Анализ состава электролита для получения алюминия автоматизировали

David McAlvany/Flickr

Сотрудники Сибирского федерального университета (СФУ) предложили новый метод, позволяющий в автоматическом режиме анализировать состав проб электролита электролизных ванн. Это позволит проводить более точный технологический контроль и повысит эффективность производства алюминия. Статья ученых опубликована в журнале Crystals.

Металлический алюминий получают в результате электролиза – пропускания электрического тока через криолит-глиноземный расплав при температуре около 950 °С. Основной компонент расплава – криолит (соль, содержащая атомы натрия, алюминия и фтора), в который вводят оксид алюминия (глинозем). Чтобы улучшить технологические свойства электролита, в него также добавляют фтористый алюминий, фторид кальция, иногда фториды магния и калия. Во время электролиза композиция в ваннах непрерывно изменяется, а соотношение компонентов смещается. Сохранение оптимальной композиции ванны – важнейший элемент в технологии электролиза.

Чтобы поддерживать оптимальный состав электролита, нужно постоянно отбирать его пробы и анализировать их, при этом важно, чтобы анализ был как можно точнее и занимал как можно меньше времени. Для экспресс-контроля на производстве используют метод рентгенодифракционного количественного фазового анализа, основанный на исследовании рентгенограмм, которые получаются после отражения от образца рентгеновских лучей. В традиционном варианте такой анализ имеет существенный недостаток: он требует периодической калибровки с использованием эталонных материалов с точно установленным составом фаз и не учитывает реальную кристаллическую структуру фаз. Существует и альтернативный вариант – метод Ритвельда. Он позволяет проводить количественный анализ на основе уточнения атомно-кристаллической структуры фаз-компонентов, не прибегая к эталонам. Однако этот метод интерактивный, и его трудно автоматизировать. Это связано с тем, что нужно вручную задавать до сотни исходных параметров системы и управлять порядком их программного уточнения.

Ученые СФУ модернизировали метод Ритвельда так, что стало возможным проводить автоматический анализ. Для этого они разработали самоконфигурируемый эволюционный генетический алгоритм – программу, которая использует принципы естественного биологического отбора для нахождения оптимальных значений параметров при моделировании рентгенограммы. Сначала генетический алгоритм использует случайные значения, затем он оптимизирует большое множество параметров рентгенограммы и кристаллической структуры фаз и управляет уточнением лучших из них по методу Ритвельда. Это позволяет алгоритму работать без помощи человека и самообучаться.

«В целом, результаты соответствуют технологическим требованиям, установленным для точности анализа электролитов на алюминиевых заводах. Мы можем рекомендовать наш генетический алгоритм для экспресс-контроля состава электролита, — уверен один из авторов работы, профессор Института цветных металлов и материаловедения СФУ Игорь Якимов. — Анализ показывает, что есть небольшая систематическая ошибка, вызванная переоценкой концентрации криолита из-за его неравновесной кристаллизации при отборе проб, поэтому до внедрения метода в промышленность мы должны устранить эту ошибку, а также улучшить производительность метода».

Исследование выполнено совместно с учеными Сибирского государственного университета науки и технологий.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.