[發明專利]一種高溫下鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算方法與應用

有效

• 申請號: 201911128141.0
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110851992B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 崔雅茹;王國華;李小明;趙俊學;施瑞盟;陳雷;張笑天
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C60/00;G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種高溫下鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算方法，計算鎳渣中離子單獨存在時的能量，然后選擇多組離子對，計算每組離子對間隨距離變化的總能量，計算得到每組離子對間隨距離變化的勢能；將隨距離變化的勢能分解為庫侖勢和非庫倫勢；對非庫倫勢進行擬合，結合庫侖勢得到每組離子對間的勢函數；根據得到的勢函數，利用分子動力學軟件計算，獲得高溫下鎳渣結構以及其分子動力學物化性能。本發明通過構建合理的勢函數，可以更加準確地計算高溫下鎳渣的結構和動力學的各項物化性能，有利于對熔渣高溫下的性能更好地把控，并最終應用于冶煉過程，實現在冶煉中的精確控制。

技術領域

本發明屬于有色冶煉技術領域，特別涉及一種高溫下鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算方法與應用。

背景技術

我國硫化鎳礦多為多金屬高鎂伴生礦，這樣鎳造锍熔煉渣一般為FeO-Fe₂O₃-CaO-SiO₂-MgO多元復雜體系，含約40％的鐵，8％～10％的MgO。硫化鎳精礦造锍熔煉過程中，爐渣的成分、結構及物理化學性能對熔煉過程順行、渣中有價金屬損失及鐵的存在形式具有決定性影響。

但是由于冶煉方法、入爐原料等的千差萬別，使得Fe_xO-CaO-SiO₂-MgO熔渣結構與物理化學性質變化規律的研究還不夠透徹。而且，由于熔渣間多元復雜體系氧化物間的耦合作用，以及高溫條件限制，其熔融態結構的準確實驗表征較為困難。

目前，對熔渣熔融態結構的實驗研究主要以間接表征為主，如X射線衍射、核磁共振譜、拉曼光譜和掃描電鏡等手段，雖然這些間接手段能夠對熔渣的有序結構進行表征，但不能完全反映出熔渣高溫熔融時的結構。

利用分子動力學模擬可以很好地對熔渣的部分近程有序結構進行表征，直接反映出物質在高溫下原子尺度甚至更為微觀尺度的結構信息等參數，因此可以滿足微觀角度出發探討NiO-Fe_XO-SiO₂-CaO-MgO熔渣渣結構與物理化學性能的變化規律。

但是對于鎳渣復雜體系來說，由于很難獲取合理的勢函數，因而使得鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算變得難以實現。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高溫下鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算方法與應用，通過構建合理的勢函數，從而可以更加準確地計算高溫下鎳渣的結構和動力學的各項物化性能，有利于對熔渣高溫下的性能更好地把控，并最終實現在冶煉中的精確控制。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高溫下鎳渣結構及其分子動力學物化性能的計算方法，包括如下步驟：

(1)計算鎳渣中離子單獨存在時的能量，然后選擇多組離子對，計算每組離子對間隨距離變化的總能量，以每組離子對間隨距離變化的總能量減去對應離子單獨存在時的能量，得到每組離子對間隨距離變化的勢能；

(2)將步驟(1)中隨距離變化的勢能分解為庫侖勢和非庫倫勢；

(3)對步驟(2)得到的非庫倫勢進行擬合，結合庫侖勢得到每組離子對間的勢函數；

(4)根據步驟(3)得到的勢函數，利用分子動力學軟件計算，獲得高溫下鎳渣結構以及其分子動力學物化性能。

所述鎳渣為NiO-Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO系鎳渣，所述步驟(1)中：

首先，計算7種離子O^2-、Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Si⁴⁺和Mg²⁺單獨存在時的能量；