本发明涉及从废料中回收金属，特别是用于分类非铁金属的x射线分离器。
背景技术：
1、众所周知，汽车以及其他主要由金属组成的大型工业和家用产品在它们报废时，通过大型锤式粉碎机(即所谓的汽车切碎机)被破碎，将其变成尺寸小于150毫米的块，以获得废金属。在离开这些粉碎机后，混合的破碎材料经过大型电磁鼓的除铁作用，以达到回收和清理铁磁性钢的目的。
2、这种电磁鼓的丢弃物主要包括塑料、橡胶、聚氨酯泡沫、玻璃、铝、铜、锌、锌合金、铅、不锈钢、电线、石渣、氧化铁以及在除铁过程中丢失的一些铁磁性钢。接下来，傅科电流传感器和感应传感器的分离器被用于生产混合金属精矿。
3、进一步的湿法或干法密度分离过程允许分离出较轻的非铁金属，例如把铝和镁从紫铜、黄铜、不锈钢和铅等重金属中分离出来。本发明可应用于后续步骤，专注于分离不同性质的金属。
4、这种应用的一个特点是：为了达到通常被认为是回收行业最低要求的至少1吨/小时的吞吐量，分离过程需要每小时处理大量块，由于块的重量从几克(3-4克)到超过1000克不等，平均重量通常在10至50克之间。这意味着分离器的时间需要以几毫秒为单位，通常为5到50毫秒，来识别构成材料流中的每个块的化学成分。
5、能够执行这项任务的分离器使用的x射线技术有两种形式：荧光技术(x-rayfluorescence(x射线荧光)＝xrf)或透射技术(x-ray transmission(x射线透射)＝xrt)。
6、xrf荧光技术使通过纯粹的表层研究来收集关于材料的化学性质的信息成为可能，由于信号来自距离表面几百微米深度处，所以它对被分析的块(称为“样品”)的内部成分一无所知，只有在样品成分的绝对均匀的假设条件下才是可靠的。换句话说，如果样品内部，称为“主体”，与表层具有不同的化学成分，例如因为样品是由具有另一种金属成分的插入物的某种金属块制成，荧光将无法确定这一点。
7、一种常见的情况，当考虑从汽车切碎机中获得的材料作为分类金属的材料时，因为待分类的金属块可能由不同化学性质的金属混合物或金属插入物组成，或者是带有其他金属涂层的金属(如镀锌块)。另一种常见的情况是塑料护套覆盖的管材和电线，如果塑料护套有足够的厚度它就会阻止下层金属的荧光信号被探测到，从而xrf分析得出的结论是样品中没有金属。此外，材料可能是脏的，脏的表面层，通常是金属粉末，也会改变xrf分析的结果。
8、xrf技术的其他缺点是对待分类的金属有限制和较差的空间分辨率。就前者而言，由于需考虑应用所要求的分析速度(每个块几毫秒)，荧光现象对于例如铝或镁的较轻的元素非常微弱，而荧光现象对于较重的化学元素(例如从钛开始)肯定会更为强烈。
9、就空间分辨率而言，典型的xrf分离器包括产生多色的x射线束的源，x射线束投射到被分析的材料流，相邻的荧光传感器阵列(称为sdds＝silicon drift detectors(硅漂移探测器))沿横向于材料流的方向的线性阵列布置为彼此等距。理想情况下，在流动方向的纵向分辨率受限于样品速度和sdds的采集时间，采集时间通常为5毫秒至50毫秒，而横向分辨率受限于sdds的数量和沿阵列排列的间距(通常为15毫米至60毫米)。例如，如果sdds的间距为50毫米，50毫米对应于每个sdd的视场宽度，采集时间为15毫秒，材料通过时间为2.5毫米/毫秒，我们获得1875平方毫米的读出“表面”(＝50毫米x15毫秒x2.5毫米/毫秒)，这与被处理部件的平均表面积相当。
10、考虑到xrf技术的低空间分辨率，始终有必要将其与第二种技术相结合，以便通过更高分辨率识别样品的形状和位置。该信息对于样品的分析和被识别的不同金属之间的分离的实施都是至关重要的。这种组合使用的第二种技术是照相机(黑白或彩色)或三维激光扫描仪，或者可能是两者结合。
11、xrf分离器的典型设计包括通过水平传送带进给材料，x射线源和传感器放置在传送带上方，以避免荧光信号传播的障碍。源-带的距离的典型取值范围在100-300毫米之间，最好是100-200毫米，源中的阳极-阴极的电压必须根据该距离修改，以优化荧光发射信号。使用的电压范围为20-75千伏，优选为30-40千伏，源的功率小于500瓦。
12、在这些条件下，已知的xrf分离器可识别铝合金中低于6％的铜和11％的锌，这分别是铝合金中铜和锌的最大百分比。荧光信号由线性排列的sdds分析，sdds与带的距离可以在1厘米到几厘米之间变化，这取决于经过带的块的高度，这些块不应撞到传感器。最先进的趋势是将源移动靠近带，使用越来越小的功率和越来越低的电压，以最大化荧光信号。
13、另一种可能的配置是执行“即时”分析，即部件从传送带或滑道落下，分析元件(源、sdds)放置在靠近滑落起点的位置，通常低于块的下落轨迹。这样，块的高度和排列不会影响它们与分析元件的距离，就像在传送带上进行分析时一样，因为分析元件到被分析样品的基底的距离是恒定的。
14、xrt透射技术克服了xrf技术的一些限制，其不同之处在于传感器的类型以及传感器与x射线源布置在样品的相对侧，传感器基于闪烁体技术，x射线源的功率高于xrf技术且放置的更远。源与传感器之间的距离通常在500毫米到1200毫米之间，是在最大化过程吞吐量的需求和优化传输信号的需求之间的折中选择。第一项要求通过增加源与传感器的距离被满足，因为被光束照射的带的部分增加；第二项要求通过使源尽可能靠近传感器满足，由于光束中吸收差异最明显的地方增加了低能组成部分。
