Анализатор металлов и сплавов

Анализатор состава металлов. Спектр возможностей современных моделей

Неразрушающий контроль химического состава с помощью анализатора металлов и сплавов используется в различных отраслях хозяйственной деятельности. На металлобазах и предприятиях Вторчермета так определяют марки сплавов, использованных в утилизируемых узлах.

В металлургии цель использования этой техники – контроль качества исходного сырья. Археологи применяют анализаторы для ориентировочного определения срока давности обнаруженных находок, а геологи – с целью количественного и качественного состава грунтов и минералов.

Классификация современных технологий анализа металлов

Химический анализ металлов позволяет количественно определять элементный состав материала, чем обеспечивается контроль качества, исследования причин отказов конструкций и т. п. Металлохимический анализ также применяется при так называемом обратном проектировании, когда исследуется характер отказа, по которому устанавливается, использовался ли правильный сплав.

Химический состав и микроструктура большинства металлических образцов могут быть определены одним из следующих способов:

1. Металлографическим анализом и энергодисперсионной оптической спектрометрией. Способ используется для массового элементного анализа сталей, нержавеющих сталей, чугунов, медных, алюминиевых, кобальтовых, никелевых, оловянных и цинковых сплавов.
2. Методом индуктивно связанной плазмы. Используется при массовом анализе небольших образцов, где требуется высокая точность даже при низких концентрациях элементов.
3. Рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Метод применяется для анализа никелевых сплавов и для полуколичественного анализа всех систем сплавов.
4. Инфракрасном сжиганием, которое находит применение при определении в металле углерода, серы, а также связанных кислорода и водорода.

Если конкретные элементы должны быть определены с особо высокой точностью, то для их измерения могут проводиться испытания по всем вышеупомянутым методам. В необходимых случаях при помощи твердомеров определяется также и твёрдость образцов, что служит дополнительным подтверждением наличия в металле определённых химических элементов. В тех же целях производятся и испытания сталей на искру.

Типы анализаторов металла

Оптические эмиссионные спектрометры реализуют технологию, которая использует интенсивность света (испускаемого пламенем, плазмой, либо любым иным источником энергии, который действует на нужной длине волны) для определения количества элемента в образце. Эмиссионные спектрометры работают так.

Через образец пропускают высококонцентрированный электрический разряд большой тепловой мощности, нагревая его до температуры, при которой начинается термоэлектронная эмиссия. В результате происходит световое излучение на определённой длине волн, которое улавливается монохроматором.

Современные приборы оснащаются источниками контролируемого искрового разряда, что позволяет вести количественный анализ состава металлов.

Плазменные спектрометры относятся к устройствам портативного типа. Электрическая энергия в форме искры генерируется между электродом и образцом металла, в результате чего испарённые атомы приводятся в состояние высокой энергии — плазмы разряда.

Возбуждённые в плазме атомы и ионы создают уникальный спектр излучения, характерный для каждого элемента. Таким образом, один элемент генерирует многочисленные характерные спектры излучения. Этот свет разделяется дифракционной решёткой для извлечения спектра излучения для целевых элементов. Интенсивность каждого спектра излучения зависит от концентрации элемента в образце.

Принцип действия основан на оценке длины волны излучения, которое активируется лазерным лучом. Эргономика прибора представляет собой пистолетную форму. Включение лазерного анализатора производится кнопками, которые размещены у триггера. Считывание результатов измерений производится с помощью наклоняемого под любым углом сенсорного экрана.

Особенностью лазерных анализаторов является наличие микрочипа, для работы которого необходимо устанавливать специальную программу. С его помощью выбирается матрица измерений, производится сам химический состав и идентифицируется наличие определённого вещества.

Анализаторы металлов рентгенофлуоресцентного принципа действия предназначены для определения компонентов легирования, следов и сторонних примесей в различных марках сталей.

Образец подвергается воздействию рентгеновского излучения, при этом поглощённые электроны проходят в электронно-лучевой анализатор, а отражённые — в рентгеновский спектрометр. Там сигнал усиливается и через дискриминатор величины импульса выводится на экран.

Поскольку для количественного анализа используется одновременно два различных блока, то точность получаемых результатов является наибольшей.

От чего зависит цена приборов?

Практическая ценность анализатора любого типа определяется:

1. Диапазоном определения процентного состава элементов.
2. Номенклатурой определяемых элементов.
3. Размерами анализатора.
4. Сложностью подготовки и эксплуатации прибора.

Цена анализатора металлов зависит от престижности фирмы-производителя, а также от доступности её сервисных служб на территории России. Наибольшей популярностью в мире пользуются анализаторы металлов, произведённые в Японии, Германии и США.

