CN109626960A - 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法 - Google Patents

一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109626960A
CN109626960A CN201910075223.7A CN201910075223A CN109626960A CN 109626960 A CN109626960 A CN 109626960A CN 201910075223 A CN201910075223 A CN 201910075223A CN 109626960 A CN109626960 A CN 109626960A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gangue
coal
coal gangue
sintering
weight percent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910075223.7A
Other languages
English (en)
Inventor
樊荣
李华彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panzhihua Order Yang Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Panzhihua Order Yang Polytron Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panzhihua Order Yang Polytron Technologies Inc filed Critical Panzhihua Order Yang Polytron Technologies Inc
Priority to CN201910075223.7A priority Critical patent/CN109626960A/zh
Publication of CN109626960A publication Critical patent/CN109626960A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00—Clay-wares
    • C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13—Compounding ingredients
    • C04B33/132—Waste materials; Refuse; Residues
    • C04B33/1324—Recycled material, e.g. tile dust, stone waste, spent refractory material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3239—Vanadium oxides, vanadates or oxide forming salts thereof, e.g. magnesium vanadate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3267—MnO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法，包括以下重量百分比的组份：30％‑70％煤矸石、20％‑65％硬质粘土、5％‑10％烧结助剂，1％‑3％成型剂。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其硅含量较高，铝含量较低，制备过程中充分利用固体废弃物煤矸石的热值资源，又全部再利用煤矸石的各组元成分，降低烧成陶粒的体积密度，更好地适应油气井压裂施工的技术要求，降低压裂成本，减少了高品位铝土矿资源的使用，也有利于环境保护。