15、不考虑上述的距离，为了合理配置优化透射信号的阳极-阴极的电压介于130千伏和160千伏之间，电流可达19毫安(相当于最大功率约3千瓦)。源可配备铍窗或铜窗作为辐射滤波器，取决于应用是否需要朝向高能量的或多或少不平衡的光谱。
16、x射线源发出的辐射穿过整个样品，并在另一侧传输到传感器，传感器包括涂有闪烁体材料的光电二极管，光电二极管将x射线辐射转化为可见辐射，再变为电流信号。电流信号转化为电压，放大后通过模数转换电子装置进行采样和量化。
17、选择光电二极管为了获得比xrf技术中使用的荧光传感器提供的分辨率高得多的分辨率，传感器的尺寸约为0.4-3.2毫米，采集时间从10微秒到几十毫秒。同样在xrt技术中，传感器并排排列以形成横向于材料的进给方向的线性阵列。时间上连续的扫描可以重建样品通道的图像。
18、另一种可选择的配置允许称为“双能量”(de)的光谱，即两个传感器阵列的尺寸和间距相同，但能量灵敏度不同，如us2007/030953中所描述。这两个阵列重叠，使得关于光束的起源方向，上游阵列生成整合吸收x射线源发射的低能量(通常范围为30千电子伏特至90千电子伏特)的信号，而下游阵列整合吸收高能量(通常范围为70千电子伏特至150千电子伏特)。在两个阵列都会发出信号的70-90千电子伏特的重叠范围中的值通常在读出数据处理期间被滤出和消除。
19、如果源光谱是多色的，那么透射的辐射就会带有吸收系数的印记，每种化学元素与其合金的吸收系数都不同。结果是样品的两幅图像，空间分辨率与光电二极管的边长相等，并考虑到吸收系数在高能量和低能量时的不同影响。
20、xrt技术的优点在于能够具有非常详细的空间信息，并能评估块的内部材料的性质。良好的横向和纵向分辨率允许对形状或特征形态的细节进行识别，而无需像xrf技术那样与照相机或激光扫描仪结合。具有局部不均匀性的样品，如插入物，容易被检测到，表面污垢的存在也不会影响分析。
21、xrt技术的缺点在于有限的化学分辨率、样品完全吸收辐射的可能性以及无法区分表面涂层材料和合金材料。在第一种情况下，缺点来自于：具有相似原子序数的元素很难被区别识别，以及理论计算表明，在不同能量下，可以检测到化学元素数量正好等于的阵列的数量，即在de光谱中只有两个，尽管理论上可以使用两个以上的重叠阵列。此外，能够引起透射信号变化的化学配位体的最小百分比变化也因元素而异。
22、在第二种情况下，如果分析物由重合金(如钢合金、紫铜合金、黄铜、锌合金)组成，且厚度足够大，则向传感器透射的信号非常微弱，甚至为零。最后，用金属x作为由金属y制成的块的表面涂层的样品与金属x+y的合金的样品是无法区分的，因为透射信号仍然是两种金属吸收的线性组合。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的是提供一种能克服上述缺点的x射线分离器。这一目的是通过具有单个x射线源的分离器来实现的，x射线源的位置和操作参数允许同时进行xrf分析和xrt分析，由于存在荧光传感器和透射传感器两者。该分离器的进一步的优点和特征在从属权利要求中给出。
2、由此，本装置的根本优点在于利用两种互补的物理现象，使用单一的共用激励源，使得xrf和xrt两种技术的协同使用允许应用范围扩展到超出两种技术单独使用时的结合范围。换句话说，如以下说明，这弥补了单独使用技术的固有局限性，利用它们的互补性在分析中提供了更大程度的确定性和更广的应用范围，这是接连使用单独的xrf分析和xrt分析不能复制的。此外，这种组合克服了关于难以将两种读数结合起来的技术偏见，如在wo2012/094568中，其使用xrt技术，但涉及存在薄膜或涂层来消除或减少荧光辐射。
3、上述装置的另一个重要优点是其结构简单和成本低，因为它不需要在技术上不同于传统设备中使用的分析部件的分析器部件(源、传感器)，其成本低于两个单独的xrf分离器和xrt分离器，而性能却优于它们中的任何一个或上述分离器串联布置的系统。
1.金属分离器，包括：
2.根据权利要求1所述的金属分离器，其特征在于，所述荧光传感器的阵列(5)与破碎材料(m)流的基底的距离在50毫米到150毫米之间，最好在100毫米到120毫米之间。
3.根据权利要求1或2所述的金属分离器，其特征在于，所述金属分离器包括两个透射传感器的阵列(4)，所述两个透射传感器的阵列(4)的尺寸和间距相同但能量敏感度不同，所述两个阵列(4)重叠，使得相对于所述辐射束(2)的原点的方向，上游阵列生成对于所述x射线源(1)发射的低能量的整合吸收的信号，下游阵列整合对高能量的吸收。
4.根据权利要求3所述的金属分离器，其特征在于，当存在两个阵列(4)发出信号的重叠能量带的情况下，所述控制单元被配置为在处理读出数据时过滤并消除所述重叠能量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的金属分离器，其特征在于，所述x射线源(1)具有倾斜20°的钨靶、铍窗和铝过滤件，厚度最好为0.4毫米。
6.根据前述权利要求中任一项所述的金属分离器，其特征在于，所述控制单元被配置为借助于外部触发信号同步从所述荧光传感器(5)和所述透射传感器(4)获取的两个信号。