С осторожностью стоит относиться к измерительной технике, которая производится в таких странах как Китай, Малайзия или Филиппины: используя лицензированные компоненты, такие установки не всегда отличаются должным качеством сборки, хотя их цена довольно привлекательна.

Стоимость связана и с габаритами устройства. Стационарные анализаторы металла работают от сети и проще в обслуживании, в то время как надёжность портативных моделей сильно зависит от качества аккумуляторных батарей, которые зачастую поставляются фирмами с более низким рейтингом доверия.

Наиболее надёжными и востребованными моделями на отечественном рынке анализаторов металлов и сплавов считаются:

• Из стационарных приборов – анализатор М5000 китайского производства стоимостью от 1 млн. руб.
• Из портативных приборов – рентгенофлуоресцентные анализаторы линейки DELTA от торговой марки Olympus (Япония), цена которых, в зависимости от возможностей прибора, составляет от 1 до 2 млн. руб.
• Многофункциональные ручные лазерные анализаторы Эланик от российского ООО «Лазер-экспорт». Цена – по запросу.

Как выбрать анализатор металлов и сплавов: обзор рынка и отзывы о лучших моделях

Анализатор металлов позволяет выполнить быстро и точно проверку состава сплава или его вида. Это важно во многих промышленных отраслях. Чаще всего таким способом анализируют вторичное сырье. Связано это с тем, что наобум такую процедуру выполнить нереально даже опытному специалисту. Рассматриваемый прибор еще называют спектрометром.

Предназначение

При помощи анализатора металлов можно достоверно выяснить состав медного сплава и процент посторонних включений в нем. Кроме того, возможно определить содержание никеля в нержавеющей стали.

При этом исследуемое сырье не нужно распиливать или нарушать его структуру другим образом. Устройство пригодится тем, кто работает с ломом черных либо цветных металлов.

Также оно помогает выявить наличие в сплаве тяжелых металлов, что обуславливает безопасность эксплуатации и соблюдение требуемых стандартов.

Виды

Анализатор металлов и сплавов представляет собой сложное высокотехнологическое устройство, создание которого в домашних условиях весьма проблематично. Имеется два типа данных приборов:

• Лазерные модификации, функционирующие по принципу оптической эмиссии.
• Рентгеновские вариант, определяющий показания при помощи рентгеновских лучей.

Стационарные аналоги ориентированы на большие склады и базы по приему и переработке металлолома. Например, модель М-5000 представляет собой компактную модификацию, которая может поместиться на столе. Используется приспособление преимущественно на производствах вторичной металлургии. Отзывы специалистов подтверждают, что такое приспособление оптимально сочетает показатели качества и цены.

Оптико-эмиссионные модели

Оптико-эмиссионный анализатор металлов используется при исследовании различных конструкций, заготовок, деталей и слитков. Применяется искровой или воздушный дуговой способ анализа. В первом случае отмечается некоторое испарение металлического сплава.

Рабочей средой рассматриваемых приборов является аргон. Для изменения режима функционирования приспособления достаточно заменить насадку на специальном датчике. Химический состав сплава распознается и фиксируется при помощи оптического спектрометра.

Имеется несколько режимов исследования, а именно:

• Определение марки металла с использованием специальной таблицы.
• Сравнение эталонного спектра с аналогом исследуемого сплава.
• Функция «да – нет», определяющая заданные характеристики сырья.

Данное устройство работает с ферритовыми, алюминиевыми, титановыми, медными, кобальтовыми, инструментальными сплавами, а также низколегированной и нержавеющей сталью.

Рентгенофлуоресцентные варианты

Анализатор металлов этого типа представляют собой чувствительные к свету элементы, способные определить более 40 веществ. Отзывы специалистов отмечают быструю работу данных приборов, а также проведение контроля без нарушения целостности анализируемого объекта.

Благодаря компактности и небольшой массе, рассматриваемые приспособления удобны в работе, оснащены корпусом, защищенным от влаги. Программное обеспечение дает возможность устанавливать эталоны пользователя, вводить требуемые параметры и подключать принтер с последующей распечаткой полученной информации.

Особенностью таких анализаторов является отсутствие возможности фиксирования элементов с атомным номером ниже 11. Следовательно, они не подходят для выявления углерода в чугуне или стали.

Особенности

Анализатор состава металлов оптико-эмиссионного типа обладает следующими возможностями:

• Прибор в состоянии выявить даже незначительные вкрапления посторонних смесей, что важно при проверке черных металлов на наличие фосфора, серы и углерода.
• Высокая точность измерений дает возможность использования приспособления для сертификационного анализа.
• Агрегат предлагается с предварительно загруженной программой, что усложняет проверку сплава на внедрение неизвестных включений, не попавших в список ПО.
• Перед началом проверки объект необходимо обработать напильником или точильным кругом, чтобы удалить верхний слой грязи или пыли.

