本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種利用工業(yè)固體廢棄物鎂渣、低品位鋁礬土生料及錳粉制備陶粒支撐劑的工藝，其原料組成為：鋁礬土生料90～95％、錳粉5～8％及鎂渣1～4％。所述制備工藝包含如下主要步驟：按化學(xué)計量比稱取鎂渣、鋁礬土以及錳粉，加入適量粘結(jié)劑，經(jīng)混料、濕磨、烘干后，在糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中成球，最后于硅鉬棒箱式爐或回轉(zhuǎn)窯中1250～1400℃之間燒結(jié)，冷卻后過篩，即得到具有一定粒度分布，包含剛玉相、莫來石相和藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。所制備的陶粒，使用性能符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明專利技術(shù)以鎂渣為助熔劑，鎂渣中的CaO在高溫下能形成液相，有利于促進(jìn)燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度，提高陶粒致密度，從而為鎂渣的利用開辟了一條新途徑。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
：本專利技術(shù)涉及一種油氣田井下水力壓裂支撐用的陶粒支撐劑的制備方法，具體涉及一種利用鎂渣制備高強(qiáng)度陶粒支撐劑的生產(chǎn)工藝。
技術(shù)介紹
：陶粒支撐劑是一種陶瓷顆粒產(chǎn)品，具有很高的抗壓強(qiáng)度，主要用于油氣田井下水力壓裂作業(yè)中，起支撐裂縫、提高油氣導(dǎo)流率的作用，以增加油氣產(chǎn)量，屬于環(huán)保產(chǎn)品。水力壓裂效果的成敗，有效期的長短主要取決于支撐劑的質(zhì)量。目前支撐劑主要有三類：陶粒，石英砂和樹脂包砂。石英砂強(qiáng)度低并且破裂后的碎屑會堵塞裂縫，降低導(dǎo)流率，不能滿足深井開采的要求；各種樹脂包砂解決了石英砂強(qiáng)度低的難題，但生產(chǎn)成本高，工藝復(fù)雜；燒結(jié)陶粒因強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、優(yōu)越的性價比已被越來越多的油田廣泛采用，但密度偏高，容易對壓裂設(shè)備造成損害。專利CN101851087A公布了一種陶粒石油支撐劑的制備方法，具體制備方法為：將70～95％的重量比的鋁礬土熟料與5～30％重量比的粉煤灰漂珠進(jìn)行混合，同時在原料中添加鋁礬土熟料和粉煤灰漂珠重量之和的2～4％的納米二氧化鈦作助燒劑，通過濕磨、噴霧干燥、成球等工藝制備生料顆粒，最后將生料顆粒在1300～1400℃下燒結(jié)0.5～2h而成。此方法制備的陶粒支撐劑視密度較低，在2.95g/cm-3左右，性能指標(biāo)均符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但此法采用鋁礬土熟料為主要原料，納米二氧化鈦為助燒劑，生產(chǎn)成本較高。專利CN101696113A公開了一種低密度燒結(jié)陶粒壓裂支撐劑的低成本制備方法，其以天然石英石為主要原料，膨潤土、高嶺土、粘土中的一種或幾種作塑化劑，鎂砂、硼砂、氧化硼中的一種或幾種作燒結(jié)助劑，經(jīng)混料、成球、燒結(jié)后得到低密度、高圓球度和高導(dǎo)流能力的二氧化硅質(zhì)陶粒支撐劑，其體積密度為0.7～1.4g/cm-3、視密度為2.2～2.6g/cm-3。此方法以較低的成本制備了陶粒支撐劑，有效地降低了陶粒的密度，但抗壓強(qiáng)度較低，不適合中、深層次油井的壓裂作業(yè)。專利CN102718530A中提到一種利用藍(lán)晶石、硅線石和紅柱石等制備壓裂支撐劑的方法，其將復(fù)合材料的理念整合于非致密的陶粒支撐劑中，通過引入纖維并輔以高溫反應(yīng)自生成的方式提供增強(qiáng)增韌所必需的纖維，通過纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)兩種手段制備出高強(qiáng)高韌、低密度及低破碎率的復(fù)合型陶粒支撐劑。1400℃下所制備的陶粒視密度為2.49g/cm-3，69MPa下破碎率為4.15％，具有較好的抗壓和耐酸性能但原料成本較高。本專利使用鋁礬土生料、錳粉、鎂渣及粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過充分混合后，投入糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中成球，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制備出含藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。鎂渣是金屬鎂冶煉過程中排出的工業(yè)廢渣。在其生產(chǎn)過程中，每冶煉產(chǎn)出1噸金屬鎂，大約產(chǎn)出6.5～8噸鎂渣。鎂渣屬于金屬鎂生產(chǎn)工業(yè)中的固體廢料，從還原罐中取出時仍然保持塊狀形態(tài)，在空氣中自然冷卻后，呈灰白色塊狀料，表層逐漸粉化為細(xì)小的粉末狀物質(zhì)。目前對鎂渣還沒有行之有效的處理方式，主要采用類似傾倒在荒地和填埋在山洼這樣的堆放、掩埋辦法來進(jìn)行處理，利用率非常低。鎂渣的大量排放堆積，不僅占用了大量的土地資源，還造成揚(yáng)塵污染，并對農(nóng)作物和周圍環(huán)境直接造成了極大的影響。鎂渣的主要成分為CaO、SiO2、Fe2O3、MgO等，具有很高的活性。若將鎂渣廢棄不僅會對環(huán)境造成污染，也是對資源的一種浪費(fèi)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)的目的就是提供一種原材料價格低廉、制造工藝簡單，生產(chǎn)具有較高強(qiáng)度和較低酸溶度的包含剛玉相、莫來石相和藍(lán)晶石相的陶粒支撐劑的制備方法。為實現(xiàn)上述目的本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：利用鎂渣作為助熔劑；按一定的化學(xué)計量比稱取鋁礬土、鎂渣以及錳粉，經(jīng)混料、濕磨、烘干后，加入適量粘結(jié)劑造粒，在糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中滾動成球，置于硅鉬棒箱式爐或回轉(zhuǎn)窯中在1250～1400℃之間燒結(jié)保溫2h～3h，冷卻后取出過20／40目篩，即得含藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。