CN107244887A - 一种水基钻屑吸附滤料的制备方法以及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基钻屑吸附滤料的制备方法以及应用方法，所述吸附滤料包括以下重量份的组分：水基钻屑100份；复合增强剂0‑30份；成型剂2‑30份；引气剂0‑20份；水2‑20份；所述复合增强剂为硅氧化合物、硅藻土以及粉煤灰中的一种或者几种的组合；所述成型剂为亲水性高分子化合物和/或粘土；所述引气剂为碳酸钠和/或碳酸氢钠；所述制备方法包括如下步骤：（1）、将水基钻屑、复合增强剂、成型剂、引气剂、其他助剂及水混匀，然后造粒成型；（2）、预热后焙烧，即得陶粒吸附滤料。本发明方法制备的吸附滤料具有发达的孔结构、较大的比表面积、较高的抗压强度及较好的吸附效果，其各项物理性能指标明显优于我国的行业标准。

Description

一种水基钻屑吸附滤料的制备方法以及应用方法
技术领域
本发明属于吸附滤料及其制备和应用领域，特别涉及一种基于水基钻屑制备吸附滤料及其应用。
背景技术
多孔吸附滤料是一种经高温烧成，体内具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料，它主要以气孔为主相。烧制滤料的主要成分为黏土和其他添加剂，而钻井废弃泥浆本身是由加重剂、粘土、化学处理剂、水、油及钻屑等组成的，其主要成分为黏土和钻屑，其也是多孔陶瓷滤料烧结的主要原料，完全可以作为滤料烧制的骨料。但是目前钻井废弃泥浆未能实现资源的回收利用，既浪费了资源，又加大了后续的环保压力。
发明内容
鉴于以上水基钻屑资源化利用的不足，本发明提供了一种水基钻屑制备吸附滤料的方法，实现废弃物的资源化利用。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种水基钻屑吸附滤料的制备方法，所述吸附滤料包括以下重量份的组分：水基钻屑100份；复合增强剂0-30份；成型剂2-30份；引气剂0-20份；水2-20份；所述复合增强剂为硅氧化合物、硅藻土以及粉煤灰中的一种或者几种的组合；所述成型剂为亲水性高分子化合物和/或粘土；所述引气剂为碳酸钠和/或碳酸氢钠；
所述制备方法包括如下步骤：
（1）、将水基钻屑、复合增强剂、成型剂、引气剂、其他助剂及水混匀，然后造粒成型；
（2）、预热后焙烧，即得陶粒吸附滤料。
进一步的，所述亲水性高分子化合物为淀粉或者聚丙烯酰胺。由于在成型过程中需要加入水造型，因此亲水性高分子化合物加入水后，能吸水塑形，利于造型。
进一步的，所述水基钻屑由钻井废泥浆依次经干燥、粉碎得到。所述钻井废泥浆组分主要包括石英、长石、方解石等铝硅酸盐矿物及其衍生化合物以及含盐水膨润土泥浆。
进一步的，所述钻井废泥浆干燥之前还加入脱稳控水剂，所述脱稳控水剂为铝硅酸盐、高铁酸盐、硫酸铝以及具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物中的一种或者几种的组合。所述脱稳控水剂的用量为钻井废泥浆质量的1-3%。
进一步的，所述脱稳控水剂优选为具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物，比如甲基丙烯酸甲酯乙二胺树枝状聚合物，其用量为钻井废泥浆质量的2.0%。
通过采用不同的脱稳控水剂对于不同的钻井废泥浆体系的处理，我们发现具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物的效果最好，其处理后COD降低率、脱水率、分离水色度均优于其他的脱稳控水剂，并且随脱稳控水剂加量增加，处理效果变好，当加量达到一定量时，再增加其用量，效果变化不大。当具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物加量达到2.0%时，处理效果最佳，其处理后废液COD及水相色度明显改善。
进一步的，所述吸附滤料中各组分的用量为：水基钻屑100份；复合增强剂15份；成型剂6份；引气剂2份；其中所述复合增强剂选择为硅藻土，所述成型剂选择为淀粉，所述引气剂选择为碳酸钠。实践证明上述配比能够获得较优吸附滤料，此时滤料具有较小密度与较好抗压强度。
进一步的，所述步骤（2）的预热步骤为从室温升温至200-600℃，升温速率为15-20℃/min，停留时间为5-30min，生料球的膨胀在一定程度上取决于物料在200℃-600℃预热阶段的加热速度，一般说来，加热速度越快，物料膨胀越好；所述焙烧步骤为升温至900-1250℃，升温速率为20-30℃/min，停留时间为5-30min，然后自然冷却至室温。