Особенности спектральных анализаторов металла рентгеновского типа:

• Данные приборы не такие точные, однако вполне подходят для работы с ломом и сортировки сплавов.
• Аппарат отличается универсальностью. Позволяет обнаружить все элементы, доступные для его диапазона.
• Поверхность исследуемого объекта не нужно обрабатывать тщательно, достаточно удалить ржавчину или краску.

Портативный анализатор металлов

Рассматриваемые устройства подразделяются на три типа:

1. Стационарный вариант.
2. Мобильные модели.
3. Портативные версии.

Стационарные модели находятся в специальных залах, занимают большую площадь, выдают сверхточные результаты, имеют широкий функционал.

Мобильные аналоги – это переносные либо передвижные приспособления. Чаще всего они используются на заводах и лабораториях контроля качества.

Портативный анализатор металлов и сплавов является самым компактным, его можно удерживать в одной руке. Агрегат защищен от механических воздействий, может использоваться в полевых условиях. Такой прибор подойдет людям, разыскивающим сырье при помощи металлоискателя.

Преимущества

Работают портативные модели по той же схеме, что и стационарные аналоги. Средний вес прибора составляет от 1,5 до 2 килограмм. Судя по отзывам пользователей, в определенных сферах такой аппарат становится оптимальным вариантом. Устройство оснащается жидкокристаллическим экраном, на который выводятся сведения о составе исследуемого объекта.

Агрегат способен накапливать и хранить информацию, включая результаты исследований и фотографии. Погрешность анализатора составляет около 0,1%, чего вполне хватит для использования в отрасли вторичной переработки.

При помощи портативной модели можно провести анализ конструкций большой и сложной формы, труб, слитков, мелких деталей, а также заготовок, электродов либо стружки.

Производители

Среди самых известных компаний, выпускающих анализаторы химического состава металла, можно отметить следующие фирмы:

• Olympus Corporation. Эта японская корпорация специализируется на выпуске фототехники и оптики. Анализаторы этой фирмы пользуются популярностью благодаря высокому качеству. Отзывы потребителей только подтверждают этот факт.
• Focused Photonics Inc. Китайский производитель является одним из мировых лидеров в сфере выпуска различных приспособлений для контроля различных параметров окружающей среды. Анализаторы компании отличаются не только высоким качеством, но и доступной ценой.
• Bruker. Немецкая фирма создана свыше 50 лет назад. Ее представительства имеются почти в ста странах. Приборы от этого производителя отличаются высоким качеством и возможностью широкого выбора моделей.
• ЛИС-01. Аппарат отечественного производства. Выпущен он научным подразделением, офис которого расположен в Екатеринбурге. Основное предназначение аппарата – сортировка лома, диагностика сплавов при входном и выходном контроле. Устройство на порядок дешевле зарубежных аналогов.

В своих отзывах пользователи положительно отзываются о модели MIX5 FPI. Она представляет собой мощную рентгеновскую трубку, имеющую способность предельно точно обнаруживать тяжелые металлы. Отличает прибор простота в эксплуатации: достаточно нажать одну кнопку и дождаться результатов исследования. В скоростном режиме на это потребуется не более 2-3 секунд.

В завершение

Как показывает практика и отзывы потребителей, анализаторы металлов и сплавов довольно востребованы не только в промышленной сфере, но и в малых компаниях, и среди частных лиц.

Найти подходящий вариант на современном рынке достаточно просто. Необходимо только учитывать диапазон использования устройства и его возможности. Стоимость таких приспособлений варьируется от нескольких тысяч рублей до 20-25 тысяч долларов.

Цена зависит от типа устройства, его функционала и производителя.

Анализатор металлов и сплавов: виды, стоимость и способы измерений

Многие предприятия в хозяйственной деятельности для контроля за химическим составом и не разрушаемостью элементов используют специальный инструмент, который называется анализатор металлов и сплавов.

При помощи данного устройства, к примеру, на предприятиях Вторчермета и металлобазах вычисляется марка сплавов, применяемых в разных утилизированных узлах.

В сфере металлургии анализатор применяется для контроля качества используемого сырья.

Приспособление нашло свое применение не только в области металлургии и сферах с ней связанных – так, например, геологи используют этот же инструмент с целью определения качественного и количественного состава минералов и грунта на площадке работ, археологи же пользуются приспособлением для определения приблизительного возраста находки!

Каким образом происходит анализ металлов?

Благодаря химическому анализу металлов появляется возможность определять количественно элементный состав исследуемого объекта. Исходя из этого, можно узнать, например, о причинах отказа и разрушения разного рода металлических конструкций.

В сфере строительства и проектирования металлохимический анализ используется при обратном проектировании, во время которого изучается характер отказа какой-либо конструкции.

Это, в свою очередь, позволяет проектировщикам и конструкторам делать вывод касательно правильности выбора сплава.

