本文關(guān)鍵詞：鎵在鋁土礦中賦存形態(tài)的分子模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎵是一種重要的稀有元素金屬礦產(chǎn),是電子工業(yè)等領(lǐng)域中重要的基礎(chǔ)材料之一。鎵以微量分散于鋁土礦等礦石中,世界90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的,但鎵的提取非常困難,鎵的伴生關(guān)系復(fù)雜,產(chǎn)量很難由于鎵價格上漲而被大幅拉動,如果不能提高回收效率,未來20~30年金屬鎵將會出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。研究鋁土礦中鎵的賦存規(guī)律對鎵從鋁土礦中高效回收顯得尤為必要。由于常規(guī)的實驗方法研究鎵在鋁土礦中賦存規(guī)律受到很大限制,而隨著計算機技術(shù)的突飛猛進,算法和力場的逐步完善,分子模擬方法作為一種兼具理論研究和實驗測定的手段,在研究微觀體系的領(lǐng)域體現(xiàn)了巨大優(yōu)勢,因此利用分子模擬研究賦存規(guī)律的方法得到了廣泛應(yīng)用。本文采用分子模擬技術(shù),運用量子力學(xué)、分子力學(xué)及蒙特卡洛方法進行模擬計算,重點分析了鎵替代一水硬鋁石、勃姆石和三水鋁石中的鋁后相應(yīng)三種礦物晶體的變化規(guī)律和氧化鎵在一水硬鋁石(011)面、勃姆石(110)面和三水鋁石(010)面的吸附行為。結(jié)果如下:(1)運用Materials Studio分子模擬軟件構(gòu)建鋁土礦中的一水硬鋁石、勃姆石和三水鋁石三種礦石礦物晶體結(jié)構(gòu)模型,采用量子力學(xué)優(yōu)化,對比優(yōu)化后的晶胞參數(shù)與理論值大小,得到合理的結(jié)構(gòu)模型。(2)運用分子力學(xué)方法模擬了鎵替代一水硬鋁石、勃姆石和三水鋁石中的鋁,通過forcite優(yōu)化,得到三種礦物體系總能量均有大幅降低,可得整個體系更加穩(wěn)定。替代前后體系能量變化幅度從大到小依次為一水硬鋁石、勃姆石、三水鋁石,可得鎵在一水硬鋁石中更容易發(fā)生取代鋁的現(xiàn)象。(3)運用蒙特卡洛分子模擬方法,模擬計算了在深度為0、300、600、900m的埋深條件下,一水硬鋁石(011)面、勃姆石(110)面和三水鋁石(010)面吸附氧化鎵規(guī)律。結(jié)果表明:三種礦物在各自不同埋深環(huán)境下吸附氧化鎵的量變化較小;三種晶體礦物在同一埋深環(huán)境中勃姆石吸附氧化鎵量最多,推測吸附量與切面后斷開的含鋁活性基團量呈正相關(guān)。(4)運用蒙特卡洛分子模擬方法,模擬計算了地表熱力學(xué)溫度為307k,壓強為4.6MPa條件下,氧化鈦、氧化鐵和氧化鎵在一水硬鋁石(011)面、勃姆石(110)面和三水鋁石(010)面競爭吸附,通過吸附前后吸附量和吸附能的變化得到氧化鈦與氧化鎵競爭吸附能力更強,對氧化鎵的吸附影響更大。
【關(guān)鍵詞】：鋁土礦 氧化鎵 吸附 類質(zhì)同象 分子模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P618.74;P618.45
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 鋁土礦資源概述及鎵的賦存特征11-15
• 1.2.1 鋁土礦的分類、分布特征11-12
• 1.2.2 鋁土礦礦物成分和化學(xué)成分12-14
• 1.2.3 鋁土礦中鎵的含量及賦存特征14-15
• 1.3 研究內(nèi)容、方法及創(chuàng)新點15-18
• 1.3.1 研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 研究方法16-18
• 第二章 分子模擬方法及其模擬軟件介紹18-30
• 2.1 分子模擬方法簡介18-25
• 2.1.1 分子力學(xué)模擬19-21
• 2.1.2 巨正則蒙特卡洛模擬21-22
• 2.1.3 量子力學(xué)方法22-23
• 2.1.4 其它方法23-25
• 2.2 模擬軟件Materials Studio25-30
• 2.2.1 基本環(huán)境—MS Visualizer25
• 2.2.2 計算模塊25-30
• 第三章 模型的構(gòu)建及其優(yōu)化30-38
• 3.1 晶體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建30-34
• 3.1.1 研究現(xiàn)狀30-31
• 3.1.2 三種礦物結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建31-34
• 3.2 量子力學(xué)模擬34-38
• 3.2.1 量子力學(xué)參數(shù)設(shè)置34
• 3.2.2 量子力學(xué)模擬結(jié)果分析34-38
• 第四章 鎵類質(zhì)同像替代的分子模擬38-46
• 4.1 摻雜取代38-40
• 4.1.1 摻雜比例38
• 4.1.2 力場參數(shù)的選擇38-39
• 4.1.3 摻雜取代位置選取39-40
• 4.2 結(jié)果與討論40-46
• 第五章 蒙特卡洛模擬46-56
• 5.1 蒙特卡洛模擬46-48
• 5.1.1 參數(shù)設(shè)置46
• 5.1.2 吸附質(zhì)和吸附劑的構(gòu)建及優(yōu)化46-48
• 5.2 模擬結(jié)果分析48-56
• 第六章 結(jié)論與建議56-58
• 6.1 結(jié)論56
• 6.2 建議56-58
• 參考文獻58-66
• 致謝66-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

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