CN110606728A - 一种轻质微孔陶粒砂及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于支撑剂技术领域，具体涉及一种轻质微孔陶粒砂及其制备工艺。本发明的轻质微孔陶粒是由煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石、珍珠岩和微硅粉按照特定配比和工艺制备而成。采用煤矸石这类固体废弃物并添加紫砂矿渣既能够减少高铝矾土等资源过度开采，又能实现固废资源的再利用，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于支撑剂技术领域，具体涉及一种轻质微孔陶粒砂及其制备工艺。
背景技术：
陶粒作为一种骨料，因为其质轻、密度小、抗压性能好的优点，被广泛应用于建筑、化工、冶金等领域，其作为压裂支撑剂，在油气开采过程中起到重要的作用，从制作原料角度主要包括粘土陶粒、铝矾土陶粒、页岩陶粒等。近年来随着行业的快速发展，陶粒支撑剂的使用量也越来越大，但是长期以来生产陶粒的原料主要是高铝矾土、粘土以及页岩，使得我国的土地资源和天然矿物资源被大量开采，不仅导致许多耕地被毁，而且还对生态环境造成一定的破坏和污染，严重影响生态平衡，如果继续开采，将会出现部分资源枯竭，明显不符合建立资源节约型社会的需求。
另一方面，随着我国工业化的不断发展，煤矸石固体废弃物逐渐增加，这类固体废弃物由于难以处理，一般是填埋或者露天堆放，不仅占用了大量空间，还对环境造成了一定程度的污染。因此为了解决固体废弃物大量堆积的问题，实现固体废弃物的二次利用，将固体废弃物通过一系列处理用于制备陶粒，一方面将会节约土壤和矿物资源，另一方面也能实现固体废弃物的再利用，对生态环境具有一定的保护作用。目前使用固体废弃物制备的陶粒砂通常密度较大，在使用时很难满足压裂支撑剂对轻质的要求，因此研究出一种既能满足陶粒砂轻质需求又能实现固体废弃物再利用的陶粒砂是目前研究的趋势。
发明内容：
针对目前固体废弃物制备陶粒砂存在的缺陷和问题，本发明提供一种利用固体废弃物制备的轻质微孔陶粒砂及其制备工艺。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种轻质微孔陶粒砂，包括以下重量份计的原料：煤矸石30-45份、焦宝石40-60份，白云石3-6份、紫砂矿渣20-30份、尖晶石5-10份、珍珠岩5-15份、微硅粉7-12份。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂，包括以下重量份计的原料：煤矸石35份、焦宝石50份，白云石5份、紫砂矿渣25份、尖晶石8份、珍珠岩10份、微硅粉10份。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂，所述焦宝石中Al2O3含量为37.8%、SiO2 含量为42.3%。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂，所述白云石中CaCO3含量为30.4%、MgCO3含量为23.9%。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂，所述微硅粉过400目筛。
本发明还提供一种轻质微孔陶粒砂的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、分别将煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩粉碎处理，倒入球磨机中研磨得到混合料粉，混合料粉过325-400目筛；
步骤2、将混合后的煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩加入造粒机中进行搅拌，在搅拌过程中喷入料重5%的水雾并充分搅拌直至粒度增大至16-30目，得到半成品颗粒；
