钒渣熔融结构与性质的分子动力学模拟研究_摘要_3_4
钒氧配合物的结构及谱学性质
１．３．４ 钒在光合作用中.................................................................................... 11 1. 3. 5 对 Na,K ATPase 及 Ribonuclease 的抑制.................................................. 11 １． ４ 钒作为自旋探针 .............................................................................................12 １．４．１ 转铁蛋白（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｓ） ..................................................................13 １． ４． ２ ＡＴＰａｓｅ ..............................................................................................13 １． ４． ３ 丙酮酸激酶（Pyruvate Kinase） .........................................................16 １．４．４ Ｓ－腺苷甲硫氨酸合成酶(S-Adensylmethione Synthetase)31 .......................16 １．４．５ 咪唑甘油磷酸脱水酶 ＩＧＰＤ（Imidazole Glycerol Phosphate Dehydratase）16 １．４．６ 木糖异构酶（D-xylose Isomerase） ......................................................17 １．５ 钒作为药物....................................................................................................18 １．５．１ 药理 .....................................................................................................18
钒渣熔融结构与性质的分子动力学模拟研究_1绪论_8_16
1 绪论1.1钒的用途钒属贵重金属，应用范围广，经济价值高，是一种极为重要的工业原料，可广泛应用于钢铁、化工、航空航天、电子工业、生物和农业领域。
向钢种添加少量的钒，就会大大提高钢的强度、韧性、抗疲劳能力和耐磨损能力[1]。
在合金钢中加入少量的钒，可以使得钢淬火后保持很高的可塑性，在低温下也有较优良的抗冲击强度，对低温构件有特别重要的意义。
钒在工具钢中能使得钢在高温下保持硬度，提高其耐磨性、韧性和切削率。
钒钛合金被广泛的应用于航空、火箭和宇宙技术以及造船、化工和热工设备制造上。
铝、钛、钒合金中含 3.4.4.5%V，4.6.5%Al，其余为钛。
这种合金具有高的屈服强度、冲击强度，使用温度可达540℃，用于制造喷气引擎和飞机构件。
在美国波音747，海军F-14战斗机，空军F-15战斗机，洛克希德C-5运输机和道格拉斯DC-10都使用此种合金[2]。
在化学工业中，钒最重要的用途是作为催化剂，在合成某些有机化合物(醋酸、草酸、苯甲酸、邻苯二甲酸和苯胺黑)和净化排放气体时，它是活性催化剂。
钒催化剂的最大用处是硫酸工业。
它可替代催化剂使用，其耐毒性比铂大千百倍。
在石油工业中钒用于裂化催化剂。
此外，采用V2O5获得了一系列具有特殊性能的新材料：各种有色玻璃，带半导体性能的玻璃、吸收紫外线辐射的玻璃，无机离子交换剂、耐火材料，发光材料、乙烯或丙烯人工合成汽油等等。
V2O5和各种钒酸盐，还用来制造陶瓷、染料和漆。
在照相和电影业用于显影剂、感光剂及着色剂。
钒酸铵用着黑色皮革的染料、墨水、棉织品的媒染剂等。
钒酸盐还用于医药工业上作为药剂。
随着钒的广泛使用，其需求量逐年增加，1979年世界钒的消耗量已达2.97万吨，其中西方国家约占70%。
美国近年来一直是钒的最大消费国。
1979年美国耗钒占世界耗钒总量的26.1%，苏联占18.3%，德国占12.4%，日本占10.9%。
1969-1979年间，世界钒消耗量的年增长率平均为4.3%以上。
V2O3在钒渣中溶解特性的研究
ＣＩ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ＳＣ
Ｖ Ｏ３ 钒 渣 中溶 解 特 性 的研 究 ２ 在
王雨 曾晓 兰 管挺 曹海莲 谢 兵
（ 重庆大学材料科学与工程学院 ）
摘
要
利用高温淬火方法得 到钒 渣渣系的高温物相 ，并利用ｘ ｒｙ —ａ衍射分析方法确定 钒渣物相组成 ，由
此得 出ＶＯ在钒渣 中的溶解特性 。结果表 明，钒铁尖晶石和Ｆ ， ， ｅ 为钒渣 中存在 的固定相 ； 渣中ＶＯ含量 Ｏ 钒
２ 实验 研 究方 案
２１实验渣准备 ． 本 实 验采 用 的渣 系是 依 照 相 关 资料 及 实 际钒 渣 成 分 范 围用分 析 纯 化 学 试 剂 配 制 而成 。为 探 明 ＦＯＳ ｚ ｚ， ｅ ／ Ｏ对ＶＯ溶解度的影响 ，将其变化范围确定为 ｉ
不 断增加 ，ｖ０ 的溶解 度随之升高 ，但Ｆ Ｏ Ｏ＜ ．，Ｖ Ｏ增加到一定量时 ，溶解 度无 明显变化 ；Ｆ Ｏ ＳＯ ｅ ￣ｉ １ ５ ， ｅ ／ｉ：
不 断升 高，ＶＯ 在钒渣 中的极限溶解度也随之升高 。 关键词 钒渣 ，Ｖ Ｏ ： ｏ ｌｂ ｌｙ ｏ Ｏ３ ｎ Ｖａ ａ ｉｍ ａ ｔ ｄ ｎ Ｓｏ ｕ ｉ ｆ ｉ ｔ Ｖ２ ｎ ｄ ｕ Ｓｌｇ ｉ
ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ０３ｉ ａ ａ ｉ ｍ ｌｇ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ｖ ｎ ｄ ｕ ａ ｄ ｉ ｎ ｓ ｉ ｅ ， ｅ Ｏ４ ｒ ｔ ｏ ａ ｙ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｆＶ２ ｎ ｖ ｎ ｄ ｕ ｓ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ａ ａ ｉ ｍ ｎ ｏ ｐ ｎ ｌ Ｆ ｓ ｅ ｓｍｉ ｎ ｒ ｉ ｃ ａ ｓ ｈ ｒ ａ ｐ ａ ｅ ｎ ｖ ａ ｉ ｍ ｌｇ ｈ ｏ ｕ ｉ ｔ ｆ Ｖ２ ｎ ｖ ｎ ｄ ｕ ｓａ ｏ ｔ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｅ ｈ ｏ ｔｎ ０３ ｈ ｓ ｓ ｉ ａ ｄ ｕ ｓａ ．Ｔ ｅ ｓ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ Ｏｓｉ ａ ａ ｉ ｍ ｌ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉｃ ｅ ｓ ｄ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ Ｖ２ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ． ｔｗ ｅ ｅ Ｓ Ｏ２ １５ Ｖ２ ｃ ｉｖ ｄ ｔ ｅ ｔ ｉ ｍｏ ｎ ，ｔ ｅ ｓ ｌｂ ｌ ｙ ｃ ａ ｇ ｄ ｕ ｃ ｎ ｐ ｃ ０ ｓｙ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ Ｂｕ ｈ ｎ Ｆ Ｏ／ ｉ ＜ ． ， ０３ ｈ ｅ ｅ ｏ ａ ｃ ｒａｎ ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｕ ｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ｎ ｏ ｓ ｉ ｕ ｕ ｌ． ａ ｉ Ｗ ｈ ｎＦ Ｏ／ ｉ ｓ ｓｎ ， ｈ ｍｉ ｓ ｌ ｂｌ ｙｏ ０ｓ ｎｖ ｎ ｄ ｕ ｓａ ｏ ｌ ｅ ｉ ｃｅ ｓ ｄ ｅ ｅ Ｓ Ｏ２ ｗａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｌ ｔ ｏ ｕ ｉ ｔ ｆ ｉ ｒ ｉ ｉ Ｖ２ ａ ａ ｉ ｍ ｌ ｇｗ ｕ ｄ ｂ ｒ ａ ｅ ． ｉ ｎ
分子动力学模拟及其在冶金炉渣中的应用研究
