CN105198390A - 一种陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法和应用，所述陶瓷材料的原料组分由铝矾土、粉煤灰和锰粉组成，各组分的质量比为(67～85)：(14～28.6)：(0.5～4.8)。相较于现有技术，本发明陶瓷材料抗破碎性能显著提高，颗粒密度显著降低，抗腐蚀效果好，性能稳定，更利于提高效率，降低经济成本；所述陶瓷材料的制备方法，相较于传统制备方法能够更有效地保障产品自始至终的性能均一，且方法简便易控，无环境污染，环保且节约经济成本；此外，所述陶瓷材料作为支撑剂能够提高井中石油和天然气采收率，降低作业成本，相应地，也适用于其他钻井作业提取其他流体；而且，也能应用为混凝土建筑材料、研磨抛光材料、过滤用净水材料等。

Description

一种陶瓷材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种低密度、高强度的陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

陶瓷材料因其抗腐蚀等性能优越而应用广泛，如陶瓷膜、陶瓷纤维、陶粒砂等，其中，陶粒砂这类陶瓷颗粒以石油压裂支撑材料、混凝土建筑材料、耐火材料、保温材料、过滤用净水材料、研磨抛光材料等不同形式应用于多个领域，且技术效果突出。具体地，陶粒砂作为石油压裂支撑材料—支撑剂应用时，主要应用在基于使用水力压裂法的石油天然气开采技术中，通过高压泵将含有支撑剂的压裂流体注射到含油地层中的裂缝内，固定裂缝壁并防止其闭合，保障流体通道畅通，从而使液态和/或气态流体能够顺利流到收集区，进而提高相关井开采量，避免过早废弃；然而，在支撑剂应用过程中，对于颗粒密度相对较高的支撑剂，要到达目标地质层并进行有效分布，则需对压裂液及泵送条件进行较高要求的设计；对于颗粒强度相对较低的支撑剂，因周围岩石压力而易破碎，这些破碎后的粉末、细粒极易导致已构建支撑结构中的流体通道堵塞，从而严重影响油井的生产力，致使油井过早废弃。

现有技术中，发明专利CN104910891公开了一种低密度陶瓷压裂支撑剂，包括以下重量份的原料制备而成：高岭土70-85份、稻壳类植物外壳8-20份和陶瓷添加剂5-15份，所述稻壳类植物外壳经过缺氧碳化处理；该发明所得产品在降低体积密度与视密度方面取得较大进步，利于降低对压裂液及泵送条件的要求，从而降低相关成本；但是在抗压抗破碎强度方面的进步表现有限，其产品也主要用于比页岩气、页岩油开采深度浅的煤层气这类浅层开采，而对处于深层地质条件下的石油天然气等的开采却很难适用。

另外，发明专利CN101270280提供了一种油气井用压裂支撑剂，由下列重量份的原料制成：低含量铝矾土矿80－88份、锰矿1－4份、钾长石2－3份、固体水玻璃2－4份、钙石粉1－5份、滑石粉1－5份；该发明所得支撑剂产品在抗压抗破碎性能方面取得较好的技术效果，利于延长相关井的使用寿命；但其在体积密度及视密度方面的进步表现有限，不利于降低与其应用相关的压裂液及其泵送等作业成本，且所用原料种类较多，不可避免地使产品制备的稳定性及成本控制受到较多影响。

因此，虽然根据地质条件差别可以采用不同的支撑剂材料，但为有效降低压裂液及泵送条件等作业成本，提高油井开采能力，亟需研究开发出更优的低密度高强度的支撑剂材料。除了陶粒砂这类陶瓷颗粒材料作为支撑剂应用外，在其应用的其他领域中，低密度高强度的陶瓷材料也是亟需的，如作为混凝土建筑材料时能够增强抗震效果，作为研磨抛光材料时则能在增强研磨抛光效果的同时节约用量并降低经济成本。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种陶瓷材料及其制备方法和应用，降低经济成本，延长使用寿命，提高相关作业的效率和产能。

