CN118084457A - 一种低密度陶粒制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低密度陶粒制备方法，陶粒由以下组分制备：铝矾土45‑55份、铝渣25‑30份、废弃瓷砖粉10‑13份、滑石粉3‑5份、碳酸钙2‑3、莫来石1.5‑3份，具体步骤：将废弃瓷砖先用粗碎机粉碎后再球磨至500目的瓷砖粉，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石分别球磨至500目的颗粒，然后按比例进行混合、均化、制粒成半成品，110‑120℃烘制、1200～1250℃高温烧制7.5‑8小时得到成品。本发明方法制备的陶粒不仅强度高、密度低、耐腐蚀、稳定性好的优点，而且采用回收原料，节能环保，成本低，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田压裂施工开采用陶粒支撑剂技术领域，具体涉及一种低密度陶粒制备方法。
背景技术
在铝冶炼、成型过程中会产生多种副产品，铝渣是铝熔炼时产生的一些不纯混合金属结渣，在生产铝过程中铝渣作为废渣而丢弃，不仅造成铝资源浪费还会带来环境污染问题，同样，在生产瓷砖、装修房屋过程中会产生大量的废弃瓷砖，废弃瓷砖被当成固体废物堆置，近年来对环境问题的不断重视，要求固体废物需要减量化、环保化和资源化，因此，亟需开发铝渣、废弃瓷砖的无害化处理新途径，变废为宝，资源合理利用。
铝渣是以金属铝和非金属氧化物为主，其中氧化铝通常占到60%以上，铝占10-20%，其他氧化物包含氧化硅（5-8%）、氧化镁（1-2%）、氧化钙（1-2%）、氧化钠（0.5-0.7%）、氧化铁（0.3-0.6%）等，废弃瓷砖的主要成分为粘土（60-70%）、石英砂（8-11%）、长石（7-10%）、碳酸钙（3-4%）、滑石（1.5-2%）、二氧化钛（0.5-1%）、氧化铁（0.3-0.7%）、碳化硅（0.1-0.2%）等，将铝渣和废弃瓷砖作为原料或配料制备陶粒支撑剂，是实现无害化、资源化的最有效方式之一。
陶粒支撑剂是石油、天然气低渗透油气井开采压裂施工的关键材料，产品应用于油气井压裂施工时，将其填充到低渗透矿床的岩层裂隙中，进行高闭合压裂处理，使含油气岩层裂开，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合，从而保持油气的高导流能力，不但能增加油气产量，而且能延长油气井服务年限，开发深层油、气井，提高产量，压裂工艺被广泛采用。
目前市场油气开采所用的压裂支撑剂主要有石英砂支撑剂、陶粒支撑剂和树脂覆膜支撑剂等。石英砂支撑剂具有经济、密度低、便于施工等优点，但强度低、破碎率高、圆球度差等不足降低了其导流能力，树脂覆膜支撑剂具有圆球度高、破碎率低、耐腐蚀性强、导流能力好等优点，但成本高、制备工艺复杂，采用铝钒土为主要原料的陶粒支撑剂，以其高强度、破碎率低、圆球度高、耐腐蚀、成本较低等优势。
公告号CN 113956864 B公开了一种利用二氧化硅包覆的低密度高强度陶粒支撑剂及制备方法，将陶粒支撑剂与正硅酸乙酯混合得到混合物A，配制氨水溶液，得到溶液B，将溶液B加入到混合物A中，持续搅拌反应，反应温度为60～80℃，反应时间为2h，然后干燥，自然冷却即得低密度高强度陶粒支撑剂，基于二氧化硅具有较高强度和较低密度，起到提高陶粒支撑剂强度并降低密度的作用，所得产品具有成本低、密度低、强度高等优点，有利于减轻压裂液对底层渗透率的损害，提高油气开采量。
公告号 CN 115724679 B 公开了一种低密度高强度环保陶粒支撑剂及其制备方法，采用水基钻井岩屑和铝矾土为原料，将水基钻井岩屑30%和铝矾土70%，以转速为200 r/min的转速经过球磨机混合均匀，得到粉料，经喷雾法加水造粒，在80℃干燥获得0.8 cm圆球型生坯，再经过烧结、冷却至室温后得到陶粒，所得产品具有成本低、密度低、强度高等优点，有利于减轻压裂液对底层渗透率的损害，提高油气开采量。
