NL1016916C2 - Werkwijze en inrichting voor het analyseren en het scheiden van materiaalstromen. - Google Patents

Description

τ *

Werkwijze en inrichting voor het analyseren en het scheiden van materiaalstromen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het analyseren en het scheiden van materiaalstromen. Met name heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het analyse-5 ren en het scheiden van materiaalstromen met gebruikmaking van röntgenstraling. Daartoe omvat de werkwijze het bestralen van een materiaal met röntgenstraling van ten minste twee energieniveaus, en het meten van de stralingstransmissie door het materiaal voor elk energieniveau afzonderlijk.

10 Een dergelijke werkwijze is in de techniek bekend.

Daartoe worden accu's met behulp van röntgenstraling van twee energieniveaus bestraald. Hierbij wordt de totale transmissie van de beide stralingsniveaus afzonderlijk bepaald. Aan de hand van de gemeten totale transmissie kan vervolgens het ty-15 pe accu worden bepaald. Een dergelijke werkwijze is zeer beperkt in zijn mogelijkheden. Omdat slechts de totale transmissie wordt gemeten is het niet mogelijk om afzonderlijke delen van de accu's te analyseren. Evenmin is het mogelijk om kleine, afzonderlijke objecten gelijktijdig te analyseren.

20 De uitvinding heeft nu tot doel een verbeterde werk wijze te verschaffen, waarmee de hiervoor genoemde nadelen worden opgeheven. Met name heeft de uitvinding tot doel een verbeterde werkwijze te verschaffen waarmee objecten afzonderlijk kunnen worden geanalyseerd en gedetecteerd. Tevens 25 heeft de uitvinding tot doel een verbeterde werkwijze te verschaffen waarmee het mogelijk is om in grote mate van elkaar verschillende, afzonderlijke objecten te analyseren en te detecteren.

Hiertoe verschaft de uitvinding een werkwijze als in 30 de aanhef genoemd, welke wordt gekenmerkt, doordat met een sensor de stralingstransmissie wordt gemeten, welke sensor een veelvoud van in hoofdzaak aanliggende beeldpunten omvat, en doordat aan de hand van de gemeten transmissiewaarde in 1016916 > < 2 elk beeldpunt ten minste de dikte en het effectieve atoomnum-mer van het materiaal wordt bepaald.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de sensor een veelvoud van in hoofdzaak in een rechte lijn liggende 5 sensorbeeldpunten, en wordt de materiaalstroom in een richting welke ten minste ongeveer loodrecht op de rij sensorbeeldpunten ligt, gevoerd, en waarbij in hoofdzaak continu de transmissie wordt gemeten. Wanneer de materiaalstroom continu door de inrichting wordt gevoerd, waarbij aan een eerste zij-10 de van de materiaalstroom de straling wordt geëmitteerd en aan een tweede zijde de sensoren zijn geplaatst, is een duidelijk beeld te verkrijgen van het toegevoerde materiaal. Afhankelijk van de afstand van aanliggende sensorbeeldpunten kan de resolutie worden verhoogd of verlaagd.

15 Volgens een verder voorkeursuitvoeringsvorm is het mogelijk om bij een van tevoren te kiezen frequentie de transmissie-meting uit te voeren. Bijvoorbeeld kan deze frequentie ten minste 20 Hz bedragen. Deze frequentie is mede afhankelijk van de toevoersnelheid van de materiaalstroom.' 20 Het heeft de voorkeur wanneer de horizontale (dat wil zeggen in hoofdzaak evenwijdig aan de rij sensorbeeldpunten) resolutie ongeveer gelijk is aan de verticale (dat wil zeggen in de verplaatsingsrichting van de materiaalstroom) resolutie.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt 25 de werkwijze gekenmerkt doordat de voor elk beeldpunt verkregen informatie van de transmissiewaarde aan een beeldverwer-ker wordt toegevoerd en met behulp van de beeldverwerker ten minste verschillen in samenstelling tussen de deeltjes onderling, vorm en afmeting van afzonderlijke deeltjes in de mate-30 riaalstroom wordt bepaald. Hierdoor kan een goede en nauwkeurige bepaling van de afzonderlijke deeltjes in de materiaalstroom worden verkregen. Bijvoorbeeld is het hierbij mogelijk om op een stroomafwaarts gelegen plaats in het traject dat de materiaalstroom doorloopt een scheidingsinrichting te plaat-35 sen, waarmee de afzonderlijke materiaalsoorten naar keuze kunnen worden afgevoerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de werkwijze volgens de uitvinding gecombineerd met één of meer an- 1016916 t 3 dere contactloze detectietechnieken, bijvoorbeeld op basis van straling gekozen uit een groep bestaande uit: infrarood-straling, zichtbaar lichtstraling of ultraviolette straling. Hierdoor wordt het voordeel verkregen dat materialen die qua 5 effectieve atoomsamenstelling zeer weinig van elkaar verschillen, op basis van andere eigenschappen, die met behulp van de andere detectietechnieken worden bepaald, kunnen worden geanalyseerd.

