CN104893706B - 利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，其主要制备工艺为：原料选择、焙烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结，选择广西平果铝土矿废弃的铝土矿渣和贵州铝土矿为主原料，对广西铝土矿渣先经过除铁处理再进行焙烧，降低铝土矿中的铁含量高，从而适合用于陶粒砂的生产需要。本发明制备的高密度高强度陶粒砂的体积密度为1.87 g/cm3，球度圆度为0.9，抗86MPa的破碎率为7.22～7.78 %，满足了中深油、气深井支撑剂的性能要求。本发明制备工艺简单，原料丰富易得、成本低，容易实现工业化生产，具有很好的应用前景。

Description

利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂
技术领域
本发明涉及一种石油、天然气开采压裂工艺用材料，尤其是一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂。
背景技术
陶粒砂又名石油压裂支撑剂，由于陶粒砂堆积密度较小，内部多孔，形态、成分较均一，且具有一定的强度和坚固性，因而具有质轻、抗震和良好的隔绝性(保温、隔热、隔音、隔潮)等的特点，还被广泛应用于建筑、冶金、化工、石油农业等领域。陶粒砂按原料分为铝钒土陶粒砂、粉煤灰陶粒砂、黏土陶粒砂等，其中铝钒土陶粒砂是铝钒土、煤等多种原材料，经过破碎，细碎，粉磨、制粒和高温烧结等多道工艺制作而成，具有耐高温、高压、强度高、导流能力强、及耐腐蚀等特点，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。铝钒土陶粒砂是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油、天然气有良好效果，且能降低成本。铝钒土陶粒砂是目前需求量最大的陶粒砂品种之一。
在石油或天然气进行深井开采时，将高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，使用铝钒土陶粒砂材料随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。铝钒土陶粒砂应用于深井压裂施工时，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，而且更能延长油气井服务年限。目前，在市面上卖的高密度、高强度产品技术指标为20-40目，体积密度为1.82-1.88 g/cm3，在86 MPa下抗损率≤10 %，而更高强度和密度的陶粒支撑剂则很少，尤其是在86MPa下，破碎率＜8 %，体积密度＞1.80 g/cm3的高密度、高强度陶粒砂支撑剂基本都是国外进口。因此，制备高密度、高强度陶粒砂支撑剂显得尤为重要。
发明内容
本发明将针对上述存在的问题，提供一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂。本陶粒砂是以原料丰富易得、成本低的铝土矿废弃的铝土矿渣和贵州铝土矿为主原料，经过原料选择、焙烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结而成。
本发明采用的技术方案为：
一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，其特征在于：包括原料选择、焙烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择铝土矿废弃的铝土矿渣和铝铁矿为主要原料，并加入烧结助剂辅料；所述铝土矿渣为平果铝土矿渣，所述铝铁矿为贵州铝铁矿；
（2）焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已焙烧好的原料按重量份数：铝土矿废弃渣30～60份，铝铁矿10～20份，烧结助剂0.6份，备用；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，或者按投料配比混合粉碎，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的物料用德国进口的半自动制粒机按常规方法制粒；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在70-100℃下干燥，然后加入回转窑烧结，控制温度为1410～1420℃、时间为30-40分钟,即可得到高密度高强度陶粒砂。
以上所述铝土矿渣先经过除铁处理及焙烧处理后，控制Al2O3的重量含量为69～73%，Fe2O3的重量含量为10～13 %。
以上所述述贵州铝铁矿其Al2O3焙烧后的重量含量为85～89 %，Fe2O3的重量含量为3～5 %。
以上所述烧结助剂为预糊化淀粉。
以上所述高密度高强度陶粒砂的粒径为20～50目，体积密度为1.87 g/cm3，抗86MPa的破碎率为7.22～7.78 % 。
本发明的优点和取得的有益效果为：
（1）本发明是以铝土矿废弃的铝土矿渣和贵州铝土矿为主原料，原料丰富易得，成本低。铝土矿渣先经过除铁处理及焙烧处理后，使铝土矿渣的Al2O3的重量含量由60-63 %提升至70 %左右，铝土矿渣的Fe2O3重量含量由26-29 %降低至10-13 %，充分改变广西铝土矿铁含量高，不适合用于陶粒砂生产的缺点。本发明能将广西平果铝业沉砂池中废弃的500吨铝土矿渣变废为宝，实现了资源的综合利用，不仅可以铝土矿渣制成高密度高强度的陶粒砂，并且解决了铝土矿渣对环境污染问题。
（2）本发明制备工艺简单，能耗低，容易实现工业化生产。
（3）本发明制备得到的陶粒砂为高密度高强度的陶粒砂，其体积密度为1.87 g/cm3，抗破碎率（86MPa）为7.22～7.78 %，满足了在86MPa下，破碎率＜8 %，体积密度＞1.80g/cm3，满足了高密度、高强度的陶粒砂支撑剂的技术性能要求，解决了国内高密度、高强度陶粒砂市场供不应求的问题。
（4）本发明制备的高密度高强度的陶粒砂为中深油、气开采提供良好的基础保障，具有很好的市场应用前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
本发明以广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，其中铝土矿渣先经过常规的除铁技术处理及焙烧处理后，其Al2O3含量由60～63 %提升至69～73%，Fe2O3含量由22-24%降低至10-13 %；所述贵州铝土矿Al2O3灼减后的含量在85～89 %，Fe2O3在3～5 %；本陶粒砂的粒径为20～50目，体积密度为1.87 g/cm3，抗破碎率（86MPa）为7.22～7.78 %。
实施例1
一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，加入预糊化淀粉烧结助剂；
（2）焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已焙烧的原料按重量份数：Al2O3含量为70.24%、Fe2O3含量为12.6%的铝土矿废弃渣30kg，Al2O3含量为88.8%、Fe2O3含量为4.05%的铝铁矿10kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6kg；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的物料用德国进口的半自动制粒机按常规方法制粒，控制粒径的大小为20-40目；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在70℃的条件下干燥，然后加入回转窑在温度为1410℃条件下烧结40分钟,即可得到高密度高强度陶粒砂。
实施例2
一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，并加入预糊化淀粉烧结助剂；
(2)焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已粉碎的原料按重量份数：Al2O3含量为69.38%、Fe2O3为11.2%的铝土矿废弃渣45kg，Al2O3含量为88.8%、Fe2O3含量为4.05%的铝铁矿15kg，烧结助剂预糊化淀粉0.9kg；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的物料用德国进口的半自动制粒机机按常规方法制粒，粒径大小为20-40目；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在80℃下干燥，然后加入回转窑在温度为1420℃的条件下烧结35分钟,即可得到高密度高强度陶粒砂。
实施例3
一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，并加入烧结助剂预糊化淀粉；
（2）焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已粉碎的原料按重量份数：Al2O3含量为72.76%、Fe2O3含量为10.80%的铝土矿废弃渣60kg，Al2O3含量为88.8%、Fe2O3含量4.02为的铝铁矿20kg，烧结助剂1.2kg混合均匀，备用；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的物料用德国进口制粒机按常规方法制粒，粒径大小为30-50目；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在100℃的条件下干燥，然后加入回转窑在温度为1410℃，的条件下烧结40分钟,即可得到高密度高强度陶粒砂。
实施例4
一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，并加入预糊化淀粉烧结助剂；
(2)焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已焙烧好的的原料按重量份数：Al2O3含量为70.24%、Fe2O3含量为12.6%的铝土矿废弃渣30kg，Al2O3含量为88.8%、Fe2O3含量3.45%为的铝铁矿10kg，烧结助剂预糊化淀粉0.6kg；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的混合物料用德国进口制粒机按常规方法制粒，粒径大小为30-50目；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在90℃的条件下干燥，然后加入回转窑在温度为1420℃的条件下烧结30分钟,即可得到高密度高强度陶粒砂。
依据SYT5108-2006标准对以上实施例的产品性能进行检测，结果如表1所示。从表1可以看出：本发明制备得到的陶粒砂各项性能都优于国内行业的标准，并且抗破碎率指标优于美国卡博公司提供的高密度产品。
表1.本发明产品性能指标与行业标准对比

