CN109825278A - 一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70~80：10~20：5~10：5~10：5~10：3~5。本发明使得煤系高岭土岩、赤泥、钼尾矿、蓝晶石尾矿等废弃物料利用率提高至75%以上，不仅解决了尾矿堆存造成的占用土地资源和污染环境的问题，还实现了尾矿的资源化利用，变废为宝，提高了资源的有效利用率，且生产工艺简单，生产成本低，制得的支撑剂满足国家标准SY/T5108‑2014等级要求。
Description
背景技术
煤系高岭土岩，是煤炭开采过程中高岭土含量大于80%的固体废弃物。据初步探测及估算，中国煤系高岭土岩储量达180亿t，全球排名第一。很长时间以来，富含高岭土的煤系高岭土岩被当成废弃尾矿垃圾倒掉，侵占河道、土地，污染水源，不但造成资源严重浪费，更严重污染了生态环境。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，不仅占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。
水力压裂技术作为油气井一种主要的增产技术，自1947年在美国堪萨斯州试验成功，到今天已经有将近70年的历史，其理论基础和工艺研究已取得了巨大的发展。在水力压裂的过程中，为了防止压后的裂缝在地层闭合压力下重新闭合，常常需要人为地往地下输送材料用来支撑裂缝，这些材料被称为支撑剂。支撑剂由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂缝中，从而形成具有一定导流能力的人工裂缝。水力压裂曾使用过多种支撑剂，如金属铝球、核桃壳、玻璃珠、塑料球等，由于强度、硬度和成本方面的原因，这些支撑剂基本都已不再使用。目前国外使用的支撑剂主要为石英砂、陶粒、树脂覆膜支撑剂，而国内以石英砂和陶粒为主。
目前，关于石油支撑剂的制备大部分使用铝矾土、高岭土等原料，这类原料属于一次资源，是不可再生、不可持续使用的资源，一次资源的大量消耗，不仅带来了环境污染，还带来了资源的极大浪费。
发明内容
发明的目的在于提供一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70~80：10~20：5~10：5~10：5~10：3~5。
优选地，本发明所述轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70：20：5：10：10：5。
优选地，本发明所述轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=75：15：8：7：8：4。
优选地，本发明所述轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=80：10：10：5：5：3。
优选地，所述步骤（1）煤系高岭土岩、焦宝石、赤泥、钼尾矿、蓝晶石尾矿、钠基膨润土粒度均小于0.045mm。
一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分原料按以下质量比：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70~80：10~20：5~10：5~10：5~10：3~5通过搅拌机充分混合，得到混合料；
（2）将步骤（1）制得的混合料给入造粒机进行造粒，制得球形颗粒坯体；
（3）将步骤（2）制得的球形颗粒坯体置于高温气氛炉中进行烧结，以8℃/min~10℃/min的升温速度将炉内温度升高至1200℃，保温0.5h~0.8h，以4℃/min~6℃/min的升温速度升温至1300℃~1350℃，保温2h~2.5h，自然冷却至室温，得到焙烧颗粒；
（4）将步骤（3）焙烧颗粒进行筛分，得到轻质高强煤层气支撑剂。
优选地，所述步骤（1）搅拌机为立式紊流搅拌机。
优选地，所述步骤（2）造粒机为锅式造粒机。
优选地，所述步骤（2）球形颗粒粒径为1~2mm。
优选地，所述步骤（4）轻质高强煤层气支撑剂粒径为1~1.7mm。
本发明的有益效果为：
本发明以煤系高岭土岩和赤泥为原料，通过添加蓝晶石尾矿，在1300℃~1350℃下烧成了具有联锁结构的柱状莫来石的陶粒支撑剂，煤系高岭土提供充足的莫来石晶核，赤泥中的镧系稀土元素，促进了柱状莫来石的形成，同时，赤泥中的Al2O3和钼尾矿中的SiO2为莫来石晶体的发育提供了有力支撑，此外，蓝晶石尾矿中的碱金属成分,通过减少玻璃相的含量降低支撑剂的烧结温度，节约能源。
本发明使得煤系高岭土岩、赤泥、钼尾矿、蓝晶石尾矿等废弃物料利用率提高至75%以上，不仅解决了尾矿堆存造成的占用土地资源和污染环境的问题，还实现了尾矿的资源化利用，变废为宝，提高了资源的有效利用率，且生产工艺简单，生产成本低，制得的支撑剂满足国家标准SY/T5108-2014等级要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70：20：5：10：10：5。
一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分原料按以下质量比：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70：20：5：10：10：5通过立式紊流搅拌机充分混合，得到混合料；
（2）将步骤（1）制得的混合料给入锅式造粒机进行造粒，制得粒径为1~2mm球形颗粒坯体；
（3）将步骤（2）制得的球形颗粒坯体置于高温气氛炉中进行烧结，以8℃/min的升温速度将炉内温度升高至1200℃，保温0.8h，以4℃/minn的升温速度升温至1350℃，保温2h，自然冷却至室温，得到焙烧颗粒；
（4）将步骤（3）焙烧颗粒进行筛分，得到粒径为1~1.7mm轻质高强煤层气支撑剂。