Volgens nog een verdere voorkeursuitvoeringsvorm 10 wordt de materiaalstroom gekozen uit soortgelijke, in samenstelling verschillende materialen. Bijvoorbeeld kan het materiaal verschillende soorten glas, verschillende soorten metaal, verschillende soorten organische stoffen, verschillende soorten vaste fossiele brandstoffen, verschillende soorten 15 kunststoffen of verbrandingsrestmengsels omvatten. Ook is het mogelijk dat materialen met andersoortige vervuilingen kunnen zijn gemengd, welke zeer geschikt door middel van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden geanalyseerd. Bijvoorbeeld kunnen vaste fossiele brandstoffen op nauwkeurige wijze 20 worden gescheiden van stenen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding bestaat de straling uit röntgenstraling. Hierbij heeft het met name de voorkeur wanneer ten.minste twee stralingsniveaus worden ge- . bruikt met een energieverschil van ten minste 10 keV, bij 25 voorkeur ten minste 20 keV, met meer voorkeur ten minste 40 keV, en met nog meer voorkeur ten minste 70 keV. Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm bestaat de straling uit röntgenstraling waarbij het niveau van het eerste deel een energieniveau tussen ongeveer 10 en 80 keV heeft, en het an-30 dere deel een energieniveau tussen ongeveer 80 en 150 keV heeft.

Zoals vermeld heeft de uitvinding tevens betrekking op een inrichting voor het analyseren van materiaalstromen met gebruikmaking van straling, welke inrichting ten minste 35 omvat een toevoermiddel voor het in een eerste richting verplaatsen van een materiaalstroom door de inrichting, straling emitterende middelen voor het bestralen van het materiaal, en sensoren voor het meten van de stralingstransmissie door het 1016916 4 1 '· materiaal, en welke inrichting wordt gekenmerkt doordat de stralingemitterende middelen straling van ten minste twee energieniveaus uitzenden, en de sensoren de straling van de afzonderlijke energieniveaus meten, waarbij de sensoren een 5 veelvoud van in hoofdzaak naast elkaar gelegen meetpunten omvatten welke in hoofdzaak in een rij in hoofdzaak loodrecht op de verplaatsingsrichting van het materiaal zijn geplaatst. Een dergelijke inrichting maakt het mogelijk om op zeer nauwkeurige wijze afzonderlijke objecten in een materiaalstroom 10 te detecteren. Met name heeft het de voorkeur wanneer een dergelijke inrichting beeldverwerkingsmiddelen omvat, welke het mogelijk maken om ten minste de vorm en afmeting van afzonderlijke objecten in de materiaalstroom te bepalen. Bij voorkeur omvat de inrichting middelen waarmee de materiaal-15 stroom door middel van één of meer andere contactloze detec-tietechnieken, bijvoorbeeld op basis van infraroodstraling, zichtbaar-lichtstraling of ultraviolette straling, kan worden geanalyseerd.

De uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal 20 voorbeelden van voorkeursuitvoeringsvormen worden beschreven.

Volgens de uitvinding vindt de werkwijze volgens een eerste uitvoeringsvorm daarvan plaats door het meten van de transmissie van röntgenstraling bij twee keV-niveaus, en bij een resolutie van ongeveer 2x2 mm. Dit houdt in dat de sen-25 sorbeeldpunten een onderlinge hart-op-hart afstand van ongeveer 2 mm hebben. De verplaatsingssnelheid van het te analyseren materiaal in het vlak gelegen tussen de stralingsbron en de sensor alsmede de frequentie waarmee de meting wordt uitgevoerd is bepalend voor de hiervoor reeds genoemde verti-30 cale resolutie. Indien geen materiaal wordt toegevoerd wordt een maximale transmissie gemeten. De gemeten stralingswaarde zal lager zijn dan deze maximale waarde, wanneer zich materiaal tussen de stralingsbron en de sensor bevindt.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een in-35 richting waarmee de werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd. De inrichting omvat in de weergegeven uitvoeringsvorm twee zogenoemde lijnsensoren 5 respectievelijk 5', alsmede op een afstand daarvan gelegen stralingsbronnen 2 101691e 5 respectievelijk 2' . Zoals weergegeven zijn twee afzonderlijke stralingsbronnen 2 respectievelijk 2' aanwezig, welke straling emitteren in de richting van de sensoren 5 respectievelijk 5'. De stralingsbronnen 2, 2' emitteren straling van 5 verschillende energieniveaus. De lijnsensoren 5, 5' zijn elk slechts gevoelig voor één van de energieniveaus zoals geëmitteerd door de stralingsbronnen 2, 2'. Zoals weergegeven, wordt het te analyseren materiaal 3, in de vorm van vaste deeltjes, en van verschillende samenstelling, welke in Fig. 1 10 is aangeduid door verschillende grijswaarden van de deeltjes, toegevoerd in een richting weergegeven door de pijlen 6, waarbij de deeltjes tussen de lijnsensoren en de stralingsbronnen door worden gevoerd in de richting van de pijlen 7.