分子动力学模拟及其在冶金炉渣中的应用研究佟志芳;肖成;魏战龙【摘要】详细阐述分子动力学模拟的发展历程，分子动力学模拟的基本原理、运动方程的数值积分、边界条件的选取、原子间相互作用势函数、常用的系综以及热力学性质的计算。
介绍国内外学者对高温冶金炉渣结构以及炉渣的聚合度、黏滞度、致密度、离子结合强度、扩散系数等热力学性质的分子动力学模拟研究，结合实际存在的势函数发展缓慢及冶金炉渣结构的复杂性等问题，提出今后分子动力学模拟在冶金炉渣研究应用的发展方向。
%On the basis of describing the development process of molecular dynamics simulation, the basic principles of molecular dynamics simulations, numerical integration equations of motion, boundary conditions, potential function, common ensemble and the calculation of thermodynamic properties were introduced. The molecular dynamics simulation of the high temperature metallurgical slag structure and thermodynamic properties, such as polymerization degree, viscosity, density, ion binding strength, diffusion coefficient were studied. In accordance with the slow development of potential functions and complexity of metallurgical slag structures, the directions of molecular dynamics simulation′s future development in application of metallurgical slag are pointed out.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2016(007)003【总页数】6页(P15-20)【关键词】分子动力学模拟;冶金炉渣;数值积分;系综;热力学性质【作者】佟志芳;肖成;魏战龙【作者单位】江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000;江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000;江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TF111.17;O641.3分子动力学（Molecular Dynamics，简称MD）模拟就是在给定的原子间相互作用势的情况下，结合牛顿力学的基本原理，通过对原子核和电子所构成的多体系统求解牛顿运动方程得到体系中原子核的运动过程，进而计算出体系的结构和性质，其中每一个原子核可视为在全部其他原子核和电子的作用下运动. 1957年Alder和Wainwright[1]通过计算机模拟的方法，研究从32个到500个刚性小球的分子系统的运动，开创利用MD模拟方法研究物质宏观性质的先例.Lees等[2]在1972年和Gillan[3]在1983年先后将该方法扩展到存在速度和温度梯度的非平衡体系；Andersen等[4]在1980年和Nosé等[5]在1984年又分别完成恒压分子动力学和恒温分子动力学方法的创建；1985年Hoover等[6]对Nosé的方法进行改进使得该方法更加稳定可靠；同年，Car等[7]针对势函数模型化比较困难的半导体和金属等提出将电子论和分子动力学方法结合的第一性原理分子动力学方法；1991年，Cagin等[8]进一步提出应用于处理吸附问题的巨正则系统（体系的体积、温度、化学势能为定值）的MD方法.20世纪80年代后期，计算机的飞速发展和多体势函数的提出与应用，使得MD模拟方法更加成熟，由于很多实验的特殊环境需求（超临界、深过冷、高温等），常规实验难以满足，越来越多的MD模拟软件（Moldy、LAMMPS、DL_POLY、Materials Studio）被开发出来，而且通过这些软件的模拟，问题得到很好地解决.分子动力学模拟是在原子及分子水平上对多体问题进行求解的计算机模拟方法.在模拟计算中根据2个基本假设[9]：①体系中所有粒子的运动都遵循牛顿运动定律；②粒子之间的相互作用满足叠加定理.这2条基本假设忽略量子效应和多体作用，与真实的物理系统存在一定的差别，故分子动力学模拟属于近似计算.MD模拟的出发点是假设N为模拟系统的原子数，mi为第i个原子的质量，ri为原子位置坐标质量，速度为vi=ri，加速度ai=ri，受到的作用力为Fi，原子i和j之间的距离为rij=|ri-rj|，原子j对原子i的作用力为fij，原子i和原子j之间的相互作用势能，系统的总势能为U（r1，r2，kN）=，所给定物理量都是随时间而变化的，即A=A（t），控制方程如下：由式（1）和式（2）共同建立一个封闭的线性微分方程组，并且通过给定的初始位置和速度，可以求得系统中所有原子任意时刻的位置ri（t）和速度Vi（t）.MD模拟计算中的大多数算法都是有限差分法对牛顿运动方程进行积分的.常用的有以下几种.2.1 Verlet算法Verlet算法[10]是在20世纪60年代后期提出的，由于它的计算过程比较简单，对扩散分子的质心运动的积分也最稳定，所以在MD模拟中运用最为广泛.它运用原子在t时刻的位置r（t）和加速度a（t）以及t-δ（t）时刻的位置r（t-δt）,计算出原子在t+δ（t）时刻的位置r（t＋δt）,推导方程如下：式（3）和式（4）相加得：式（3）和式（4）相减得：这种算法的优点是占用计算机的内存小，包括两组位置坐标r（t）,r（t-δt）和一组加速a（t）.但它的缺点是位置r（t＋δt）需要通过（δt2）与2r（t）和r（t-δt）两项的差相加得到，降低计算精度；其速度计算为二级近视，坐标却达四级近视，相差两个近视等级；另外一个是其坐标和速度的计算数据没有关联，每一时间的速度计算都滞后于坐标计算，且精度比较高.2.2 速度Verlet算法（velocity Verlet algorithm)Swope提出的速度Verlet算法[11]可以同时给出位置、速度与加速度，且不消耗精度，是Verlet算法的改进形式.其推导过程如下：已知又将式（6）代入式（5）可得：即速度Verlet算法具有以下优点：可以同时进行坐标r（t＋δt）和速度v（t＋δt）计算，并且精度也相同；适合（rN，vN）轨迹作用的粒子体系.2.3 蛙跳算法（Leap-frog algorithm）Hockney提出的蛙跳算法[12]，是由Verlet算法演变而得到的算法.蛙跳算法相比Verlet算法有2个优势：①它带有显速度项；②它无需计算两个较大的量2r（t）和r（t-δt）的差，减小计算量的同时也减小误差.但它也有一个明显的缺点：位置坐标r（t+δt）和速度不能同步，即系统中各个粒子的位置确定下来之后，系统的势能才随之确定，但却不能计算出这个时刻系统的动能对总能量的贡献.2.4 Beeman算法Beeman算法[13]是由Beeman提出的一种与Verlet算法相类似的算法，是另一种运用较为广泛的算法：其优点是在准确性一致时可以引用较长积分步长；缺点是储存量较大.2.5 Rahman算法Rahman算法[14]是Rahman首次采用的一种积分方法，它属于预测—校正算法的变通形式，尽管Rahman算法求解运动方程能得到较为准确的解，但缺点是计算量大，耗时长，现在使用很少.即使是现代的巨型计算机，MD方法还是只能用于模拟几百到几千粒子数的体系，这就值得我们思考：如何用少量粒子体系来模拟宏观体系，周期性边界条件的引入很好地解决了这个问题[15].周期性边界条件为各个方向上原胞的影像提供周期性的排列，使得我们可以模拟少量粒子的体系来研究宏观物质的宏观性质.在体系中通常采用“最小影像”约定处理粒子与粒子之间的相互作用，即一个粒子与其他无穷重复的MD模拟基本计算原胞中的另外N-1个（假设基本原胞中有N个粒子）粒子中的每个粒子或其最邻近影像粒子发生相互作用.但并非所有体系都适用于周期性边界条件，有必须用到周期性边界条件的体系，当然也有必须用到非周期性边界条件的体系，比如自带边界条件的液滴和团簇；也有一些可能需要用到非周期性边界条件的体系，如非均匀体系或处在非平衡的系统.MD模拟过程中的粒子因为受力而不停的运动，原子受到的力与其所在的空间位置有着直接的关系，用于表达两者的密切关系具体数学公式便是势函数.