Ett team från Siberian Federal University (SFU) har föreslagit en ny metod för automatisk sammansättningsanalys av elektrolytprover från elektrolysbad. Det kommer att ge mer exakt teknisk kontroll och öka effektiviteten i aluminiumproduktionen. Artikeln har publicerats i Kristaller .

Metallaluminium erhålls under elektrolys, i vilken ström passerar genom en aluminiumoxid-kryolitsmälta vid cirka 950°. Huvudkomponenten i en smälta är kryolit (ett salt som innehåller natrium, aluminium, och fluoratomer) till vilka aluminiumoxid (aluminiumoxid) tillsätts. För att förbättra elektrolytens tekniska egenskaper, aluminiumfluorid, kalciumfluorid, och ibland kan magnesium och kaliumfluorid tillsättas. Under elektrolys, sammansättningen av ämnet i baden förändras, och förhållandet mellan komponenters skiftningar, också. Bevarande av optimal badsammansättning är ett nyckelelement i elektrolystekniken.

För att bibehålla den optimala sammansättningen, Tekniker tar och analyserar ständigt elektrolytprover. Analysen kräver hög noggrannhet och snabbhet. En uttrycklig kontrollmetod som används inom industrin är kvantitativ fasanalys med röntgendiffraktion. Den bygger på att studera röntgenbilder som bildas av röntgenstrålar som reflekteras från prover. I sin traditionella variant, sådan analys har en avsevärd nackdel:den kräver regelbunden kalibrering med kontrollmaterial med noggrant bestämda fassammansättningar, och den misslyckas också med att ta hänsyn till fasernas faktiska kristallstruktur. Ett alternativt alternativ kallas Rietveld-metoden. Den tillhandahåller kvantitativ analys på grundval av att specificera atom- och kristallstrukturen för komponentfaser utan att använda kontrollprover. Dock, denna metod är interaktiv och svår att automatisera, eftersom det kräver manuell inställning av upp till 100 initiala systemparametrar och hantering av ordningen för deras programmerade justering.

Ett team från SFU moderniserade Rietveld-metoden för att göra den användbar för automatiserad analys. Att göra så, de utvecklade en självkonfigurerande evolutionär genetisk algoritm som använder principen om biologiskt naturligt urval för att hitta optimala parametervärden vid modellering av en röntgenbild. Först, en genetisk algoritm använder slumpmässiga värden, optimerar sedan det stora utbudet av parametrar för röntgenbild och faskristallstruktur, hantera justeringen av endast de bästa av dem med Rietveld-metoden. Därför, Algoritmen kan anpassa sig och fungera utan mänsklig inblandning.

"Rent generellt, våra resultat uppfyller de tekniska kriterierna för noggrannhet av elektrolytanalyser som används vid aluminiumproduktionsanläggningar. Vi kan rekommendera vår genetiska algoritm för att uttrycka kontroll av elektrolytsammansättningen. Analysen visar ett mindre systemfel orsakat av överskattning av kryolitkoncentrationen på grund av dess ojämna kristallisering under provtagningsförloppet. Innan denna metod implementeras av industrin, vi måste eliminera detta fel och även förbättra metodens effektivitet, säger Igor Yakimov, chefen för projektet, Ph.D. i fysik och matematik, och professor vid Institutet för icke-järnmetaller och materialstudier vid SFU.