进一步的，所述预热温度为400-600℃，预热时间为15 min，就表观密度而言，最优预热温度为400℃；就颗粒强度而言，最优预热温度为600℃；就吸水率而言，最优预热温度为500℃。根据不同的需要选择不同的预热温度，预热时间15min，表观密度最优；颗粒强度随预热时间的增加而增加，但15min后增幅减小，可见过长的预热时间，对强度的增加已无作用；预热15min，吸水率达到较低的3.6%，更长的预热时间对降低吸水率的作用已不大。综合考虑实际生产和节约能源，选择15min作为最优预热时间；所述焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min。温度较高（1250℃）下进行焙烧能得到表观密度最低，颗粒强度较大，吸水率最低的多孔陶瓷滤料。焙烧10min能得到表观密度最低，吸水率最低的多孔陶瓷滤料。就颗粒强度而言，焙烧20min强度最大，但焙烧10min后已有比较可观的综合考虑三个指标，选择焙烧10min作为最好的焙烧时间。
一种上述制备方法得到的水基钻屑吸附滤料的应用，在油田及生活废水处理中作为过滤介质应用。
本发明不仅拓宽了制备陶粒滤料的原料来源，促进陶粒滤料行业又好又快发展，而且实现了废弃物的资源化利用，符合科学发展观的根本要求。本发明改质制备的多孔吸附滤料同一般陶瓷滤料具有以下特点:
(1)具有高度开口、内连的气孔，气孔率高，最高可达60%以上，孔径均匀且气孔可控。几何表面积与体积比高。过滤精度高，可达0.1μm，适用于各种介质的精密过滤。
(2)化学稳定性好，可适用于强酸(硫酸、硝酸、盐酸等)、强碱(氢氧化钠等)和各种有机溶剂的过滤。
(3)具有良好的机械强度和刚度，其孔道形状和尺寸不会发生变化。
(4)耐高温，具有良好的耐急冷急热性能，工作温度最高可达1000℃，可过滤高温气体。(5)过滤元件自身清洁状态良好，无毒、无味、无异物脱落，适用于无菌处理操作。
(6)过滤元件使用寿命长，长期使用，微孔形貌不发生变化，便于清洁再生。可广泛用于单层滤池、多层滤池，机械过滤器中做过滤介质，处理各种污水、工业用水、城市自来水、纯水、软水，也可作为生物滤料处理有机污水。
附图说明
图1是本发明所述水基钻屑吸附滤料制备的详细流程；
图2是本发明所述不同焙烧温度下复合增强剂含量对滤料吸水率的影响曲线；
图3是本发明所述不同焙烧温度下复合增强剂含量对滤料密度的影响曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将100g干燥后的水基钻屑，与15g粘土、5g硅藻土混合，采用万能粉碎机进行粉碎并过20目标准筛。随后加入少量水，搅拌直到混合物呈现糊状时停止滴加蒸馏水，再继续搅拌5min。将混合均匀的混合物放入磨具中进行成型，进行高温焙烧步骤（预热温度为400-600℃，预热时间为15 min，焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min）。所得产品吸水率为15%，滤料密度为1.31 g/cm3,气孔率高达22%。
实施例2
将100g干燥后的水基钻屑，与6g淀粉、15g硅藻土、2g碳酸钠混合，采用万能粉碎机进行粉碎并过20目标准筛。随后加入少量水，搅拌直到混合物呈现糊状时停止滴加蒸馏水，再继续搅拌5min。将混合均匀的混合物放入磨具中进行成型，进行高温焙烧步骤（预热温度为400-600℃，预热时间为15 min，焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min）。所得产品吸水率为21%，滤料密度为1.28 g/cm3,气孔率高达23%。
实施例3
将100g干燥后的水基钻屑，与5g粘土、15g硅藻土混合，采用万能粉碎机进行粉碎并过20目标准筛。随后加入少量水，搅拌直到混合物呈现糊状时停止滴加蒸馏水，再继续搅拌5min。将混合均匀的混合物放入磨具中进行成型，进行高温焙烧步骤（预热温度为400-600℃，预热时间为15 min，焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min）。所得产品吸水率为18%，滤料密度为1.26 g/cm3,气孔率高达22%。
实施例4
将脱稳控水剂按照2%加入200g钻井废泥浆 (含水率约为20-30％)中，在110℃下烘干，取100g上述干燥产物，采用万能粉碎机粉碎，再与25g粘土混合，再采用万能粉碎机进行粉碎并过100目标准筛。随后加入少量水，搅拌直到混合物呈现糊状时停止滴加蒸馏水，再继续搅拌5min。将混合均匀的混合物放入磨具中进行成型，进行高温焙烧步骤（预热温度为400-600℃，预热时间为15 min，焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min）。所得产品吸水率为21%，滤料密度为1.17 g/cm3,气孔率高达25%。
