Une équipe de l'Université fédérale de Sibérie (SFU) a suggéré une nouvelle méthode d'analyse automatique de la composition d'échantillons d'électrolyte provenant de bains d'électrolyse. Il permettra un contrôle technologique plus précis et augmentera l'efficacité de la production d'aluminium. L'article a été publié dans Cristaux .

L'aluminium métallique est obtenu au cours de l'électrolyse, dans lequel le courant est passé à travers une masse fondue d'alumine-cryolite à environ 950°. Le composant principal d'une masse fondue est la cryolite (un sel contenant du sodium, aluminium, et des atomes de fluor) auxquels de l'oxyde d'aluminium (alumine) est ajouté. Pour améliorer les propriétés technologiques de l'électrolyte, fluorure d'aluminium, fluorure de calcium, et parfois du fluorure de magnésium et de potassium peut être ajouté. Au cours de l'électrolyse, la composition de la substance dans les bains change, et le rapport des composants se déplace, également. La préservation de la composition optimale du bain est un élément clé de la technologie de l'électrolyse.

Pour maintenir la composition optimale, les techniciens prélèvent et analysent constamment des échantillons d'électrolyte. L'analyse nécessite une grande précision et rapidité. Une méthode de contrôle express utilisée dans l'industrie est l'analyse de phase quantitative par diffraction des rayons X. Elle est basée sur l'étude d'images radiographiques formées par les rayons X réfléchis par des échantillons. Dans sa variante traditionnelle, une telle analyse présente un inconvénient considérable :elle nécessite un étalonnage régulier à l'aide de matériaux de contrôle avec des compositions de phases déterminées avec précision, et il ne prend pas non plus en compte la structure cristalline réelle des phases. Une option alternative est appelée la méthode Rietveld. Il permet une analyse quantitative sur la base de la spécification de la structure atomique et cristalline des phases des composants sans utiliser d'échantillons de contrôle. Cependant, cette méthode est interactive et difficile à automatiser, car il nécessite de régler manuellement jusqu'à 100 paramètres système initiaux et de gérer l'ordre de leur réglage programmé.

Une équipe de SFU a modernisé la méthode Rietveld pour la rendre applicable à l'analyse automatisée. Faire cela, ils ont développé un algorithme génétique évolutif à configuration automatique qui utilise le principe de la sélection naturelle biologique pour trouver les valeurs optimales des paramètres lors de la modélisation d'une image radiographique. D'abord, un algorithme génétique utilise des valeurs aléatoires, optimise ensuite la vaste gamme de paramètres d'image radiographique et de structure cristalline de phase, gérer l'ajustement des meilleurs d'entre eux selon la méthode Rietveld. Par conséquent, l'algorithme est capable de s'adapter et de fonctionner sans intervention humaine.

"Généralement, nos résultats répondent aux critères technologiques pour la précision de l'analyse des électrolytes qui sont utilisés dans les installations de production d'aluminium. Nous pouvons recommander notre algorithme génétique pour exprimer le contrôle de la composition électrolytique. L'analyse montre une erreur système mineure causée par une surestimation de la concentration de cryolite en raison de sa cristallisation inégale au cours de l'échantillonnage. Avant que cette méthode ne soit mise en œuvre par l'industrie, nous devons éliminer cette erreur et aussi améliorer l'efficacité de la méthode, " dit Igor Yakimov, le chef de projet, doctorat en physique et en mathématiques, et professeur de l'Institut des métaux non ferreux et des études des matériaux de SFU.