分子动力学模拟及其在选矿中的应用-有色金属科学与工程

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1、分子动力学模拟及其在选矿中的应用何桂春　华亚南蒋巍（江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000）摘要：分子动力学理论的发展以及计算机硬件水平的提高，使得通过计算研究矿物与药剂的相互作用机理成为可能。对分子动力学模拟的方法进行了介绍，并就动力学模拟方法在矿物与药剂的相互作用、浮选药剂行为、矿物结构方面的研究进行了阐述。通过分子动力学模拟，可以得到与传统选矿研究方法不具备的浮选行为的分子角度的宏观展现。善于与传统选矿研究方法相结合是运用分子动力学模拟的重点；发展更好的力场，与量子化学理论更紧密的联系是分子动力学模拟方法的发展方向。关键词：分子动力学模拟；浮选行为；矿物结构；量子化学Mo

2、leculardynamicssimulationanditsapplicationinmineralprocessingGuichunHeYananHuaWeiJiang（SchoolofResourceandEnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,China）Abstract:Thestudyofthemechanismbetweenmineralsandreagentbecomesarealitywiththedevelopmentofthemoleculardynam

3、icsandtheimprovementofcomputinghardware.Thispaperintroducesthemoleculardynamicssimulationanditsapplicationtotheinteractionbetweenmineralsandreagent,thebehaviorofreagentandthestructureofmineralsindetail.Themacroscopicdisplaythatcannotbedonebytraditionalflotationmethodofflotationbehaviorcanbeachieved

4、throughthemethodsofmoleculardynamicssimulationinmoleculesperspective.Thecombinationtothetraditionalflotationmethodsisthekeypointstothemoleculardynamicssimulation.Thedevelopmentofbetterforcefieldandtheconnectiontothequantumchemistryisthedevelopmentdirectionofthemoleculardynamicssimulation.Keywords:m

5、oleculardynamicssimulation;flotationbehavior;thestructureofminerals;quantumchemistry1）作者简介：何桂春（1971-），女，博士，教授,研究方向：矿物分选理论及工艺、矿冶二次资源综合利用。2）通信联系人（华亚南，15216105383，1615982224@qq.com）3）基金资助：国家自然科学基金资助（批准号：51104070），江西省研究生创新专项资金项目（项目编号：YC2013-S183）分子动力学模拟即为MolecularDynamicsSimulation，简称MD[1~6]，是计算复杂分子体系的

6、有效方法。20世纪60年代Alder[7]等人首先采用分子动力学模拟方法研究了凝聚态液体和气体的状态方程，开创了分子动力学研究物质宏观性质的先例。由于具有节省试验成本和时间，增加试验的安全性和提高试验的针对性等特点，所以经过多年的发展，分子动力学模拟方法目前已经拓展到了生命科学[8]、生物工程[9]、地球物理[10]、材料[11]、医学[12]等各个领域，成为了一种非常普遍的研究手段。1分子动力学模拟计算的组成及其原理1.1力场分子动力学模拟是基于应用力场和牛顿运动力学方程所发展起来的一种计算机模拟方法[13]。力场，是分子动力学模拟能够有效实现的基础。没有针对模拟体系合适的力场，就不可能得

7、到正确的分子动力学模拟结果。分子的总能量为动能与势能之和。分子的势能通常可表示为简单的几何坐标函数，以这样的数学形式表示的势能函数就称作力场。比如，将双原子分子AB的振动势能用A与B间键长的函数表示：其中，为弹力常数，为键长，为AB的平衡键长。此时，函数就称作双分子体系AB的力场。对于复杂体系的分子而言，其总势能一般表示为：其中，为范德华非键结势能，为键伸缩势能，为键角弯曲势能，为双面角扭曲势能，为离平面振动