本发明解决问题的技术方案是：一种陶瓷材料，所述陶瓷材料的原料组分由铝矾土、粉煤灰和锰粉组成，各组分的质量比m(铝矾土)：m(粉煤灰)：m(锰粉)为(67～85)：(14～28.6)：(0.5～4.8)。

进一步地，在所述的陶瓷材料中，所述的原料组分质量比m(铝矾土)：m(粉煤灰)：m(锰粉)优选为(70～79)：(20～26)：(1～4)。

优选地，在所述陶瓷材料的原料铝矾土中，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂，其中，Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于14:1，Al₂O₃与SiO₂的质量比不低于14:3，Al₂O₃与TiO₂的质量比不低于7:1。

优选地，在所述陶瓷材料的原料粉煤灰中，含有Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和碳，其中，Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:2至4:1；Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于3:1；Al₂O₃与碳的质量比不低于6:1。

优选地，在所述陶瓷材料的原料锰粉中锰元素的含量为30％～70％；较佳地，原料锰粉中锰元素的含量为56％～64％。

优选地，在所述陶瓷材料中，各原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均能过325目筛，以保障所得陶瓷材料产品的均一性。

本发明所述的陶瓷材料能够根据应用领域的需求进行不同规格不同形状的制备，本发明所述的陶瓷材料以常用的陶瓷颗粒为优选，本发明还提供了相应的制备方法，具体地，所提供的技术方案为：一种陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照上述的陶瓷材料的原料配比称量铝矾土、粉煤灰和锰粉，将各原料混合，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得的混合物料制粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒进行烘干；

(4)将步骤(3)烘干所得产品进行煅烧；

(5)将步骤(4)煅烧后所得产品进行冷却；

(6)将步骤(5)所得成品进行筛分、包装。

进一步地，在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为1180μm～106μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为120℃～450℃，时间为10min～50min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1200℃～1420℃，时间为4h～9h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至75℃～135℃后，再通过水冷到75℃以下。

优选地，在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为850μm～212μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为150℃～390℃，时间为25min～35min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1250℃～1340℃，时间为6h～8h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至65℃～125℃后，再通过水冷到65℃以下。

进一步地，在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，在所述步骤(1)中，在各原料混合前和/或混合后进行均化；均化的时间优选为16天以上，以使原料自身的性能均一。

本发明还提供了一种陶瓷材料的应用，将本发明所述的陶瓷材料作为支撑剂应用，使石油天然气等相关流体通道得到有效支撑。此外，本发明的陶瓷材料也能够作为混凝土建筑材料、研磨抛光材料、耐火材料、保温材料、过滤用净水材料等加以应用。

本发明所述陶瓷材料进行了孔结构及晶相结构等性能表征，根据本发明陶瓷材料的应用情况，还按照SY/T5108—2006标准及勘探生产分公司90号文件等进行了检测。经系列检测，本发明的陶瓷材料不仅符合相关标准要求，而且远高于标准要求，抗破碎性能显著提高，颗粒密度显著降低，且抗腐蚀效果好，性能稳定，在同样的条件下应用本发明的陶瓷材料，较其他材料使用寿命更长，更利于提高效率，降低经济成本。本发明提供的陶瓷材料的制备方法，相较于传统制备方法更有效地保障了产品自始至终的性能均一稳定，避免了损耗，且方法简便易控，无粉尘产生，无环境污染，环保且节约经济成本。此外，本发明的陶瓷材料能够作为支撑剂用于含烃地层的水力压裂以提高井中石油和天然气采收率，有效降低压裂液及泵送条件等作业成本，相应地，也适用于其他钻井中作业提取其他流体；而且，也能够作为混凝土建筑材料增强抗震效果、作为研磨抛光材料增强研磨抛光效果的同时节约用量并降低经济成本、作为过滤用净水材料延长相关净水设备的使用寿命等。

具体实施方式

在本发明中，本发明陶瓷材料的原料组分由铝矾土、粉煤灰和锰粉组成，各组分的质量比m(铝矾土)：m(粉煤灰)：m(锰粉)为(67～85)：(14～28.6)：(0.5～4.8)，优选为(70～79)：(20～26)：(1～4)。

