Konzept für die explosionsgeschützte Materialanalyse von Staub-Wasser-Gemischen
Von der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation
Nina Britta Fietz, Karl Nienhaus
Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie hat in der jüngeren Vergangenheit
aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten einen steigenden Stellenwert für
die Rohstoffindustrie erlangt. Einsatzbereiche von LIBS umfassen beispielsweise die
Untersuchung von Gesteinsformationen in der Geologie, die Analyse von Schlacken
in der Materialtechnik und die Massenstromanalyse entlang der Prozesskette
zwischen Gewinnung und Aufbereitung. Allerdings lässt sich das Verfahren
bislang nur in Bereichen einsetzen, in denen keine EX-Atmosphäre existiert. Gerade
in diesen Bereichen wäre die Analysemethode jedoch von besonderem Interesse
– insbesondere, weil auf Basis der Ergebnisse eine Materialerkennung oder
-zuordnung stattfinden kann. Um LIBS auch in EX-Atmosphäre für die Materialerkennung
als Mittel für die Qualitätssicherung oder Effizienzsteigerung einsetzen
zu können, beschreibt diese Arbeit die Entwicklung eines Konzepts, um genau dies
zu ermöglichen. Das erarbeitete Konzept soll anschließend als Basis zur Weiterentwicklung
eines zukünftigen Demonstrators dienen, um so eine mögliche Umsetzung
unter Tage zu validieren.
Zur effizienten Umsetzung des Analyseverfahrens sind unterschiedliche Teilentwicklungen
sowie Überlegungen notwendig. Die Zusammenhänge dieser einzelnen
Entwicklungen werden hergeleitet und diskutiert. Bedingt durch besondere Herausforderung
zum Einsatz von Komponenten und Geräten in Steinkohlebergwerken
erfolgen alle Überlegungen und Herleitungen anhand des Beispiels der Steinkohle.
Bedingt durch die explosionsfähige Atmosphäre ist der Einsatz von LIBS an besondere
Anforderungen geknüpft, die sich aus den ATEX-Richtlinien ableiten lassen.
Abschließend werden zwei verschiedene Szenarien diskutiert, die für die Umsetzung
von LIBS denkbar sind: (i) der Einsatz von LIBS zur Grenzschichterkennung
als Teil der Automatisierung von Walzenladern und (ii) der Einsatz als Hilfsmittel für
die Aktualisierung von Lagerstättenmodellen im Zuge von Explorationsbohrungen.