Description

一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，涉及一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术
煤矸石是采煤、洗煤过程中排出的固体废弃物，也是当前排放量较大的工业废弃物之一，国内累计存量数十亿吨，占用大量土地，造成资源浪费，影响生产发展，因此加速煤矸石的治理和综合利用已成为目前急待解决的问题。煤矸石中尚存热值约5000kJ/kg，其中Al2O3、SiO2是陶瓷颗粒矿相的主要化学组元，其他的CaO、MgO、K2O、Na2O等都是参与烧结过程的重要辅助组元。
压裂支撑剂在油气开采中发挥着重要的作用，是油气井压裂作业中的关键材料之一，传统的高强度高密度陶瓷颗粒因密度大，在使用过程中需大量高粘度携砂液(如肌胶、滑溜水等)，导致成本增高、地层伤害和地下水污染，且视密度大的支撑剂容易在裂缝端口处产生堆积，不利于导流。随着油气田水平井压裂技术的成熟和页岩气的开发，要求使用的支撑剂强度越高，密度越低。低密度支撑剂能大幅度降低支撑剂在压裂液传输过程中的沉降，还能增加有效支撑裂缝长度；而且，使用低度的压裂液，可减小泵送功率，消除或减小对设计标准与参数的限制，可有效地降低施工难度和成本。因此低密度陶粒支撑剂的研发具有重要的理论意义和实际应用价值。
专利申请号为201010136972的发明专利公开一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法,属于石油、天然气开采领域。低密度陶粒支撑剂的制备方法,以铝矾土和煤矸石为内芯,以铝矾土和四氧化三锰为外壳,成球烧结,即得低密度陶粒。该发明陶粒具有较高强度,密度低,适应闭合压力高,渗透能力低的深层油气井压裂用陶粒支撑剂；而且烧结温度相对降低,范围在1300～1380℃之间,有效降低能耗,可节能20％；同时达到破碎率小的效果，但是单纯利用煤矸石作为内芯，烧结温度相对较高，耗热量答，其体积密度和破碎率较高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法，利用煤矸石开发，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其硅含量较高，铝含量较低，制备过程中充分利用固体废弃物煤矸石的热值资源，又全部再利用煤矸石的各组元成分，降低烧成陶粒的体积密度，更好地适应油气井压裂施工的技术要求，降低压裂成本，减少了高品位铝土矿资源的使用，也有利于环境保护。
一种煤矸石陶粒支撑剂，包括以下重量百分比的组份：30％-70％煤矸石、20％-65％硬质粘土、3％-10％烧结助剂，1％-3％成型剂。烧结助剂是含有K2O、Na2O、V2O5、TiO2、Fe2O3、MnO2、B2O3等一种或几种的物质。成型剂的种类有很多，如羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。
优选的是，包括以下重量百分比的组份：40％-60％煤矸石、30％-50％硬质粘土、6％-8％烧结助剂，1％-2％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：40％煤矸石、50％硬质粘土、8％烧结助剂、2％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：50％煤矸石、42％硬质粘土、7％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：60％煤矸石、31％硬质粘土、8％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述煤矸石是煤炭生产过程排出的固体废弃物，SiO2含量占40-70％，Al2O3含量占10-40％。
上述任一方案优选的是，所述煤矸石是煤炭生产过程排出的固体废弃物，SiO2含量占60-70％，Al2O3含量占30-40％。
上述任一方案优选的是，所述煤矸石SiO2含量占70％，Al2O3含量占30％。
上述任一方案优选的是，所述煤矸石SiO2含量占60％，Al2O3含量占40％。
上述任一方案优选的是，所述煤矸石是高硅型煤矸石，其硅质组元有益于降低陶粒产品的密度。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3≤50％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3为30％-50％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3≤45％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
一种煤矸石陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤a):将原料组份中的煤矸石、硬质粘土混合；
步骤b):脱碳及预煅烧处理；
步骤c):按比例配置原料组份，磨粉，物料均化；
步骤d):造粒成型；
步骤e):高温烧结；
步骤f):筛分烧结体得到陶粒产品。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：30％-70％煤矸石、20％-65％硬质粘土、3％-10％烧结助剂，1％-3％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：40％煤矸石、50％硬质粘土、8％烧结助剂、2％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：50％煤矸石、42％硬质粘土、7％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，包括以下重量百分比的组份：60％煤矸石、31％硬质粘土、8％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中煤矸石是煤炭生产过程排出的固体废弃物，SiO2含量占40-70％，Al2O3含量占10-40％。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中煤矸石是高硅型煤矸石，其硅质组元有益于降低陶粒产品的密度。高硅型煤矸石利用了其自身的硅质组元，还可降低产品密度0.1-0.2g/cm3。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：40％-60％煤矸石、30％-50％硬质粘土、6％-8％烧结助剂，1％-2％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：40％煤矸石、50％硬质粘土、8％烧结助剂、2％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：50％煤矸石、42％硬质粘土、7％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：60％煤矸石、31％硬质粘土、8％烧结助剂、1％成型剂。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3≤50％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3为30％-50％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