体系中任何原子的运动都受到势函数的约束，可以说势函数引导着体系微观结构的构成，从而决定模拟对象的宏观性质.所以说在MD模拟中，势函数的选择直接决定着模拟结果的正确与否.目前,分子动力学模拟技术还处于发展时期,存在着势函数数量有限、模拟规模较小、耗时长、模拟模型较简单等问题[16].原子之间的作用势一直是MD模拟的重点难点，但其缓慢的发展在一定程度上制约了MD方法在实际研究中的应用.原子间的相互作用势从最初的对势发展到如今的多体势，对势认为原子间相互作用只存在两两原子之间，与其他原子的位置无关，也不考虑局域内电子的作用效应；多体势发展为其势能不局限于两两原子核之间，原子周边的电子所带有的能量也是体系势能的一部分.而对于实际多原子体系，一个原子的位置变化将会影响其他原子间的有效相互作用，因此，多体势更适合多原子体系.系综是采用统计力学描述系统的统计规律性时引入的一个最基本的概念，它是指在一定宏观条件下，大量性质和结构完全相同的系统的集合.分子动力学引入系综这个概念具有非常重要的意义，因为所有的MD模拟必须在有系综的前提下才能开始.常用的系综有以下3种：1）正则系综，全称为宏观正则系综，简写为NVT.即保持体系的粒子数N，体积V和温度T不变.通常采用热浴法和速度标定法来保持温度的恒定，其中热浴法是NVT系综中最常用的方法，简单来说就是将系统与外界的热源处于热力学平衡状态，而速度标定法则是直接通过标定速度来实现温度的恒定.2）微正则系综，简写为NVE，顾名思义就是保持体系中的粒子数N，体积V和总能量E的不变. NVE系综下的体系被看作是一个孤立的平衡态，与外界没有粒子的交换，也没有能量的交换，体系中的势能和动能随着体系的运动而发生改变，但是它们的总和不会发生改变.通常体系的初始模型的能量是不能被确定的，为了把能量调整至合适的值，必须先进行一定时间的模拟，根据能量的变化进行调节从而确定体系的固定能量值.但在这个过程中，体系可能需要打破已达到的平衡状态，所以必须给予足够的时间满足体系再次建立平衡.3）等温等压系综，简写为NPT，即表示体系具有确定的粒子数N，压强P和温度T.温度的恒定是通过调节系统的速度来实现，然而由于体积V和压力P是共轭量，所以调节压力的恒定更加复杂，目前可采用标度体系的体积和外部热浴法来实现压力的恒定.在模拟得出体系粒子在相空间的运动轨迹后，运用物理统计学原理即可得到体系的结构特点和宏观特性，就冶金熔体的结构分析而言，目前常用的分析方法有：径向分布函数、均方根位移和配位数.6.1 径向分布函数（RDF）RDF表征的是结构的无序化程度，其表达式为：其中，n（r）表示距离原点r到r+Δr之间的平均原子数，模拟体系的体积为V.它所描述的是一个原子周围其他原子的分布情况，反映的是在一个粒子周围（距离r）发现另一个粒子的概率.6.2 均方根位移在MD模拟计算中，体系粒子从计算开始就一直在运动，位置也一直在发生变化.这里把粒子位移平方的平均值定义为均方位移，简写为MSD，其表达公式为：ri（0）和ri（t）分别表示原子i在零时刻和t时刻的位移.根据爱因斯坦的扩散定律，当体系处于液态时，其原子的扩散行为可用均方位移随时间的变化来表示，关系式为MSD=c+6Dt.其中D是扩散系数，c是常数.由公式可看出均方位移的大小与原子的活跃度有关，均方位移越大则表示体系中原子越活跃，体系中的扩散系数也越大.6.3 配位数配位数就是原子的第一近邻原子的个数.配位数的多少表示该原子周围的原子分布的密度大小,它经常在结构分析中用作为一种辅助手段[17].炉渣又称为熔渣，是炼钢过程中产生的，在实际生产中常说：炼钢就是炼渣，所以炼好渣是实现炼钢生产优质、高产、低消耗的重要保证，为此有必要更加深入地了解炉渣的结构性质.很多研究者[18-21]用常规实验方法对一些冶金炉渣的结构模型进行热力学性质的研究，并且也取得很好的进展，但由于熔渣所需的高温环境，难以通过常规实验来更加深入地了解炼钢过程中熔融炉渣的性质，MD模拟的引入恰好可以很好地解决这个问题，而且还能通过计算机图像功能展示熔渣的微观结构.目前在冶金炉渣领域的应用还较少，早些年W.Smith等[22]就对Na2SiO5进行分子动力学模拟，尽管结果分析表明非桥氧的相对分布与核磁共振数据有所差异，但这也为未来的模型计算提供一个非常严格的标准；Sasaki Y等[23-24]为了确定F离子对熔融碱金属硅酸盐（Na2O-NaF-SiO2、Na2ONaF-Al2O3-SiO2）体系影响，对其进行分子动力学模拟，证实F取代O增强了体系（Na2O-NaF-SiO2）的聚合度,而在体系（Na2O-NaF-Al2O3-SiO2）中随着NaF的增加铝氧四面体增加，证实NaF可以当做铝四面体连接的网格修饰子，但对Si四面体没用；张毅刚等[25]运用MD方法研究Mg2SiO4在高温高压下条件下的黏滞度，在压力为135 GPa和温度达到5 595 K时，熔体的黏滞度与温度成反比；邓莉等[26]对高温高压下的MgSiO3熔体做了相应的研究，他们指出随着压力的不断增加，原子间的平均配位数随之增加，熔体结构变得更加致密，而Si-O多面体结构逐渐过渡为相对稳定的Si-O八面体结构；吴永全等[27-31]利用MD方法对硅酸盐炉渣体系（CaO-Al2O3、CaO-SiO2、Al2O3-SiO2和CaO-Al2O3-SiO2）做了一系列的研究，并且与高温拉曼检测结果做了对比分析.研究表明，常压下Si、Al在炉渣中主要以和四面体的结构形式存在，而且四面体稳定性比四面体要好.Si、Al在硅酸盐熔体中主要起网格形成子的作用，而Ca是典型的网格修饰子，主要起破坏网格的作用，氧除了存在于桥氧、非桥氧中，还发现少量不稳定的自由氧，并且还得到3类氧之间的平衡关系四面体结构中Si-O键长和键角等有关数据；肖建平[32]对不同组成成分的钒渣体系（FeO-V2O3、FeO-V2O3-SiO2和FeO-V2O3-TiO2）进行研究，结果表明随着温度的降低FeO-V2O3体系中发现了长程有序结构.对体系FeO-V2O3、FeOV2O3-TiO2和FeO-V2O3-SiO2中的键角和配位数的结合分析可得Fe-O呈四面体配位，V-O为八面体配位.另外还得出往FeO-V2O3渣系中加入SiO2会使得粒子的扩散系数变大；张燮[33]运用第一性原理、Mulliken电荷分析以及曲线拟合的方法对 FeOSiO2-V2O3三元渣建立一套新的势参数，对体系在不同组成和温度下进行MD模拟，并且通过统计力学方法建立渣中各离子和熔渣黏度与结构之间的关系，从而实现对渣中离子系数与剪切黏度的计算；张国莹等[34]在固定成分Al2O3/SiO2=3/2的情况下，利用MD模拟不同比例含量的Na2O对Na2O-Al2O3-SiO2体系结构的影响，结果表明当Na+含量较高时，其本身可以当作起解聚网络作用的网络修饰子；王明国[35]运用MD模拟Fe2O3含量的变化对Ca∶Al∶Si比例为1∶1∶3的CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3体系结构的影响，研究表明体系中的Fe3+难以形成[FeO4]结构存在于网络结构中，因为在与O2-的结合能力上Si4+和Al3+要比Fe3+更强.另外，在体系中还发现三配位氧的存在，其产生主要是因为体系中的阳离子对O2-的争夺；Ting WU等[36]还利用分子动力学模拟方法研究CaO-SiO2和CaO-Al2O3体系微观结构和运输性质，并分析两者之间的关系.研究表明CaO在体系中起解聚作用，随着CaO含量的增加，熔体的结构被解聚，使得熔体的黏度降低和电导率增强.从上述研究证实MD模拟在冶金炉渣结构的研究是很有意义的，通过分子动力学计算机模拟，越来越多的微观结构信息被挖掘，同时对微观结构性质了解也有助于我们对宏观性质的理解.尽管目前MD模拟在冶金炉渣方面的应用比较少，但随着钢铁冶金技术和计算机模拟的发展，两者的交集必然会越来越多.式.除此之外还计算得到了分子动力学模拟在冶金炉渣结构中应用已经取得不错的进展，研究从微观角度描述熔渣的结构演变，从而构建沟通炉渣微观和宏观性质的桥梁.在分子动力学模拟过程中，最重要的因素是体系的初始构象以及势函数的选取，初始构象由前人对熔渣体系的理解以及大量的模拟实验给出，而势函数是整个模拟的关键，它的选取直接决定着模拟结果的准确性，不同的势函数也有不同的适用范围.在势参数上，目前大多势参数还是采用经验参数，然而非经验参数的准确性比经验参数有优势，但它在拟合计算时比较麻烦.所以找到一个在冶金熔渣上模拟精确又不复杂的势函数将会是一个研究的热点.就目前的炉渣结构模拟而言，体系还是相对比较简单.但实际炉渣的组成和结构远比目前研究的要复杂，很多稀少但活跃的元素并没有被列为研究的对象，但它们的存在对渣的性能有极大的影响.