De lijnsensoren zijn, zoals weergegeven in Fig. 1, ongeveer 15 loodrecht geplaatst op de verplaatsingsrichting van de deeltjes. De lijnsensoren kunnen ook onder een hoek ten opzichte van de verplaatsingsrichting van de materiaalstroom worden verplaatst.

De deeltjes kunnen in een horizontaal transportvlak, 20 bijvoorbeeld over een transportband, tussen de sensoren en de emittoren worden doorgevoerd. Het is echter ook mogelijk dat deze vrijvallend, verticaal worden toegevoerd, maar ook een verplaatsing over een hellend vlak is goed mogelijk. Het heeft de voorkeur dat de verplaatsingssnelheid van de te ana-25 lyseren deeltjes bekend is.

De door de lijnsensoren 5, 5' gemeten transmissie-waarden worden doorgevoerd naar een beeldverwerker 1. Deze verwerkingseenheid, bijvoorbeeld een computer, heeft de mogelijkheid om uit een combinatie van de frequentie van de me-30 tingen en de transportsnelheid van de deeltjes, in combinatie met de resolutie welke wordt verkregen door de veelvoud aan afzonderlijke sensoren in de lijnen 5 en 5', de vorm en afmeting van de deeltjes te bepalen. Bij voorkeur is de beeldverwerker voorzien van geheugenmiddelen, om de verkregen waarden 35 op te slaan.

De snelheid van de deeltjes kan binnen brede grenzen worden gehouden, waarbij de voorkeur uitgaat naar een snelheid van ten minste 5 cm per seconde. Volgens een verdere 1016910 6 voorkeuringsuitvoeringsvorm bedraagt de snelheid ten minste 20 cm per seconde, met meer voorkeur ten minste 0,5 meter per seconde, met nog meer voorkeur ten minste 1 meter per seconde en met de meeste voorkeur ten minste 2 meter per seconde. Af-5 hankelijk van de resolutie, dat wil zeggen het aantal beeld-puntsensoren op de lijnsensoren 5 en 5', kunnen vaste deeltjes met afmetingen van bijvoorbeeld meer dan 1 mm worden gedetecteerd.

Zoals weergegeven in de figuur zijn de sensoren sta-10 tionair geplaatst en worden de deeltjes door de inrichting heen gevoerd. Het is echter ook mogelijk om de sensoren, en eventueel de stralingsbronnen te verplaatsen over een stationair vlak waarop de deeltjes zich bevinden.

De breedte van het vlak 4 waarover de deeltjes in de 15 weergegeven uitvoeringsvorm worden gevoerd, is ten minste zo groot als de te analyseren deeltjes. Bij voorkeur is de breedte ten minste 5 x de breedte van de deeltjesafmeting.

Wanneer de deeltjes over een transportband of over een hellend vlak worden geleid dient dit ten minste gedeelte-20 lijk doorlaatbaar te zijn voor de gebruikte straling, en bij voorkeur geheel doorlaatbaar. Het energieniveau van de straling heeft, in geval van röntgenstraling, bij voorkeur een bereik van 10 keV tot ongeveer 200 keV.

In plaats van de weergegeven uitvoeringsvorm met 25 twee afzonderlijke lijnsensoren, is het mogelijk om één lijnsensor te gebruiken welke gevoelig is voor twee niveaus straling. Een dergelijke sensor is in de techniek bekend. Volgens een verdere uitvoeringsvorm is het mogelijk om sensoren te gebruiken die gevoelig zijn voor een bepaald traject van 30 stralingsenergie, of gevoelig voor meer dan één traject van stralingsenergie. De betreffende afzonderlijke deelgebieden dienen hierbij bij voorkeur duidelijk van elkaar gescheiden te zijn.

