CN108046756B - 利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法 - Google Patents

利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于压裂陶粒支撑剂的制造技术领域，具体涉及一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法。针对上述钒钛磁铁矿预选抛尾渣大量堆积、缺乏合理的利用方式，而低密度高强度压裂支撑剂产量还不能满足生产需求的现状，本发明提供一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法，步骤如下：将钒钛磁铁矿预选抛尾渣进行预煅烧处理，并将钒钛磁铁矿预选抛尾渣、铝矾土、烧结助剂和成型剂磨成粉末；按配比进行配料，搅拌，混合均匀后，造粒成型；烧结；筛分，得到压裂陶粒支撑剂。本发明直接利用工业废弃物，保护了环境，还将陶粒产品制造成本降低了15～30％，为综合高效利用钒钛资源拓展了新途径。

Description

利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法
技术领域
本发明属于压裂陶粒支撑剂的制造技术领域，具体涉及一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿预选是钒钛磁铁矿特别是低品位钒钛磁铁矿、钒钛磁铁矿表外贫矿选矿工艺中一个重要环节,对选矿作业节能降耗、降本增效起着极为关键的作用。钒钛磁铁矿预选产生的抛尾渣，其主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO以及钒、钛、铁、锰、铬的化合物等，其中SiO2、Al2O3、CaO、MgO所占比例总和约80％，颗粒度约0～25mm，就矿相组成而言，以脉石为主，约占90％，还含有少量的钛磁铁矿、钛铁矿相，属于合理的铁、钛金属损失量。预选抛尾渣约占入选矿的30％，年产出抛尾渣数百万吨作为选矿废弃物无法利用而直接排放至尾矿库或堆积。
压裂支撑剂是一种用于油气田钻采过程中的专用关键材料，主要用于填充到低渗透矿床的岩层裂缝中，起到支撑裂缝不因应力释放而闭合，让油、气从裂缝通道中汇集而出，从而保证油、气的高导流能力，增加油、气井产量和服役年限。
目前油气井压裂支撑剂分为天然支撑剂和人造支撑剂两类，前者有石英砂支撑剂、核桃壳支撑剂等，后者主要包括各种烧结陶粒和树脂包裹陶粒。人造支撑剂陶粒具有较高的强度、圆球度和导流能力，对油气井的增产作用明显，虽然人造支撑剂的成本高于天然支撑剂，但人造支撑剂在油气井开采过程中的使用比率已逐渐高于天然陶粒，尤其是低密度高强度陶瓷颗粒越来越广泛地应用于油气井的开采，不断地拓宽生产陶粒的原材料，降低其制造成本，更好地满足油气田开采的工艺技术要求，始终是人造支撑剂行业的重要研究课题。
发明内容
针对上述钒钛磁铁矿预选抛尾渣大量堆积、缺乏合理的利用方式，而低密度高强度压裂支撑剂产量还不能满足生产需求的现状，本发明提供一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法。
本发明提供一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：
a、将钒钛磁铁矿预选抛尾渣进行预煅烧处理，并将钒钛磁铁矿预选抛尾渣、铝矾土、烧结助剂和成型剂磨成粉末；
b、按重量百分比为钒钛磁铁矿预选抛尾渣30～70％、铝矾土20～65％、烧结助剂5～ 10％，成型剂0～2％进行配料，搅拌，混合均匀后，造粒成型；
c、将步骤b成型后的物料进行烧结，筛分，得到压裂陶粒支撑剂。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法中，步骤a所述的铝矾土为Al2O3含量＞45wt％的铝矾土生矿。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的钒钛磁铁矿预选抛尾渣是经充分回收利用后的工业废弃物，其中TiO2≤5.0％(按重量百分比计)。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的烧结助剂为含钾钠的长石、硼化物或锰化物中的至少一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的成型剂为糊精粉、膨润土或聚乙烯醇中的至少一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述预煅烧处理的温度为600～800℃，时间为1.5～2.5h。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述粉末的粒径为400目以下。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤b中所述混合后的混合均匀度大于98％。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤b中所述造粒成型的球型度≥0.85，造粒成型后的物料水分为9～13％。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤c中所述烧结时烧结温度为1280～1450℃，烧结时间为1.5～4.0h。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，所述烧结设备为电阻式烧结炉、回转窑或隧道窑中的一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，所述的压裂支撑剂为体积密度小于1.50g/cm3的陶粒。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，所述筛分按照 SY/T5108-2014标准的30～50目、20～40目技术要求进行。
本发明的有益效果为：
本发明充分利用钒钛磁铁矿预选工序的抛尾渣中的Si、Al、Ca、Mg及矿相、有益的助熔剂元素Fe、Ti、V、Mn、Cr及矿相，通过烧结过程的固相反应，在莫来石矿物结构的基础上合理搭配SiO2与Al2O3的含量，重新构建了陶瓷颗粒的微观矿物结构，减少了对优质高品位铝土矿资源、外加烧结助剂的依赖，在增强产品的强度和抗破碎能力的同时降低了陶瓷颗粒的体密度，陶粒体积密度达到1.50g/cm3以下。本发明直接利用工业废弃物，保护了环境，还将陶粒产品制造成本降低了15～30％，为综合高效利用钒钛资源拓展了新途径。
具体实施方式
本发明提供一种利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，包括以下步骤：
a、将钒钛磁铁矿预选抛尾渣进行预煅烧处理，并将钒钛磁铁矿预选抛尾渣、铝矾土、烧结助剂和成型剂磨成粉末；
b、按重量百分比为钒钛磁铁矿预选抛尾渣30～70％、铝矾土20～65％、烧结助剂5～ 10％，成型剂0～2％进行配料，搅拌，混合均匀后，造粒成型；
c、将步骤b成型后的物料进行烧结，筛分，得到压裂陶粒支撑剂。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a所述的铝矾土为Al2O3含量＞45wt％的铝矾土生矿。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的钒钛磁铁矿预选抛尾渣是经充分回收利用后的工业废弃物，其中TiO2≤5.0％(按重量比计)。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的烧结助剂为含钾钠的长石、硼化物或锰化物中的至少一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述的成型剂为糊精粉、膨润土或聚乙烯醇中的至少一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述预煅烧处理的温度为600～800℃，时间为1.5～2.5h。
烧损率约7％，预煅烧后预选抛尾渣主要矿相转变为石英相及莫来石，可以全部用作陶粒原料组成成分得到再利用，预煅烧设备包括电阻式烧结炉、回转窑、隧道窑等。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤a中所述粉末的粒径为400目以下。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤b中所述混合后的混合均匀度大于98％。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤b中所述造粒成型的球型度≥0.85，造型后的物料水分为9～13％。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法中，步骤c中所述烧结时烧结温度为1280～1450℃，烧结时间为1.5～4.0h。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法中，所述烧结设备为电阻式烧结炉、回转窑或隧道窑中的一种。
其中，上述利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法中，所述的压裂支撑剂为体积密度小于1.50g/cm3的陶粒。
本发明产品的主要原料是预选抛尾渣，是一种严格的工业工艺过程的废弃抛尾渣，其粒度、矿相组成、物理性质、化学成分较稳定，经过预煅烧后，可以全部用于陶粒的原料，其利用比例高，开发的陶粒支撑剂产品质量稳定，其耐酸溶解性、破碎率、破碎强度及硬度等技术指标均符合行业标准SY/T5108-2014要求，体积密度达到1.50g/cm3以下，更适合油气田压裂开采对低密度高强度陶粒的市场需求。
下面将结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法制备压裂陶粒支撑剂
选用重量百分比含量为35％的预煅烧预选抛尾渣、60％的铝土矿、1.5％的成型剂和3.5％的烧结助剂，将各组成成分磨细，将磨细的粉料搅拌后混合均匀，控制水分含量为9％，造粒后在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1380～1420℃，烧结时间4h，得到本发明的低密度高强度陶瓷颗粒。
检测产品的酸溶解度为5％，体密度1.48g/cm3，颗粒粒径为30～50目，破碎压力为69MPa，破碎率为6％，符合行业标准SY/T5108～2014。
实施例2采用本发明方法制备压裂陶粒支撑剂
选用重量百分比含量为50％的预煅烧预选抛尾渣、45％的铝土矿、1.5％的成型剂和3.5％的烧结助剂，将各组成成分磨细，将磨细的粉料搅拌后混合均匀，控制水分含量为11％，造粒后在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1350～1400℃，烧结时间3h，得到本发明的低密度高强度陶瓷颗粒。
检测产品的酸溶解度为4.8％，体密度1.45g/cm3，颗粒粒径为30～50目，破碎压力为 52MPa，破碎率为5.5％，符合行业标准SY/T5108～2014。
实施例3采用本发明方法制备压裂陶粒支撑剂
选用重量百分比含量为65％的预煅烧预选抛尾渣、30％的铝土矿、2％的成型剂和3％的烧结助剂，将各组成成分磨细，将磨细的粉料搅拌后混合均匀，控制水分含量为11％，造粒后在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1320～1390℃，烧结时间2.5h，得到本发明的低密度高强度陶瓷颗粒。
检测产品的酸溶解度为4.3％，体密度1.42g/cm3，颗粒粒径为40～70目，破碎压力为 52MPa，破碎率为6％，符合行业标准SY/T5108～2014。
本发明直接利用工业废弃物钒钛磁铁矿预选抛尾渣，配合烧结助剂和成型剂，能够制备得到低密度高强度陶瓷颗粒，产品性能满足行业标准SY/T5108～2014的规定，为钒钛磁铁矿预选抛尾渣的利用开发了一种新的途径，也节省了压裂陶粒支撑剂的制备成本，具有明显的经济效益。