在本发明中，在所述陶瓷材料的原料铝矾土中，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂，其中，优选地，Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于14:1，Al₂O₃与SiO₂的质量比不低于14:3，Al₂O₃与TiO₂的质量比不低于7:1。

在本发明中，在所述陶瓷材料的原料粉煤灰中，含有Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和碳，其中，优选地，Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:2至4:1；Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于3:1；Al₂O₃与碳的质量比不低于6:1。

在本发明中，在所述陶瓷材料的原料锰粉中锰元素的含量优选为30％～70％；较佳地，原料锰粉中锰元素的含量为56％～64％；较佳地，原料锰粉中所含锰元素以其氧化物MnO₂的形式存在，锰粉中MnO₂的含量为50％～60％。

在本发明中，为保障制备陶瓷材料时各组分间充分接触、反应完全，从而保障所得陶瓷材料产品的均一性，优选地，在所述陶瓷材料中，各原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均能过325目筛，即各原料组分颗粒的粒径均不大于45μm。

在本发明中，所述的陶瓷材料能够根据应用领域的需求进行不同规格的制备，以常用的陶瓷颗粒为优选，提供了相应的制备方法，具体地，包括如下步骤：

(1)按照上述的陶瓷材料的原料配比称量铝矾土、粉煤灰和锰粉，将各原料混合，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得的混合物料制粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒进行烘干；

(4)将步骤(3)烘干所得产品进行煅烧；

(5)将步骤(4)煅烧后所得产品进行冷却；

(6)将步骤(5)所得成品进行筛分、包装。

为使各原料组分间相互作用充分，保障所得产品达到目标的结构和性能，经多次反复实验及分析和设计，在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，优选地，在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为1180μm～106μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为120℃～450℃，时间为10min～50min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1200℃～1420℃，时间为4h～9h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至75℃～135℃后，再通过水冷到75℃以下。较佳地，在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为850μm～212μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为150℃～390℃，时间为25min～35min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1250℃～1340℃，时间为6h～8h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至65℃～125℃后，再通过水冷到65℃以下。较佳地，所制颗粒为球形颗粒。

在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，为避免能耗及原料损失，对各步骤中所得产品及时进行筛分，优选地，在进行步骤(2)后进行筛分，对于不在目标规格范围内的产品筛除后粉碎回收进行步骤(1)；优选地，在进行步骤(3)后进行筛分，使不符合目标规格的产品筛除后粉碎回收进行步骤(1)，有效避免占用煅烧设备及能源浪费。

在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，为保障制备所得产品的均一稳定性，需有效保障原料自身的组成与性能均一，为此，优选地，在所述步骤(1)中，在各原料混合前和/或混合后进行均化，即均化的方式能够以三种不同形式进行，包括在各原料组分混合前进行分别均化、在各原料组分混合后统一均化、以及在各原料组分混合前分别均化和各原料组分混合后统一均化结合进行，各种形式的均化时间优选为16天以上；优选地，以在各原料组分混合前分别均化和各原料组分混合后统一均化结合的方式进行，其中，各原料混合前的分别独立均化时间为7天以上，各原料混合后的统一均化时间为10天以上；较佳地，在均化过程中，物料以泵送入均化器中，以使物料各颗粒间充分接触，更优地，将物料层层铺设，取用时也层层依次进行，使物料堆积呈圆柱形，能够利于提高均化效果，促进物料中各颗粒间的组成及性能均一。具体均化方式以每次均化后的检测结果进行调整。此外，通过均化能够减少不合格产品，同时，也能够使筛分操作效率得到提高，进而也有效提高本发明陶瓷材料的整体制备效率和产率。