上述任一方案优选的是，所述硬质粘土的Al2O3≤45％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％。
上述任一方案优选的是，所述步骤b)中脱碳及预煅烧是在预煅烧设备中经过750～900℃、1.5～3.5h的焙烧。煤洗选过程的排出的煤矸石，尚存热值约5000kJ/kg，块度适中，可以直接入窑预煅烧，发挥了燃料的价值，节约能源，而且煅烧产物全部作为原料使用，废弃物再利用率高，保护环境，降低了陶粒产品制造成本20～40％
上述任一方案优选的是，所述预煅烧设备包括电阻式烧结炉、回转窑、竖炉。
上述任一方案优选的是，所述步骤C)中磨粉后，粉体的细度在400目以下,物料均化后的混合料均匀度大于98％.
上述任一方案优选的是，所述步骤d)中造粒成型的颗粒球形度达到0.85以上，水分含量为9～12％。
上述任一方案优选的是，所述步骤d)中造粒成型，采用滚动成型工艺，即在转速为10—60转/分的圆盘造粒机中生成粒径≤0.2mm的球核，细粉料逐次包覆，球核密实长大制成球径≤1.0mm的圆球，从而使陶粒的化学成分、矿相组织一致、均匀。
上述任一方案优选的是，所述步骤e)中高温烧结时，烧结温度为1250～1400℃，烧结时间2～4.0h，烧结时炉内呈微氧化气氛。
上述任一方案优选的是，所述步骤f)中得到的陶粒产品体积密度在1.50g/cm3以内。
有益效果
(1)本发明提供一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其硅含量较高，铝含量较低，制备过程中充分利用固体废弃物煤矸石的热值资源，又全部再利用煤矸石的各组元成分，降低烧成陶粒的体积密度，更好地适应油气井压裂施工的技术要求，降低压裂成本，减少了高品位铝土矿资源的使用，也有利于环境保护。
(2)煤矸石化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主，一般SiO2含量占40-70％，Al2O3含量占10-40％；硬质粘土的Al2O3≤45％，TiO2≤8.0％，Fe2O3≤8.0％；脱碳及预煅烧是经过750～900℃、1.5～3.5h的焙烧，利用煤矸石本身的碳含量实现混合料的预煅烧过程，去除硬质粘土、煤矸石组元中的游离水、结晶水，部分矿相转变为石英相及莫来石。
(3)烧结温度控制在1250～1400℃，烧结时间2～4.0h，炉内呈微氧化气氛，得到的陶粒产品体积密度小于1.50g/cm3。
(4)本发明充分利用四川省攀枝花地区丰富的煤炭资源，特别是煤炭生产过程排出的高硅型煤矸石，其中的陶粒主体组成元素Si、Al、Ca、Mg及矿相、有益的助熔剂元素R2O、Fe及矿相通过预煅烧及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，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，体积密度达到1.50g/cm3以下。
(5)按本发明的方法制造陶瓷颗粒，主要原料组元是采煤过程，特别是煤洗选过程的排出的煤矸石，作为固体废弃物，尚存热值约5000kJ/kg，块度适中，可以直接入窑预煅烧，发挥了燃料的价值，而且煅烧产物全部作为原料使用，废弃物再利用率高，保护环境，降低了陶粒产品制造成本的20～40％。
(6)本发明产品的主要原料组元是当地的高硅型煤矸石，是一种固体废弃物，堆积量呈逐年递增，配加当地的低铝品位硬质粘土(硬质粘土的主要组成矿物为高岭石及硬水铝石、伊利石、叶腊石，Al2O3含量(熟料)为30-50％，耐火性及高温下的热稳定性均较好)。开发的煤矸石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(水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法)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。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
选用重量百分比含量(以下同)为40％的煤矸石、55％的硬质粘土混合后，在竖炉800℃预烧结2h后，再配加1.5％的成型剂和3.5％的烧结助剂，进一步磨细，拌合均匀，粉体的细度控制在400目以下，水分含量为9％，混合后的混合料均匀度大于98％，采用滚动成型工艺，即混合料在转速为10—60转/分的圆盘造粒机中生成粒径≤0.2mm的球核，细粉料逐次包覆，球核密实长大制成球径≤1.0mm的圆球，从而保证陶粒化学成分、矿相组织一致、均匀，颗粒球形度达到0.85以上，在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1350-1390℃，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5.3％，体密度1.5g/cm3，颗粒粒径为30-50目，破碎压力为69MPa，破碎率为5.8％，符合行业标准SY/T5108-2014。
实施例2
选用重量百分比含量(以下同)为55％的煤矸石、40％的硬质粘土混合后，在竖炉850℃预烧结1.5h后，再配加1.5％的成型剂和3.5％的烧结助剂，进一步磨细，拌合均匀，粉体的细度控制在400目以下，水分含量为10.5％，混合后的混合料均匀度大于98％，采用滚动成型工艺，即混合料在转速为10—60转/分的圆盘造粒机中生成粒径≤0.2mm的球核，细粉料逐次包覆，球核密实长大制成球径≤1.0mm的圆球，陶粒化学成分、矿相组织一致、均匀，造粒成球的颗粒球形度达到0.85以上，在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1310-1350℃，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5.6％，体密度1.47g/cm3，颗粒粒径为30-50目，破碎压力为52MPa，破碎率为5.1％，符合行业标准SY/T5108-2014。
实施例3
选用重量百分比含量(以下同)为60％的煤矸石、35％的硬质粘土混合后，在竖炉850℃预烧结1.5h后，再配加2％的成型剂和3％的烧结助剂，进一步磨细，拌合均匀，粉体的细度控制在400目以下，水分含量为11％，混合后的混合料均匀度大于98％，采用滚动成型工艺，即混合料在转速为10—60转/分的圆盘造粒机中生成粒径≤0.2mm的球核，细粉料逐次包覆，球核密实长大制成球径≤1.0mm的圆球，陶粒化学成分、矿相组织一致、均匀，造粒成球的颗粒球形度达到0.85以上，在回转窑中进行烧结，烧结温度控制在1290-1320℃，烧结时间3.5h，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5.9％，体密度1.43g/cm3，颗粒粒径为40-70目，破碎压力为52MPa，破碎率为5.2％，符合行业标准SY/T5108-2014。

