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稀土金属卤化物熔盐体系熔体结构的分子动力学模拟计算

作　者: 崔衡
导　师: 谢刚
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 稀土 熔融盐 分子动力学 熔体结构
分类号: TF845
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


稀土被人们称为新材料的“宝库”，生产稀土金属一般采用熔盐电解法和金属热还原法。用熔盐电解法制取稀土金属和合金，最重要的就是选取合适的熔盐，研究熔融盐结构是系统深入理解熔融盐物理化学性质和正确认识熔融盐电极过程的基础。随着计算机技术的日益发展和推广普及，计算机模拟计算技术用来研究熔融盐结构取得了很大成功。 本文简要介绍了计算机模拟的分子动力学（MD）方法的基本原理和计算方法，并利用分子动力学方法主要针对熔盐电解法制取稀土金属和合金常涉及到的稀土金属卤化物体系（氯化稀土系和氟化稀土系）进行了计算，获得了径向分布函数、各粒子间配位数、键角分布等重要结构信息以及自扩散系数等动力学输运性质。 氯化稀土体系中主要计算了RECl3、KCl-LaCl3、RECl3-KCl-NaCl（KCl/NaCl=1:1摩尔）等体系。在RECl3系中，计算了六种稀土金属氯化物的熔体结构，即LaCl3、PrCl3、NdCl3、GdCl3、DyCl3和YCl3熔盐体系，获得了有关的熔体结构信息和动力学输运性质，得到了稀土金属离子半径对熔体结构的影响；在KCl-LaCl3系中，计算了相同温度下四种组分的熔体结构，获得了有关的熔体结构信息和动力学输运性质，得到了熔体组成对熔体结构的影响；在RECl3-KCl—NaCl（KCl/NaCl=1:1摩尔），计算了La、Ce、Pr三种稀土氯化物混合盐分别在三种组分下的熔体结构，获得了有关的熔体结构信息和动力学输运性质，得到了稀土金属离子半径和熔体组成对熔体结构的影响。 氟化稀土系主要计算了LiF-LaF3熔体，分别在三种不同组分的三种不同温度下获得了熔体结构信息和动力学输运性质，得到了熔体组分和温度对熔体结构的影响。 总结了各稀土金属卤化物熔盐体系的熔体结构信息和动力学输运性质，得出了在稀土金属卤化物熔盐中，稀土金属离子半径和熔融盐组成对熔体结构的影响较大，合理的选择熔盐中稀土卤化物的浓度对制取稀土金属和合金大有裨益。

全文目录


1． 绪论  47-58
  1．1 稀土概述  47-52
    1．1．1 稀土元素的定义及分类  47-48
    1．1．2 稀土元素的发现及其在地壳中的丰度  48-49
    1．1．3稀土矿物及其工业化处理  49
    1．1．4 稀土的应用  49-50
    1．1．5 中国稀土工业的发展及现状  50-52
  1．2 稀土熔盐电解法  52-55
    1．2．1 稀土熔盐电解的特点  52-53
    1．2．2 稀土氯化物熔盐电解工艺  53
    1．2．3 稀土氟化物熔盐电解工艺  53-54
    1．2．4 两种电解工艺的比较  54
    1．2．5 研究熔融盐结构的意义和方法  54-55
  1．3 计算机模拟计算技术的提出  55-57
  1．4 本文拟作的工作  57-58
2． 分子动力学模拟计算方法  58-75
  2．1 分子动力学方法的原理  58-71
    2．1．1 运动方程的建立和求解  58-60
    2．1．2 离子间势  60-63
    2．1．3 周期性边界条件和最小邻像变换  63-65
    2．1．4 结构与性质的计算  65-68
    2．1．5 分子动力学模拟计算步骤和Ewald求和技术  68-71
  2．2 分子动力学的应用和算法的发展  71-75
3． 稀土金属氯化物熔体结构的MD计算  75-86
  3．1 模拟设置  75-76
  3．2 偏径向分布函数  76-80
  3．3 配位数曲线  80-82
  3．4 键角分布  82-83
  3．5 均方位移  83-84
  3．6 小结  84-86
4． KCl-LaCl_3熔体结构的MD计算  86-97
  4．1 模拟设置  86-87
  4．2 偏径向分布函数  87-92
  4．3 配位数曲线  92-93
  4．4 键角分布  93-94
  4．5 均方位移  94-96
  4．6 小结  96-97
5． RECl_3-KCl-NaCl系熔体结构的MD计算  97-118
  5．1 模拟设置  97-98
  5．2 LaCl_3-KCl-NaCl系熔体结构  98-104
    5．2．1 偏径向分布函数  98-100
    5．2．2 配位数曲线  100-102
    5．2．3 键角分布  102-103
    5．2．4 均方位移  103-104
  5．3 CeCl_3-KCl-NaCl系熔体结构  104-110
    5．3．1 偏径向分布函数  104-106
    5．3．2 配位数曲线  106-108
    5．3．3 键角分布  108-109
    5．3．4 均方位移  109-110
  5．4 PrCl_3-KCl-NaCl系熔体结构  110-116
    5．4．1 偏径向分布函数  110-112
    5．4．2 配位数曲线  112-114
    5．4．3 键角分布  114-115
    5．4．4 均方位移  115-116
  5．5 小结  116-118
6． LaF_3-LiF熔体结构的MD计算  118-130
  6．1 模拟设置  118-119
  6．2 偏径向分布函数  119-123
  6．3 配位数曲线  123-124
  6．4 键角分布  124-126
  6．5 均方位移  126-128
  6．6 小结  128-130
7． 总结  130-132
参考文献  132-136
致谢  136

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 有色金属冶炼 > 稀有金属冶炼 > 稀土金属冶炼
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