CN113307596B

CN113307596B - 一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法

Info

Publication number: CN113307596B
Application number: CN202110717306.9A
Authority: CN
Inventors: 刘文士; 李茂川; 王豪; 何冬雪; 熊兴洋; 王波; 肖笑; 刘钰
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2041-06-28
Also published as: CN113307596A

Abstract

本发明公开了一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，步骤如下：S1、将海上钻井废弃泥浆进行固液分离，固相物进行压滤脱水，得到滤饼；S2、滤饼经过烘干，破碎，球磨，水洗除去氯离子，得到基料；S3、将基料中加入水泥、石膏、聚乙烯醇、集料，混合均匀，得到混合料，向混合料中加水，得到半干状混合料；集料包括粗集料和细集料；粗集料为打碎的卵石，粒径分布在5mm～10mm之间，堆积密度为1663kg/m³；细集料为河砂，细度模数2.4。S4、将半干混合料制成砖坯，砖坯脱模后再经自然养护28d后得免烧砖。本发明的制备方法实现了海上钻井废弃泥浆的安全环保处置和资源化综合利用问题。

Description

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法

技术领域

本发明涉及钻井废弃资源化利用技术领域，尤其是一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法。

背景技术

海洋蕴含丰富的油气资源，高效开发海洋油气对缓解我国能源危机具有决定性意义。而在海上油气田钻井作业过程中不可避免会产生大量钻井废弃泥浆，主要由膨润土、重晶石和泥浆处理剂等组成，若直接排海会对海洋环境造成巨大破坏。渤海属于一级海域，不允许海上油气田钻井废物直接排海，故而海上钻井废弃泥浆均需在海上经处理后运回内陆处置。钻井废弃泥浆运回内陆后，不仅占用大量土地资源，还存在潜在的环境安全隐患，急需探索有效的末端处置工艺。

建材资源化路径不仅可以实现废弃泥浆最终处置，还可变废为宝，产生一定的经济效益，符合当前国家环保节能政策的处理措施。免烧砖是一大类不经烧结的符合可持续发展方向的，建材性能达标的砖体，其利土节废、节能环保，已有多年的发展经验，陆上油气田也多用此工艺处置废弃钻井泥浆。然而海上钻井废弃泥浆因其高含盐特性，陆上工艺无法完全照搬。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的工艺方法。

本发明提供的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其步骤如下：

S1、将海上油气田钻井废弃泥浆经固液分离后，固相物经板式压滤机压滤脱水得块状固相滤饼并封存装袋，由托运船转运上岸。固液分离采用的装置为振动筛、分选筛、离心机和压滤机。

S2、上岸滤饼经105℃±5℃烘干至含水率低于5％，利用鄂式破碎机破碎至6mm以下再经过球磨机球磨，并利用80目方孔筛筛分至粒径低于0.5mm，最后在液固比为4条件下水洗30min，将原料中的氯离子快速去除，得到制备砖的基料。水洗工艺是利用水作为介质，在离心力作用下，将可溶性物质转移至水中的工艺方法，通过合理设计水固比、搅拌时间可以有效去除滤饼中所含的游离氯离子，减少氯离子对免烧砖的影响。

S3、将基料中加入水泥、石膏、聚乙烯醇、粗集料、细集料，混合均匀，得到混合料，向混合料中加水，得到半干状混合料。其中，粗集料为打碎的卵石，粒径分布在5mm～10mm之间，堆积密度为1663kg/m³；细集料为河砂，细度模数2.4，属于中砂范畴，各颗粒之间级配良好。各组分质量比为：水泥20～25％；石膏4％；聚乙烯醇0.5％；基料5～15％；粗集料8％；细集料47.5％～62.5％；水固比为0.12。

S4、将半干状混合料装入模具中，利用液压压砖机施加静压压力约8-10MPa并保压约30s，制得砖坯，砖坯脱模后再经自然养护28d后得免烧砖。

优选的是，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5，初凝时间2h、终凝时间为4h，标准稠度用水量为25.4％，28d抗压强度为47.68MPa。其中C₃S、C₂S等矿物与水反应生成水化硅酸钙等，是免烧砖强度、耐久性主要来源，同时生成的氢氧化钙作为碱性激发剂，可激活滤饼潜在活性。

优选的是，所述石膏为二水硫酸钙，氯化物含量小于0.002％；所述聚乙烯醇为200目筛余小于3％。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明通过添加水泥作为主要胶凝材料并辅以石膏、聚乙烯醇，钻井废弃泥浆处理后的基料掺入后，潜在活性被水泥水化产生的氢氧化钙所激发，硅质材料与氢氧化钙发生二次水化反应生成水化硅酸钙；铝质材料与硫酸盐反应生成水化硫铝酸钙等，这些水化产物充填在免烧砖内部，为整体砖块提供强度支持。同时，合理的颗粒级配以及成型时的高强机械挤压，增加了砖体内部颗粒接触表面积，加快了水化反应速度；而且，减少内部孔隙，降低砖体内平均孔径，加大水化产物与各原料颗粒的接触面，从而达到增强砖体强度、耐久性等的目的。

