Ближняя инфракрасная спектроскопия позволяет сепаратору «видеть» состав материала, а не только его цвет и форму. Разбираем, как устроен процесс и в каких задачах он дает максимальный эффект.
Что такое NIR
NIR (Near-Infrared, ближний инфракрасный диапазон) – это область электромагнитного спектра с длинами волн примерно от 780 до 2500 нм. Человеческий глаз ее не воспринимает, но именно здесь многие материалы проявляют свои уникальные «спектральные отпечатки».
Принцип следующий: когда свет в NIR-диапазоне попадает на поверхность материала, часть излучения поглощается, а часть отражается. Какие именно длины волн поглотятся, зависит от химических связей в веществе, прежде всего O–H, C–H, N–H, а также карбонатных групп. Так формируется спектр отражения, по которому сепаратор распознает материал.
ИК-диапазоны различают по длине волны.
- NIR – ближний инфракрасный диапазон. В спектроскопии к нему принято относить длины волн примерно от 780 до 2500 нм.
- SWIR – коротковолновый инфракрасный диапазон. К нему обычно относят длины волн примерно от 1000 до 2500 нм.
- MWIR – средневолновый инфракрасный диапазон. Он обычно охватывает 3000–5000 нм (используется в тепловизорах).
- LWIR – длинноволновый инфракрасный диапазон с типичными границами 8000–14 000 нм (используется в тепловизорах).
Сортировку по спектру отраженного ближнего инфракрасного света обычно называют NIR-сортировкой.
В линейке ВИНГЗБИ представлены две модели сепараторов под названием SWIR с разными рабочими диапазонами камер в коротковолновом инфракрасном диапазоне.
Модель WINGSBEE SWIR для ТКО с камерой 900–1700 нм применяют для сортировки ТКО и вторсырья, в том числе пластиков, макулатуры, упаковки типа Tetra Pak и текстиля.
Модель WINGSBEE SWIR для горных пород с камерой 1200–2500 нм предназначена для сортировки горных пород и черных пластиков. Эта камера регистрирует более длинные волны, на которых у некоторых материалов проявляются признаки для различия.
Как NIR работает внутри сепаратора
В сепараторе процесс выстраивается как непрерывная цепочка:
- Подача. Материал равномерно распределяется по ленте, чтобы отдельные фрагменты проходили через зону детекции без наложения.
- Освещение и сканирование. Мощные источники света подсвечивают поток, а гиперспектральная камера снимает отраженный спектр с каждого участка поверхности. В сепараторах ВИНГЗБИ используются гиперспектральные камеры собственной разработки.
- Анализ. Алгоритмы с использованием ИИ сравнивают полученный спектр с эталонными. Для этого сепаратор предварительно «обучается» на образцах нужных и ненужных фракций.
- Решение. Система за миллисекунды определяет, относится ли каждый объект к полезной фракции.
- Разделение. Пневматические форсунки точным импульсом воздуха отклоняют нужные объекты в отдельный поток.
Зачем NIR нужен в сепараторе
NIR помогает различать внешне похожие материалы по составу. Например, из смеси пластиков одного цвета сепаратор может выделять ПЭТ, полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол и АБС-пластик. В потоке упаковки по спектру отражения можно отличить бумагу и картон от пластика и многослойной упаковки типа Tetra Pak. При сортировке текстиля тот же принцип помогает различать ткани одного цвета по типу волокна, например хлопок, вискозу и полиэстер.
Где NIR применяется
Сортировка ТКО и вторичного сырья. Разделение полимеров (ПЭТ, ПЭ, ПП и другие), бумаги, картона и посторонних включений.
Пример из практики ВИНГЗБИ. На линии сортировки ТКО сепараторы с NIR-технологией сначала выделяют пластик из общего потока отходов. Затем сепаратор WINGSBEE SWIR 3.0 сортирует смесь пластиков по видам, выделяя ПЭТ, полипропилен, ПВХ, полистирол и разные виды полиэтилена. Подробнее о проекте сортировки ТКО
Горнодобывающая и перерабатывающая отрасль. NIR-сортировку применяют для известняков, доломитов и пород, содержащих глинистые минералы, например каолинит.
Промышленные минералы и стройматериалы. Контроль чистоты сырья и отбраковка нежелательных примесей.
Ограничения метода
NIR – не универсальный инструмент. Он «видит» поверхность материала и чувствителен к определенным типам связей. Некоторые объекты в ближнем инфракрасном диапазоне не дают характерных спектров, а сильная загрязненность, влага и пыль на поверхности могут снижать точность.
В ряде случаев может помочь увеличение диапазона. Так, для сортировки черных пластиков и горных пород у ВИНГЗБИ предусмотрена модель SWIR с камерой 1200–2500 нм. Она улавливает признаки на более длинных волнах. Подходит ли этот диапазон для конкретного сырья, проверяют на образцах.
В зависимости от задачи NIR можно сочетать с камерой видимого диапазона (VIS) или с рентгеновскими технологиями.
Как выбрать решение под вашу задачу
Эффективность сортировки зависит не только от технологии, но и от того, как она подобрана под конкретный материал: его крупность, влажность, состав и требования к конечному продукту. Часто лучший результат дает не один датчик, а грамотно подобранная связка технологий.
Специалисты ВИНГЗБИ помогут разобраться, подходит ли NIR для вашего сырья, и подберут оптимальную конфигурацию сепаратора. Чтобы оценить результат сортировки, мы можем бесплатно провести тест на образцах вашего материала.
Оставьте заявку на сайте ВИНГЗБИ, чтобы получить консультацию и договориться о тесте.