按照本实施例生产得到的支撑剂的平均球度0.80，平均圆度0.8，体积密度1.52g/cm3，酸溶度6.2%，在52MPa应力条件下，破碎率为3.15%，满足国家标准SY/T5108-2014等级要求。
实施例2
本实施例提供了一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=75：15：8：7：8：4。
一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分原料按以下质量比：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=75：15：8：7：8：4通过立式紊流搅拌机充分混合，得到混合料；
（2）将步骤（1）制得的混合料给入锅式造粒机进行造粒，制得粒径为1~2mm球形颗粒坯体；
（3）将步骤（2）制得的球形颗粒坯体置于高温气氛炉中进行烧结，以9℃/min的升温速度将炉内温度升高至1200℃，保温0.6h，以5℃/minn的升温速度升温至1325℃，保温2.2h，自然冷却至室温，得到焙烧颗粒；
（4）将步骤（3）焙烧颗粒进行筛分，得到粒径为1~1.7mm轻质高强煤层气支撑剂。
按照本实施例生产得到的支撑剂的平均球度0.76，平均圆度0.79，体积密度1.50g/cm3，酸溶度5.9%，在52MPa应力条件下，破碎率为3.45%，满足国家标准SY/T5108-2014等级要求。
实施例3
本实施例提供了一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=80：10：10：5：5：3。
一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分原料按以下质量比：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=80：10：10：5：5：3通过立式紊流搅拌机充分混合，得到混合料；
（2）将步骤（1）制得的混合料给入锅式造粒机进行造粒，制得粒径为1~2mm球形颗粒坯体；
（3）将步骤（2）制得的球形颗粒坯体置于高温气氛炉中进行烧结，以10℃/min的升温速度将炉内温度升高至1200℃，保温0.5h，以6℃/minn的升温速度升温至1300℃，保温2h，自然冷却至室温，得到焙烧颗粒；
（4）将步骤（3）焙烧颗粒进行筛分，得到粒径为1~1.7mm轻质高强煤层气支撑剂。
按照本实施例生产得到的支撑剂的平均球度0.75，平均圆度0.78，体积密度1.47g/cm3，酸溶度5.6%，在52MPa应力条件下，破碎率为3.71%，满足国家标准SY/T5108-2014等级要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻质高强煤层气支撑剂，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70~80：10~20：5~10：5~10：5~10：3~5。
2.根据权利要求1所述的一种轻质高强煤层气支撑剂，其特征在于，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70：20：5：10：10：5。
3.根据权利要求1所述的一种轻质高强煤层气支撑剂，其特征在于，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=75：15：8：7：8：4。
4.根据权利要求1所述的一种轻质高强煤层气支撑剂，其特征在于，主要由以下质量比的原料制备而成：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=80：10：10：5：5：3。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种轻质高强煤层气支撑剂，其特征在于，所述步骤（1）煤系高岭土岩、焦宝石、赤泥、钼尾矿、蓝晶石尾矿、钠基膨润土粒度均小于0.045mm。
6.一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分原料按以下质量比：煤系高岭土岩：焦宝石：赤泥：钼尾矿：蓝晶石尾矿：钠基膨润土=70~80：10~20：5~10：5~10：5~10：3~5通过搅拌机充分混合，得到混合料；
（2）将步骤（1）制得的混合料给入造粒机进行造粒，制得球形颗粒坯体；
（3）将步骤（2）制得的球形颗粒坯体置于高温气氛炉中进行烧结，以8℃/min~10℃/min的升温速度将炉内温度升高至1200℃，保温0.5h~0.8h，以4℃/min~6℃/min的升温速度升温至1300℃~1350℃，保温2h~2.5h，自然冷却至室温，得到焙烧颗粒；
（4）将步骤（3）焙烧颗粒进行筛分，得到轻质高强煤层气支撑剂。
7.根据权利要求6所述的一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤（1）搅拌机为立式紊流搅拌机。
8.根据权利要求6所述的一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤（2）造粒机为锅式造粒机。
9.根据权利要求6所述的一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤（2）球形颗粒粒径为1~2mm。
10.根据权利要求6所述的一种轻质高强煤层气支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤（4）轻质高强煤层气支撑剂粒径为1~1.7mm。
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