基于MS的forcite模块进行抑制剂浮选煤泥分子动力学模拟

本文主要是介绍基于MS的forcite模块进行抑制剂浮选煤泥分子动力学模拟,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

随着新时代经济不断发展,煤的消耗量持续上升,机械化采煤程度的提高和开采深度的增加,导致煤泥出现微细化、高灰、连生体含量大等难选特点。而市场对产品质量要求日益苛刻,煤泥分选问题进一步凸显。所以当前最重要、最紧迫的是提升煤的质量,以降低其在燃烧过程中造成的污染。在进行常规浮选操作时,高灰细粒煤泥由于含有的杂质较多,灰分较大导致其可浮性较差,因此在浮选过程中常使用药剂来提高煤泥的产率和降低灰分,常见煤泥浮选药剂主要分为抑制剂和捕收剂,抑制剂是抑制其他矿物浮选,捕收剂是浮选煤泥矿物。本文主要讲述抑制剂和煤泥及其杂质相互作用的分子动力学模拟。

首先通过Visualizer对抑制剂糊精进行模型搭建,由于糊精为淀粉加热分解的中间产物,故分子结构与淀粉分子结构一致,均由葡萄糖分子聚合而成。因此,模拟糊精结构为葡萄糖的聚合物。

同时,将搭建好的糊精模型用Dmol3进行优化计算,计算参数选择GGA广义梯度近似和PBE泛函方法,在计算精度为Fine的基础上选择DNP 4.4基组,体系总能量收敛值取 1.0×10-5Ha,最大内应力为0.002 Ha/Å,最大位移为0.005Å,选用全电子核处理方式,使用TS色散修正方法进行修正。参与计算的原子轨道分别为H 1s1、C 2s22p2、O 2s22p4。在上述计算参数下得到糊精声子光谱图负坐标处无数值,证明计算得到的糊精、为无虚频的稳定结构,见下图。

糊精分子式

糊精声子光谱图

然后,通过对煤样进行XRD分析可以得到煤样中所含矿物质主要为石英,高岭石,蒙脱石及黄铁矿物质,同时存在少量方解石及赤铁矿。其中高岭石和石英在煤浮选过程中影响较大。通过核磁、XPS、FTIR 等实验,对煤样中芳香碳,脂肪碳和杂原子的存在形式进行了定性和定比,利用元素分析中的元素比例,对其分子中各元素的数量进行定量,进而确定了煤样的分子式为C130H140O30N,见下图。石英、高岭土通过import导入计算表面能得到完全解理面,通过糊精抑制剂和煤泥、石英、高岭石相互作用来判断糊精的抑制作用强弱。

图3煤样的XRD分析

图4煤样分子结构图

最后计算糊精抑制剂在煤样、石英、高岭石表面相互作用的分子动力学计算,采用Materials Studio 2019软件中Forcite模块对糊精与三种矿物相互作用模型进行搭建并计算。通过Build layers将优化好的糊精添加到已经扩胞优化好的三种矿物完全解理面表面,并添加一定的真空层。对其进行几何结构优化,退火处理得到最稳定相互作用模型。力场参数为CompassⅡ,选择Forcefield assigned电荷分布方法,Smart优化计算方法。进行分子动力学计算时选择NVT系综,温度控制选择NHL,求解牛顿运动方程应用Velocity Verlet 算法,静电力描述选择Ewald 方法,范德华作用力求解选择Atom-based 方法,截断半径为9.5Å。总模拟时间为1500 ps,每一步骤时间为1fs,总的模拟步骤为1500000。

糊精溶液与高岭石(001)面相互作用吸附前

糊精溶液与高岭石(001)面相互作用吸附后

糊精溶液与石英(101)面相互作用吸附前

糊精溶液与石英(101)面相互作用吸附后

糊精溶液与煤样相互作用吸附前

糊精溶液与煤样相互作用吸附后)

通过分析相互作用能,相互作用距离以及键能信息得到糊精与三种矿物相互作用机理。

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