Микроструктура и химический состав многих металлов вычисляются следующими методами:

1. Инфракрасным сжиганием, которое позволяет определить в образце наличие серы, углерода и связанных водорода и кислорода.
2. При помощи оптической энергодисперсионной спектометрии и металлографического анализа. Данный метод применяется по большей части при массовом элементном анализе цинковых, медных, кобальтовых, алюминиевых, оловянных и алюминиевых сплавов, чугунов, нержавеющих и обычных сталей.
3. Фотоэлектронной рентгеновской спектроскопией. Используется для полуколичественного анализа различных сплавов и полного анализа никелевых сплавов.
4. Способом индуктивно связанной плазмы. Применяется для массовой проверки небольших элементов, когда необходима большая точность измерений.

В случае, когда замеры должны проводиться с особо высокой точностью, не исключено проведение всех перечисленных мероприятий! В редких случаях при помощи твердомера осуществляется замер твердости металла, что позволяет лишний раз подтвердить присутствие в металле наличие тех или иных химических элементов. С этой же целью выполняются испытания различных марок сталей на искру.

Виды анализаторов металла

Для вычисления количества элементов в измеряемом образце очень часто берутся эмиссионные оптические спектрометры. В этом случае проверка осуществляется за счет технологии интенсивности света, когда на требуемой длине волны испускается определенный источник энергии, будь то плазма либо пламя.

Инструмент работает следующим образом. Образец подвергается электрическому высококонцентрированному разряду высокой тепловой мощности, что приводит к нагреву элемента. В это время начинается термоэлектронная эмиссия, из-за которой образец выдает световое излучение с некоторой длиной волн. Последние и улавливаются монохроматором.

Важно подчеркнуть, что современные устройства комплектуются источниками контролируемого искрового разряда, дающими возможность выполнять количественный анализ сплавов и металлов!

Спектрометры плазменного типа относятся к числу портативных. В этом случае между металлическим образцом и электродом генерируется электрическая энергия в виде искры, она-то и приводит испаренные атомы в состояние высокой энергии – плазмы разряда.

Уникальный спектр излучения, присущий конкретному элементу, создается за счет возбужденных в плазме ионов и атомов. В результате этого от одного образца генерируются различные спектры излучения. Для целевых элементов спектр излучения извлекается за счет дифракционной решетки. При этом на интенсивность каждого спектра во многом влияет концентрация элемента в измеряемом образце.

Анализаторы сплавов, функционирующие по лазерному принципу, применяются в большинстве случаев для определения в металле присутствия алюминия и его сплавов.

Метод определения базируется на определении длины волны излучения, появляющееся после обработки элемента лазерным лучом. По внешнему виду лазерный анализатор похож на пистолет. Включение устройства выполняется кнопками возле триггера. Результат измерений выводится на сенсорный дисплей.

Отличительной чертой лазерного анализатора выступает микрочип, функционирование которого достигается за счет специальной программы, дающей доступ к матрице измерений, идентификации определенного вещества в образце и определении химического состава.

Сторонние примеси и компоненты легирования в разных марках сталей вычисляются за счет рентгенофлуоресцентных анализаторов сплавов.

В связи с тем, что для количественного анализа применяется сразу несколько блоков, то точность замера считается более высокой!

Стоимость устройства

Цена на разные модели может отличаться в зависимости от:

• Сложности эксплуатации и подготовки инструмента;
• Диапазона вычисления процентного состава элементов;
• Габаритов устройства;
• Номенклатуры вычисляемых элементов.

Кроме этого, цена на анализатор металлов и сплавов может колебаться в зависимости от фирмы-изготовителя и доступности сервисных служб.

Большим спросом на сегодняшний день пользуются модели, выпущенные в США, Германии и Японии. Несмотря на привлекательную стоимость не стоит обращать внимание на измерительную технику, произведенную в следующих странах: Филиппины, Малайзия и Китай. Подобные устройства хоть и используют лицензированные компоненты, однако качество их сборки не всегда остается на высоте!

Еще раз отметим, что стоимость измерительного прибора напрямую зависит от его размеров.

Так на надежности портативных анализаторов металла сказываются аккумуляторные батареи, которые, к сожалению, очень часто поставляются сторонними компаниями с не столь уверенным рейтингом доверия.

На ряду с этим стационарные модели остаются более легкими в обслуживании и стабильно функционирующими от сети.

На отечественном рынке из числа самых востребованных и надежных анализаторов можно выделить:

• Ручные многофункциональные лазерные анализаторы Эланик от компании ООО «Лазер-экспор». Стоимость в данном случае выясняется по запросу;
• Среди портативных устройств – японские рентгенофлуоресцентные модели серии DELTA от компании Olympus. Стоимость такого инструмента, исходя из его возможностей, меняется в районе 1-2 млн. рублей;
• Из числа портативных моделей – китайский анализатор M5000 с ценником около 1 млн. рублей.