另一方面，目前的分子动力学模拟技术只能模拟几百到几千个原子的体系，这对那些多组成成分的复杂体系的计算也将是个挑战.故分子动力学计算机模拟技术的突破和多组成成分的复杂体系的模拟研究也将是从事炉渣模拟研究工作者的一个重要的研究方向.【相关文献】[1]ALDER B J,WAINWRIGHT T E.Phase transition for a hard sphere system[J].Journal of Chemical Physics,1957,27(5):1208-1209.[2]LEES A W,EDWARDS S F.The computer study of transport processes under extreme conditions[J].Journal of Physics C Solid State Physics,2001,5(15):1921-1928.[3]GILLAN M J,DIXON M.The calculation of thermal conductivities by perturbed molecular dynamics simulation[J].Journal of Physics C Solid State Physics,2000,16(5):869-878. 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转炉提取钒渣热力学分析
1.3.1提钒热力学动力学分析1 提钒热力学原理氧气顶吹转炉提钒工艺是一种在含钒铁水进入炼钢转炉之前,先将铁水中的钒氧化成钒渣并从铁水中分离出来的铁水预处理工艺,也称之为火法提钒一般不加造渣剂,可根据熔池反应温度加入适量冷却剂。
在向熔池吹氧气,使铁水中的钒氧化成V2O5过程中,铁水中的Si、Ti、Mn 等元素也被氧化,其氧化产物一起进入渣相,从而获得钒渣。
铁水提钒的主要任务是将铁水中的钒最大限度地氧化成V2 O5 ,以作为铁合金厂冶炼钒铁及工业生产用V2 O5的原料【16~18】。
多数学者认为,在V- O 体系中存在的主要氧化物有: V2O5 ,V2O4 ,V2O3和VO2 ,其标准生成自由能为：2V(s)+O2(g)=2VO(s) (1500~2000K) （1.1）△G1= -803328+148.78 TJmol-14/3V(s)+O2(g)=2/3VO(s)(1500~2000K) （1.2）△G2= -800538+150.624 TJmol-1V(s)+O2(g)=1/2V2O4(s) , (1500~1818K) （1.3）△G3= -692452+148.114 TJmol-14/3V(s)+O2(g)=2/5V2O5(s) , (1500~2000K) （1.4）△G4= -579902+126.91 TJmol-1这些氧化物的氧势图如图1 所示。
从图1 可以看出,钒的氧化物其稳定性顺序为VO> V2O3 > V2O4 > V2O5 。
图1 钒氧化物的氧势图从热力学角度来看，钒的氧化反应主要是间接反应，即2[V]+3FeO=（V2O3）+3[Fe] （1.5）但是从各种元素氧化反应的自由能变化来看，钒与碳之间存在着选择性氧化的问题，即控制“脱钒保碳”的转化温度。
2/3[V]+ CO g=1/3（V2O3）+[C] （1.6）△Gе=-250170+153.09Tе转△G=△Gе+RTlnK=△Gе+RT转ln[（a C×a1/3V2O3）/（a2/3V×P co）]【19】（1.7）当△Gе=0时，即-250170+153.09Tе转=0时，碳和钒的氧化顺序开始改变。
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》范文
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》篇一一、引言钒微合金钢是一种高强度、高韧性的结构材料，具有优良的加工性能和力学性能，在众多领域得到广泛应用。
对其热变形行为及相变动力学的深入研究，有助于更好地理解其加工过程中的组织演变和性能变化，为实际生产提供理论依据。
本文将针对钒微合金钢的热变形行为及相变动力学进行详细研究。
二、钒微合金钢的热变形行为1. 实验材料与方法实验所采用的钒微合金钢为特定成分的合金钢，通过真空感应熔炼制备而成。
采用金相显微镜、扫描电镜等手段对材料进行组织观察，同时利用热模拟试验机进行热变形实验。
2. 热变形行为特征钒微合金钢在热变形过程中，其流变应力随温度和应变速率的变化而变化。
在高温低应变速率条件下，流变应力较小，材料易于发生塑性变形；而在低温高应变速率条件下，流变应力较大，材料难以发生塑性变形。
此外，钒微合金钢的热变形行为还受到合金元素、晶粒大小等因素的影响。
3. 热变形机制钒微合金钢的热变形机制主要包括晶界滑移、位错滑移和再结晶等过程。
在高温条件下，晶界滑移和位错滑移是主要的变形机制；而在低温条件下，再结晶过程对材料的热变形行为具有重要影响。
此外，钒元素的加入对热变形机制也具有显著影响。
三、钒微合金钢的相变动力学研究1. 相变过程及特点钒微合金钢在加热或冷却过程中，会发生相变。
相变过程主要受到温度、时间、合金元素含量等因素的影响。
在加热过程中，材料会经历奥氏体化、析出相的形成等过程；在冷却过程中，会发生珠光体、贝氏体等组织的转变。
2. 相变动力学模型为了研究钒微合金钢的相变动力学，建立了相应的相变动力学模型。
模型主要包括奥氏体化动力学模型、析出相生长动力学模型等。
通过对实验数据的拟合和分析，可以确定模型的参数，进而描述相变过程的动力学特征。
3. 相变对组织与性能的影响钒微合金钢的相变对其组织与性能具有重要影响。
不同的相变过程会导致材料组织的变化，进而影响材料的力学性能、加工性能等。
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》篇一一、引言钒微合金钢因其良好的力学性能和加工性能在多个工程领域得到广泛应用。
对钒微合金钢的热变形行为及相变动力学的研究，不仅有助于了解其组织演变过程和力学性能，也有助于提高材料在生产加工中的质量和效率。
本文旨在探讨钒微合金钢的热变形行为及其相变动力学，以期为实际生产提供理论依据。
二、钒微合金钢的组成与性质钒微合金钢的组成元素主要为铁、碳、钒以及其他微量合金元素。
这些元素的分布、配比等特性直接影响其性能和加工效果。
其组织结构和性质不仅决定了其在工程中的应用范围，而且也影响其热变形行为及相变动力学的研究。
三、热变形行为研究（一）热变形过程钒微合金钢的热变形过程主要涉及材料在高温下的塑性变形行为。
这一过程受温度、应变速率、应变量等因素的影响，这些因素的变化将导致材料内部组织结构的改变，从而影响其力学性能。
（二）热变形行为的影响因素1. 温度：温度是影响钒微合金钢热变形行为的关键因素。
随着温度的升高，材料的塑性变形能力增强，但过高的温度可能导致晶粒长大，降低材料的力学性能。
2. 应变速率：应变速率的大小直接影响材料的热变形行为。
应变速率过大可能导致材料内部的应力集中，产生裂纹；而过小的应变速率可能使材料的塑性变形不充分。
3. 应变量：应变量反映了材料的塑性变形程度。
过大的应变量可能导致材料产生不均匀的晶粒尺寸和形态，从而影响其力学性能。
四、相变动力学研究（一）相变过程钒微合金钢的相变过程主要涉及材料在加热或冷却过程中的组织转变。
这一过程受加热速度、温度及合金元素的影响，可能产生多种组织结构，如珠光体、贝氏体等。
（二）相变动力学的关键因素1. 加热速度：加热速度决定了材料达到特定温度所需的时间，从而影响其组织转变的速度和程度。
2. 温度：温度是影响相变的关键因素，不同的温度可能导致不同的组织结构形成。
3. 合金元素：钒等合金元素的加入可能改变材料的相变过程和相变产物，从而影响其性能。
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》范文
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》篇一一、引言钒微合金钢作为一种重要的金属材料，具有优异的力学性能和工艺性能，广泛应用于汽车、机械制造、建筑等多个领域。
其热变形行为及相变动力学研究对于理解其加工性能、优化工艺参数以及提高产品质量具有重要意义。
本文旨在研究钒微合金钢的热变形行为及相变动力学，为实际生产提供理论依据。
二、钒微合金钢的热变形行为1. 热变形过程钒微合金钢的热变形过程涉及多个物理和化学过程，包括晶格变化、原子扩散、相变等。
在高温下，材料内部原子活动能力增强，容易发生形变。
同时，钒元素的加入会改变材料的组织结构，影响其热变形行为。
2. 热变形机制钒微合金钢的热变形机制主要包括晶界滑移、位错运动和再结晶等。
在高温下，晶界滑移和位错运动是主要的形变机制，而随着温度降低和应变速率增加，再结晶过程逐渐成为主导。