在本发明中，原料种类简单，利于减少影响因素，能够有效保障所得陶瓷材料的性能稳定；而粉煤灰的采用在减少矿石原料应用降低经济成本的同时，利于实现节能环保效果；此外，通过加入锰粉调节材料的性能，锰粉与铝矾土和粉煤灰的各组成成分间相互作用，得到目标材料。具体地，在本发明所述的陶瓷材料的制备方法中，铝矾土、粉煤灰和锰粉在混合时初步相互作用，在成粒时因受机械外力使铝矾土、粉煤灰和锰粉之间的相互作用得到进一步加强，通过烘干使颗粒内部结构的水分部分蒸发，从而使各成分间的相互作用再度加强，然后，随着高温煅烧使铝矾土、粉煤灰和锰粉中的铝、铁、锰、钛等元素对应的化合物发生结构变化，相互作用形成新的晶相结构、孔结构，而且通过多次分析设计在上述优选原料配比及制备条件下，所形成的晶相结构更加稳定，且耐酸性、结晶度、烧结程度及孔结构能够处于更优的分布区间，能够得到性能更优的陶瓷材料。对于本发明所提供的低密度高强度的陶瓷材料，具体的性能表现如下述具体实施例所述，但本发明陶瓷材料的优良性能表现的进步不限于此。

在本发明中，本发明的陶瓷材料能够作为支撑剂材料、混凝土建筑材料、研磨抛光材料、耐火材料、保温材料、过滤用净水材料等加以应用，具体规格形状根据实际需要进行设置。将本发明所述的陶瓷材料作为支撑剂应用，应用时，将含有本发明陶瓷材料的支撑剂的流体以一定的速率和压力注入到目标开采地层中，使石油天然气等相关流体通道得到有效支撑；所述陶瓷材料作为支撑剂应用时优选为球形颗粒，利于增强其导流能力。

在本发明中，所述陶瓷材料中所应用的各组分原料来源较多，所述铝矾土、锰粉均能通过市售获得，也能够通过购买相关矿石原料进行粉碎制得；原料粉煤灰能够通过市售获得，也能够利用燃煤工厂粉煤灰排放物作为来源，也能够以原煤进行燃烧获得；各原料来源以中国内蒙、山西、河南产地为优选，其他地区具有上述原料组分分布特点的也能够应用。

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种陶瓷材料，其原料组分如表2所示。

上述陶瓷材料中，原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过325目筛，以保障所得陶瓷材料产品的均一性。

一种制备上述陶瓷材料的方法为：

(1)将表1所示原料铝矾土、粉煤灰和锰粉混合，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得的混合物料制成粒度范围为1180μm～850μm的球形颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒于450℃进行烘干，时间为10min；

(4)将步骤(3)烘干所得产品于1420℃进行煅烧，时间为4h；

(5)将步骤(4)煅烧后所得产品先通过风冷至135℃后，再通过水冷到75℃；

(6)将步骤(5)所得成品进行筛分，根据所得产品的不同规格进行分别包装、分别应用。

在上述实施例中，为避免能耗及原料损失，对各步骤中所得产品及时进行筛分，在进行步骤(2)后进行筛分，对于不在目标规格范围内的产品筛除后粉碎回收进行步骤(1)；为进一步避免不合格产品占用煅烧设备及损耗能源，在进行步骤(3)后进行筛分，将烘干过程中产生的不符合目标规格的产品筛除后粉碎回收进行步骤(1)，再利用。

在上述实施例中，为使原料自身的组成与性能均一，为后期制备所得产品的均一稳定性提供保障，也为各步骤减少不合格产品，提高筛分操作效率，进而充分提高制备效率和产率，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化，均化时间为16天；为进一步增强均化效果，将各原料混合后又进行统一均化，均化时间为20天；而为充分保障物料均化效果，在均化过程中，物料以高压泵送人均化器中，使物料各颗粒间充分接触，将物料层层铺设，使物料堆积呈圆柱形，取用时也层层依次进行，保障物料均化充分，也保障均化一致的原料得到取用，为目标产品的均一性进一步提供保障。

对上述实施例所得上述陶瓷材料进行检测和评价，参照的部分标准见表1，具体检测结果见表2。

实施例2

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表2所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在上述陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化，均化时间为18天，在均化过程中，物料均以高压泵送人均化器中，使物料各颗粒间充分接触，将物料层层铺设，使物料堆积呈圆柱形，取用时也层层依次进行，保障物料均化充分，也保障均化一致的原料得到取用，为目标产品的均一性进一步提供保障。

在上述陶瓷材料制备中，在所述步骤(3)中，烘干的温度为120℃，时间为50min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1200℃，时间为9h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至75℃后，再通过水冷到45℃以下。