Анализаторы химического состава металлов и сплавов, какие бывают?

Технологии позволяют уменьшить количество чистого металла в современных конструкциях. Но организациям, которые занимаются сбором и переработкой нужно точно учитывать не только количество, но и качество поступающего сырья, его химический состав. Получить эти данные можно с помощью анализатора химического состава металла.

Сразу нужно оговориться, что рассматриваемое устройство более доступно организациям из-за высокой стоимости. Частным лицам даже портативный анализатор металлов не по карману. Цены на эти устройства колеблются от 15-20 до 35 тысяч долларов и более.

Какие бывают анализаторы химического состава металла?

Точный химический состав лома является неопределенным.

Принимаемый в пункт приема или на производство металл может включать загрязняющие вещества или опасные элементы. Соответственно, качество, безопасность и соответствие нормативным требованиям как конечной продукции, так и производства находятся под угрозой.

Чтобы не допустить нежелательные последствия, обеспечить целостность продукции, соответствие ее заявленным характеристикам, операции с металлоломом проводятся с использованием:

1. Рентгеновских флуоресцентных анализаторах (РФА);
2. Лазерных аналогичных приборов (лазерный анализатор металлов – ЛАМ).

Они представлены как ручными устройствами, так и мобильными, а также стационарными установками. Анализаторы могут проверять элементы, представляющие интерес практически во всех типах металлических сплавов, вплоть до коммерчески чистых металлов, и способны различать марки сплавов, которые по составу практически идентичны друг другу. Кроме того, эти устройства:

1. Положительно идентифицирует многочисленные сплавы в пунктах приема и передачи материала, гарантируют качество продукции;
2. Определяют состав металла для точной сортировки;
3. Выдают анализ за считанные секунды, практически без необходимости подготовки и разрушения образца;
4. Увеличивают скорость обработки металла. 

Проверка или идентификация металлов на основе определенного химического состава (марки) в настоящее время является стандартом в процессе контроля качества для производства и переработки металлолома.

 Использование анализатора металла «в полевых условиях» является надежным способом предотвращения любого смешивания поступающих материалов для производства, отгрузки или сортировки металлов в процессе переработки.

 Они необходимы, если требуется высокая производительность, особенно когда требуется тщательный анализ, когда материалы трудно идентифицировать или когда тестируется большое количество образцов.

Промышленные анализаторы для быстрой идентификации и точного анализа металла устанавливаются на производственной линии. Надежен при контроле качества поставок и готовой продукции. Анализы, сделанные с помощью этого спектрометра, имеют высочайшее качество.

Принцип работы анализатора состава металла

Первым появился анализатор металлов и сплавов, который действовал на основе рентгеновской флуоресцентной спектрометрии. В дальнейшем появились устройства, которые использовали лазерно-индуцированную спектрометрию.

Несмотря на это до сих ежегодно по всему миру продается более 5000 рентгеновских анализаторов для сортировки металлолома и положительной идентификации материалов.

Особенно эти анализаторы нужны при работе со сплавами с низким атомным номером или легкими элементами, такими как бериллий, литий, магний, алюминий и кремний.

Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов

Спектральный анализатор металлов или РФА характеризуется высокой точностью определения их состава.

Принцип действия этих устройств основан на энергодисперсионном методе, при котором излучение, создаваемое миниатюрной рентгеновской трубкой, попадает на поверхность образца и вызывает ионизацию внутренней оболочки атомов, составляющих образец.

 Получающиеся пустоты во внутренней оболочке атома заполнены электронами из более высоких оболочек, и, таким образом, фотоны, специфичные для элемента, испускаются и обнаруживаются с помощью кремниевого детектора.

РФА может работать одновременно для определения элементов от титана до свинца в течение нескольких секунд. Когда необходимо, второе условие луча используется для определения легких элементов, что приводит к более длительным измерениям, обычно от 10 до 60 секунд.

Лазерные анализаторы металлов

ЛАМ используют метод оптической эмиссионной спектрометрии, но, в отличие от искровой оптической эмиссионной спектрометрии, это излучение следует за генерацией плазмы, индуцированной лазером.

 Лазерный импульс попадает на поверхность образца и удаляет количество материала в диапазоне 1 нанограмм, генерирует плазменный шлейф (частично ионизированный газ) в диапазоне температур от 5 до 20 тысяч Кельвин (К).

 Энергия лазера мала, но она фокусируется на микроскопической точке в образце для генерации плазмы.

В типичных портативных системах лазерных анализаторах дисперсионная мощность спектрометра часто ограничена его размером, поэтому их возможности требуется дополнить другими устройствами.