此外，钒元素的加入会促进再结晶过程的发生，提高材料的加工性能。
三、相变动力学研究1. 相变过程钒微合金钢在热处理过程中会发生相变，主要包括奥氏体向铁素体和碳化物的转变。
相变过程中，材料的组织结构发生变化，导致其力学性能和工艺性能的改变。
2. 相变动力学模型为了研究钒微合金钢的相变动力学，需要建立相应的相变动力学模型。
通过实验测定不同温度和时间下的相变程度，可以得到相变动力学的相关参数。
常见的相变动力学模型包括JMAK模型、Lassik模型等。
通过对比不同模型的预测结果，选择合适的模型来描述钒微合金钢的相变行为。
四、实验方法与结果分析1. 实验方法采用高温热模拟试验机对钒微合金钢进行热变形实验，通过改变温度、应变速率和形变量等参数，研究其热变形行为。
同时，进行不同温度和时间下的热处理实验，观察其相变过程。
利用金相显微镜、扫描电镜等手段观察材料的组织结构变化。
2. 结果分析根据实验结果，分析钒微合金钢的热变形行为和相变动力学特性。
通过绘制应力-应变曲线、组织结构图等图表，直观地展示材料的热变形过程和相变过程。
《2024年钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》范文
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》篇一一、引言钒微合金钢作为一种重要的金属材料，在工程和制造业中广泛应用。
其独特的机械性能、焊接性能以及抗腐蚀性等优点使其成为诸多行业的首选材料。
对于钒微合金钢的热变形行为及相变动力学的研究，对于其生产、加工和性能优化具有重大意义。
本文将对钒微合金钢的热变形行为和相变动力学进行深入研究，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、钒微合金钢的热变形行为研究1. 热变形行为概述钒微合金钢的热变形行为是指在高温下，材料在受到外力作用时发生的塑性变形过程。
这一过程涉及到材料的微观结构、力学性能以及热力学性质等多个方面。
研究钒微合金钢的热变形行为，有助于了解其加工过程中的变形机制和力学行为，为优化加工工艺提供理论依据。
2. 热变形行为实验方法通过高温拉伸实验、压缩实验等方法，研究钒微合金钢在不同温度、应变速率下的热变形行为。
实验过程中，需要记录材料的应力-应变曲线、变形抗力等数据，以便分析材料的热变形行为。
3. 热变形行为分析根据实验数据，分析钒微合金钢的热变形行为特点。
通过绘制真应力-真应变曲线，观察材料的流动应力变化规律。
此外，还需要考虑温度、应变速率等因素对材料热变形行为的影响，以便为优化加工工艺提供指导。
三、钒微合金钢的相变动力学研究1. 相变动力学概述相变动力学是研究材料在加热或冷却过程中，其组织结构和性能发生变化的科学。
对于钒微合金钢而言，相变过程对其力学性能和微观结构具有重要影响。
因此，研究钒微合金钢的相变动力学，有助于了解其组织演变规律和性能优化途径。
2. 相变动力学实验方法通过差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射（XRD）等实验手段，研究钒微合金钢在加热和冷却过程中的相变行为。
通过分析相变过程中的热力学参数和微观结构变化，揭示相变动力学机制。
3. 相变动力学分析根据实验结果，分析钒微合金钢的相变过程及相变产物。
通过绘制相图，揭示不同温度和应变速率下的相变规律。
钒渣直接合金化的反应动力学
钒渣直接合金化的反应动力学钒渣是一种含有大量钒元素的废弃物，通常是从钢铁冶炼过程中产生的。
由于其含有大量的钒元素，因此钒渣可以被用来制备高强度、高耐腐蚀性的合金材料。
钒渣直接合金化是一种将钒渣与其他金属原料直接混合并进行冶炼的方法，以制备高品质的合金材料。
本文将探讨钒渣直接合金化的反应动力学。
反应动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。
在钒渣直接合金化的过程中，反应动力学是非常重要的，因为它可以帮助我们了解反应速率和反应机理，从而优化反应条件，提高合金材料的质量和产量。
钒渣直接合金化的反应动力学可以分为两个阶段：物理混合和化学反应。
在物理混合阶段，钒渣和其他金属原料被混合在一起，形成一个均匀的混合物。
在化学反应阶段，混合物被加热到高温，以促进化学反应的发生。
在这个阶段，钒渣中的钒元素与其他金属原料中的元素发生反应，形成合金材料。
在钒渣直接合金化的过程中，反应速率是非常重要的。
反应速率可以通过反应速率常数来描述，反应速率常数是一个反应速率和反应物浓度的函数。
反应速率常数越大，反应速率越快。
在钒渣直接合金化的过程中，反应速率常数受到许多因素的影响，包括温度、反应物浓度、反应物的物理状态和反应物的化学性质等。
温度是影响反应速率的最重要因素之一。
在钒渣直接合金化的过程中，反应速率随着温度的升高而增加。
这是因为温度升高会增加反应物的分子动能，从而促进反应的发生。
此外，温度升高还会改变反应物的物理状态和化学性质，从而影响反应速率。
反应物浓度也是影响反应速率的重要因素之一。
在钒渣直接合金化的过程中，反应速率随着反应物浓度的增加而增加。
这是因为反应物浓度的增加会增加反应物之间的碰撞频率，从而促进反应的发生。
反应物的物理状态和化学性质也会影响反应速率。
在钒渣直接合金化的过程中，反应物的物理状态和化学性质会影响反应物之间的相互作用和反应机理。
例如，反应物的粒度和形状会影响反应物之间的碰撞频率和反应机理。
钒渣直接合金化的反应动力学是一个复杂的过程，受到许多因素的影响。
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》
《钒微合金钢的热变形行为及相变动力学研究》篇一一、引言随着现代工业技术的飞速发展，钢铁作为基础性工程材料，其性能和应用范围持续拓宽。
钒微合金钢作为高性能钢的一种，其优良的力学性能和工艺性能备受关注。
而研究钒微合金钢的热变形行为及相变动力学，不仅有助于深入理解其微观组织和性能之间的关系，还可以为钒微合金钢的加工和优化提供理论支持。
二、钒微合金钢的热变形行为1. 热变形基本原理钒微合金钢的热变形行为主要涉及材料在高温下的塑性变形过程。
这一过程受到温度、应变速率和变形程度等因素的影响。
热变形过程中，钢的微观组织（如晶粒、相组成等）会发生变化，从而影响其宏观性能。
2. 实验方法与结果通过高温拉伸实验，可以研究钒微合金钢的热变形行为。
实验中，通过改变温度、应变速率和变形程度等参数，观察钢的力学性能变化。
结果表明，钒微合金钢的热变形行为具有明显的温度依赖性和应变速率敏感性。
三、相变动力学研究1. 相变基本原理钒微合金钢的相变是指其在加热或冷却过程中，由于温度的变化，其内部组织结构发生的转变。
相变过程中，钢的微观组织发生变化，从而影响其力学性能和物理性能。
2. 实验方法与结果通过差热分析（DSC）和金相观察等方法，研究钒微合金钢的相变动力学。
实验结果表明，钒微合金钢在加热和冷却过程中，会发生多种相变，如奥氏体相变、贝氏体相变等。
这些相变过程受到温度、时间和钒元素含量的影响。
四、影响热变形行为及相变的因素1. 温度的影响温度是影响钒微合金钢热变形行为及相变的关键因素。
在较高的温度下，钢的塑性变形能力增强，有利于热变形过程的进行；而在较低的温度下，相变过程更容易发生，但可能导致塑性降低。
2. 应变速率的影响应变速率也会影响钒微合金钢的热变形行为和相变过程。
较高的应变速率可能导致材料在热变形过程中产生较大的内应力，从而影响其组织和性能。
3. 钒元素含量的影响钒元素作为合金元素，对钒微合金钢的热变形行为和相变过程具有重要影响。
熔融钒渣纯氧氧化钙化提钒
熔融钒渣纯氧氧化钙化提钒宋文臣;李宏;朱福兴;李昆;郑权【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2014(000)008【摘要】在实验室条件下对熔融态钒渣直接氧化钙化提钒新工艺进行研究。
在反应过程中利用纯氧氧化，CaO作为添加剂，硫酸浸出熟料。
采用XRD、XPS、SEM 及 EDS等手段对钒渣熟料进行分析，考察不同CaO/V2O5质量比与硫酸浓度对熟料中钒浸出的影响，并与现行焙烧工艺在能耗方面进行对比。
结果表明：钒渣熟料中形成了钒的富集相，钒渣的氧化钙化产物主要为CaV2O5和Ca2V2O7，并对钒酸钙的形成机理进行了阐释;XRD和XPS分析得出熔渣中钒的氧化反应在供氧充足的情况下存在一定限制，CaO的增加能促进五价钒在熔渣中的稳定;在优化的实验条件下(CaO/V2O5质量比0.6，粒度120~150μm，浸出时间2 h，浸出温度90°C，液固比5：1 mL/g， H2SO4浓度20%，搅拌强度500 r/min)，钒的浸出率能达到90%;能耗计算得到每处理1000 kg钒渣，利用新工艺可以节约能量1.85×106 kJ。