实施例5
在实施例1的基础上，保持水基钻屑、粘土用量不变，通过改变硅藻土的用量，来确定不同焙烧温度增强剂含量对吸附滤料吸水率、密度的影响。结果参见图2、图3。
图2为焙烧温度分别为900℃、1000℃、1100℃所制备滤料的吸水率随复合增强剂用量变化曲线，随着焙烧温度的增加，吸水率下降，当焙烧温度为1100℃时，增强剂含量对吸水率影响很大，含量为15%时，吸水率达到最大值25%。当焙烧温度为900℃和1100℃时，增强剂含量对吸水率影响不大，最大吸水率为33.333 %最小吸水率为25.688。因此，从吸水率角度，我们优选增强剂含量为10%到20%。
图3为焙烧温度分别为900℃、1000℃、1100℃所制备滤料的密度随复合增强剂用量变化曲线，增强剂含量在10%到20%之间，陶粒密度出现最小值，最小值为1.29g/cm3,焙烧温度1000℃的陶粒密度介于900℃和1100℃之间，因此，从密度的角度，我们优选增强剂含量为10%到20%。
采用实施例1-4制备的多孔吸附滤料来处理某油田废水，处理前油类含量18245mg/L，COD5856mg/L，色度75倍，处理后油类含量均能够降为20mg/L以下，COD均能降低至550mg/L以下，色度均能将至15倍。并且滤料抗压强度较高，最高达到10MPa以上。
以上所述，仅是本发明的典型实施例，本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：
所述吸附滤料包括以下重量份的组分：水基钻屑100份；复合增强剂0-30份；成型剂2-30份；引气剂0-20份；水2-20份；所述复合增强剂为硅氧化合物、硅藻土以及粉煤灰中的一种或者几种的组合；所述成型剂为亲水性高分子化合物和/或粘土；所述引气剂为碳酸钠和/或碳酸氢钠；
所述制备方法包括如下步骤：
（1）、将水基钻屑、复合增强剂、成型剂、引气剂、其他助剂及水混匀，然后造粒成型；
（2）、预热后焙烧，即得陶粒吸附滤料。
2.根据权利要求1所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述亲水性高分子化合物为淀粉或者聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述水基钻屑由钻井废泥浆依次经干燥、粉碎得到。
4.根据权利要求3所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述钻井废泥浆干燥之前还加入脱稳控水剂，所述脱稳控水剂为铝硅酸盐、高铁酸盐、硫酸铝以及具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求4所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述脱稳控水剂的用量为钻井废泥浆质量的1-3%。
6.根据权利要求5所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述脱稳控水剂选择为具有高支化度的丙烯酰胺类聚合物，其用量为钻井废泥浆质量的2%。
7.根据权利要求1-6任一所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述吸附滤料中各组分的用量为：水基钻屑100份；复合增强剂15份；成型剂6份；引气剂2份；其中所述复合增强剂选择为硅藻土，所述成型剂选择为淀粉，所述引气剂选择为碳酸钠。
8.根据权利要求7所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）的预热步骤为从室温升温至200-600℃，升温速率为15-20℃/min，停留时间为5-30min；所述焙烧步骤为升温至900-1250℃，升温速率为20-30℃/min，停留时间为5-30min，然后自然冷却至室温。
9.根据权利要求8所述的水基钻屑吸附滤料的制备方法，其特征在于：所述预热温度为400-600℃，预热时间为15 min；所述焙烧温度为1000-1100℃，焙烧时间为10min。
10.一种如权利要求1-9任一所述制备方法得到的水基钻屑吸附滤料的应用，其特征在于：在油田及生活废水处理中作为过滤介质应用。
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