 Для охвата всего спектрального диапазона от 180 до 800 нанометров (нм) может потребоваться несколько спектрометров.

 Кроме того, длины волн менее 200 нм (например, углерод, 193,09 нм или сера, 180,73 нм) сильно поглощаются воздухом и требуют продувки аргоном оптического пути.

С помощью ЛАМ можно обнаружить практически любой элемент, обычно содержащийся в металлах. Особенности этих анализаторов:

1. Очень высокая чувствительность к щелочным (литий, натрий и т. Д.) и щелочноземельным металлам (бериллий, магний и т. д.);
2. Хорошая чувствительность к переходным металлам, за исключением огнеупорных элементов (таких как ниобий, молибден, вольфрам или тантал), их трудно определить;
3. Чувствительность к углероду, фосфору и сере обычно недостаточна для анализа этих элементов в сплавах.

Несмотря на внедрение передовых лазерных технологий, для более тяжелых сплавов, таких как супер сплавы, медные сплавы (кроме алюминия и бериллиевой бронзы), припои, свинцовые сплавы или сплавы драгоценных металлов, РФА обеспечивает лучшую чувствительность и точность анализа, чем лазерные устройства. Поэтому, как анализатор драгоценных металлов он подходит лучше.

Кроме того, измерение элементов в отходах может быть затруднено для ЛАМ. Например, обнаружение свинца и олова в сплавах из нержавеющей стали при невысокой концентрации будет затруднено при использовании лазерных анализаторов.

Анализаторы металлов и сплавов цветных и чёрных металлов

Трудоёмкой проблемой на многих пунктах приёма металлолома является процесс сепарирования поступающего сырья по маркам и виду металлов. Иногда сложно отличить медь от сплавов, с высоким содержанием меди, а определить содержание никеля в нержавеющей стали абсолютно невозможно.  Поэтому при разнородном характере поступающих металлоотходов применяются анализаторы состава металлов.

Практическое применение получили два вида таких приборов – основанные на использовании явления оптической эмиссии (лазерная), и применяющие рентгеновское излучение.

Оптические анализаторы

Анализаторы металлов и сплавов этого типа позволяют с высокой степенью точности устанавливать наличие и содержание лёгких химических элементов – серы, фосфора, углерода, т.е., тех элементов, которые обязательно присутствуют в химическом составе любой стали.

Оптический анализатор металлов — метод исследования искры

Их действие основано на следующем: исследуемый фрагмент подвергается воздействию искрового разряда на воздухе. Образующаяся искра содержит в себе в ионизированном виде все вышеперечисленные элементы, эмиссия которых улавливается чувствительным элементом прибора, и выводится на дисплей.

Оптико-эмиссионным методом удаётся быстро идентифицировать металлолом, не прибегая к его заметному разрушению. Иногда, с целью снижения опасности взрыва или возгорания вместо воздуха используется инертный газ, преимущественно аргон. Смена режима исследования осуществляется простой переустановкой насадки.

— оптический анализатор металлов М5000 — описание, характеристики:

Фиксация химического состава металла производится тремя способами:

• Марочным, когда фактический состав сличается с тем, который указан в эталонной таблице. Метод сравнительно громоздкий, поскольку требует обязательного вмешательства человека;

• По отпечатку, когда сравниваются спектры эмиссии исследуемого металла и эталонные;

• По принципу «да/нет», когда требуется ответить на вопрос, является ли исследуемый образец тем металлом или сплавом, который необходимо определить.

Область применения анализаторов рассмотренного типа – исследование низкоуглеродистых сталей ферритного класса,  а также нержавеющих сталей, содержащих титан, никель, кобальт – элементы, эмиссионный спектр которых является достаточно характерным. Широкого распространения такие приборы не получили, в связи с повышенной чувствительностью к внешним условиям площадки, где они установлены.

Рентгеновские анализаторы металлов

Анализаторы, действующие с использованием рентгеновского излучения, используют явление флуоресценции, при котором атомы  химических элементов излучают фотоны строго определённого энергии. В качестве источника рентгеновского излучения используется трубка, которая работает под напряжением 45000 В.

В таких условиях для работы анализатора необходимо выделять специальное помещение, и оборудовать его надёжным свинцовым защитным экраном.

Подобным образом  действуют стационарные аппараты, которые применяются для химического анализа крупных фрагментов металла, но такие анализаторы — анахронизм, они могут еще использоваться в старых лабораториях, оставшихся с советских времен, но в настоящее время встречаются все реже и реже.

Сейчас распространение получили носимые, компактные приборы — портативные анализаторы металлов, предназначенные для применения непосредственно на точках приёма металлолома. Они не используют радиоизотопы, а потому считаются  более безопасными.