实验与计算结果验证新工艺是一种节能减排的提钒手段。
%A novel process of vanadium extraction from vanadium slag in its molten state was conducted at the laboratory scale by oxidation with pure oxygen in the presence of CaO. The effect of mass ratio of CaO to V2O5 on the recovery of vanadium was studied. The sintered samples were leached byH2SO4 solution and characterized by XRD, XPS, SEM and EDS techniques. Compared with the roasting process, the energy saving effect of the proposed process was also discussed. The results showed that vanadium-rich phases were formed and vanadium mainly existed in the forms of CaV2O5 and Ca2V2O7. The formation mechanism of calcium vanadates in the molten vanadium bearing slag was explained. The XRD and XPS results implied that there was a limit to the oxidation reaction of V(IV) to V(V) under the high temperatures even though oxygen-supply was sufficient. An increase in the CaO content led to an increase in the formation ofCa2V2O7. About 90%of the vanadium recovery was obtained under optimal experiment conditions (mass ratio of CaO to V2O5 of 0.6, particle size 120 to 150μm, leaching temperature 90 °C, leaching time 2 h, H2SO4 concentration 20%, liquid to solid ratio 5:1 mL/g, stirring speed 500 r/min). The energy of 1.85×106 kJ could be saved in every 1000 kg of vanadium bearing slag using the proposed process from the theoretical calculation results. Recovery of vanadium from the molten vanadium bearing slag and utilisation of its heat energy are important not only for saving metal resources, but also for energy saving and emission reduction.【总页数】8页(P2686-2693)【作者】宋文臣;李宏;朱福兴;李昆;郑权【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083; 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083; 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083;攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室，攀枝花 617000;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083; 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083; 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钒化合物的设计合成、结构解析与性能研究的开题报告
钒化合物的设计合成、结构解析与性能研究的开题报告题目：钒化合物的设计合成、结构解析与性能研究一、研究背景与目的钒化合物是一类具有多种物理化学性质的化合物，具有广泛应用前景。
例如，钒化物可以作为储能材料、电极材料、光催化剂等。
目前，钒化合物的研究主要集中在材料的合成和行为的分析上。
然而，很多钒化合物的结构、性质及其与基体材料的相互作用还未得到深入的研究。
因此，本研究旨在设计和合成新的钒化合物，并通过结构解析和性能研究，探究它们的化学结构、电学性质、光学特性等方面的变化，为相关应用领域的发展提供新的思路和展望。
二、研究内容1. 钒化物的设计与合成：选择不同的基体材料和反应条件，通过化学反应合成多种钒化合物，并探究不同合成方法的优缺点。
2. 结构解析：通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等多种手段，对钒化物的微观结构和晶体结构进行分析和解析，探究不同合成方法对钒化物晶体结构的影响。
3. 性能研究：利用电学性能测试、光学性质测试等方法，研究钒化物的电学和光学性质，探究结构和性能之间的关系，寻求应用的可能性。
三、研究意义本研究通过对钒化合物的设计合成、结构解析及性能研究，有以下几个方面的意义：1. 为理解钒化合物结构与性能之间的联系提供新的思路和实验基础，为材料设计和应用提供指导。
2. 探索新的储能材料和光催化材料的设计与制备方法，为研发高效的储能器和光催化剂提供技术支持。
3. 丰富相关领域的知识储备，拓展学术研究的领域和深度，有利于相关领域的交叉发展。
四、研究方案1. 钒化物的设计与合成：选择不同的基体材料和反应条件，通过化学反应合成多种钒化合物。
其中，基体材料包括氧化物、硫化物、氮化物、卤化物等，反应条件包括高温等离子体反应、气相反应、溶液反应等。
优化反应条件，提高合成产率和纯度，确保样品的稳定性和可重复性。
2. 结构解析：通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等多种手段，对钒化物的微观结构和晶体结构进行分析和解析。
一种绝废钒渣的熔分处理方法、钒渣以及五氧化二钒
⼀种绝废钒渣的熔分处理⽅法、钒渣以及五氧化⼆钒（19）中华⼈民共和国国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公布号
CN108441638A
（43）申请公布⽇ 2018.08.24（21）申请号CN201810275327.8
（22）申请⽇2018.03.29
（71）申请⼈攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
地址617000 四川省攀枝花市东区桃源街90号
（72）发明⼈⼽⽂荪;周遵传;卓钧;李龙
（74）专利代理机构北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理⼈王焕
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
⼀种绝废钒渣的熔分处理⽅法、钒渣以及五氧化⼆钒
（57）摘要
本发明提供⼀种绝废钒渣的熔分处理⽅
法、钒渣以及五氧化⼆钒，属于绝废钒渣回收利
⽤技术领域。
包括：将绝废钒渣破碎处理⾄绝废
钒渣细料；将绝废钒渣细料与促熔剂加⼊到熔融
的恒温铁⽔中，熔分熔融处理，⾦属铁完全熔融
后按先后顺序倒出铁⽔与钒渣，钒渣冷却⾄
0?40℃后破碎成钒渣微粒。
本发明具有操作简单
易⾏，钒渣熔分效果好，⽣产成本低的特点，绝
废钒渣中钒渣和铁均得到有效回收。
钒渣浸出过程的热力学和动力学研究现状