所述的鋁礬土、錳粉及鎂渣粒度均小于0.054mm，即均過300目篩。所述鋁礬土生料規(guī)格為Al2O3含量在65.6％～72.9％之間；鎂渣中CaO含量45～55％，MgO含量5～10％。所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇溶液，其中聚乙烯醇占溶液總質(zhì)量的3％。所述的生坯干燥溫度110℃。所述的燒結(jié)制度為燒結(jié)溫度為1250～1400℃，升溫速率300℃以下為2～3℃／min，300℃以上為3～10℃／min，保溫時間為2～3h。采用上述工藝制備的陶粒支撐劑，以剛玉為主晶相，莫來石與藍(lán)晶石相為次晶相，性能符合SY5108-2006技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本專利技術(shù)原材料的性能要求(數(shù)值以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，％)：本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：(1)主原料為低品級鋁礬土生料，原料易得且成本低；(2)添加鎂渣、錳粉兩種助熔劑，降低燒結(jié)溫度，利于節(jié)能減排。附圖說明圖1為陶粒XRD衍射圖。具體實施方式：為了更好地理解本專利技術(shù)，以下結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本專利技術(shù)的內(nèi)容，但本專利技術(shù)的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1：按各原料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)配料：稱取Al2O3含量65.6％的鋁礬土94份，錳礦粉5份，鎂渣1份，將上述原料粉碎、研磨后分別過300目篩(孔徑為0.054mm)，備用。將稱量好的鋁礬土、錳礦粉及鎂渣置于行星式球磨機(jī)混料40mins，將得到的泥漿在100℃干燥，備用。往烘干的物料中加入4份(占物料總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚乙烯醇溶液(濃度為3％)，進(jìn)行造粒，備用。將造粒后的物料放入糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中滾動成球，控制進(jìn)水速率，根據(jù)顆粒大小補(bǔ)充水分或者物料，待物料成球并達(dá)到一定尺寸時取出過18／30目篩，尺寸合適的顆粒收集待燒，不符合尺寸要求的物料重新粉碎成球。一球型物料在110℃下干燥。將干燥后的球型物料置于硅鉬棒箱式爐或回轉(zhuǎn)窯中燒結(jié)，1250℃下保溫3h后隨爐冷卻，燒結(jié)制度為：300℃以下升溫速率為3℃／min，300～1250℃為5℃／min。取出燒結(jié)后的球型顆粒過20／40目篩，即得含藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。實施例2：按各原料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)配料：稱取Al2O3含量71％的鋁礬土93份，錳礦粉5份，鎂渣2份，將上述原料粉碎、研磨后分別過300目篩(孔徑為0.054mm)，備用。將稱量好的鋁礬土、錳礦粉及鎂渣置于行星式球磨機(jī)中混料50mins，將混料后的泥漿在100℃干燥，備用。往烘干的物料中加入5份(占物料總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚乙烯醇溶液(濃度為3％)造粒，備用。將造粒后的物料放入糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中成球，控制進(jìn)水速率，根據(jù)顆<本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種利用鎂渣制備高強(qiáng)度陶粒支撐劑的工藝，其特征在于，鎂渣作為助熔劑；所述制備工藝包含如下主要步驟：?(a)以鋁礬土生料為主要原料，錳粉、鎂渣為助熔劑，按原料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配料，其中鋁礬土90～95％，錳粉5～8％，鎂渣1～4％；?(b)將配好的原料濕法球磨混料；?(c)將球磨后的物料烘干，并加入3～5％重量比的粘結(jié)劑造粒；?(d)將造粒粉料置于糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中成球，得到球狀生坯后干燥；?(e)將球坯置于硅鉬棒箱式爐或回轉(zhuǎn)窯中按特定的燒結(jié)制度程序升溫?zé)Y(jié)，冷卻后過篩，得到含藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用鎂渣制備高強(qiáng)度陶粒支撐劑的工藝，其特征在于，鎂渣作為助熔劑；所述制備工藝包含如下主要步驟：?
(a)以鋁礬土生料為主要原料，錳粉、鎂渣為助熔劑，按原料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配料，其中鋁礬土90～95％，錳粉5～8％，鎂渣1～4％；?
(b)將配好的原料濕法球磨混料；?
(c)將球磨后的物料烘干，并加入3～5％重量比的粘結(jié)劑造粒；?
(d)將造粒粉料置于糖衣機(jī)或愛立許強(qiáng)力攪拌機(jī)中成球，得到球狀生坯后干燥；?
(e)將球坯置于硅鉬棒箱式爐或回轉(zhuǎn)窯中按特定的燒結(jié)制度程序升溫?zé)Y(jié)，冷卻后過篩，得到含藍(lán)晶石相的高強(qiáng)度陶粒支撐劑。?
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鎂渣制備高強(qiáng)度陶粒支撐劑的工藝，其特征在于，所述的鋁礬土、錳粉及鎂渣粒度均小于0.054mm，即均過300目篩。?
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田玉明，周少鵬，柴躍生，李占剛，王凱悅，白頻波，陳占考，
申請(專利權(quán))人：太原科技大學(xué)，陽泉中庸陶粒有限公司，陽泉市長青石油壓裂支撐劑有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山西;14
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