现有生产陶粒工艺中主要以现有的铝矾土、二氧化硅为原料，经过混合、粉碎、制粒等工艺，通过添加氧化镁或氧化锰等添加剂进行配料来生产，或者添加比较难获得的水基钻井岩屑从而制得陶粒，但是由于优质铝矾土、水基钻井岩屑资源和分布有限，以及需要添加氧化镁、氧化锰、正硅酸乙酯等添加剂，使得制得的高强度低密度陶粒支撑剂的成本较高。本发明是将市场废弃的铝渣、瓷砖为原料，同时添加铝矾土、滑石粉、碳酸钙、莫来石，按照科学配比调制，制得密度低、强度大、高稳定、破损率低的陶粒，在获得高强度低密度陶粒的同时，降低了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度陶粒制备方法，以解决上述背景技术中提出的在制备陶粒工艺过程中出现产品强度低、密度高、工艺复杂、成本高等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低密度陶粒制备方法，主要以铝矾土、铝渣、废弃瓷砖为主要原料，同时添加滑石粉、碳酸钙、莫来石，通过粉碎、均化、制粒、烘制、高温烧结得到高强度低密度陶粒，其步骤包括：
（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，球磨机转速设置90转/分，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行粉碎球磨至目数为500目。
（2）将铝矾土45-55份、铝渣25-30份、废弃瓷砖粉10-13份、滑石粉3-5份、碳酸钙2-3、莫来石1.5-3份原料按比例进行混合、均化，均化设置参数为均化压力3.5-4MP、工作介质温度55-60℃、转速8500-9000转/分钟，均化时间10-15分钟。
（3）将混合均化后的原料加入制粒机中两次造粒、成型，同时加雾化水汽，第一次成型压力为32-35MPa，成型时间为2-2.5小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16-18％；第二次成型的压力为50-60MPa，成型时间为1-2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16-18％，成型后的陶粒粒径为0.1-0.3mm，至混合料形成圆粒。
（4）将制成的陶粒放入烘干机中烘制，烘干机温度设置为110-120℃，传送带转速设置为15-25转/小时，陶粒平铺厚度0.5-0.8cm。
（5）将烘制后的陶粒通过传送带转至回转窑中烧制，回转窑窑头温度1200～1250℃，窑尾温度320～330℃，7.5-8小时后出窑，得到成品。
作为本发明的一种优选技术方案，所使用的废弃瓷砖为表面无彩色图案的瓷砖。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在原料中加入铝渣和废弃瓷砖，减少对环境的污染，变废为宝，且铝渣含有氧化硅，瓷砖中含有碳酸钙、滑石，这几种原料在一起混合可以增大陶粒的比表面积且起到协同增效的作用，同时铝渣中含氧化钙可以起到膨胀剂的作用，从而降低陶粒的密度。
2、本发明在原料混合过程中加入均化工艺，从而使各物料充分混合均匀，确保产品的质量稳定，增加反应速率，增强陶粒的强度。
3、本发明先将制成的陶粒放入烘干机中低温烘制，然后在回转窑中高温烤制，这样陶粒可以更有效的产生物理化学反应，从而提高陶粒的强度、降低陶粒密度。
附图说明
图1为本发明的高强度低密度陶粒制备示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在原料中加入铝渣和废弃瓷砖，减少对环境的污染，且铝渣含有氧化硅，瓷砖中含有碳酸钙、滑石，碳酸钙可以通过表面改性和利用其自身的多孔性质，可以有效地增大其比表面积，同时原料中含有的氧化硅、滑石可以和碳酸钙一起起到协同增效的作用。铝渣中含氧化钙，氧化钙是一种无机化合物，俗称生石灰，其化学式为CaO。当氧化钙与水反应时，会生成氢氧化钙并释放大量热量，这种反应会导致体积增大，从而产生膨胀效应，可以起到膨胀剂的作用，从而降低陶粒的密度。
本发明中采用的均化工艺，能使各物料充分混合均匀，从而达到均匀的化学成分分布，确保产品的质量稳定，且增加反应速率，增强陶粒的强度。
本发明先将制成的陶粒放入具有传送带的烘干机中烘制，烘制后的陶粒再通过传送带转至回转窑中烧制，这样先低温烘制方式可以防止直接采用高温破坏了陶粒中部分化学成分。110-120℃低温可以促进陶粒内部发生物理化学反应，如氧化反应等，从而有助于形成更多的孔隙，1200-1250℃高温烤制，陶粒内部会发生复杂的物理化学反应，如熔融和烧结等，这些反应有助于陶粒内部形成连通的孔道，从而增加其孔隙率，本发明通过先低温烘制再高温烤制的烘烤工艺可以使陶粒更有效的产生物理化学反应，从而提高陶粒的强度、降低陶粒密度。
本发明所使用的废弃瓷砖为表面无彩色图案的瓷砖，铝渣为工业用产生的铝渣，其他所用原料均为市售原料。
