材料分拣系统技术方案

一种材料分拣系统，根据所检测到的x射线荧光对材料进行分拣，所述材料例如是由未知的金属合金构成的废件。X射线荧光可被转化为元素组成标记，该元素组成标记随后可与参照材料的元素组成标记进行比较，以对各材料进行识别和/或分类，随后基于这种识别/分类将材料分拣到不同的组中。材料分拣系统可包括具有多个独立的x射线源的同轴x射线管，每个x射线源能辐射待分拣的不同的材料流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】材料分拣系统本专利申请要求美国临时专利申请第62/193,332号的优先权权益，该申请的内容被纳入本文作为参考。政府许可权利本专利技术是在美国能源部授予的合同号DE-AR0000422下由美国政府资助完成。美国政府可享有本专利技术的某些权利。
本公开一般涉及材料如废金属的分拣，尤其涉及在沿着输送系统移动的材料流中材料件(按照组成)的分拣。背景信息该部分旨在介绍与本公开的示例性实施方式相关的本领域各个方面。该讨论据信有助于提供框架，促进对本公开具体方面更好的理解。因此，应理解该部分应该如此解读，而非必然承认其为现有技术。通常，材料件的分拣涉及确定各件材料的一个或多个物理性质，将具有共同的一个或多个性质的材料件分在一组。这些性质可包括颜色、色调、纹理、重量、密度、透光率、声音或对诸如各种场的刺激作出的反应的其它信号。废金属常常被切碎，因此需要分拣以方便金属的再利用。通过分拣废金属，原本可能送去垃圾填埋场的金属得到再利用。另外，与从矿石中提炼原生原料相比，使用分拣的废金属可以降低污染和排放。如果分拣的金属的品质符合一定的标准，制造商可以使用废金属代替原生原料。废金属可包括以下类型：黑色金属和有色金属，重金属，高价值金属如镍或钛，铸造或锻造金属，以及其它各种合金。从切碎的报废设备(例如汽车或家用电器)中回收有色金属的重要性日益增加，这是因为可以以此方式回收多种原材料，例如铜或铝。但是，要使其成为可能，这些组分必须被提取到高纯度。因此，一种有效力、有效率和经济的分拣方法可以增值，因为提炼的各有色组分的市场价值明显高于未分拣的黑色金属混合物的市场价值。铝废料的回收利用是非常有吸引力的建议，因为与费力地提取更昂贵的原铝相比，最多可以节省95％的能量成本。原铝定义为从富含铝的矿石如铝土矿中得到的铝。同时，因为铝轻质的特点，市场(例如汽车制造)对铝的需求稳定增加。因此，特别希望能有效地将铝废金属分离为各种合金类别，因为相同合金类别的铝废料混合物比随意混合的合金明显更有价值。例如，在用于回收铝的掺混方法中，任何量的由类似或相同的并具有一致的品质的合金组成的废料比由混合的铝合金构成的废料更有价值。锻造废料含有锻造合金的混合物。混合的锻造废料的价值有限，因为该混合物具有混合的化学组成，如果要用于生产新的锻造合金，必须对其进行稀释。这样做的原因是因为锻造合金的组成容忍更严格，需要符合锻造产品的性能要求。高价值废料应该能高度吸收返回到回收产品中。高吸收意味着最终产品的主要部分是由废料组成的。为了提高锻造废料的价值，需要将锻造产品分离为各合金级别或类似的组成材料，以最大化吸收。混合的合金废料由于其吸收到高品质锻造合金中的能力较差，所以在分离性中表现出一些困难的问题。混合的合金废料吸收到高品质锻造合金中的能力较差，因此，只有有限量的混合废料能用于回收利用到锻造产品中。吸收定义为可用于生产另一种所需组成的锭的合金或混合物的百分比，但是不超过特定的合金组成限值。在这种铝合金中，铝总是材料的主体。但是，铜、镁、硅、铁、铬、锌、锰之类的成分和其它合金元素为合金铝提供一定范围的性质，并且提供区分一种锻造合金与另一种锻造合金的手段。铝业协会(AluminumAssociation)是定义铝合金化学组成的容许限值的权威。合金化学组成的数据由铝业协会发布于“锻造铝和锻造铝合金的国际合金名称和化学组成限值(InternationalAlloyDesignationsandChemicalCompositionLimitsforWroughtAluminumandWroughtAluminumAlloys)”，该发布在2015年1月更新，通过引用结合于此。铝业协会还对铸造合金有类似的文件。通常，根据铝业协会，1000系列铝合金基本由纯铝组成，铝含量最低为99重量％；2000系列是主要与铜合金化的铝；3000系列是主要与锰合金化的铝；4000系列是与硅合金化的铝；5000系列是主要与镁合金化的铝；6000系列是与镁和硅合金化的铝；7000系列是主要与锌合金化的铝；8000系列是混杂类别。虽然这样能够有益地在重新熔化供回收利用之前，分拣含有不同合金件的非均匀混合物的铝片废料的团块或主体，从而分离不同的合金组合物或至少不同的合金类别，但是不同铝合金组合物的废件通常无法视觉区分彼此。光学上无法区分的金属难以分拣，因此可能会丢失。例如，难以手动分离和识别锻造铝中的小铸造件，或者标记出包封在铝中的锌或钢附着物。