CaO-SiO2-Al2O3-Na2O體系熔體微觀結構與性質的分子動力學模擬.pdf

1、CaO-SiO2-Al2O3-Na2O四元體系是冶金領域中非常重要的一個基礎渣系，常用于精煉渣和連鑄保護渣中，精煉渣和連鑄保護渣對于高溫冶金提煉過程中的重要一環(huán)，其結構對于一些有價元素的提取，分離以及鋼水的保護有著極為重要的影響。因此，研究隨著堿度、Na2O、Al2O3等成分變化對其微觀結構的影響是極為必要的。
　　本文以Materials Studio8.0軟件為計算平臺，采用分子動力學模擬方法先對二元體系SiO2-Al2O3和

2、三元體系CaO-SiO2-Al2O3、Na2O-SiO2-Al2O3進行模擬；然后在二元和三元模擬的認識基礎上對CaO-SiO2-Al2O3-Na2O四元體系展開分子動力學模擬研究，通過對體系結構中的氧分布、四面體微結構以及網絡結構聚合度等結構信息的變化研究，考察了Na2O、Al2O3和堿度對體系結構和性質的影響規(guī)律，討論建立黏度和微觀結構信息之間的關系。研究主要結論如下：
　　1.在常壓條件下，SiO2-Al2O3二元熔融體系中

3、的Si都是以Si-O四面體的穩(wěn)定結構存在于體系中，Si-O的平均鍵長在1.61～1.62?之間；Al在SiO2-Al2O3熔融體系中主要以網絡形成子的角色存在，即主要是形成Al-O四面體結構，但其結構的穩(wěn)定性不如Si-O四面體，并且隨著Al2O3含量的增加，Al-O的平均鍵長有一個緩慢增大的趨勢；Al2O3含量增加到一定量時會生成五配位的鋁，甚至還有可能生成六配位鋁；鋁回避原則并不是存在于所有的硅酸鹽體系中，而是只有在體系中Si有足夠多

4、且足以將Al-O四面體分隔開使Al-O四面體相互之間不會發(fā)生連接的情況下才存在的。
　　2.當固定Al/Si比，往SiO2-Al2O3體系中分別加入CaO和Na2O，研究發(fā)現(xiàn)Ca（Na）/Al比的增加和Al/Si比的降低都有利于提高體系中[AlO4]四面體結構的穩(wěn)定性。（1）在CaO-SiO2-Al2O3和Na2O-SiO2-Al2O3體系中，當Ca/Al等于1/2和Na/Al等于1/1時，體系中的橋氧含量和四面體微結構Qn含量都

5、達到了最大值，表明體系網絡結構的聚合度達到了最大。（2）在Ca/Al小于1/2和Na/Al小于1/1時，體系中的Ca2+和Na+都為Al3+替換Si4+提供電荷補償，使部分作為網絡中間子的Al3+轉換成網絡形成子，而增加體系結構聚合度；而當Ca2+和Na+過剩時，它們作為網絡修飾子對體系結構進行解聚。
　　3.在CaO-SiO2-Al2O3-Na2O體系中，發(fā)現(xiàn)Na+優(yōu)先于Ca2+對體系進行修飾和電荷補償，并且Na+離子的電荷補償