步骤3、颗粒形成后停止水雾加入，然后加入微硅粉继续搅拌1-2h，制成半成品球坯；
步骤4、将半成品球坯转入烘干窑中，在105-150℃的条件下保持1-2h对半成品球坯进行干燥；将干燥后的球坯放入半成品筛分机内进行筛分得到半成品陶粒砂；所述半成品筛分机包括筛桶、储料桶和固定架，所述筛桶的上端设有进料斗，所述筛桶的下方设置有储料桶，储料桶的下方固定设有固定架；所述筛桶上端沿筛桶外环面固定设有环形的回收料筒，所述筛桶底部固定在圆盘式的支撑座上，所述筛桶的底部设有出料口，出料口贯穿支撑座，所述出料口的底部设有出料斗，出料斗延伸至储料桶内；沿出料口圆周向筛桶内壁呈散射状设有倒锥台形的过滤锥环，所述过滤锥环与筛桶的底面和筛桶的内壁形成三角环状封闭的隔离室，所述隔离室的底部沿边缘开有回收料口，回收料口密封连接有回收料管；所述支撑座沿圆周侧面向外均匀固定有多个支撑杆，每个支撑杆的外端都铰接有推拉杆，所述推拉杆的底面上均固定设有横置的从动带轮，从动带轮中部设有贯穿推拉杆的轴孔；所述储料桶的上端开口、底部向下凹陷，储料桶的底部中心开有排料口，排料口上连接有排料管道；所述储料桶上端沿圆周侧壁沿均匀固定有多个支撑柱，所述支撑柱的上端面中部都开有轴孔，轴孔内固定套装有轴承，所述从动带轮都通过销轴与对应的支撑柱上端的轴承固定在一起，所述从销轴的销头都不凸出推拉杆上端面。
步骤5、将半成品陶粒砂转入回转窑中，以5-10℃/min的速率升温至950-980℃，达到温度后继续烧制0.5-1h，然后继续以3-5℃/min的速率升温至1150-1200℃，烧制1.5-2h；
步骤6、将烧制后的陶粒砂送入冷却窑冷却至室温即可制得成品陶粒。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂的制备工艺，步骤3中所述微硅粉过400目筛。
优选的，一种轻质微孔陶粒砂的制备工艺，步骤4中所述过滤锥环上孔径不大于30目。
本发明的有益效果：
1、本发明将煤矸石进行资源化利用，不仅能够减少对土壤和矿物质资源的过度开发，还能将固体废弃物变废为宝，减少固体废弃物对环境的污染。
2、本发明以煤矸石、焦宝石和紫砂矿渣为主料，辅以尖晶石和珍珠岩，并添加白云石，利用白云石的主要成分为CaCO3和MgCO3，在初次烧结过程中产生CO2，当气体逸出的速率低于晶界移动的速率，能在陶粒中形成互不相通的闭气孔；微硅粉的添加能够填充表面闭气孔，烧结之后形成表面光滑内部微孔的陶粒砂。
3、本发明制得的陶粒砂内部具有微小的互不连通的闭气孔，陶粒砂的外表面由于微硅粉的作用细腻光滑，没有明显的孔洞；密度小、强度高，适用范围广。
4、本发明提供的半成品筛分机通过外部动力带轮带动推拉杆绕支撑柱旋转运动，从而带动筛桶转动使半成品陶粒砂在筛桶内部进行离心，使筛桶内的半成品陶粒砂不会堆积在过滤锥环上，从而将适合粒径的半成品陶粒砂筛分出来从排料管道中排出，提高筛分效果。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为半成品筛分机的结构示意图。
图中标号：1为筛桶、2为储料桶、3为固定架、4支撑座、5为出料口、6为出料斗、7为过滤锥环、8为隔离室、9为回收料口、10为回收料管、11为支撑杆、12为推拉杆、13为从动带轮、14为轴孔、15为支撑柱、17为排料管道、18为支撑柱、19为进料斗。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供一种轻质微孔陶粒砂及其制备工艺，制备所用原料包括煤矸石35份、焦宝石50份，白云石5份、紫砂矿渣25份、尖晶石8份、珍珠岩10份、微硅粉10份；其中焦宝石中Al2O3含量为37.8%、SiO2 含量为42.3%；白云石中CaCO3含量为30.4%、MgCO3含量为23.9%。
制备工艺：具体流程如图1所示；
