[发明专利]纳米碳管应用于粉矿团块以增加其机械强度

说明书

技术领域

本发明涉及将纳米碳管用于粉矿团块以增强其机械强度的应用。本发明还涉及一种制备具有增强的机械强度的矿团块的工艺及具有纳米碳管的团块产物。

背景技术

现今，纳米技术正在若干个研究领域中实施，主要是工程学、化学、物理学及生物学。基于纳米级的各种革新产物已在世界范围市场中商业化。纳米碳管技术现在是世界上许多研究团队所研究的最热门的课题之一，这是因为其具有优异的机械性质、电性质及热性质。这些特殊性质是归因于纳米管的尺寸与结构的组合。纳米管为具有纳米直径的圆柱形几何形状的结晶结构，仅由碳原子组成。纳米碳管可能具有的用途不计其数，且现今主要开发的应用是关于材料强化。基于此可能性背景，本发明涉及纳米碳管的应用，目的是增加团块产物的机械强度。

矿团块产物的物理强度是冶金反应器的主要质量要求之一且对工艺的生产率及成本具有直接影响。纳米碳管技术开创了应用于粉矿造块路径的广泛可能性，其起复合网的作用，向团块产物提供高物理强度以及其它特征。

当前技术提供各种矿冷造块技术。这些技术是基于使用例如水泥、砂浆、有机粘结剂及碳酸化残余物等粘结剂使粉矿造块。与这些粘结剂相联合，存在若干种添加剂以加速造块固化且改善其物理性质。若干项专利展示了利用硅酸钠以及其它添加剂的针对应用于炼钢及冶金工业的工业残余物的造块技术。然而，尚未报导将纳米碳管用作硅酸盐基质的强化物以增加造块产物的机械强度的应用。

文件US2002152839描述了含有微粒铁材料的成形体，例如铸球、坯块及类似物，其具有足以经受高达至少1000℃的温度的强度。它们可以使用完全水合的高氧化铝水泥作为粘结剂来获得。可以通过添加少量膨润土、硅粉或其它合适的补充胶合材料及超塑化剂来进一步增强球粒在高温下的强度。

文件US2005061207描述了自还原、冷接合球粒，其包含铁矿浓缩物、碳还原剂及作为粘结剂的具有特殊要求的细粉状波特兰(Portland)水泥熔渣。将所述组分组合在一起以形成混合物。当将混合物放到造球盘或旋转鼓中且添加水时产生球粒。

发明内容

本发明将团块制造过程中的一些问题减到最少，例如：需要大量添加粘结剂；由冷路径制成的团块的机械强度低；因运输及处理而产生大量细粉；因热冲击而产生大量细粉；及受源自于某些粘结剂的非所需元素污染。本发明将投放各种类型粘结剂的需要减到最小，不加入任何新的污染物(被视为有益于团块的碳除外)，显著增加团块的机械强度，减少因运输及处理而产生的细粉，及允许将此产物用于需要负载高强度的反应器中。

下表将本发明与常规技术路径进行对比，从而凸显出主要差异：

附图说明

将基于以下各图更详细地描述本发明。图示展示：

图1展示纳米碳管的量(相对于粘结剂的量)与造块产物的压缩强度之间的关系。

图2a展示经干燥球粒的第一实施例的机械强度；

图2b展示与制备第一实施例的样品时使用的纳米碳管相关的压缩/机械强度的增加；

图3a展示经干燥球粒的第二实施例的机械强度；

图3b展示与制备第二实施例的样品时使用的纳米碳管相关的压缩/机械强度的增加；

图4湿球粒与经干燥球粒相比的机械强度。

本发明的目的

本发明涉及将纳米碳管用于粉矿团块以增强其机械强度的应用，其包含：

通过机械混合或使用超声波处理器将纳米碳管分散到基质中；

进行与矿的机械混合；及

造块。

此外，本发明还涉及一种制备具有高机械强度的矿团块的工艺，其包含：

将纳米碳管分散到基质中；

制备混合物(将粘结剂添加到混合物的其它成分中)；

造粒或压块或挤压；

筛分球粒/坯块；

干燥；及

筛分。

此外，本发明涉及一种聚合物产物，所述聚合物产物包含粉矿、基质(其包含粘结剂及纳米碳管)且在必要时包含其它添加剂。

此外，本发明涉及纳米碳管用于对粉矿进行造块以增加其机械强度的用途。并且，所述粉矿可以选自铁粉矿、镍粉矿、锰粉矿及其混合物。

具体实施方式

引出本发明的研究由五个阶段组成：

(i)将纳米碳管分散到基质(粘结剂)中；

(ii)制备所述纳米碳管与原材料的混合物用于制造造块产物；

(iii)测量所述造块产物的强度；