – die Wahl des geeigneten Instruments

Moderne Geräte für die Analyse und Sortierung können nahezu alle Metalle genau bestimmen und große Lagerbestände sortieren. Dabei haben die gängigen Technologien – tragbare Röntgenfluoreszenz (RFA), optische Emissionsspektrometrie (OES) und tragbare laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) – spezielle Stärken. Oxford Instruments bietet als einziger Hersteller alle drei Technologien aus einer Hand an.

Die am häufigsten angewendete Technologie im Recyclingbereich ist die tragbare RFA. Seit fast 40 Jahren werden mittlerweile Zehntausende dieser Geräte für die Werkstoffidentifizierung auf Schrottplätzen eingesetzt. In den letzten Jahren sind auch im LIBS Bereich Handgeräte entwickelt worden, die erstaunlich schnell und leistungsfähig sind. Oxford Instruments hat außerdem vor vier Jahren das erste wirklich tragbare, batteriebetriebene Funkenspektrometer (OES) auf den Markt gebracht.

Sortieren oder analysieren?

Grundsätzlich sollte bei der Anschaffung eines Analysegeräts die Frage gestellt werden, ob nur sortiert werden soll oder auch eine genaue chemische Analyse erforderlich ist. Alle Geräte können über die Hauptelemente sortieren, aber in der analytischen Leistung gibt es signifikante Unterschiede. Der Nickel- und Molybdängehalt in Edelstählen sollte zum Beispiel genau zu messen sein, da beide Elemente den Wert des Materials maßgeblich bestimmen. Viele Legierungen haben eine sehr ähnliche Zusammensetzung und unterscheiden sich teilweise nur durch einen anderen Gehalt eines einzigen Elements. Dann ist die korrekte Bestimmung aller signifikanten Elemente für die korrekte Einordnung notwendig.

Tragbare Funkenspektrometer erbringen die beste Analyseleistung und decken den breitesten Elementbereich ab. Eine besondere Stärke ist die Analyse von Kohlenstoff und weiteren Spurenelementen wie Schwefel, Phosphor, Bor etc. auch in sehr kleinen Gehalten. Die RFA sortiert die meisten Metallwerkstoffe in zwei bis fünf Sekunden, inklusive der genauen chemischen Zusammensetzung. Es gibt aber die sogenannten leichten Elemente (Be, B, C, Mg, Al, Si), die mit der RFA nicht oder nur schwierig zu bestimmen sind. LIBS kann diese Bandbreite und Genauigkeit noch nicht liefern, analysiert aber im Sekundentakt. Ist also neben der Werkstoff­identifizierung eine genaue chemische Analyse erforderlich, sollte ein RFA Handgerät oder ein Funkenspektrometer in Betracht gezogen werden.

Keine Überraschungen

Auf dem Schrottplatz finden sich häufig viele verschiedene Metallwerkstoffe, oft mit unbekannter Herkunft. Nur die Analyse gibt Gewissheit über den Wert. Aber unbekannte Proben sind eine Herausforderung für alle Geräte, die nur für eine bestimmte Applikation kalibriert wurden. Sinnvolle Ergebnisse können hier nur im Rahmen der kalibrierten Materialien und Gehaltsbereiche produziert werden. Empirisch kalibrierte Geräte, zum Beispiel mit Referenzproben, sind ungeeignet für seltene und ungewohnte Legierungen, für die es keine Standards oder Vergleichsproben gibt. OES und LIBS Analysatoren sind stets empirisch kalibriert; daher sind diesen Technologien Grenzen gesetzt, wenn es um unbekannte Proben geht.

RFA Handgeräte können mit einem rein mathematischen Modell kalibriert werden, der sogenannten Fundmentalparameter-Methode. Mit dieser standardlosen Methode kann ein weiter Bereich von Legierungen und Konzen­trationen von null bis 100 Prozent analysiert werden. Die Kalibrationen enthalten meist 30 bis 35 der gängigsten und wichtigsten Elemente des Periodensystems, oft auch erweiterbar. Die universelle Fundamentalparameter-Methode spielt ihre Stärke aus, wenn ganz spezielle Werkstoffe sortiert und exotische Elemente identifiziert werden müssen.

Analyse bis in den Spurenbereich

Die Mehrheit der Proben auf einem Schrottplatz können schnell anhand der Haupt­elemente sortiert werden, wie zum Beispiel Nickel, Chrom und Molybdän in Stahl oder Magnesium, Silizium, Kupfer und Zink in Aluminiumlegierungen.

Es gibt aber Werkstoffe, die nur mit reproduzierbarer Genauigkeit korrekt identifiziert werden können. Alle drei Technologien können die Edelstähle 304 und 316 unterscheiden, aber die Unterscheidung von 304 und 303 durch niedrigen Schwefelgehalt oder 316 und 316L mithilfe des Kohlenstoffs ist ungleich komplizierter. Im allgemeinen ist die Leistung des LIBS ab einer Konzentration von 0,05 bis 0,1 Prozent gut, abhängig vom Element und von der Legierung. RFA Handgeräte messen chemische Zusammensetzungen ab etwa 0,01 Prozent, bei manchen Elementen liegt die Nachweisgrenze noch niedriger. Die beste Empfindlichkeit kann mit dem Funkenspektrometer erreicht werden. Es bietet die höchste Genauigkeit und die niedrigsten Nachweisgrenzen (typischerweise zwischen 0,001 und 0,005 Prozent) unter den drei Technologien.

Technologien, die sich ergänzen

Fazit: Alle drei Technologien haben ihre Besonderheiten bezüglich Leistungsvermögen. Keine deckt alle Anforderungen der modernen Recyclingindustrie ab; daher ist es wichtig, vor einer Investition die Leistungsmerkmale und auch die Grenzen der jeweiligen Technologien zu verstehen. Die drei Technologien ergänzen sich aber sehr gut. So ist für das Sortieren von Edelstählen und Hochtemperatur-Legierungen das RFA-Handgerät besonders geeignet. Wenn jedoch der Hauptwerkstoff Aluminiumlegierungen sind, sollte das LIBS-Handgerät bevorzugt werden, da es Magnesium und Silizium ohne Probleme und ultraschnell erfasst. Ein Funkenspektrometer ist unumgänglich, wenn Kohlenstoff und Spurenelemente analysiert werden müssen.

Alle drei Technologien zusammen eröffnen die Möglichkeit, allen Anforderung der Sortierung und Analyse auf einem Schrottplatz uneingeschränkt nachzukommen: schnellste Sortierung von Werkstoffen, genaue Bestimmung von Hauptlegierungselementen und zuletzt die Spurenanalyse unerwünschter Elemente in den Legierungen.

www.oxford-instruments.com ^[3]

Foto: Oxford Instruments Analytical GmbH

(EU-Recycling 07/2017, Seite 34-Advertorial)