实施例一
一种低密度陶粒制备方法，其具体步骤为：（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，球磨机转速设置90转/分，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行粉碎球磨至目数为500目。
（2）将铝矾土45份、铝渣25份、废弃瓷砖粉10份、滑石粉3份、碳酸钙2、莫来石1.5份原料按比例进行混合、均化，均化设置参数为均化压力4MP、工作介质温度55℃、转速9000转/分钟，均化时间10分钟。
（3）将混合均化后的原料加入制粒机中两次造粒、成型，同时加雾化水汽，第一次成型压力为32MPa，成型时间为2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16％；第二次成型的压力为50MPa，成型时间为1小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16％，成型后的陶粒粒径为0.15mm，至混合料形成圆粒。
（4）将制成的陶粒放入烘干机中烘制，烘干机温度设置为110℃，传送带转速设置为15转/小时，陶粒平铺厚度0.5cm。
（5）将烘制后的陶粒通过传送带转至回转窑中烧制，回转窑窑头温度1200℃，窑尾温度320℃，8小时后出窑，得到成品。
实施例二
一种低密度陶粒制备方法，其具体步骤为：（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，球磨机转速设置90转/分，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行粉碎球磨至目数为500目。
（2）将铝矾土55份、铝渣30份、废弃瓷砖粉13份、滑石粉5份、碳酸钙3、莫来石3份原料按比例进行混合、均化，均化设置参数为均化压力3.5MP、工作介质温度60℃、转速8500转/分钟，均化时间15分钟。
（3）将混合均化后的原料加入制粒机中两次造粒、成型，同时加雾化水汽，第一次成型压力为35MPa，成型时间为2.5小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的18％；第二次成型的压力为60MPa，成型时间为1小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的18％；成型后的陶粒粒径为0.163mm，至混合料形成圆粒。
（4）将制成的陶粒放入烘干机中烘制，烘干机温度设置为115℃，传送带转速设置为20转/小时，陶粒平铺厚度0.7cm。
（5）将烘制后的陶粒通过传送带转至回转窑中烧制，回转窑窑头温度1250℃，窑尾温度330℃，7.5小时后出窑，得到成品。
实施例三
一种低密度陶粒制备方法，其具体步骤为：（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，球磨机转速设置90转/分，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行粉碎球磨至目数为500目。
（2）将铝矾土50份、铝渣28份、废弃瓷砖粉12份、滑石粉4份、碳酸钙2.5、莫来石2份原料按比例进行混合、均化，均化设置参数为均化压力3.8MP、工作介质温度58℃、转速8800转/分钟，均化时间13分钟。
（3）将混合均化后的原料加入制粒机中两次造粒、成型，同时加雾化水汽，第一次成型压力为33MPa，成型时间为2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的17％；第二次成型的压力为55MPa，成型时间为2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的17％；成型后的陶粒粒径为0.2mm，至混合料形成圆粒。
（4）将制成的陶粒放入烘干机中烘制，烘干机温度设置为116℃，传送带转速设置为25转/小时，陶粒平铺厚度0.6cm。
（5）将烘制后的陶粒通过传送带转至回转窑中烧制，回转窑窑头温度1230℃，窑尾温度325℃，8小时后出窑，得到成品。
实施例四