Afhankelijk van de toe te passen beeldverwerker kun-35 nen bijvoorbeeld ten minste 20 x per seconde (20 Hz) transmissies worden gemeten. Volgens de voorkeursuitvoeringvorm wordt deze ten minste 100 x per seconde gelezen, volgens een verdere voorkeursuitvoeringvorm ten minste 200 x per seconde.

1016916 7

Met de uitvinding is het mogelijk verschillen in samenstelling van de deeltjes onderling te detecteren, daarnaast is het mogelijk om de vorm en afmeting van de deeltjes te bepalen, ook is het mogelijk om de inwendige structuur van 5 de deeltjes te bepalen, evenals lokale samenstellingsver-schillen binnen het deeltje.

Het dataverwerkingssysteem 1, is in staat om de grootte, de dikte, de omtrek, de textuur, enz. van de toegevoerde deeltjes te bepalen.

10 De gemeten transmissiewaarde is afhankelijk van de stralingsintensiteit van een bron (Io)/ de absorptiecoëfficiënt van het deeltje (μ, welke een functie is van de golflengte λ), en de dikte van het te identificeren materiaal (d) . Deze relatie is als volgt: I = Ιο·β"μ(λ,,<1 . Door te meten 15 op twee energieniveaus van straling (één niveau met hoge keV en één niveau met lage keV), is het mogelijk om zowel de dikte van het materiaal d, als de absorptie-coëfficiënt μ te berekenen. Omdat de dikte in de beide gevallen hetzelfde is, is het mogelijk om de verhouding Phoog/piaag te berekenen, wat een 20 niet van de dikte afhankelijk kental van het materiaal is.

Aangezien het materiaal zich verplaatst in een bepaalde richting, welke bekend is, is het mogelijk om door de opeenvolgende metingen met behulp van de lijnsensoren en de bekende resolutie, de vorm en derhalve de afmeting van afzon-25 derlijke deeltjes te berekenen.

Wanneer wordt verondersteld dat de samenstelling van elk afzonderlijk deeltje constant is, is het mogelijk om relatieve dikteverschillen van het deeltje te bepalen. In dat geval zal de gemeten intensiteit I afhankelijk zijn van de 30 dikte van het deeltje.

Door gebruik te maken van de parameter Uhoog/piaag is het mogelijk om dikte-onafhankelijke materiaalverschillen in de deeltjes te meten.

De bepaalde kenmerken worden geregistreerd door mid-35 del van geheugenmiddelen in de beeldverwerker 1, en deze zijn na de statistische bewerkingen direct oproepbaar door de gebruiker en/of deze kunnen worden gebruikt om een actuatorme-chanisme aan te sturen welke de stroom deeltjes in ten minste 1016916 8 twee deelstromen kan scheiden. Dit mechanisme kan bijvoorbeeld bestaan uit persluchtbronnen, welke de deeltjes in een gewenste richting wegblazen. Dergelijke technieken zijn in de techniek bekend.

5 Het systeem is geschikt voor de inspectie van alle materiaal dat aanwezig is in de vorm van vaste deeltjes en welke een minimale afmeting hebben van ongeveer 1 mm. Het systeem is in het bijzonder geschikt voor inspectie van grondstoffen van primaire oorsprong (bijvoorbeeld door mijn-10 bouw) of van secundaire oorsprong (door deconstructie- activiteiten verkregen of als reststroom overblijvend uit constructieprocessen), waarbij de minimale deeltjesgrootte bijvoorbeeld 1 mm of groter, bijvoorbeeld ongeveer ten minste 5 mm kan zijn.

15 Het is gebleken dat het systeem volgens de uitvin ding bijzonder geschikt is voor de volgende toepassingen: 1. Het Identificeren en optioneel afscheiden van non-ferro metaallegeringen vanuit een mengsel in bepaalde afzonderlijke metalen en legeringen, bijvoorbeeld de niet magneti- 20 sche fractie van geshredde auto's, elektronica en andere afgedankte gebruiksgoederen. Met name is het systeem geschikt om verschillende aluminiumlegeringen en magnesiumlegeringen onderling te scheiden.

2. Het identificeren en optioneel afscheiden van be-25 paalde soorten glas, welke schadelijk zijn voor het hersmel- tingsproces, uit recycle glas (verpakkingsglas), met name vuurvast glas en loodhoudend glas.

3. Het identificeren en optioneel afscheiden van voor verbranding schadelijke componenten, bijvoorbeeld chloor- en 30 broomrijke kunststofdelen, zware metalen, enz., uit stromen gemengde secundaire organische brandstoffen en afvalstoffen, bijvoorbeeld shredderafval, huishoudelijk en overige industrieel afval.

