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磷铁真空热分解及磷铁加镍制备金属磷化物

发布时间:2017-10-12 08:32

  本文关键词:磷铁真空热分解及磷铁加镍制备金属磷化物


  更多相关文章: 磷铁 金属磷化物 分子动力学模拟 真空 机理


【摘要】:本文对金属磷化物的结构特性、制备方法及金属磷化物的利用等进行了综述,并系统地研究了磷铁与镍在真空加热中的相互作用。本文首先从热力学角度讨论了磷铁分解及磷铁与镍作用可能发生的反应及反应临界温度;然后采用从头算分子动力学分别对Fe2P、Fe2NiP、Ni P2和NiP3的真空热分解机理进行研究;最后,对磷铁与镍进行真空加热实验探究,考察镍的加入量及温度对产物的影响。热力学计算表明:磷铁(FeP,Fe2P,Fe3P)在压力为10Pa~100Pa,实验温度900K~1700K范围内,会发生不同程度的分解,并伴随生成磷单质。其次,对磷铁(FeP,Fe2P,Fe3P)与镍的热力学分析表明:在温度为900K~1700K范围内,磷铁(FeP,Fe2P,Fe3P)和镍反应生成磷化镍(Ni2P,NiP2,Ni3P,NiP3,Ni5P2,Ni6P5)理论上是可行的,且在此温度期间,磷化镍化合物以Ni3P和Ni5P2为主,而磷铁则主要以Fe2P,Fe3P的形式存在。从头算分子动力学模拟分析表明:(1)对Fe2P在1673K,10Pa的条件下进行2ps动力学模拟发现:Fe-P键会发生断裂,Fe-Fe键趋于稳定。(2)对Fe2NiP在1473K~1673K,10Pa的条件下分别进行了10ps动力学模拟,结果表明:当温度从1473K升高至1673K时,Fe-P键和Ni-P键有断裂趋势,而Ni-Fe键和Fe-Fe键趋于稳定。(3)对NiP2和NiP3在1673K,10Pa的条件下进行5ps动力学模拟,结果表明:部分Ni-P键发生了断裂。实验研究表明:(1)在炉内压力为10~40Pa,温度为1573K时,使原料磷铁中的二氧化硅和氧化钙的摩尔比为1:1,得到的产物上层渣样主要是以硅酸盐中Ca2SiO4、Ca3SiO5的形式存在的混合物,下层产品主要是以Fe2P形式存在的脱硅磷铁,经检测硅脱至Si%㩳0.07%。(2)在磷铁与镍的反应中,使物料质量比为:脱硅磷铁:镍=4~1:2~1,压力为10~80Pa,在温度为1373K~1573K范围内,均能形成三元化合物磷镍铁(FeNi2P);随着镍粉加入量的增多,还会出现Fe0.64Ni0.36;当温度升至1573K时,以上物料比例发生反应的产物中均未检测到磷化镍(Ni3P或Ni5P2),说明1573K时,磷化镍(Ni3P或Ni5P2)化合物不能稳定存在。
【关键词】:磷铁 金属磷化物 分子动力学模拟 真空 机理
【学位授予单位】:云南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.36;O613.62
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-9
  • 第1章 前言9-22
  • 1.1 金属磷化物的分类及结构特性9-10
  • 1.1.1 金属磷化物的分类9-10
  • 1.1.2 金属磷化物的结构特性10
  • 1.2 金属磷化物的制备方法10-13
  • 1.3 金属磷化物的利用研究进展13-16
  • 1.3.1 金属磷化物在加氢脱硫(HDS)中的应用13-14
  • 1.3.2 金属磷化物在加氢脱氮(HDN)中的应用14
  • 1.3.3 金属磷化物在加氢脱氧(HDO)中的应用14-15
  • 1.3.4 金属磷化物在负极材料中的应用15
  • 1.3.5 金属磷化物在其它方面的应用15-16
  • 1.4 计算机模拟的理论基础16-20
  • 1.4.1 密度泛函理论16-18
  • 1.4.2 从头算分子动力学18-19
  • 1.4.3 计算应用的软件及模块19-20
  • 1.5 本论文研究目的及内容20-22
  • 第2章 磷铁热力学计算及讨论22-58
  • 2.1 热力学理论计算公式22-23
  • 2.2 磷化工副产磷铁分解热力学研究23-46
  • 2.2.1 磷铁分解生成P(g)发生的反应及热力学研究23-29
  • 2.2.2 磷铁分解生成P_2(g)发生的反应及热力学研究29-34
  • 2.2.3 磷铁分解生成P_3(g)发生的反应及热力学研究34-40
  • 2.2.4 磷铁分解生成P_4(g)发生的反应及热力学研究40-46
  • 2.3 副产磷铁中杂质SiO_2与CaO反应的热力学研究46-48
  • 2.3.1 CaO与SiO_2之间的相互作用47
  • 2.3.2 CaO与SiO_2反应的热力学计算47-48
  • 2.4 磷铁和镍反应的热力学研究48-57
  • 2.4.1 磷铁(FeP)和镍(Ni)可能发生的反应及热力学研究48-52
  • 2.4.2 磷铁(Fe_2P)和镍(Ni)可能发生的反应及热力学研究52-55
  • 2.4.3 磷铁(Fe_3P)和镍(Ni)可能发生的反应如式(2.66)~(2.71)55-57
  • 2.5 小结57-58
  • 第3章 磷铁热分解及磷铁与镍的从头算分子动力学58-70
  • 3.1 计算方法58
  • 3.2 结果与讨论58-68
  • 3.2.1 Fe_2P动力学模拟结果58-60
  • 3.2.2 Fe_2NiP动力学模拟的结果60-64
  • 3.2.3 NiP_2和NiP_3计算结果与讨论64-68
  • 3.3 小结68-70
  • 第4章 磷铁真空热分解及磷铁与镍反应实验70-87
  • 4.1 实验原料及实验过程70-72
  • 4.2 实验设备72-73
  • 4.3 分析检测方法73
  • 4.4 磷铁脱硅的行为分析73-75
  • 4.5 磷铁与镍相互作用的行为分析75-85
  • 4.5.1 磷铁与镍(4:1)真空反应行为的研究75-78
  • 4.5.2 磷铁与镍(2.4:1)真空反应行为的研究78-80
  • 4.5.3 磷铁与镍(3:2)真空反应行为的研究80-82
  • 4.5.4 磷铁与镍(1:1)真空反应行为的研究82-85
  • 4.6 小结85-87
  • 第5章 结论与展望87-90
  • 参考文献90-98
  • 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果98-99
  • 致谢99

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