Konzept für die explosionsgeschützte Materialanalyse von Staub-Wasser-Gemischen

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.