CN112028603A

CN112028603A - 一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法

Info

Publication number: CN112028603A
Application number: CN202010858402.0A
Authority: CN
Inventors: 唐珂; 段虎生; 徐美萍
Original assignee: Yuanqu Corundum Proppants Corp
Current assignee: Yuanqu Corundum Proppants Corp
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明涉及一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，属于陶粒生产技术领域；解决小粒径40/70、70/140目的陶粒产品产量低的问题；原料为按一定比例配合的硬质粘土和软质粘土，具体步骤为：将硬质粘土进行煅烧；将煅烧料以及软质粘土破碎粉磨；将粉磨后的原料加水湿磨成泥浆，在湿磨的同时加入添加剂；采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥，同时造粒、筛分、煅烧、冷却并进一步筛分，得到40/70和70/140目两种规格的陶粒砂；本发明产品具有良好的常温性能和高温性能，本方法可同时生产两种小粒径产品，具有很好的市场前景。

Description

一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法

技术领域

本发明属于陶粒生产技术领域，具体涉及一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法。

背景技术

铝矾土资源用途广泛，可用于炼铝、精密铸造、耐火材料、陶粒支撑剂、水泥等行业。随着铝矾土的大量开采，在开采的过程中会伴随大量的尾矿；随着优质的铝矾土资源越来越少，成本也越来越高，人们开始把目光集中在低铝矾土和铝矾土尾矿上，充分利用资源。

石油支撑剂又叫石油压裂支撑剂，在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过。用石油支撑剂随同高压溶液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导流能力，使油气畅通，增加产量。陶粒支撑剂以铝矾土为原料，通过粉末制粒，烧结而成，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、高强度、高导流能力、低密度、低破碎率等特点，使用最为广泛。随着压裂技术的发展尤其是水平井清水压裂技术的成熟和广泛应用，通常采用低密度小粒径（40/70目）支撑剂，对于天然裂缝发育的页岩地层需考虑更小粒径（70-140目）支撑剂。宝珠砂常作为石油压裂支撑剂使用，宝珠砂又名电熔陶粒，是一种新型高端绿色铸造材料。具有热膨胀系数小，流动性好，易舂实，且透气性好，表面光滑，结构致密，抗酸碱腐蚀性好，回收再生性能好等特点，因此在铸造行业应用广泛，但其成本较高，另外表面过于光滑，附着性能差，近年来有逐渐被烧结陶粒支撑剂代替的趋势。

目前陶粒支撑剂的主要原料是铝矾土（Al₂O₃含量大于55%），矿化剂为锰粉、铁粉、白云石、钾长石等。生产分为制粉、制粒和烧成三大工段，主要设备分别为干法球磨机、圆盘制粒机和回转窑。生产工艺流程为：将铝矾土和矿化剂按照配方比例加入球磨机混磨至325-400目，然后进入圆盘制粒机造粒，并根据生产规格进行筛分，筛下小颗粒作为引子继续造粒，筛上大颗粒经打散机打散后继续造粒，筛分好的半成品粒进入烘干窑烘干，然后进入回转窑高温煅烧，再进入冷却窑冷却，最后进行成品筛分包装。

通过这种工艺生产的陶粒支撑剂，密度高，球度好，耐腐蚀，耐高温，耐高压，同时生产工艺相对简单，生产成本可以得到较好的控制。然而，现有的生产技术仍存在一些问题，不利于环保、降低原料成本，资源综合利用以及应对压裂支撑剂的市场变化。具体如下：产品用途单一，用它代替宝珠砂效果不理想；现有的技术生产小粒径40/70、70/140目的陶粒产品时，产量明显降低，特别是70/140目的半成品合格率不到20%，无法满足大规模生产。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法。解决小粒径40/70、70/140目的陶粒产品产量低的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，原料为铝矾土尾矿，所述铝矾土尾矿由硬质粘土和软质粘土组成；所述硬质粘土的质量百分比为85%-95%，软质粘土的质量百分比为5%-15%，具体包括以下步骤：

a）将硬质粘土进行煅烧处理得到煅烧料，煅烧温度1350-1450℃；

b）将所述煅烧料以及软质粘土破碎粉磨至100-200目；

c）将粉磨后的原料加水湿磨成泥浆，在湿磨的同时加入添加剂；使得泥浆固含量为50-70%，泥浆的粒度达到800-2000目。

d）采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥，同时造粒；所述逆流式压力喷雾干燥塔的热风进口温度为250℃-300℃，出口温度为80℃-120℃；料浆压力为1.8-2.2MPa，喷片孔径为1.2-1.6mm；经过喷雾造粒得到实心球形颗粒，所述实心球形颗粒的水分含量为6-8%；