步骤1、分别将煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩粉碎处理，倒入球磨机中研磨得到混合料粉，混合料粉过325-400目筛；
步骤2、将混合后的煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩加入造粒机中进行搅拌，在搅拌过程中匀速喷入料重5%的水雾并充分搅拌直至颗粒粒度增大至16-30目，得到半成品颗粒；
步骤3、颗粒形成后停止水雾加入，然后加入过400目筛的微硅粉继续搅拌1-2h，此时的颗粒外表面均匀包裹一层微硅粉，制成半成品球坯；
步骤4、将半成品球坯转入烘干窑中，在105-150℃的条件下保持1-2h对半成品球坯进行干燥；将干燥后的球坯放入半成品筛分机内进行筛分得到半成品陶粒砂。
该半成品筛分机如图2所示，包括筛桶1、储料桶2和固定架3，所述筛桶的上端设有进料斗19，筛桶的下方设置有储料桶，储料桶的下方固定设有固定架；筛桶上端沿筛桶外环面固定设有环形的回收料筒，在筛桶底部固定在圆盘式的支撑座4上，筛桶的底部设有出料口5，出料口贯穿支撑座，所述出料口的底部设有出料斗6，出料斗延伸至储料桶2内；沿出料口5圆周向筛桶内壁呈散射状设有倒锥台形的过滤锥环7，过滤锥环与筛桶的底面和筛桶的内壁形成三角环状封闭的隔离室8，隔离室的底部沿边缘开有回收料口9，回收料口密封连接有回收料管10；支撑座4沿圆周侧面向外均匀固定有多个支撑杆11，每个支撑杆的外端都铰接有推拉杆12，所述推拉杆的底面上均固定设有横置的从动带轮13，从动带轮中部设有贯穿推拉杆的轴孔14；储料桶的上端开口、底部向下凹陷，储料桶的底部中心开有排料口，排料口上连接有排料管道17，半成品陶粒砂落入凹陷处，便于从排料口排出；在储料桶2的上端沿圆周侧壁沿均匀固定有多个支撑柱18，每个支撑柱的上端面中部都开有轴孔，轴孔内固定套装有轴承，从动带轮13都通过销轴与对应的支撑柱上端的轴承固定在一起，销轴的销头都不凸出推拉杆上端面。该半成品筛分机通过外部动力（如电机）带轮带动推拉杆12绕支撑柱15旋转运动，从而带动筛桶1转动使半成品陶粒砂在筛桶内部产生离心，使筛桶内的半成品陶粒砂不会堆积在过滤锥环上，从而将适合粒径的半成品陶粒砂筛分出来从排料管道中排出而收集起来 ，提高筛分效果。
步骤5、将半成品陶粒砂转入回转窑中，以5-10℃/min的速率升温至980℃，达到温度后继续烧制0.5-1h，然后继续以3-5℃/min的速率升温至1150-1200℃，烧制1.5-2h；
步骤6、将烧制后的陶粒砂送入冷却窑冷却至室温即可制得成品陶粒。
实施例2：本实施例的轻质微孔陶粒砂，所用原料与实施例1所用原料为同一批次，与实施例1不同的是，所用原料包括煤矸石45份、焦宝石40份，白云石5份、紫砂矿渣25份、尖晶石8份、珍珠岩10份、微硅粉10份。
实施例3：本实施例的轻质微孔陶粒砂，所用原料与实施例1所用原料为同一批次，与实施例1不同的是，所用原料包括煤矸石30份、焦宝石60份，白云石6份、紫砂矿渣20份、尖晶石10份、珍珠岩5份、微硅粉7份。
实施例4：本实施例的轻质微孔陶粒砂，所用原料与实施例1所用原料为同一批次，与实施例1不同的是，所用原料包括煤矸石45份、焦宝石40份，白云石3份、紫砂矿渣30份、尖晶石5份、珍珠岩15份、微硅粉12份。
性能测试：
选取等量的实施例1-4制备的轻质微孔陶粒砂和对比例陶粒砂在圆度、球度、体积密度、52MPa破碎率和69MPa破碎率进行测试，并将测试结果与行业标准进行对比，具体结果见表1。其中对比例为常规市售陶粒砂。