Рентгеновский портативный анализатор металлов — может легко делать анализ стружки

Кроме того, такие анализаторы компактны, удобны в применении, а постоянное обновляемое программное обеспечение позволяет совершенствовать обработку получаемых результатов.

Описание работы портативного рентгеновского анализатора

Рентгеновские анализаторы химического состава состоят из флюоресцирующей рентгеновской трубки, детектора, регистрирующего устройства и блока управления. Детекторы адаптированы под твердотельный режим функционирования, в связи с чем очень удобны для использования на крупных пунктах приёма лома чёрных и цветных металлов.

Портативный рентгеновский спектрометр металлов

Технологические возможности рентгеновских анализаторов:

• Метод определения – многокомпонентный (одновременно устанавливается процентное содержание нескольких химических элементов);

• Радиоизотопные источники – отсутствуют;

• Количество одновременно определяемых параметров – до 33 (независимо от атомной массы элемента);

• Вид исходного образца для анализа – любой, в том числе шлако- и пылеобразные фракции до 50 мкм (может быть использовано для определения редких и редкоземельных элементов в отходах производства, стружке и пр.);

• Визуализация результатов исследования – цветной дисплей и регистрация в базовый файл специального компьютера (возможно и подключение к обычному компьютеру через разъём USB).

Такие характеристики позволяют применять анализаторы при определении сорта металла, идентификации марки цветного сплава, технологическом контроле в процессе плавки металлов и т.д.

Рентгеновские анализаторы работают достаточно быстро, поскольку не нуждаются в предварительной настройке прибора. Калибровка выполнятся только при решении специальных задач исследовательского характера.

Лазерные анализаторы химического состава металлов и сплавов

на английском — тест лазерного анализатора Sciaps Laser-Z300

Данные приборы появились сравнительно недавно. Они используют принцип глубинного сканирования образца, используя квантовое  лазерное излучение. Поскольку спектр излучения лазера может быть настроен значительно более тонко, чем спектр рентгеновского излучения, то подобного типа анализаторы имеют ряд эксплуатационных преимуществ:

• Существенно возрастает количество определяемых химических элементов (до 90, в связи с чем такие установки рекомендуется использовать для определения химического состава сложных многокомпонентных сплавов);

• Повышается точность фиксирования того или иного химического элемента, что позволяет идентифицировать сплав даже с процентным содержанием элемента менее 0,0005%;

• Прибор пригоден для количественного определении я радиоактивного компонента, что особенно важно для радиационной безопасности оборудования и работающих. Отсекается возможность поступления лома, «грязного» в радиоактивном отношении;

• Приборы лазерного типа потребляют значительно меньше энергии, что позволяет длительное время применять их без подзарядки аккумуляторов;

• Поскольку скорость лазерного сканирования весьма велика, то процесс выяснения химического состава даже многокомпонентного сплава  занимает доли секунды.

Отображение результатов лазерного анализатора на экране смартфона Android

Результат работы лазерного анализатора  может выводиться на экран монитора, а может  фиксироваться встроенной видеокамерой или выводиться через специальное приложение на экран смартфона.

Среднерыночные цены на анализаторы металлов и сплавов

Искровые оптико-эмиссионные спектрометры, пожалуй, самые дорогие, цена на такие анализаторы могут доходить до 50 000$.

Портативные рентгеновские анализаторы металлов — стоят немного меньше, но цена тоже немаленькая — порядка 20 000 — 30 000 $.

Лазерные спектрометры — это анализаторы последнего поколения, набирающие все большую популярность, со временем цена будет падать, сейчас стоимость примерно  — 30 000- 40 000 $.

В интернете даже у фирм продавцов на сайте не всегда стоит цена. Т.е. есть товар, есть описание анализатора, представлен большой выбор устройств, но в поле цена стоит «Сделать запрос» или «Узнать цену».  Где вы оставляете свои контактные данные и ждете ответа с ценой.

Это можно объяснить так — анализатор металлов устройство дорогое, позволить себе может не каждая металлоприемка. Чтобы не потерять клиента и довести продажу до конца — менеджеры предпочитают вести диалог напрямую с клиентом, варьируя ценой и прочими бонусами при покупке анализатора у них.

Иначе говоря — это маркетинговый ход, сближающий продавца и покупателя, что делает продажу анализатора металлов проще.

— самый бюджетный анализатор металлов Delta Element

Анализаторы металлов и сплавов

Точность и оперативность контроля изготавливаемой продукции, определение химического состава изделий из металлов и сплавов, определение качественных показателей исследуемых образцов, идентификация тяжелых металлов являются важными процессами во многих отраслях промышленности.

Наиболее востребованным такой анализ является при работе со вторичным сырьем из металла. Очевидно, что подобный анализ выполнить без специальных приборов для анализа состава металлов просто невозможно, а сделать такую работу еще и быстрой – значит повысить эффективность работы.