Claims (10)

1.一种煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：30％-70％煤矸石、20％-65％硬质粘土、3％-10％烧结助剂，1％-3％成型剂。
2.根据权利要求1所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：40％-60％煤矸石、30％-50％硬质粘土、6％-8％烧结助剂，1％-2％成型剂。
3.一种煤矸石陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a):将原料组份中的煤矸石、硬质粘土混合；
步骤b):脱碳及预煅烧处理；
步骤c):按比例配置原料组份，磨粉，物料均化；
步骤d):造粒成型；
步骤e):高温烧结；
步骤f):筛分烧结体得到陶粒产品。
4.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：30％-70％煤矸石、20％-65％硬质粘土、3％-10％烧结助剂，1％-3％成型剂。
5.根据权利要求4所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤a)中原料包括以下重量百分比的组份：40％-60％煤矸石、30％-50％硬质粘土、6％-8％烧结助剂，1％-2％成型剂。
6.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：
所述步骤b)中脱碳及预煅烧是在预煅烧设备中经过750～900℃、1.5～3.5h的焙烧。
7.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤C)中磨粉后，粉体的细度在400目以下,物料均化后的混合料均匀度大于98％。
8.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤d)中造粒成型的颗粒球形度达到0.85以上，水分含量为9～12％。
9.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤e)中高温烧结时，烧结温度为1250～1400℃，烧结时间2～4.0h，烧结时炉内呈微氧化气氛。
10.根据权利要求3所述的煤矸石陶粒支撑剂，其特征在于：所述步骤f)中得到的陶粒产品体积密度在1.50g/cm3以内。
CN201910075223.7A 2019-01-25 2019-01-25 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法 Pending CN109626960A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910075223.7A CN109626960A (zh) 2019-01-25 2019-01-25 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910075223.7A CN109626960A (zh) 2019-01-25 2019-01-25 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109626960A true CN109626960A (zh) 2019-04-16

Family

ID=66063809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910075223.7A Pending CN109626960A (zh) 2019-01-25 2019-01-25 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109626960A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110028947A (zh) * 2019-05-15 2019-07-19 山西金宇科林科技有限公司 利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法
CN111533570A (zh) * 2020-04-02 2020-08-14 中云芯材料有限公司 一种煤矸石陶粒及其制备方法
CN112442353A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 新疆瑞克沃新材料有限公司 一种以煤矿废固为原料的压裂支撑剂及其制备方法
CN112521928A (zh) * 2020-12-04 2021-03-19 新疆瑞克沃新材料有限公司 一种以电厂废固为原料的压裂支撑剂及其制备方法
CN112646565A (zh) * 2021-01-25 2021-04-13 河南郑矿机器有限公司 一种煤矸石低密度石油陶粒支撑剂的制备工艺
CN112645688A (zh) * 2020-12-23 2021-04-13 三梁环境技术(山西)有限公司 一种高性能煤矸石陶粒的生产工艺
CN114133223A (zh) * 2022-01-07 2022-03-04 山东理工大学 一种节能环保的低成本陶粒支撑剂及其制备方法
CN114685144A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 沙庆中 一种用于制备陶瓷砖的煅烧料及其制备方法、陶瓷砖
CN116947455A (zh) * 2023-07-18 2023-10-27 中南大学 一种利用煤矸石制备砂岩复合板的方法及原料组合物