由表1可知，采用本发明制备的陶粒砂的体积密度明显低于对比例陶粒砂和行业标准，属于低密度轻质陶粒砂，白云石的添加使陶粒砂的内部形成极其细微的互不连通的微孔，这也是形成轻质陶粒砂的影响因素；添加微硅粉提高了陶粒砂的圆度和球度，同时在烧结时微硅粉的添加还能够填充陶粒表面形成的微孔，使陶粒砂的外部孔洞“隐形”；而且制备的陶粒砂的破碎率明显较低，具有较强的支撑强度，满足压裂技术的需求；既能实现固体废弃物的再利用，还能适用于行业需求，便于推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种轻质微孔陶粒砂，其特征在于：包括以下重量份计的原料：煤矸石30-45份、焦宝石40-60份，白云石3-6份、紫砂矿渣20-30份、尖晶石5-10份、珍珠岩5-15份、微硅粉7-12份。
2.根据权利要求1所述的一种轻质微孔陶粒砂，其特征在于：包括以下重量份计的原料：煤矸石35份、焦宝石50份，白云石5份、紫砂矿渣25份、尖晶石8份、珍珠岩10份、微硅粉10份。
3.根据权利要求1所述的一种轻质微孔陶粒砂，其特征在于：所述焦宝石中Al2O3含量为37.8%、SiO2 含量为42.3%。
4.根据权利要求1所述的一种轻质微孔陶粒砂，其特征在于：所述白云石中CaCO3含量为30.4%、MgCO3含量为23.9%。
5.根据权利要求1所述的一种轻质微孔陶粒砂，其特征在于：所述微硅粉过400目筛。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的轻质微孔陶粒砂的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤 ：
步骤1、分别将煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩粉碎处理，倒入球磨机中研磨得到混合料粉，混合料粉过325-400目筛；
步骤2、将混合后的煤矸石、焦宝石、白云石、紫砂矿渣、尖晶石和珍珠岩加入造粒机中进行搅拌，在搅拌过程中喷入料重5%的水雾并充分搅拌直至粒度增大至16-30目，得到半成品颗粒；
步骤3、颗粒形成后停止水雾加入，然后加入微硅粉继续搅拌1-2h，制成半成品球坯；
步骤4、将半成品球坯转入烘干窑中，在105-150℃的条件下保持1-2h对半成品球坯进行干燥；将干燥后的球坯放入半成品筛分机内进行筛分得到半成品陶粒砂；所述半成品筛分机包括筛桶、储料桶和固定架，所述筛桶的上端设有进料斗，所述筛桶的下方设置有储料桶，储料桶的下方固定设有固定架；所述筛桶上端沿筛桶外环面固定设有环形的回收料筒，所述筛桶底部固定在圆盘式的支撑座上，所述筛桶的底部设有出料口，出料口贯穿支撑座，所述出料口的底部设有出料斗，出料斗延伸至储料桶内；沿出料口圆周向筛桶内壁呈散射状设有倒锥台形的过滤锥环，所述过滤锥环与筛桶的底面和筛桶的内壁形成三角环状封闭的隔离室，所述隔离室的底部沿边缘开有回收料口，回收料口密封连接有回收料管；所述支撑座沿圆周侧面向外均匀固定有多个支撑杆，每个支撑杆的外端都铰接有推拉杆，所述推拉杆的底面上均固定设有横置的从动带轮，从动带轮中部设有贯穿推拉杆的轴孔；所述储料桶的上端开口、底部向下凹陷，储料桶的底部中心开有排料口，排料口上连接有排料管道；所述储料桶上端沿圆周侧壁沿均匀固定有多个支撑柱，所述支撑柱的上端面中部都开有轴孔，轴孔内固定套装有轴承，所述从动带轮都通过销轴与对应的支撑柱上端的轴承固定在一起，所述从销轴的销头都不凸出推拉杆上端面；
步骤5、将半成品陶粒砂转入回转窑中，以5-10℃/min的速率升温至950-980℃，达到温度后继续烧制0.5-1h，然后继续以3-5℃/min的速率升温至1150-1200℃，烧制1.5-2h；
步骤6、将烧制后的陶粒砂送入冷却窑冷却至室温即可制得成品陶粒。
7.根据权利要求6所述的一种轻质微孔陶粒砂的制备工艺，其特征在于：步骤3中所述微硅粉过400目筛。
8.根据权利要求6所述的一种轻质微孔陶粒砂的制备工艺，其特征在于：步骤4中所述过滤锥环上孔径不大于30目。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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