实施例3

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表2所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料在混合后进行统一均化，均化时间为16天；而为充分保障物料均化效果，在均化过程中，物料以高压泵送人均化器中，使物料各颗粒间充分接触，将物料层层铺设，使物料堆积呈圆柱形，取用时也层层依次进行，保障物料均化充分，也保障均化一致的原料得到取用，为目标产品的均一性进一步提供保障。

在上述陶瓷材料制备中，在所述步骤(3)中，烘干的温度为420℃，时间为20min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1370℃，时间为5h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至125℃后，再通过水冷到65℃以下。

实施例4

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表2所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化的时间为7天；将各原料混合后进行统一均化的时间为10天；在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为212μm～106μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为150℃，时间为40min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1250℃，时间为7h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至80℃后，再通过水冷到55℃以下。

实施例5

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表2所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化的时间为16天；将各原料混合后进行统一均化的时间为17天；在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为850μm～425μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为350℃，时间为25min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1340℃，时间为7.5h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至120℃后，再通过水冷到60℃以下。

实施例6

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表2所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化的时间为14天；将各原料混合后进行统一均化的时间为19天；在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为600μm～300μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为300℃，时间为30min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1300℃，时间为6.5h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至110℃后，再通过水冷到58℃以下。

实施例7

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化的时间为16天；将各原料混合后进行统一均化的时间为16天；在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为425μm～212μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为250℃，时间为35min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1320℃，时间为7h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至90℃后，再通过水冷到50℃以下。

实施例8

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中，不同的是：

在陶瓷材料制备中，在所述步骤(1)中，将各原料组分在混合前进行分别均化的时间为10天；将各原料混合后进行统一均化的时间为12天；在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度范围为425μm～250μm；在所述步骤(3)中，烘干的温度为200℃，时间为35min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1280℃，时间为7.5h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至100℃后，再通过水冷到52℃以下。

实施例9

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例1，其中：

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为14:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为14:3，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为7:1；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为3:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为6:1；原料锰粉中锰元素的含量为70％；

在上述陶瓷材料制备中，在所述步骤(3)中，烘干的温度为390℃，时间为20min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1250℃，时间为8h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至115℃后，再通过水冷到68℃以下。

实施例10

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例4，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为15:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为5:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为7:2；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为4:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为4:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为8:1；原料锰粉中锰元素的含量为30％；

在上述陶瓷材料制备中，在所述步骤(3)中，烘干的温度为180℃，时间为45min；在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1260℃，时间为6h；在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至65℃后，再通过水冷到40℃以下。

实施例11

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例5，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为65:2，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为65:12，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为65:6；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:2，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为5:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为10:1；原料锰粉中锰元素的含量为38％。

实施例12

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表3所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例6，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为73:2，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为73:10，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为73:6；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为2:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为8:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为20:1；原料锰粉中锰元素的含量为32％。

实施例13

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例7，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为79:2，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为79:10，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为79:6；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为7:3，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为7:2，所含Al₂O₃与碳的质量比为7:1；原料锰粉中锰元素的含量为42％。

实施例14

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例8，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过400目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为40:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为4:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为10:1；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为2:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为6:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为12:1；原料锰粉中锰元素的含量为46％。

实施例15

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例5，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过500目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为140:3，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为10:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为14:1；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为8:3，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为8:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为8:1；原料锰粉中锰元素的含量为56％。

实施例16

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例6，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过500目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为40:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为4:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为40：3；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为2:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为6:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为12:1；原料锰粉中锰元素的含量为64％。

实施例17

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例7，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过500目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为35:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为7:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为14:1；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为2:1，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为8:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为20:1；原料锰粉中锰元素的含量为59％。

实施例18

一种陶瓷材料，其原料组分重量配比及性能检测结果如表4所示，其基本的制备方法及性能检测方法同实施例4，其中，

本实施例原料组分即铝矾土、粉煤灰和锰粉均过500目筛；

在本实施例陶瓷材料的原料铝矾土中，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为36:1，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为9:1，所含Al₂O₃与TiO₂的质量比为18:1；

