為改善工業(yè)對原材料的獲取方式，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所和CronimetFerroleg公司聯(lián)合開發(fā)了一種基于激光傳感器技術(shù)的金屬廢料分揀工藝。這項工藝將作為德國聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）資助的PLUS項目的一部分，他們開發(fā)的這種新型傳感器使金屬原材料的回收效率比以前提高了許多倍。

先前，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所也參與了歐盟REVaMP（金屬制造過程中可變原材料的高效利用設(shè)備改造）項目：研究所的專家從2020年1月起分享他們在材料分析領(lǐng)域的專業(yè)知識，為保障原材料的資源高效供應(yīng)做出重要的國際貢獻(xiàn)。

基于激光的傳感器技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了未來金屬的回收利用。目標(biāo)之一：提高公司的資源效率。 （圖片版權(quán)：德國卡爾斯魯厄 Cronimet Ferroleg 公司）

德國是一個工業(yè)生產(chǎn)國，社會繁榮在很大程度上取決于鉻、鎳、銅和鈷等金屬原材料的供應(yīng)。然而，隨著全球?qū)@些原材料需求量的增加，這些金屬正變得越來越稀缺。當(dāng)前礦產(chǎn)資源的短缺現(xiàn)象愈發(fā)凸顯，這讓回收稀缺原料在控制礦產(chǎn)資源短缺方面起著決定性作用，這種回收金屬的做法也已經(jīng)被德國和歐洲其他國家采納，成為其獲取金屬原材料的主要渠道。

更好的平衡——生態(tài)和經(jīng)濟(jì)

回收具有一項明顯優(yōu)勢：將不能再使用的廢舊金屬，如管道、金屬板、工具、舊電纜、電氣和電子廢料以及家庭或拆遷中的舊零件熔化，然后按金屬或合金分類，就能在幾乎不損失質(zhì)量的情況下重新使用。一旦使用金屬回收的新方法，將使成本昂貴、技術(shù)復(fù)雜，甚至有危險性的礦產(chǎn)開采變得不再必要，也無需運輸開采出的原材料。由于廢舊金屬材料的本身價值很高，使用這種回收工藝既可以收回成本，又能比采礦產(chǎn)生更少的二氧化碳。

但這里有一個關(guān)鍵問題，就是金屬廢料的價格、可用性及其回收率取決于許多相互依賴的因素，比如采礦市場的價格波動、產(chǎn)品的生命周期及其回收率、加工過程中的損失、技術(shù)上的可回收性和相關(guān)合金的價值。全球市場也存在著不可預(yù)測的波動，如果采礦得到金屬的成本上升，對應(yīng)的金屬廢品的供應(yīng)量就會下降，反之亦然。這些不確定因素都會給企業(yè)帶來高風(fēng)險。

激光技術(shù)帶來大變革

在此背景下，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所與德國卡爾斯魯厄的CronimetFerroleg公司共同開發(fā)了一種基于激光的新型分揀工藝。它是作為德國聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）資助的PLUS項目的一部分而開發(fā)的，能使金屬廢料中合金的檢測和分揀速度更快、準(zhǔn)確性更高。2020年，該試驗工廠在卡爾斯魯厄的CronimetFerroleg公司基地投入運行，并取得了顯著成績。在這項激光回收金屬的獨特設(shè)計中，還可適用于加工高速鋼（HSS）。

“高速鋼刀具中含有鈷等寶貴的合金元素，在任何一家五金店都能找到，比如在鉆頭或銑頭上?！盋ordFrickeBegemann博士說。他在弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所負(fù)責(zé)材料分析，并在博士生FredrikSchreckenberg的協(xié)助下領(lǐng)導(dǎo)了PLUS項目。

目前常見的工藝，僅能對少數(shù)合金做費力的手工檢測。用于PLUS項目的激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)，此前經(jīng)過了弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的開發(fā)再升級。這種技術(shù)能從很小的廢舊零件中識別出20多種特殊合金，而且整個識別過程自動、快速且無需人工接觸。Fricke-Begemann博士表示：“它讓我們在很短時間內(nèi)處理更多的廢品，并達(dá)到更高的等級純度。通過這種工藝，我們就在技術(shù)研發(fā)和工業(yè)應(yīng)用之間搭建了一座重要的橋梁?！?/p>

歐洲的未來技術(shù)

作為2020年歐盟啟動的REVaMP項目的一部分，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所積極致力于向歐洲各國分享其在材料分析領(lǐng)域的專業(yè)知識。該項目計劃持續(xù)三年半，由來自西班牙、波蘭和德國等國的公司和研究機(jī)構(gòu)組成的國際聯(lián)盟提供支持。Fricke-Begemann博士說：“我們的目標(biāo)是將匯集到的專業(yè)知識整合進(jìn)PLUS項目，無論涉及哪種合金。我們希望設(shè)計的傳感器能很好地集成到當(dāng)前的工業(yè)設(shè)備中，從而提高回收流程的效率?！?/p>

要回收的合金的成分和性能是什么？交貨的材料中含有多少鉛？材料什么時候開始熔化，需要添加多少能量？這些問題都是REVaMP項目的研究重點，這也將在未來得到更準(zhǔn)確的答案。如果成功，這種金屬回收技術(shù)勢必會幫助歐洲擺脫對全球原材料市場的過度依賴，整體提高歐洲企業(yè)在稀缺金屬資源上的利用效率。

在 BMBF PLUS 項目開發(fā)的基于激光的分類過程中，可以從金屬 廢料中有效回收有價值的合金。（圖片版權(quán)：德國卡爾斯魯厄 Cronimet Ferroleg 公司）

PLUS項目：基于激光的特殊合金分揀試驗工廠

PLUS項目的起止時間是2017年1月1日至2020年6月30日，由德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）“r＋I(xiàn)mpuls——資源效率創(chuàng)新技術(shù)——工業(yè)資源效率的脈搏”資助。

項目合作方：CronimetFerroleg公司、德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所

REVaMP項目：金屬制造過程中可變原材料的高效利用設(shè)備改造

該改造項目的起止時間為：2020年1月1日至2023年6月30日，由歐盟“地平線2020計劃”資助。

項目合作伙伴：

●德國鋼鐵協(xié)會下屬的鋼鐵研究中心（BFI），（負(fù)責(zé)項目協(xié)調(diào)）

●德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所

●德國亞琛工業(yè)大學(xué)

●波蘭國家核研究中心（NCBJ）

●西班牙阿茲特蘭冶金研究中心

●西班牙Eurecat技術(shù)中心，

●西班牙Cartif技術(shù)中心

●德國激光分析系統(tǒng)和自動化公司

●波蘭SYSKON公司

●波蘭OTJPolon公司

●西班牙GHIHornos工業(yè)公司

●德國阿塞洛-米塔爾不來梅公司

●西班牙西登諾特種鋼公司

●西班牙Grupal藝術(shù)

●西班牙REFIAL鋁業(yè)公司

●西班牙Exide技術(shù)公司