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

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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。
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