Анализаторы, которые были изобретены для решения подобных задач, называются спектрометры. Благодаря этим устройствам можно точно определить, какие металлы содержатся в исследуемом образце, а также определить их количество. Подобные приборы обеспечивают неразрушающий контроль металла, то есть применение не требует манипуляций с целостностью исследуемого образца.

Выбрать анализатор металлов

Существуют две основные категории анализаторов. В первой используют явление оптической эмиссии, такие приборы называют эмиссионными спектрометрами.

Вторая категория использует рентгеновские лучи для получения требуемой информации об объекте, такие спектрометры называют соответственно рентгеновскими.

По-другому классифицировать анализаторы металлов можно как оптико-эмиссионные и рентгенофлуоресцентные.

Каждый из этих типов устройств может быть стационарным, мобильным и портативным. Стационарные являются довольно габаритными и обычно занимают много места, поэтому их используют, если требуется идеальная точность.

Мобильные спектрометры выполняют таким образом, чтобы обеспечить их легкое передвижение, варианты исполнения могут быть на колесах. Самыми компактными являются портативные анализаторы.

Их появление стало шагом вперед в области исследования металлов, и предоставило возможность использования анализаторов прямо на месте.

Оптико-эмиссионные анализаторы сплавов

При исследовании объектов оптико-эмиссионными спектрометрами применяются методы искрового анализа и воздухо-дугового анализа. Оптико-эмиссионные анализаторы позволяют работать с широким классом металлов, например, алюминиевыми, титановыми, ферритовыми, кобальтовыми, медными, нержавеющей и низколегированной сталью.

Лазерные спектрометры работают на аргоне и комплектуются специальной съемной насадкой на датчике, позволяющей выбирать режим работы прибора среди следующих:

• Определение марки металла;
• Определение сплава при помощи сравнения эталонного спектра с исследуемым спектром;
• Режим «да — нет», определяющий определенный параметр или заданный вид металла.

Прибор способен определить даже незначительное содержание посторонних смесей в составе сплава. Благодаря высокой точности измерений применяется для сертификационного анализа. Все приборы поставляются уже с установленным набором программ, что усложняет идентификацию неизвестных включений в сплаве.

Рентгенофлуоресцентные анализаторы

Приборы этой категории позволяют определять до 45 химических элементов благодаря светочувствительным механизмам, установленным в корпусе устройства. Компактность и простота использования делают рентгеновские анализаторы наиболее популярными устройствами в данной области.

Устройство не сможет идентифицировать элементы, порядковый номер которых в периодической таблице ниже 11.

В отличие от эмиссионных приборов, где требуется очистка исследуемого объекта от пыли и грязи с помощью шлифовального круга, при использовании рентгеновских спектрометров достаточно удалить краску или ржавчину с поверхности образца.

Цена спектрометра

Сложно сделать типовой прайс-лист на такой прибор, как анализатор металлов.

Если говорить о стоимости, цены на спектрометры формируются на основе четырех основных параметров:

• Вид устройства;
• Набор определяемых элементов;
• Точность измерений;
• Страна-производитель.

Исходя из этого, самыми дорогими анализаторами являются импортные оптико-эмиссионные и рентгенофлуоресцентные спектрометры, особенно, японские (Shimadzu, Rigaku), европейские (Spectro-Ametek, Oxford Instruments, Bruker) и американские (Olympus Innov-X, Thermo Scientific Niton).

Ценовой сегмент таких устройств является премиальным. Цена их является высокой за счет дорогого производства, новейших технологий, организации доставки, таможенных сборов и статуса. В этих приборах, как правило, надо дополнительно оплачивать каждую аналитическую программу для сплавов на основе железа, алюминия, титана, меди и т. д.

Диапазон цен

Рынок портативных спектрометров довольно обширный и бывает сложно выбрать анализатор. Необходимо подобрать прибор, точно отвечающий всем характеристикам для выполнения требуемой работы. Для разных отраслей могут требоваться разные спектрометры.

Обзор цен показал, что самым дешевым на этом рынке является китайский анализатор металлов, цена на который около 15 — 20 тысяч долларов. Цена на европейские лазерные анализаторы колеблется в области 25 — 50 тыс. евро.

Отечественные производители находятся в диапазоне цен от 20 до 35 тыс. евро.

При этом качество и сходимость измерений не хуже европейских аналогов. Следует учитывать, что практически все сделки по покупке анализаторов состава проводятся в закрытом режиме, информация о цене спектрометра предоставляется по запросу.

Далеко не каждый, кто имеет дело с металлическим вторсырьем, может позволить себе покупку такого дорогого устройство. На рынке существует возможность арендовать анализаторы, но это очень невыгодно при долгосрочной аренде.

Обычно цена на такую услугу колеблется в диапазоне 150-300 долларов за один день.