如图1所示，泥浆从塔顶向下喷出，热风从塔底进入，从塔顶排出，热空气与雾滴的运动方向相反，由于热空气向上，雾滴向下，延缓了颗粒和雾滴的下降速度，在干燥室内停留时间长，有利于干燥；同时，泥浆在干燥成粒的过程中，所接触的热风温度由低到高，有利于形成致密的实心球形颗粒，不会因干燥温度过高，水分蒸发速率过快而形成表面硬壳、内部空心的颗粒。

e）将实心球形颗粒进行半成品筛分；将筛好的半成品坯球烘干后煅烧，烧成温度为1400-1500℃，之后冷却并进一步筛分，得到40/70和70/140目两种规格的陶粒砂。

优选的，所述硬质粘土中Al₂O₃质量百分含量为45%，软质粘土中Al₂O₃质量百分含量为30%。

优选的，所述添加剂为占原料总质量0.3%-0.8%的分散剂、0.2%-0.5%的悬浮剂和0.3%-0.6%的粘结剂。

更优的，所述分散剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸氨。

更优的，所述悬浮剂是羧甲基纤维素钠。

更优的，所述粘结剂是聚乙烯醇。

优选的，所述步骤c中，每10分钟对泥浆取样用激光粒度仪检测粒度。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。

1、本发明一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，即可以作为陶粒压裂支撑剂也可以作为烧结陶粒铸造砂，充分利用铝矾土尾矿为主要原料，降低原料成本，减少噪音和粉尘污染，

2、主原料进行煅烧预处理，形成大量莫来石晶相，有利于增加产品强度；

3、采用陶瓷球磨机湿法球磨，噪音小，无粉尘，混磨效果好，使多种原料充分混合均匀，产品质量稳定性好，同时可将原料加工至2000目，粒度远远小于现有干法球磨的400目，有利于促进烧结，提高致密度，可以不加入矿化剂达到良好烧结，有利于提高产品的强度，抗酸碱腐蚀性，并且在高温条件下保持良好的高温性能。

4、采用喷雾干燥造粒技术，在干燥泥浆的同时，制成小粒径的半成品坯球，半成品的合格率高达95%，半成品坯球的圆球度表面光洁度等更好。而现有技术采用圆盘制粒机造粒，小粒径的颗粒只能作为引子而不能作为半成品坯球，在生产小粒径陶粒时，半成品的合格率仅有20%，且圆球度较差，表面毛刺较多，易脱粉。同时，采用喷雾干燥造粒技术，噪音小，粉尘少，自动化程度高，工人劳动强度低。

5、本发明技术产品具有良好的常温性能和高温性能，可同时应用于压裂支撑剂行业和精密铸造行业，与现有技术相比更符合当前市场需求变化。

6、本发明方法可同时生产40/70和70/140目两种规格产品，特别是可大量生产70/140规格产品，甚至可以生产更微小粒径的规格产品，未来有望用于3D打印用材料。现有技术无法实现大量生产70/140规格产品，往往是40/70规格的成品筛余的附加产品。

附图说明

图1是本发明采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥的逆流流动示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法：

配方比例：硬质粘土（Al₂O₃含量45%）95%，软质粘土（Al₂O₃含量30%）5%；

制备方法如下：

1、将硬质粘土进行高温煅烧，温度1400℃；

2、将硬质粘土熟料和软质粘土破碎粉磨至120目；

3、将粉磨后的原料按照配方比例加水进入陶瓷球磨机搅拌湿磨成泥浆，在湿磨的同时额外加入0.3%的聚丙烯酸钠、0.2%的CMC和0.6%的PVA；使得泥浆固含量为65%，粒度达到1200目；然后将磨好的浆料放入料浆池。

4、采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥同时造粒，其中，热风进口温度控制在280℃，出口温度控制在80℃；料浆压力为1.8MPa，喷片孔径为1.2mm。经过筛分取35目-100目的颗粒作为半成品。