Claims (8)

1.利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将钒钛磁铁矿预选抛尾渣进行预煅烧处理，并将钒钛磁铁矿预选抛尾渣、铝矾土、烧结助剂和成型剂磨成粉末；所述的烧结助剂为含钾钠的长石、硼化物或锰化物中的至少一种；所述预煅烧处理的温度为600～800℃，时间为1.5～2.5h；
b、按重量百分比为钒钛磁铁矿预选抛尾渣50～70％、铝矾土20～65％、烧结助剂5～10％，成型剂0～2%进行配料，搅拌，混合均匀后，造粒成型；
c、将步骤b成型后的物料进行烧结，筛分，得到压裂陶粒支撑剂。
2.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法，其特征在于：步骤a所述的铝矾土为Al2O3含量＞45wt％的铝矾土生矿。
3.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂支撑剂的方法，其特征在于：步骤a中所述的钒钛磁铁矿预选抛尾渣是经充分回收利用后的工业废弃物，其中TiO2≤5.0％按重量百分比计。
4.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于：步骤a中所述的成型剂为糊精粉、膨润土或聚乙烯醇中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于：步骤b中所述造粒成型的球型度≥0.85，造粒成型后的物料水分为9～13％。
6.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于：步骤c中所述烧结时烧结温度为1280～1450℃，烧结时间为1.5～4.0h。
7.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于：所述烧结设备为电阻式烧结炉、回转窑或隧道窑中的一种。
8.根据权利要求1所述的利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法，其特征在于：所述的压裂支撑剂为体积密度小于1.50g/cm3的陶粒。
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