而且，成问题的是对于相同颜色的材料，例如铝合金的全灰金属，锌和铅，几乎无法进行颜色分拣。此外，在废料主体中存在混合的不同合金件限制了废料被有效地回收利用的能力，除非不同的合金(或至少属于不同组成类别的合金，例如铝业协会命名为系列1000、2000、3000等的合金)能够在重新熔化之前被分离。这是因为，当多种不同合金组成或组成类别的混合废料重新熔化时，所得熔融的混合物含有的主合金和元素(或不同组成)的比例太高，难以满足任何具体商品合金的组成限制。而且，2015年福特(Ford)的生产和销售证实，F-150皮卡的主体和框架部分越来越多地由铝而不是钢构成，因此额外希望回收利用废金属片，包括在由铝片制造汽车组件中产生的非金属片。废料的回收包括再熔化废料以提供熔融金属体，该熔融金属体能够被铸造和/或辊轧，形成有用的铝部件，用于进一步生产这种车辆。但是，汽车制造废料(和来自其它来源如飞机以及商用和家用电器的金属废料)通常包括在组成上彼此明显不同的两种或更多种铝合金的废件的混合物。在当今汽车制造的某些操作中产生的铝片制造废料的混合物的具体例子是一种或多种铝业协会5000系列合金件与一种或多种铝业协会6000系列合金件的混合物。因此，铝合金领域的技术人员将理解该领域中将铝合金(特别是已经经过锻制、挤出、辊轧之类的作业的合金以及普通锻造合金)分离为可再利用或回收的作业产品的难度。这些合金大多是通过视觉观察或其它常规废料分拣技术(例如密度和/或涡电流)无法区分的。因此，将例如2000、3000、5000、6000和7000系列合金分离是一项困难的任务；而且，现有技术中还未达到在相同铝业协会系列中的铝合金之间进行分拣的能力。因此，通过开发一种计划周密但简单的回收计划或系统，能够在铝工业中获得一些经济效益。使用回收材料是比原铝来源更便宜的金属来源。因为出售给汽车工业(和其它工业)的铝的量增加，所以迫切需要使用回收的铝来补充原铝的获得途径。附图简要说明图1显示了按照本专利技术不同实施方式配置的分拣系统的示意图。图2显示了用于被动单列化(passivelysingulating)一个或多个材料流的装置的示意图。图3显示了按照本专利技术不同实施方式配置的分拣系统的示意图。图4显示依据本专利技术一些实施方式配置的流程图。图5显示依据本专利技术一些实施方式配置的距离测量系统运行的流程图。图6显示依据本专利技术一些实施方式配置的x-射线荧光(“XRF”)系统运行的流程图。图7显示依据本专利技术一些实施方式用于对材料进行分类的系统和方法的流程图。图8显示依据本专利技术一些实施方式配置的分拣设备运行的流程图。图9-13显示依据本专利技术一些实施方式配置的示例性同轴x-射线荧光(“IL-XRF”)源。图14–15显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将多个金属合金件分拣到至少第一金属合金件分拣集和第二金属合金件分拣集中的方法，所述第一金属合金件分拣集具有第一金属合金组成，所述第二金属合金件分拣集具有不同于第一金属合金组成的第二金属合金组成，所述方法包括：确定多个金属废件中每个金属废件的近似长度；利用多个金属合金件中的第一金属合金件的确定的近似长度，将所述多个金属合金件中的第一金属合金件分类为具有第一金属合金组成；利用多个金属合金件中的第二金属合金件的确定的近似长度，将所述多个金属合金件中的第二金属合金件分类为具有第二金属合金组成；响应于以下(1)和(2)将多个金属合金件中的第一金属合金件与金属合金件中的第二金属合金件分拣开来：(1)将多个金属合金件中的第一金属合金件分类为具有第一金属合金组成，(2)将多个金属合金件中的第二金属合金件分类为具有第二金属合金组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.16 US 62/193,3321.一种将多个金属合金件分拣到至少第一金属合金件分拣集和第二金属合金件分拣集中的方法，所述第一金属合金件分拣集具有第一金属合金组成，所述第二金属合金件分拣集具有不同于第一金属合金组成的第二金属合金组成，所述方法包括：确定多个金属废件中每个金属废件的近似长度；利用多个金属合金件中的第一金属合金件的确定的近似长度，将所述多个金属合金件中的第一金属合金件分类为具有第一金属合金组成；利用多个金属合金件中的第二金属合金件的确定的近似长度，将所述多个金属合金件中的第二金属合金件分类为具有第二金属合金组成；响应于以下(1)和(2)将多个金属合金件中的第一金属合金件与金属合金件中的第二金属合金件分拣开来：(1)将多个金属合金件中的第一金属合金件分类为具有第一金属合金组成，(2)将多个金属合金件中的第二金属合金件分类为具有第二金属合金组成。