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1337378A (zh) * 2001-09-24 2002-02-27 杨普安 煤矸石陶粒及其制备方法
CA2329834A1 (en) * 2000-12-28 2002-06-28 David Droppert High strength, heat- and corrosion-resistant ceramic granules for proppants
CN105906318A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 太原科技大学 利用煤矸石制备低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN105925257A (zh) * 2016-05-10 2016-09-07 太原科技大学 一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN106396624A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 西咸新区海创化工科技有限公司 一种煤矸石支撑剂及其制备方法
CN106967408A (zh) * 2017-03-28 2017-07-21 太原理工大学 一种超低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN107699223A (zh) * 2017-09-14 2018-02-16 北京大学 一种石油支撑剂及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2329834A1 (en) * 2000-12-28 2002-06-28 David Droppert High strength, heat- and corrosion-resistant ceramic granules for proppants
CN1337378A (zh) * 2001-09-24 2002-02-27 杨普安 煤矸石陶粒及其制备方法
CN105906318A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 太原科技大学 利用煤矸石制备低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN105925257A (zh) * 2016-05-10 2016-09-07 太原科技大学 一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN106396624A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 西咸新区海创化工科技有限公司 一种煤矸石支撑剂及其制备方法
CN106967408A (zh) * 2017-03-28 2017-07-21 太原理工大学 一种超低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN107699223A (zh) * 2017-09-14 2018-02-16 北京大学 一种石油支撑剂及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孔繁珠: "《煤炭综合利用手册》", 31 July 1992, 山西经济出版社 *
张鸿波: "《固体废弃物处理》", 31 July 2013, 吉林大学出版社 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110028947A (zh) * 2019-05-15 2019-07-19 山西金宇科林科技有限公司 利用煤系高岭土制备高强低密石油压裂支撑剂及制备方法
CN111533570A (zh) * 2020-04-02 2020-08-14 中云芯材料有限公司 一种煤矸石陶粒及其制备方法
CN112442353A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 新疆瑞克沃新材料有限公司 一种以煤矿废固为原料的压裂支撑剂及其制备方法
CN112521928A (zh) * 2020-12-04 2021-03-19 新疆瑞克沃新材料有限公司 一种以电厂废固为原料的压裂支撑剂及其制备方法
CN112521928B (zh) * 2020-12-04 2023-01-06 新疆瑞克沃新材料有限公司 一种以电厂废固为原料的压裂支撑剂及其制备方法
CN112645688A (zh) * 2020-12-23 2021-04-13 三梁环境技术(山西)有限公司 一种高性能煤矸石陶粒的生产工艺
CN114685144A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 沙庆中 一种用于制备陶瓷砖的煅烧料及其制备方法、陶瓷砖
CN112646565A (zh) * 2021-01-25 2021-04-13 河南郑矿机器有限公司 一种煤矸石低密度石油陶粒支撑剂的制备工艺
CN114133223A (zh) * 2022-01-07 2022-03-04 山东理工大学 一种节能环保的低成本陶粒支撑剂及其制备方法
CN116947455A (zh) * 2023-07-18 2023-10-27 中南大学 一种利用煤矸石制备砂岩复合板的方法及原料组合物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109626960A (zh) 一种煤矸石陶粒支撑剂及其制备方法
CN105524607B (zh) 一种以高铝粉煤灰为原料制备低密度陶粒支撑剂的方法
CN101787270B (zh) 低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN104479665B (zh) 一种石油支撑剂及其制备方法
CN101914374B (zh) 高强度陶粒支撑剂及其生产方法
CN103288425B (zh) 一种利用废矿渣制备页岩气专用压裂支撑剂的方法
CN110282925B (zh) 一种碳化钢渣人工多孔骨料及其制备方法
CN105130394B (zh) 釉面瓷砖及其制备方法
CN106967408B (zh) 一种超低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN113735475B (zh) 一种轻质陶粒及其制备方法
CN105906318A (zh) 利用煤矸石制备低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN105778886A (zh) 一种低密高强陶粒支撑剂及其制备工艺
CN102757780B (zh) 一种石油压裂支撑剂及其生产方法
CN103288430B (zh) 一种利用低碳煤矸石制备页岩气专用压裂支撑剂的方法
CN104560006A (zh) 一种利用镁渣制备陶粒支撑剂的工艺及陶粒支撑剂
CN105925257A (zh) 一种低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN103468239A (zh) 以焦宝石为原料的低密高强陶粒支撑剂及其制备方法
CN104496433B (zh) 一种以钨尾矿为主要原料的高强度陶瓷及其制备方法
CN103601379B (zh) 一种外抛高钙粒状渣煅烧分相熟料工艺
CN110950641A (zh) 一种自放热固废基超低密度支撑剂及其制备方法
CN108046756A (zh) 利用钒钛磁铁矿预选抛尾渣制备压裂陶粒支撑剂的方法
CN107140945B (zh) 一种利用两种废渣复合制备的高强度瓷质建筑陶瓷仿古砖
CN106190092B (zh) 以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法
CN104893706B (zh) 利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂
CN106747620A (zh) 一种低能耗烧结渗水砖及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190416

RJ01 Rejection of invention patent application after publication