铝是地球上最丰富且最环保的金属。通常被称为“绿色”金属，铝是一种可持续材料，能够在不损失其固有属性的情况下被回收和再利用。铝的回收是效率最高的回收方式之一，其能耗比从原生材料生产铝材料（初级生产）低至95%。全球铝需求上升，而初级生产下降，预计回收铝将填补这一缺口。初级铝生产商正在生产含有大量回收铝的新产品，这主要受到以下因素的推动：
- 生产初级铝的高能耗；
- 消费者对更环保产品的需求；
- 企业的可持续发展目标。
在铝回收中，废铝被分为不同的等级，包括轻质和重质。初步分选完成后，轻质废铝可以作为混合级出售给铝生产商，用于生产或再加工新的合金。然而，废铝分选得越精确，其价值就越高。持续稳定的高纯度废铝供应意味着在熔炼过程中需要更少的原铝调整，从而生产出更“绿色”的产品。本文介绍了由Austin AI开发的快速、有效的分选系统，该系统利用Ocean Applied的LIBS传感器，并与英国最大的废金属回收商之一H Ripley and Co, Ltd.合作实施。
一、过去铝回收遇到的问题
快速、成本效益高的铝分选一直是废品回收商的期望。总部位于英国海伦沙姆的H Ripley and Co是一家拥有超过100年历史的第五代家族企业。像许多废品回收站一样，Ripley自成立以来就经营铁和有色金属废品。然而，与其他大多数废品回收站不同的是，他们已经有超过30年的铝破碎经验。
H Ripley and Co的商务总监Jason Ripley很早就意识到，如果存在合适的分选工具，铝中可以提取出巨大的价值。他的公司出售的混合铝中含有多种优质等级，但由于缺乏快速、成本效益高的分选工具来分离等级和合金，手工分选又不可行，因此无法实现这一目标。“这个概念和需求一直存在，”Ripley说，“只是没有合适的技术能够快速有效地分选铝。”过去十年中铝需求的显著增长进一步推动了这一需求。
像其他废品回收商一样，H Ripley and Co使用手持式X射线荧光（XRF）设备，并了解在线X射线解决方案。虽然XRF是重金属分选的良好选择，但它并不适合铝的分选。Jason Ripley通过一位客户（一家大型英国挤压锭和板材生产商）了解到一家位于德克萨斯州奥斯汀的公司Austin AI。该公司在使用Austin AI的解决方案后取得了成功，并敦促Ripley进行调查。
二、传感分拣技术
Austin AI的首席执行官Rick Comtois是元素分析领域的资深人士，专注于在线传感分选技术已有20多年。此前，他曾基于核磁共振（NMR）和X射线荧光（XRF）技术实施了多个设备，但在2014年开始将重点转向激光诱导击穿光谱（LIBS）。Comtois表示，LIBS技术提供了其他方法无法实现的轻元素技术。
Austin AI对轻元素分选解决方案的兴趣促成了其与Hydro Aluminum的合作关系，Austin AI为该公司建造了一个分选系统，用于从建筑和拆除（C+D）材料中筛选出6063铝合金。这一过程为Hydro Aluminum以及任何二级熔炼厂提供了熔炼就绪的“绿色材料”，使他们能够实现更理想的低碳足迹。
图1. Austin AI的废铝分选系统集成了Ocean Applied基于LIBS的SpeedSorter，用于更精确地分选最理想的铝等级。
Austin AI的LIBS分选系统（图1）具有以下优势：
- 可靠、坚固的模块化设计，移动部件最少；
- 灵活的设置，可以选择1条或6条分选通道；6通道设计允许在不停机的情况下更换内部的LIBS模块；
- 样品从滑槽中落下，直接进入LIBS激光前，无需根据每个样品调整焦距；
- 适用于清洁生产废料和消费后废料，无需预消融；
- 全球最低的按重量计算的完全成本；
- 与Ocean Applied的SpeedSorter LIBS传感器兼容。
在线分选相比手工分选具有显著优势，包括速度更快、精度更高、一致性更强、效率更高。它还可以降低劳动力成本，提高安全性，并为优化铝分选提供有价值的数据。
Rick Comtois解释了在线分选的投资回报：“我估计完全成本——包括初始系统成本、运营成本、劳动力成本等——在我们的分选机以每小时4-5吨的速度运行时，每千克只需几美分。这一成本被每车熔炼就绪废料获得的溢价所抵消。”
三、LIBS和SpeedSorter™
激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱技术，它使用高能激光脉冲聚焦在样品表面，将少量样品转化为等离子体，使原子和离子发射其特征发射线。对于许多人来说，LIBS被认为是使用激光代替电弧或火花源的光学发射光谱（OES）。LIBS已在实验室和研究环境中使用了近五十年。
最近的技术进步使得像Ocean Applied的SpeedSorter（图2）这样的在线LIBS传感器的设计成为可能，并可用于工业应用。这一发展迅速扩展了LIBS的使用范围，尤其是在铝分选和分析的现场操作中。
由于LIBS比手持XRF更适合分析锂（Li）、铝（Al）、镁（Mg）和铍（Be）等轻元素，因此它迅速获得了行业认可，成为从铝废料中分选特定合金的首选方法。
Ocean Applied的SpeedSorter是一种工业级、高吞吐量的传感系统，专为在恶劣环境中进行在线非铁金属废料分选而设计。基于LIBS技术，SpeedSorter能够快速确定每块铝废料的化学成分，并将结果传输给Austin AI的分选系统。借助SpeedSorter，可以轻松实现锻造铝与铸造铝的分离、铝与镁的分离，以及从混合铝废料中分离6XXX等合金等级。
SpeedSorter可以根据客户的具体需求进行定制，考虑输送能力、输入材料和尺寸以及所需的输出和分流控制。
“Ocean Applied开发了SpeedSorter，使LIBS金属分选在商业上成为可能，”Ocean Applied的副总裁兼总经理Lu Luo表示，“它解决了过去LIBS传感器的问题，能够每小时分选数吨废料，从消费后废料中获得高纯度，并且可以从Twitch或Zorba（铝废料类型）中精确分选特定合金。”
四、H Ripley的在线LIBS分选技术
H Ripley在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提取6063铝合金。Ripley与Austin AI和Ocean Applied密切合作，将LIBS分选系统集成用于分选经过磁选和涡流分离后的破碎、清洁、干燥材料。
在实施分选系统之前，Ripley主要加工并销售混合铝到亚洲市场。分选系统实施后，Ripley开始将有价值的部分分离并销售给一家大型英国挤压锭和板材生产商。
Ripley的客户对其收到的6063铝合金非常满意，该合金在其规定的公差和标准范围内（图3）。铜和锌的去除至关重要，因为挤压生产商希望材料中铜和锌的含量低于0.1%的最大允许量。在这种情况下，含量越低越好。
/4 