一种低密度陶粒制备方法，其具体步骤为：（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，球磨机转速设置90转/分，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行粉碎球磨至目数为500目。
（2）将铝矾土52份、铝渣27份、废弃瓷砖粉11份、滑石粉4份、碳酸钙2、莫来石2.5份原料按比例进行混合、均化，均化设置参数为均化压力3.6MP、工作介质温度60℃、转速8700转/分钟，均化时间14分钟。
（3）将混合均化后的原料加入制粒机中两次造粒、成型，同时加雾化水汽，第一次成型压力为32MPa，成型时间为2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16％；第二次成型的压力为50MPa，成型时间为2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16％；成型后的陶粒粒径为0.19mm，至混合料形成圆粒。
（4）将制成的陶粒放入烘干机中烘制，烘干机温度设置为118℃，传送带转速设置为18转/小时，陶粒平铺厚度0.6cm。
（5）将烘制后的陶粒通过传送带转至回转窑中烧制，回转窑窑头温度120℃，窑尾温度328℃，8小时后出窑，得到成品。
对比例一：在实施例二的基础上，将步骤（2）中铝渣30份去除，铝矾土改成85份，其余与实施例二相同。
对比例二：在实施例二的基础上，将步骤（2）中废弃瓷砖粉13份去除，铝矾土改成68份，其余与实施例二相同。
对比例三：在实施例二的基础上，将步骤（2）中均化工艺去除，其余与实施例二相同。
对比例四：在实施例二的基础上，将步骤（4）中烘制工艺去除，其余与实施例二相同。
将实施例与对比例所得低密度高强度陶粒支撑剂按照SY/T 5108-2006、SY/T5108 进行测试，测试结果如表1所示：
表1
综合以上数据对比例一、二、三、四中体积密度均高于实施例二中体积密度，高幅均超过7%以上，抗压强度均低于实施例二中抗压强度。实施例二中视密度和破碎率指标均好于对比例。由此可得本发明高强度低密度陶粒具有较高强度、较低密度、成本低，具有广阔的应用前景。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种低密度陶粒制备方法，其特征在于，以铝矾土、铝渣、废弃瓷砖为主要原料，同时添加滑石粉、碳酸钙、莫来石，通过粉碎、均化、制粒、烘制、烧结得到高强度低密度陶粒，工艺步骤为：
（1）将废弃瓷砖投入到粗碎机中粉碎，粉碎机筛网的目数为50目，转速设置800转/分钟，将粗碎的瓷砖再经过球磨机进行球磨，细碎后的目数为500目，将铝矾土、铝渣、滑石粉、碳酸钙、莫来石原料分别进行球磨至目数为500目；
（2）将经过步骤（1）得到的粉料：铝矾土45-55份、铝渣25-30份、废弃瓷砖粉10-13份、滑石粉3-5份、碳酸钙2-3、莫来石1.5-3份原料按比例进行混合、均化；
将混合均化后的原料加入制粒机中造粒、成型，同时加雾化水汽，至混合料形成圆粒，过50目筛后得到圆球形陶粒；
（4）将制成的陶粒放入具有传送带的烘干机中烘制，烘制后的陶粒再通过传送带转至回转窑中烧制，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种低密度陶粒制备方法，其特征在于：球磨机转速90转/分钟，均化设置参数为压力3.5-4MPa、工作介质温度55-60℃、转速8500-9000转/分，均化时间10-15分钟。
3.根据权利要求1所述的一种低密度陶粒制备方法，其特征在于：步骤（3）中造粒、成型分两次，第一次成型压力为32-35MPa，成型时间为2-2.5小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16-18％；第二次成型压力为50-60MPa，成型时间为1-2小时，加雾化水汽量为混合原料总质量的16-18％；成型后的陶粒粒径为0.1-0.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种低密度陶粒制备方法，其特征在于：烘干机温度为110-120℃，传送带转速为15-25转/小时，陶粒平铺厚度0.5-0.8cm。
5.根据权利要求1所述的一种低密度陶粒制备方法，其特征在于：回转窑窑头温度1200～1250℃，窑尾温度320～330℃，7.5-8小时后出窑。
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