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定多个金属合金件中的每个金属合金件的近似长度包括在多个金属合金废件中的每个金属合金废件以预定的速度行进经过距离测量装置时测量该金属合金废件的近似长度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，距离测量装置使用光源来确定多个金属合金件中每个金属合金件的近似长度。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，由使用XRF系统从多个金属合金件中的每个金属合金件检测获得的x射线荧光(“XRF”)的结果对多个金属合金件的金属合金组成进行分类。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，配置XRF系统，以仅仅在一段时间内测量从多个金属合金件中每个金属合金件中特定的一个金属合金件发出的XRF光谱，所述一段时间是根据多个金属合金件中每个金属合金件中特定的一个金属合金件所测得的近似长度确定的。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一段时间是根据多个金属合金件中每个金属合金件件中特定的一个金属合金件测得的近似长度和预定的速度确定的，使得仅测量从多个金属合金件中每个金属合金件中特定的一个金属合金件发出的XRF光谱，不测量来自多个金属合金件中每个金属合金件中特定的一个金属合金件周围环境的XRF光谱。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个金属合金件在输送带上以预定的速度在从XRF系统发射的x射线束附近预定的距离内行进。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，XRF系统的一个或多个x射线检测器获得XRF光谱，所述XRF光谱包含在多个金属合金件中的每个金属合金件在从XRF系统发射的x射线束附近行进时该金属合金件发出荧光的x射线的多个信道的能量计数，其中多个信道的每个信道表示多个金属合金件中每个金属合金件中的不同元素，其中多个信道中每个信道的能量计数累积为多个金属合金件的运行总能量计数，其中对于多个金属合金件中每个金属合金件中特定的一个金属合金件的多个信道中的每个信道的能量计数通过以下方式确定：基于每信道，从多个金属合金件中特定的一个金属合金件的x射线检测器接收的累积运行总能量计数中减去之前扫描的金属合金件的x射线检测器接收的累积运行总能量计数。9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：将多个信道中每个信道的各能量计数的净峰面积进行归一化，对多个金属合金件中的第一金属合金件产生元素组成标记；和对多个金属合金件中的第一金属合金件的元素组成标记与一个或多个已知的元素组成标记逐个元素进行比较，其中所述一个或多个已知的元素组成标记各自对应于不同的金属合金组成。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当多个金属合金件中第一金属合金件的元素组成标记与已知的对应第一金属合金组成的元素组成标记基本匹配时，所述多个金属合金件中的第一金属合金件被分类为具有第一金属合金组成。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述净峰面积通过以下方式确定：向XRF光谱施加平滑滤波器，以产生XRF光谱的平滑曲线图；剥离XRF光谱的平滑曲线图中的峰，以估计XRF光谱的背景能量计数；和从XRF光谱的平滑曲线图中减去估计的背景能量计数，得到多个信道中各信道的最终能量计数。12.如权利要求4所述的方法，其特征在于，XRF系统包括线性排列在单个x射线管中的第一和第二独立供能的x射线源，其中第一x射线源被配置为向多个金属合金件的第一单列化列发射x射线，其中第二x射线源被配置为向多个金属合金件的第二单列化列发射x射线，其中金属合金件的第一和第二单列化列彼此基本平行地行进。13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属合金件是铝合金废件。14.一种分拣金属合金的系统，其包括：输送系统，该输送系统被配置为将多个接收的金属合金件分离为各自以预定的速度行进的第一和第二平行的多个金属合金件的单列化流；距离测量装置，该距离测量装置被配置为确定第一和第二平行的单列化流中多个金属合金件中各金属合金件的近似长度；XRF系统，该XRF系统被配置为向第一和第二平行的单列化流中多个金属合金件中各金属合金件发射x射线；该XRF系统被配置为仅仅在一段时间内确定第一和第二平行的单列化流中多个金属合金件中各金属合金件单独的XRF光谱，所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·加西亚，N·库马，
申请(专利权)人：UHV技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US