[发明专利]一种基于分子动力学模拟熔分赤泥成纤粘度的方法

说明书

本发明属于熔分赤泥成纤技术领域，提供了一种基于分子动力学模拟熔分赤泥成纤粘度的方法。本发明基于确定的熔分赤泥成纤体系中各原子的含量，采用Materials Studio软件建立熔分赤泥成纤的立方体盒子；然后对立方体盒子进行高温几何优化，得到优化后的立方体盒子；然后对优化后的立方体盒子进行降温分子动力学模拟计算，再根据爱因斯坦扩散定律，利用体系内所有原子总的均方位移分布(Total MSD)，确定扩散系数D；通过扩散系数D与黏度系数η的关系计算黏度系数η。本发明采用分子动力学模拟计算熔融状态下熔分赤泥的黏度，预测熔分赤泥成纤的难易，利用本方法得到的熔分赤泥成纤粘度与实际粘度接近，结果准确。

技术领域

本发明涉及熔分赤泥成纤技术领域，尤其涉及一种基于分子动力学模拟熔分赤泥成纤粘度的方法。

背景技术

熔分赤泥是生产铝的过程中产生的固体废弃物，是赤泥经转体炉提铁后形成的熔渣；与赤泥相比，熔分赤泥中的铁含量大幅度降低，其碱性氧化物及氧化铝的含量相应地提高。目前，大部分的研究主要集中于赤泥的回收和利用，如公开号为CN106698916A的中国专利公开了以高含Al₂O₃(10～60wt％)的赤泥、调质剂钠盐和生石灰为原料制备矿棉；公开号为CN102001823A的中国专利公开了以赤泥与粉煤为原料，生石灰、高钙含量的工业固体废渣为配料制备成纤。而现有技术对提铁后得到的熔分赤泥的回收和利用研究的相对较少。

在研究赤泥成纤的过程中，传统的方法主要是通过实验室或生产现场利用实物试探的方法进行研究，这将消耗大量的人力和物力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于分子动力学模拟熔分赤泥成纤粘度的方法。本发明提供的方法操作简单，省时省力；且结果准确。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于分子动力学模拟熔分赤泥成纤粘度的方法，包括以下步骤：

步骤一、测量原料的主要化学成分含量，根据测量得到的原料的主要化学成分含量，对原料进行调质，确定熔分赤泥成纤体系的原子配比；所述原料包括熔分赤泥、轻烧生石灰、石英砂和白云石；

步骤二、采用Materials Studio软件，基于步骤一确定的熔分赤泥成纤体系中各原子的含量，建立熔分赤泥成纤的立方体盒子；

步骤三、对步骤二所得立方体盒子进行高温几何优化，得到优化后的立方体盒子；

步骤四、对所述优化后的立方体盒子进行降温分子动力学模拟计算，所述降温分子动力学模拟计算的降温过程为：T_初经第一降温降至T_中进行T_中驰豫；所述T_中经第二降温降至T_终进行T_终驰豫；输出T_终驰豫阶段中所有原子总的均方位移分布；

利用公式1和公式2，得到扩散系数D；

公式1中：MSD为步骤四中T_终驰豫阶段中所有原子总的均方位移分布；r_i(0)是i原子在0时刻的位置矢量；r_i(t)是i原子在t时刻的位置矢量；

利用公式3得到熔分赤泥成纤的粘度系数η：

公式3中：η为粘度系数，单位为J·m^-1·s；K_B为波尔斯曼常数；T为T_终，单位为K；λ＝2R，R为扩散离子的平均扩散距离，单位为