本发明的免烧砖采用处理后的钻井废弃泥浆(基料)替代部分集料，不但可制备出合格的建筑用砖，而且有效地解决了海上钻井废弃泥浆末端安全环保处置问题，实现废弃钻井泥浆资源化利用，使废弃钻井泥浆不再占用土地和污染环境。根据本发明所述方法制备的免烧砖，各项建材性能均满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T 422-2007)MU15等级要求。取免烧砖破碎试样，按《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)制备浸出液，经测试除pH值外其余各项指标均满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)标准要求。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，包括以下步骤：

首先，对上岸后的块状滤饼经105℃±5℃烘干至含水率低于5％，利用鄂式破碎机破碎至6mm以下再经过球磨机球磨，并利用80目方孔筛筛分至粒径低于0.5mm，最后在液固比为4条件下水洗30min，将原料中的氯离子快速去除，得到制备砖的基料。基料的化学成分分析见表1。

表1基料的化学成分表

如表1所示，基料中主要化学成分SiO₂、Al₂O₃，具备了制备免烧砖的化学组分。同时粒径基本处于0.5mm以下，满足作为细集料掺入制备免烧砖的要求。

然后，将质量百分比5％基料、20％水泥、8％粗集料、62.5％细集料、4％石膏以及0.5％聚乙烯醇投入搅拌器中搅拌均匀，得混合均匀的干状混合料；再加入0.12水固比自来水至该干状混合料中，继续搅拌均匀，得半干状混合料；半干状混合料装入模具中，利用液压压砖机施加静压压力约10MPa并保压约30s，制得砖坯；砖坯脱模后再经自然养护28d后得免烧砖。制备方法工艺流程见图1。

其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5，初凝时间2h、终凝时间为4h，标准稠度用水量为25.4％，28d抗压强度为47.68MPa；所述粗集料为打碎的卵石，粒径分布在5mm～10mm之间，堆积密度为1663kg/m³；所述细集料为河砂，细度模数2.4，属于中砂范畴，各颗粒之间级配良好；所述石膏为二水硫酸钙，氯化物含量小于0.002％；所述聚乙烯醇200目筛余小于3％，选自优索PVA 1788(L)。

实施例2

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，同实施例1，不同点：制备干状混合料时，各组分质量百分比10％基料、20％水泥、8％粗集料、57..5％细集料、4％石膏以及0.5％聚乙烯醇。

实施例3

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，同实施例1，不同点：制备干状混合料时，各组分质量百分比15％基料、20％水泥、8％粗集料、52.5％细集料、4％石膏以及0.5％聚乙烯醇。

实施例4

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，同实施例1，不同点：制备干状混合料时，各组分质量百分比10％基料、25％水泥、8％粗集料、52.5％细集料、4％石膏以及0.5％聚乙烯醇。

实施例5

一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，同实施例1，不同点：制备干状混合料时，各组分质量百分比15％基料、25％水泥、8％粗集料、47.5％细集料、4％石膏以及0.5％聚乙烯醇。

参照国家标准《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T 422-2007)中相关要求对实施例1-5制备的免烧砖进行测试，各项性能参数如表2所示。

表2实施例1～5免烧砖的性能表

由表2可以看出，免烧砖的各项性能指标均满足国家标准《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T 422-2007)要求，因此通过本发明将海上钻井废弃泥浆制备成性能良好的免烧砖，实现资源化利用。并且本发明的免烧砖浸出液中的重金属浓度及相关指标远低于《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)和《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)，不会对环境造成二次污染，实现了海上钻井废弃泥浆无害化、资源化综合利用。

总之，本发明在充分分析海上钻井废弃泥浆基本性质基础上，提出利用海上废弃钻井泥浆制备免烧砖，以提供一种解决海上废弃钻井泥浆上岸后末端处置问题的方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，步骤如下：

S1、将海上钻井废弃泥浆进行固液分离，固相物进行压滤脱水，得到滤饼；

S2、滤饼经过烘干，破碎，球磨，水洗除去氯离子，得到基料；

S3、将基料中加入水泥、石膏、聚乙烯醇、集料，混合均匀，得到混合料，向混合料中加水，得到半干状混合料；

集料包括粗集料和细集料；粗集料为打碎的卵石，粒径分布在5mm～10mm之间，堆积密度为1663kg/m³；细集料为河砂，细度模数2.4；

各组分质量比为：水泥20～25％；石膏4％；聚乙烯醇0.5％；基料5～15％；粗集料8％；细集料47.5 % ～62.5％；水固比为0.12；

S4、将半干混合料制成砖坯，砖坯脱模后再经自然养护28d后得免烧砖。

2.如权利要求1所述的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O.42.5，初凝时间2h、终凝时间为4h，标准稠度用水量为25.4％，28d抗压强度为47.68MPa。

3.如权利要求2所述的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，所述石膏为二水硫酸钙，氯化物含量小于0.002％；所述聚乙烯醇的粒径为200目筛余小于3％。

4.如权利要求1所述的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，步骤S4中，将半干状混合料装入模具中，利用液压压砖机施加静压压力8-10MPa并保压30s，制得砖坯。

5.如权利要求1所述的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，步骤S2中，所述滤饼经105℃±5℃烘干至含水率低于5％，利用鄂式破碎机破碎至6mm以下，再经过球磨机球磨，并利用80目方孔筛筛分至粒径低于0.5mm，最后在液固比为4条件下水洗30min。

6.如权利要求1所述的以海上钻井废弃泥浆制备免烧砖的方法，其特征在于，所述步骤S1中，固液分离采用的装置为振动筛、分选筛、离心机和压滤机。