钒渣浸出过程的热力学和动力学研究现状邹建新【摘要】综述了石煤提取五氧化二钒过程中焙烧渣酸浸过程热力学以及酸浸、水浸、碱浸过程动力学的研究进展.探讨了钒在水溶液中的聚集状态.分析了含钒伊利石、高岭石、赤铁矿的溶解反应及其平衡常数等问题.评价了钠化焙烧渣水浸动力学、焙烧渣酸浸动力学、空白焙烧渣碱浸动力学等问题.对焙烧渣煅烧过程热力学与机理研究进行了展望.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2018(050)012【总页数】5页(P5-8,36)【关键词】钒渣;五氧化二钒;浸出;热力学;动力学【作者】邹建新【作者单位】钒钛资源综合利用四川省重点实验室,四川攀枝花617063;成都工业学院材料工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ135.11石煤是中国重要的提钒资源，仅次于钒钛磁铁矿。
石煤经回转窑煅烧产生的焙烧渣经浸出提取五氧化二钒的过程是影响钒收率的关键工序。
按浸出剂的种类来划分，石煤提钒浸出方式可分为水浸、酸浸、碱浸3种。
按酸的种类来划分，酸浸又包含硫酸、硝酸、盐酸等浸出方式；按碱的种类来划分，碱浸又包含氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢铵等浸出方式。
由于酸浸可将不溶于水的钒酸盐［如Fe（VO3）3、Fe（VO3）2、Mn（VO3）2、Ca（VO3）2 等］浸出，所以酸浸浸出率一般明显超过水浸浸出率［1-2］。
为提升石煤提钒焙烧渣的浸出率，深入研究其物理化学过程十分必要。
笔者对石煤提钒焙烧渣酸浸V2O5过程热力学以及酸浸、水浸、碱浸过程动力学的研发进行了综述，并对浸出过程进行了展望。
1 石煤焙烧渣酸浸V2O5过程热力学石煤煅烧过程生成的V2O5、V2O4微溶或者不溶于水，但能溶于酸，在酸浸反应中分别生成VO2+与VO2+后进入溶液体系。
煅烧过程生成的Fe（VO3）3、Fe （VO3）2、Mn（VO3）2、Ca（VO3）2 等不溶于水的钒酸盐，在酸浸过程中均可生成稳定的VO2+而存在于溶液中［3-4］。
钛渣熔体结构及传输性质分子动力学模拟研究进展
钛渣熔体结构及传输性质分子动力学模拟研究进展姚明灿;付芳忠;胡金;严康;范鹤林;王瑞祥;徐志峰【期刊名称】《有色金属（冶炼部分）》【年(卷),期】2024()6【摘要】高品位钛渣(TiO_(2)含量≥90%)的高效制备不仅是高品质钛产品生产的关键,而且已成为我国钛冶金行业发展的迫切需要。
钛铁矿还原熔炼过程钛渣熔体传输性质的调控是实现高品位钛渣高效制备的关键。
国内外学者采用分子动力学模拟的方法,开展钛渣熔体结构演变及传输性质的研究,取得了显著的进展,证实了分子动力学模拟的方法在钛渣熔体研究中的有效性。
分子动力学模拟的方法在研究钛渣熔体结构和性质方面具有显著的优势,不但能考察钛渣熔体结构参数、传输性质及相关微观细节,而且不受试验条件(高温、高腐蚀性、高化学活性)的限制。
通过分子动力学模拟能够获取钛渣熔体丰富的结构信息和重要的传输性质,避免了钛渣熔体结构及物理性质试验测试中存在的难题。
最后,结合冶金熔体成分和结构的复杂性,总结存在的问题,对分子动力学模拟在熔体结构及传输性质研究中的应用进行了展望。
【总页数】13页(P30-41)【作者】姚明灿;付芳忠;胡金;严康;范鹤林;王瑞祥;徐志峰【作者单位】江西理工大学冶金工程学院;江西理工大学绿色冶金与过程强化研究所;江西应用技术职业学院【正文语种】中文【中图分类】TF823【相关文献】1.Na20-- A1203 -- SiO2微晶玻璃体系熔体结构的分子动力学模拟2.硅酸钙熔体局域结构的经典分子动力学模拟与结构热力学模型的比较3.分子动力学模拟技术及其在金属熔体结构研究中的应用4.AlF3对冰晶石熔盐体系结构与性质影响的分子动力学模拟研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
熔融钒渣钙化及酸浸过程动力学研究
熔融钒渣钙化及酸浸过程动力学研究瞿金为;董文霞;翁小影;豆志河;马娜【期刊名称】《有色金属工程》【年(卷),期】2024(14)3【摘要】针对现有转炉钒渣钙化工艺中存在流程长和能耗高的弊端,直接利用转炉中熔融钒渣的热量,在分离出半钢后,向熔融钒渣中加入氧化钙,使含钒物相发生钙化转型生成易溶于酸的钒酸钙。
由Factsage8.1软件计算得到熔融钒渣可能发生的化学反应的热力学结果。
研究过程中采用XRF、ICP、XRD和SEM/EDS等技术进行表征。
XRD结果表明,随着CaO添加量的增加,熔融钒渣中逐渐形成CaV_(2)O_(5)、Ca_(7)V_(4)O_(17)、CaVO_(3)和Ca_(3)V_(2)O_(8)。
当CaO添加过多后,也会形成Ca_(2)SiO_(4)和CaTiO_(3),这些物相会包裹部分钒,降低钒的浸出率。
而后对钙化钒渣进行了酸浸提钒试验,考察了钒渣粒度、浸出温度、酸浓度和液固比对钒浸出率的影响,动力学计算结果可知,酸浸过程的表观活化能为11.56 kJ/mol,表明钙化钒渣的酸浸反应为内扩散控制。
【总页数】12页(P70-81)【作者】瞿金为;董文霞;翁小影;豆志河;马娜【作者单位】贺州学院广西碳酸钙资源综合利用重点试验室;东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点试验室;武汉科技大学国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点试验室【正文语种】中文【中图分类】TF841.3;TF111【相关文献】1.钙化焙烧-酸浸提钒过程中含钒物相结构及其演变规律研究2.用熔融还原的方法从浸钒渣中提镓——碳饱和情况下的熔融还原过程3.用熔融还原的方法从浸钒渣中提镓——碳不饱和情况下的熔融还原过程4.钒铬渣氧化钙化焙烧-酸浸提钒实验研究5.不同钙化剂对高钒渣酸浸提钒的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
熔融钒渣析晶调控高效提钒机理
熔融钒渣析晶调控高效提钒机理翟婷好;王玲;马保中;张晴;王成彦【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2024(34)2【摘要】基于熔融钒渣在不同冷却制度下导致钠化焙烧-水浸工艺提钒率波动大的问题,本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM+EDS)及电子探针(EPMA)等表征方法,研究熔融钒渣中钒的析出及钒尖晶石结晶特征对钒提取率的影响,并深入探讨了析晶调控高效提钒机理。
结果表明:熔融钒渣的水淬温度对熔融钒渣中钒的析出率、钒尖晶石结晶粒度及钒渣钠化焙烧-水浸过程钒物相转化率及浸出率影响显著。
在熔融钒渣降温过程中,1400~900℃为尖晶石快速成核生长期,900℃水淬后,钒基本完成从液相向尖晶石固相中的迁移,结晶相以钒铁尖晶石为主,其中钒呈均匀分散状态;900℃后,尖晶石生长变缓,并以钛铁尖晶石沿钒尖晶石边缘析出为主,尖晶石内部仍呈现钒的“中心聚集效应”。
对1400℃、900℃和400℃水淬钒渣(Water-quenched vanadium slag,WQVS)分别进行钠化焙烧-水浸试验,水淬钒渣粒度小于0.15mm,m(Na_(2)CO_(3))∶m(NaCl)∶m(WQVS)=10∶3∶100,焙烧温度为780℃,焙烧时间为200 min。
将焙烧产物磨细至粒度小于0.18 mm后80℃水浸,浸出时间为45 min,钒浸出率分别为75.15%、95.09%和78.78%。
这表明将熔融钒渣缓冷至900℃水淬可有效提高钠化焙烧-水浸工艺的钒提取率,并同时提高生产效率。
【总页数】12页(P537-548)【作者】翟婷好;王玲;马保中;张晴;王成彦【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TF841.3【相关文献】1.熔融钒渣直接提钒新工艺2.熔融钒渣纯氧氧化钙化提钒(英文)3.钒钛渣熔融钠化提钒研究4.熔融态高钙高磷钒渣氧化钠化—水浸提钒因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
熔融NaF的分子动力学模拟研究
熔融NaF的分子动力学模拟研究
张静;程兆年
【期刊名称】《科技通讯（上海）》
【年(卷),期】1991(000)003
【摘要】本文用分子动力学方法对熔融NaF进行了计算机模拟研究。
离子间相互作用势采用两种形式。
其一是Fumi-Tosi(FT)势;其二是不计入Vander Waals引力的FT势(记为FT′),计算了径向分布函数以及Na^+,F^-的自扩散系数。
计算结果与实验值很好相符。
计算结果表明,两种势函数给出的模拟结果对径向分布函数和扩散系数无显著影响,但FT势比FT′势有所改善。
【总页数】4页(P39-42)
【作者】张静;程兆年
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O645.4