5、将喷雾干燥造粒后的半成品坯球经烘干后进入回转窑高温煅烧，烧成温度为1450℃。

6、冷却后经过筛分可同时得到40/70和70/140目两种规格产品。

实施例2

一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法：

配方比例：硬质粘土（Al₂O₃含量45%）90%，软质粘土（Al₂O₃含量30%）10%；

制备方法如下：

1、将硬质粘土进行高温煅烧，温度1400℃；

2、将硬质粘土熟料和软质粘土破碎粉磨至160目；

3、将粉磨后的原料按照配方比例加水进入陶瓷球磨机搅拌湿磨成泥浆，在湿磨的同时额外加入0.5%的聚丙烯酸氨、0.3%的CMC和0.5%的PVA；使得泥浆固含量为60%，粒度达到1600目；然后将磨好的浆料放入料浆池。

4、采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥同时造粒，其中，热风进口温度控制在300℃，出口温度控制在100℃；料浆压力为2MPa，喷片孔径为1.4mm。经过筛分取35目-100目的颗粒作为半成品。

5、将喷雾干燥造粒后的半成品坯球经烘干后进入回转窑高温煅烧，烧成温度为1420℃。

6、冷却后经过筛分可同时得到40/70和70/140目两种规格产品。

实施例3

一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法：

配方比例：硬质粘土（Al₂O₃含量45%）85%，软质粘土（Al₂O₃含量30%）15%；

制备方法如下：

1、将硬质粘土进行高温煅烧，温度1400℃

2、将硬质粘土熟料和软质粘土破碎粉磨至200目；

3、将粉磨后的原料按照配方比例加水进入陶瓷球磨机搅拌湿磨成泥浆，在湿磨的同时额外加入0.3%的三聚磷酸钠、0.3%的六偏磷酸钠、0.4%的CMC和0.3%的PVA；使得泥浆固含量为50%，粒度达到2000目；然后将磨好的浆料放入料浆池。

4、采用逆流式压力喷雾干燥塔对磨好的泥浆进行干燥同时造粒，其中，热风进口温度控制在300℃，出口温度控制在80℃；料浆压力为2.2MPa，喷片孔径为1.4mm。经过筛分取35目-100目的颗粒作为半成品。

5、将喷雾干燥造粒后的半成品坯球经烘干后进入回转窑高温煅烧，烧成温度为1400℃。

6、冷却后经过筛分可同时得到40/70和70/140目两种规格产品。

实施例1-3与现有40/70目低密陶粒性能对比如表1

实施例1-3中70/140目低密陶粒性能如表2

本发明方法制备的产品作为铸造砂与宝珠砂相比有以下优异的性能：

1、颗粒圆球度好，流动性好，易于舂实；

2、热膨胀系数小，用其配制型砂，铸件不会产生膨胀缺陷，这方面可与宝珠砂媲美；

脱模性能好，无矽粉尘危害；

3、不为金属液所润湿，也不与金属氧化物作用，可消除粘砂缺陷；

4、耐腐蚀性好，各种酸、碱粘结剂均可使用；

5、回收再生性能好，性价比高；与宝珠砂相比，其价格更低；

6、表面光滑，结构致密，使得粘结剂能均匀覆盖；圆球度高，树脂的加入量明显减少；从而降低了生产成本并减少气体的散发量，粘结剂所产生的铸造缺陷也大大减少，从而提高了铸件的成品率。同时，与宝珠砂相比，宝珠砂的表面过于光滑不利于粘结剂等的表面附着，而本专利产品表面光洁度好又不至于表面太过于光滑，兼顾了使用性能和施工性。

7、热导率大，稳定性好，不龟裂。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，原料为铝矾土尾矿，所述铝矾土尾矿由硬质粘土和软质粘土组成；所述硬质粘土的质量百分比为85%-95%，软质粘土的质量百分比为5%-15%，具体包括以下步骤：

b）将所述煅烧料以及软质粘土破碎粉磨至100-200目；

c）将粉磨后的原料加水湿磨成泥浆，在湿磨的同时加入添加剂；使得泥浆固含量为50-70%，泥浆的粒度达到800-2000目；

2.根据权利要求1所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述硬质粘土中Al₂O₃质量百分含量为45%，软质粘土中Al₂O₃质量百分含量为30%。

3.根据权利要求1所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述添加剂为占原料总质量0.3%-0.8%的分散剂、0.2%-0.5%的悬浮剂和0.3%-0.6%的粘结剂。

4.根据权利要求3所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸氨。

5.根据权利要求3所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述悬浮剂是羧甲基纤维素钠。

6.根据权利要求3所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述粘结剂是聚乙烯醇。

7.根据权利要求1所述的一种利用铝矾土尾矿制造多功能陶粒砂的方法，其特征在于，所述步骤c中，每10分钟对泥浆取样用激光粒度仪检测粒度。