Zerstörungsfreie Messtechnik Neue Röntgentechnik spürt Diamanten und Seltene Erden auf

Kimberlitgestein transportiert Diamanten (rechte Bildmitte) aus dem Erdinnern nach oben. Jetzt verspricht eine neue Röntgentechnik einen effizienteren Abbau.
Kimberlitgestein transportiert Diamanten (rechte Bildmitte) aus dem Erdinnern nach oben. Jetzt verspricht eine neue Röntgentechnik einen effizienteren Abbau.

Wissenschaftler des Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT in Fürth haben einen Demonstrator entwickelt, der Diamanten in Gestein vulkanischen Ursprungs aufspürt. Doch nicht nur das – die Röntgenspürnase könnte außerdem die begehrten Seltenen Erden finden, die in alten Handys, Computern oder Fernsehern versteckt sind, und diese nutzbar machen.

Das Verfahren basiert auf dem Dual-Energy-Röntgen. Dabei werden zwei Bilder desselben Objekts mit zwei unterschiedlichen Röntgenspektren erzeugt. Ein spezieller Algorithmus filtert aus den beiden Aufnahmen die jeweiligen Materialinformationen heraus. Damit ist die neue Technologie beispielsweise in der Lage, wenige Millimeter große Diamanten in Kimberlitgestein mit Korngrößen bis 50 Millimeter zu entdecken.

Bisherige auf Röntgenstrahlen basierende Verfahren können Diamanten nur an der Oberfläche des Gesteins aufspüren. Die mit Röntgenlicht bestrahlten und angeregten Diamanten leuchten im optischen Bereich. »Bei besonders reinen Exemplaren funktioniert die Technik aber nicht, denn gerade diese weisen die Leuchteigenschaft unter Röntgenstrahlung nicht auf«, erklärt der Physiker Jörg Mühlbauer vom EZRT. Um die Edelsteine dennoch zu finden, ist es bislang notwendig, das Vulkangestein in sehr kleine Stücke zu zerbrechen. Das verschlingt große Mengen an Wasser und Energie. »Außerdem besteht die Gefahr, dass dabei größere und damit wertvollere Diamanten beschädigt werden«, sagt Mühlbauer.

Durchleuchten statt Zerkleinern

Beim Demonstrator des EZRT wandert das abgebaute Geröll mit einer Geschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde durch einen Röntgenapparat hindurch. Die beiden dabei erzeugten Röntgenbilder geben Informationen über die chemische Ordnungszahl der Materialien, der Anzahl der Protonen in deren Atomkern. Der neue Algorithmus nutzt diese Informationen, verknüpft sie mit den Daten aus den beiden Röntgenbildern, separiert die Diamanten vom Kimberlit und zeigt die Ergebnisse auf zwei getrennten Bildern an.

Seltene Erden aufspüren

Die Methode ist nicht auf das Aufspüren von Diamanten begrenzt. Überall dort, wo es gilt, Materialen zu identifizieren und sauber zu trennen, ist ihr Einsatz denkbar. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Aufbereitung von Industriekohle. Dort müssen Steine aussortiert oder der Aschegehalt gering gehalten werden. Aber auch die Elektronik-Branche könnte von der neuen Röntgentechnologie profitieren, um beispielsweise die in alten Handys, Computern oder Fernsehern verbauten Seltenen Erden aufzuspüren und sie wiederverwendbar zu machen.

Das EZRT ist ein Bereich des Fraunhofer IIS, der eng mit dem Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken kooperiert. Die Schwerpunkte liegen bei den Themen Röntgensensorik, Computertomografie, Bildverarbeitung und optischen 3D-Prüfsystemen sowie -Applikationen. Zusammen mit dem Fraunhofer-IOSB arbeiten die Forscher gerade daran, den Demonstrator weiterzuentwickeln. Ziel ist ein Prototyp, der das Gestein vollautomatisch prüft.