在本实施例陶瓷材料的原料粉煤灰中，所含Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:2，所含Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比为5:1，所含Al₂O₃与碳的质量比为10:1；原料锰粉中锰元素的含量为62％。

对上述实施例1～18中所得产品的结构及性能分别进行检测评价，下面以实施例1～18中所得产品作为支撑剂应用的检测为例进行说明，检测均由中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院压裂酸化研究所及由长庆油田油气工艺研究院等符合要求的检测机构进行，检测方法及检测结果评价均依据中华人民共和国石油和天然气行业标准SY/T5108—2006及中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司油堪字[2007]90号文件(简称勘探生产分公司90号文件)进行，其中，参考的部分标准见表1，具体检测结果见表2～4。

由表1～4可知，本发明陶瓷材料符合标准要求，而且远高于标准要求，其密度均达1.59g/cm³以下，相较于标准要求及其他现有技术，颗粒密度显著降低，这十分有利于降低压裂液及泵送作业成本，尤其是，在密度显著降低的同时抗破碎性能显著提高，抗破碎强度高于标准15％以上，性能稳定，使用寿命长，利于延长相关作业井的寿命，提高相关井的开采量；且抗腐蚀性能也突出高于标准，所以，本发明的陶瓷材料为性能显著稳定的低密度高强度的陶瓷材料，在同样的条件下应用本发明的陶瓷材料，相较其他材料，更利于提高效率，降低经济成本。本发明的陶瓷材料完全能够满足不同地质层尤其是深层的石油天然气开采要求，作为支撑剂用于含烃地层的水力压裂作业能够提高井中石油和天然气采收率，有效降低压裂液及泵送条件等作业成本，相应地，也适用于其他钻井中作业提取其他流体；也能够作为混凝土建筑材料、研磨抛光材料、耐火材料、保温材料、过滤用净水材料等加以应用，具体规格形状能够根据实际需要进行设置；但本发明陶瓷材料的应用范围并不限于此。

表1

表2

表3

表4

Claims (10)

1.一种陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的原料组分由铝矾土、粉煤灰和锰粉组成，各组分的质量比m(铝矾土)：m(粉煤灰)：m(锰粉)为(67～85)：(14～28.6)：(0.5～4.8)。

2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述的原料组分质量比m(铝矾土)：m(粉煤灰)：m(锰粉)为(70～79)：(20～26)：(1～4)。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷材料，其特征在于，在所述原料铝矾土中，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂，其中，Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于14:1，Al₂O₃与SiO₂的质量比不低于14:3，Al₂O₃与TiO₂的质量比不低于7:1。

4.根据权利要求1或2所述的陶瓷材料，其特征在于，在所述原料粉煤灰中，含有Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃和碳，其中，Al₂O₃与SiO₂的质量比为3:2至4:1；Al₂O₃与Fe₂O₃的质量比不低于3:1；Al₂O₃与碳的质量比不低于6:1。

5.根据权利要求1或2所述的陶瓷材料，其特征在于，在所述原料锰粉中锰元素的含量为30％～70％。

6.根据权利要求1或2所述的陶瓷材料，其特征在于，所述铝矾土、粉煤灰和锰粉均能过325目筛。

7.一种陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照权利要求1-6任一项所述的陶瓷材料的原料配比称量铝矾土、粉煤灰和锰粉，将各原料混合，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)所得的混合物料制粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒进行烘干；

(4)将步骤(3)烘干所得产品进行煅烧；

(5)将步骤(4)煅烧后所得产品进行冷却；

(6)将步骤(5)所得成品进行筛分、包装。

8.如权利要求7所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所制颗粒的粒度为1180μm～106μm；

在所述步骤(3)中，烘干的温度为120℃～450℃，时间为10min～50min；

在所述步骤(4)中，煅烧的温度为1200℃～1420℃，时间为4h～9h；

在所述步骤(5)中，将产品先通过风冷至75℃～135℃后，再通过水冷到75℃以下。

9.如权利要求7所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，在各原料混合前和/或混合后进行均化。

10.一种陶瓷材料的应用，其特征在于，将权利要求1-9任一项所述的陶瓷材料作为支撑剂的应用。