[發明專利]一種基于分子動力學模擬熔分赤泥成纖粘度的方法

在審

• 申請號: 202111054285.3
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113705129A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 徐博;任倩倩;李智慧;龍躍;杜培培;田鐵磊;邢磊;趙鵬越;曹雅然
• 申請（專利權）人: 華北理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 霍苗

本發明屬于熔分赤泥成纖技術領域，提供了一種基于分子動力學模擬熔分赤泥成纖粘度的方法。本發明基于確定的熔分赤泥成纖體系中各原子的含量，采用Materials Studio軟件建立熔分赤泥成纖的立方體盒子；然后對立方體盒子進行高溫幾何優化，得到優化后的立方體盒子；然后對優化后的立方體盒子進行降溫分子動力學模擬計算，再根據愛因斯坦擴散定律，利用體系內所有原子總的均方位移分布(Total MSD)，確定擴散系數D；通過擴散系數D與黏度系數η的關系計算黏度系數η。本發明采用分子動力學模擬計算熔融狀態下熔分赤泥的黏度，預測熔分赤泥成纖的難易，利用本方法得到的熔分赤泥成纖粘度與實際粘度接近，結果準確。

技術領域

本發明涉及熔分赤泥成纖技術領域，尤其涉及一種基于分子動力學模擬熔分赤泥成纖粘度的方法。

背景技術

熔分赤泥是生產鋁的過程中產生的固體廢棄物，是赤泥經轉體爐提鐵后形成的熔渣；與赤泥相比，熔分赤泥中的鐵含量大幅度降低，其堿性氧化物及氧化鋁的含量相應地提高。目前，大部分的研究主要集中于赤泥的回收和利用，如公開號為CN106698916A的中國專利公開了以高含Al₂O₃(10～60wt％)的赤泥、調質劑鈉鹽和生石灰為原料制備礦棉；公開號為CN102001823A的中國專利公開了以赤泥與粉煤為原料，生石灰、高鈣含量的工業固體廢渣為配料制備成纖。而現有技術對提鐵后得到的熔分赤泥的回收和利用研究的相對較少。

在研究赤泥成纖的過程中，傳統的方法主要是通過實驗室或生產現場利用實物試探的方法進行研究，這將消耗大量的人力和物力。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于分子動力學模擬熔分赤泥成纖粘度的方法。本發明提供的方法操作簡單，省時省力；且結果準確。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種基于分子動力學模擬熔分赤泥成纖粘度的方法，包括以下步驟：

步驟一、測量原料的主要化學成分含量，根據測量得到的原料的主要化學成分含量，對原料進行調質，確定熔分赤泥成纖體系的原子配比；所述原料包括熔分赤泥、輕燒生石灰、石英砂和白云石；

步驟二、采用Materials Studio軟件，基于步驟一確定的熔分赤泥成纖體系中各原子的含量，建立熔分赤泥成纖的立方體盒子；

步驟三、對步驟二所得立方體盒子進行高溫幾何優化，得到優化后的立方體盒子；

步驟四、對所述優化后的立方體盒子進行降溫分子動力學模擬計算，所述降溫分子動力學模擬計算的降溫過程為：T_初經第一降溫降至T_中進行T_中馳豫；所述T_中經第二降溫降至T_終進行T_終馳豫；輸出T_終馳豫階段中所有原子總的均方位移分布；

利用公式1和公式2，得到擴散系數D；

公式1中：MSD為步驟四中T_終馳豫階段中所有原子總的均方位移分布；r_i(0)是i原子在0時刻的位置矢量；r_i(t)是i原子在t時刻的位置矢量；

利用公式3得到熔分赤泥成纖的粘度系數η：

公式3中：η為粘度系數，單位為J·m^-1·s；K_B為波爾斯曼常數；T為T_終，單位為K；λ＝2R，R為擴散離子的平均擴散距離，單位為