【相关文献】
1.NaF-NaCl熔融系统的分子动力学模拟 [J], 朱素华
2.熔融ZnCl2结构的分子动力学模拟研究 [J], 程兆年;丁弘;雷雨;陈柳
3.基于密度泛函理论的KF-NaF-AlF3低温电解质体系势参数拟合及分子动力学模拟 [J], 王景坤;国辉;张红亮;李劼
4.KF-NaF-AlF3体系结构性质的分子动力学模拟 [J], 陈应斌;陈金辉;胡博;陈昌;官
朝红
5.NaF—CaF_2熔盐溶液结构的分子动力学模拟研究 [J], 程兆年;郏正明;陈念贻因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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摘要
钒钛磁铁矿是生产钒的主要矿物资源，这些矿石中的钒大都是作为铁的副产物提取的，一般将其冶炼成铁水后，再通过转炉氧化吹炼得到钒渣。
钒渣作为生产钒产品的主要原料，其质量和品位直接影响到后续提取V2O5工艺。
因此，研究随着温度变化钒渣结构的变化以及SiO2、Fe2O3和TiO2等成分对钒渣结构的影响，对了解钒渣中钒铁尖晶石的析出有着非常重要的意义。
本文通过分子动力学模拟方法，对FeO-V2O3、FeO-V2O3-Fe2O3、FeO-V2O3-SiO2、FeO-V2O3-TiO2系熔渣结构进行了计算，获得了各离子对之间的对相关函数、配位数和键角分布等重要结构信息，结合常温下的XRD衍射分析对熔渣中的短程结构进行验证；并通过对各离子均方位移的研究得到了熔渣体系中各种离子的扩散系数。
本文得到如下主要结果：
①.在FeO-V2O3体系中，1673K时Fe-O的第一配位距离在2.05~2.15Ǻ之间，V-O的第一配位距离在2.10~2.15Ǻ之间。
随着温度的降低，各种离子的对相关函数均出现拐点或者第二峰，这说明高温熔体结构会随着温度的降低而有序化。
XRD分析得到Fe-O和V-O键长为2.01Ǻ和2.04Ǻ。
主要物相是常式钒铁尖晶石FeV2O4。
②.在FeO-V2O3-Fe2O3体系中，1673K时Fe-O、V-O和Fe3+-O的第一配位距离在1.90~1.95Ǻ、2.00~2.05Ǻ和1.87~2.01Ǻ之间。
XRD分析得到Fe-O、V-O和Fe3+-O键长为2.01Ǻ、2.04Ǻ和2.02Ǻ。
体系中Fe离子的扩散系数减小，V离子的扩散系数增大，O离子的扩散系数基本保持不变。
主要物相是反式钒铁尖晶石Fe2VO4。
③.在FeO-V2O3-SiO2体系中，1673K时Fe-O、V-O和Si-O的第一配位距离分别在1.90~1.95Ǻ、2.00~2.10Ǻ和1.60~1.70Ǻ之间。
XRD分析得到Fe-O、V-O 和Si-O键长为2.01Ǻ、2.04Ǻ和1.60Ǻ。
Fe离子的扩散系数增大，V离子的扩散系数增大，O离子的扩散系数也有所增大。
主要物相是常式钒铁尖晶石FeV2O4和Fe2SiO4。
④.在FeO-V2O3-TiO2体系中，1673K时Fe-O、V-O和Ti-O的第一配位距离分别在1.90~2.10Ǻ、1.90~2.20Ǻ和1.85~1.95Ǻ之间。
XRD分析得到Fe-O、V-O 和Ti-O键长为2.01Ǻ、2.04Ǻ和2.02Ǻ。
Fe离子和V离子的扩散系数均变化不大，O离子的扩散系数略为减小。
主要物相是常式钒铁尖晶石FeV2O4和Fe2TiO4。
关键词：钒渣，钒铁尖晶石，分子动力学，微结构
ABSTRACT
The vanadium-titanium magnetic iron ore is the main resource containing vanadium which is extracted as by-product of iron. The vanadium-titanium magnetic iron ore is reduced in blast furnace and the vanadium in hot metal is oxided into slag containing vanadium. The quality of slag containing vanadium is very important for downstream process. Thus the microstructure of slag containing vanadium in different temperature and effect by addition SiO2, Fe2O3 and TiO2 are studied in this work.
The following molten slags system containing vanadium are studied by Molecular Dynamics Simulation, FeO-V2O3、FeO-V2O3.Fe2O3、FeO-V2O3.SiO2、FeO-V2O3.TiO2. The pair correlation function (PCF), coordinate number (CN) and angle distribution are obtained. The X-ray diffraction (XRD) analysis is carried out to verify the simulated results. The ionic diffusion coefficients in different molten system containing vanadium are obtained to analyze relative dynamical properties. The following are research results:
① The Fe-O bond length is between 2.05~2.15Ǻ and V-O bond length is
2.10~2.15Ǻ in FeO-V2O3 system at 1673K. The Fe-O and V-O bond length is 2.01Ǻand 2.04Ǻ respevtively in XRD. The main phase is normal vanadium-iron spinel FeV2O4. With decreasing temperature, the onset and second peak appear in various ionic pair correlation function. It is indicated that further ordered microstructure is formed.
②The Fe-O bond length is between 1.90~1.95Ǻ, V-O bond length is 2.00~2.05Ǻand Fe3+-O bond length is 1.87~2.01Ǻ in FeO-V2O3.Fe2O3 system at 1673K. The Fe-O, V-O and Fe3+-O bond length is 2.01Ǻ, 2.04Ǻ and 2.02 Ǻ respevtively in XRD. The main phase is reverse vanadium-iron spinel Fe2VO4. The ionic diffusion coefficients of Fe decrease with addition of Fe2O3, while diffusion coefficients of V increase with addition of Fe2O3.
③The Fe-O bond length is between 1.90~1.95Ǻ, V-O bond length is 2.00~2.10Ǻand Si-O bond length is 1.60~1.70Ǻ in FeO-V2O3.SiO2 system at 1673K. The Fe-O, V-O and Si-O bond length is 2.01Ǻ, 2.04Ǻ and 1.60Ǻ respevtively in XRD. The main phase is normal vanadium-iron spinel FeV2O4 and Fe2SiO4. The ionic diffusion coefficients of Fe, V and O increase with addition of SiO2.
④The Fe-O bond length is between 1.90~2.10Ǻ, V-O bond length is 1.90~2.20Ǻ。