Claims (2)

1.一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，其特征在于：包括原料选择、焙烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结，主要工艺步骤为：
（1）原料选择：选择铝土矿废弃的铝土矿渣和铝铁矿为主要原料，并加入烧结助剂辅料；所述铝土矿渣为平果铝土矿渣，所述铝铁矿为贵州铝铁矿；
（2）焙烧：将上述原料在1000℃下进行焙烧；
（3）配料：将已焙烧好的原料按重量份数：铝土矿废弃渣30 ～ 60 份，铝铁矿10 ～ 20份，烧结助剂0.6 份，备用；
（4）粉碎：将各组份原料用球磨机分别粉碎至600 目，或者按投料配比混合粉碎，备用；
（5）制粒：将步骤（4）的物料用德国进口的半自动制粒机按常规方法制粒；
（6）烘干和烧结：将步骤（5）的制粒物料在70-100℃下干燥，然后加入回转窑烧结，控制温度为1410 ～ 1420℃、时间为30-40 分钟, 即可得到高密度高强度陶粒砂；
所述铝土矿渣先经过除铁处理及焙烧处理后，控制Al2O3的重量含量为69 ～ 73%，Fe2O3的重量含量为10～ 13%；
所述贵州铝铁矿其Al2O3焙烧后的重量含量为85 ～ 89 %，Fe2O3 的重量含量为3 ～5%；
所述烧结助剂为预糊化淀粉。
2.根据权利要求1 所述一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，其特征在于：所述高密度高强度陶粒砂的粒径为20 ～ 50 目，体积密度为1.87 g/cm3，抗86MPa 的破碎率为7.22 ～ 7.78 % 。
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