[发明专利]一种高温下镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算方法与应用

说明书

一种高温下镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算方法，计算镍渣中离子单独存在时的能量，然后选择多组离子对，计算每组离子对间随距离变化的总能量，计算得到每组离子对间随距离变化的势能；将随距离变化的势能分解为库仑势和非库伦势；对非库伦势进行拟合，结合库仑势得到每组离子对间的势函数；根据得到的势函数，利用分子动力学软件计算，获得高温下镍渣结构以及其分子动力学物化性能。本发明通过构建合理的势函数，可以更加准确地计算高温下镍渣的结构和动力学的各项物化性能，有利于对熔渣高温下的性能更好地把控，并最终应用于冶炼过程，实现在冶炼中的精确控制。

技术领域

本发明属于有色冶炼技术领域，特别涉及一种高温下镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算方法与应用。

背景技术

我国硫化镍矿多为多金属高镁伴生矿，这样镍造锍熔炼渣一般为FeO-Fe₂O₃-CaO-SiO₂-MgO多元复杂体系，含约40％的铁，8％～10％的MgO。硫化镍精矿造锍熔炼过程中，炉渣的成分、结构及物理化学性能对熔炼过程顺行、渣中有价金属损失及铁的存在形式具有决定性影响。

但是由于冶炼方法、入炉原料等的千差万别，使得Fe_xO-CaO-SiO₂-MgO熔渣结构与物理化学性质变化规律的研究还不够透彻。而且，由于熔渣间多元复杂体系氧化物间的耦合作用，以及高温条件限制，其熔融态结构的准确实验表征较为困难。

目前，对熔渣熔融态结构的实验研究主要以间接表征为主，如X射线衍射、核磁共振谱、拉曼光谱和扫描电镜等手段，虽然这些间接手段能够对熔渣的有序结构进行表征，但不能完全反映出熔渣高温熔融时的结构。

利用分子动力学模拟可以很好地对熔渣的部分近程有序结构进行表征，直接反映出物质在高温下原子尺度甚至更为微观尺度的结构信息等参数，因此可以满足微观角度出发探讨NiO-Fe_XO-SiO₂-CaO-MgO熔渣渣结构与物理化学性能的变化规律。

但是对于镍渣复杂体系来说，由于很难获取合理的势函数，因而使得镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算变得难以实现。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温下镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算方法与应用，通过构建合理的势函数，从而可以更加准确地计算高温下镍渣的结构和动力学的各项物化性能，有利于对熔渣高温下的性能更好地把控，并最终实现在冶炼中的精确控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高温下镍渣结构及其分子动力学物化性能的计算方法，包括如下步骤：

(1)计算镍渣中离子单独存在时的能量，然后选择多组离子对，计算每组离子对间随距离变化的总能量，以每组离子对间随距离变化的总能量减去对应离子单独存在时的能量，得到每组离子对间随距离变化的势能；

(2)将步骤(1)中随距离变化的势能分解为库仑势和非库伦势；

(3)对步骤(2)得到的非库伦势进行拟合，结合库仑势得到每组离子对间的势函数；

(4)根据步骤(3)得到的势函数，利用分子动力学软件计算，获得高温下镍渣结构以及其分子动力学物化性能。

所述镍渣为NiO-Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO系镍渣，所述步骤(1)中：

首先，计算7种离子O^2-、Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Si⁴⁺和Mg²⁺单独存在时的能量；