4. Het identificeren en optioneel afscheiden van diver-35 se soorten kunststoffen uit organische materialen, bijvoorbeeld kunststoffen met vulstoffen en chloor- en broomhoudende kunststoffen.

H0169tS

I < 9 5. Het identificeren en optioneel afscheiden van hout-resten, gips en overige verontreinigingen uit zand, grind en secundair gebroken puin.

6. Het identificeren en optioneel afscheiden van ver- 5 ontreinigingen, met name schalie en andere mineralen, uit gedolven steenkool.

7. Het sturen van een verbrandingsoven op basis van gegevens welke met het beschreven detectiesysteem zijn onttrokken vanuit de ingevoerde materiaalstroom.

10 8. Het identificeren en optioneel afscheiden van erts brokken met een laag resp. hoog gehalte metaal bevattende mineralen.

Het zal duidelijk zijn dat de inrichting volgens de uitvinding niet beperkt is tot de hiervoor genoemde schei-15 dingsprocessen, en evenmin is beperkt tot de in de figuur weergegeven uitvoeringsvorm.

1016918

Claims (10)

1. Werkwijze voor het analyseren van materiaalstromen met gebruikmaking van straling, omvattende: a) het bestralen van het materiaal met röntgenstraling van ten minste twee energieniveaus, en 5 b) het meten van de stralingstransmissie door het mate riaal voor elk energieniveau afzonderlijk, gekenmerkt, door c) het met een sensor meten van de stralingstransmissie, welke sensor een veelvoud van in hoofdzaak aanliggende beeldpunten omvat, en 10 d) het aan de hand van de gemeten transmissiewaarde in elk beeldpunt bepalen van ten minste de dikte en effectieve atoomsamenstelling van het materiaal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt, door e) het toevoeren van de in d) voor elk beeldpunt ver-15 kregen informatie aan een beeldverwerker, en f) het met behulp van de beeldverwerker bepalen van ten minste de vorm en afmeting van afzonderlijke deeltjes in de materiaalstroom.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt, 20 doordat de materiaalstroom over een transportvlak wordt verplaatst, waarbij de materiaalstroom vanaf een eerste zijde van dat vlak door een röntgenbron wordt bestraald, en waarbij de stralingstransmissie aan de tegenoverliggende zijde van dat vlak wordt gedetecteerd.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt, doordat de werkwijze wordt uitgevoerd in combinatie met een contactloze detectietechniek, bijvoorbeeld op basis van infraroodstraling,, zichtbaar lichtstraling, of ultraviolette straling, en bij voorkeur in combinatie met een 30 beeldverwerker.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt, doordat de materiaalstroom wordt gekozen uit soortgelijke, in samenstelling verschillende materialen.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 35 gekenmerkt, doordat de materiaalstroom wordt gekozen uit de groep bestaande uit mengsels van: glas, metaal, organische 1016916 I * stoffen, vaste fossiele brandstoffen, ertsen, kunststoffen, of verbrandingsresten; of uit dergelijke mengsels met vervuilingen.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 5 gekenmerkt, doordat de straling bestaat uit röntgenstraling, waarvan de ten minste twee stralingsniveaus een energiever-schil van ten minste 10 keV, bij voorkeur 20 keV, met meer voorkeur 40 keV, en met nog meer voorkeur 70 keV, bezitten.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, gekenmerkt, door-10 dat de straling bestaat uit een deel met een energieniveau tussen ongeveer 10 en 80 keV, en een deel met een energieniveau tussen ongeveer 80 en 150 keV.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, gekenmerkt, doordat de sensor in hoofdzaak loodrecht op de 15 verplaatsingsrichting van de materiaalstroom en in hoofdzaak loodrecht op de stralingsbron staat, en waarbij deze ten minste 25, bij voorkeur ten minste 100, met meer voorkeur ten minste 500, en met nog meer voorkeur ten minste 2500 beeldpunten omvat.

10. Inrichting voor het analyseren van een materi aalstroom, omvattende een toevoermiddel voor het in een eerste richting verplaatsen van een materiaalstroom door de inrichting, straling emitterende middelen voor het bestralen van het materiaal, sensoren voor het meten van de stralings-25 transmissie door het materiaal, met het kenmerk, dat de straling emitterende middelen straling van ten minste twee ener-gieniveaus uitzenden, en de sensoren de straling van de afzonderlijke energieniveaus meten, en waarbij de sensoren een veelvoud van in hoofdzaak naast elkaar gelegen meetpunten om-30 vatten, welke in hoofdzaak in een rij in hoofdzaak loodrecht op de verplaatsingsrichting van het materiaal zijn geplaatst. 1016916