RU2788201C1 - Шихта для стеклокерамического пропанта и способ его получения - Google Patents
Шихта для стеклокерамического пропанта и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788201C1 RU2788201C1 RU2022113118A RU2022113118A RU2788201C1 RU 2788201 C1 RU2788201 C1 RU 2788201C1 RU 2022113118 A RU2022113118 A RU 2022113118A RU 2022113118 A RU2022113118 A RU 2022113118A RU 2788201 C1 RU2788201 C1 RU 2788201C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- charge
- glass
- alkaline
- kaolin
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 68
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 46
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 43
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000006063 cullet Substances 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 17
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 4
- -1 titanium- and zirconium Chemical compound 0.000 claims description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N TiO Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N (2R,3R,4S,5R,6S)-4,5-dimethoxy-2-(methoxymethyl)-3-[(2S,3R,4S,5R,6R)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2R,3R,4S,5R,6R)-4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane Chemical compound CO[C@@H]1[C@@H](OC)[C@H](OC)[C@@H](COC)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](OC)[C@@H](OC)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](OC)[C@H](OC)O[C@@H]2COC)OC)O[C@@H]1COC LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N Silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000005356 container glass Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N disulfur monoxide Inorganic materials O=S=S TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910001392 phosphorus oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical compound S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение предназначено для использования в качестве расклинивающих агентов (пропантов) при добыче нефти, газа и воды с целью повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидравлического разрыва пласта (ГРП). Технический результат изобретения - упрощение состава шихты до содержания в ней относительно дешевых компонентов для производства легковесных высокопрочных стеклокерамических пропантов, а также разработка способа получения стеклокерамических пропантов с достаточно высокими эксплуатационными характеристиками. Шихта для стеклокерамического пропанта включает щелочной стеклобой, при этом в качестве основного компонента шихта содержит каолиновую составляющую глинистых шламов, содержащую каолинит до 44 вес. % и полученную в результате добычи титан- и цирконийсодержащих минералов с Туганского месторождения Томской области, одновременно выполняющую функцию пластификатора, при следующем соотношении компонентов, вес. %: каолиновая составляющая глинистых шламов 65-72; щелочной стеклобой 28-35. Способ включает подготовку компонентов шихты, совместный помол дозированных компонентов шихты, приготовление пластичной массы; формирование из нее сырцовых гранул размерами 0,4-1,0 мм, сушку, обжиг гранул в печи при температуре 1180-1200 °С в течение 10-15 мин до размеров от 0,5-1,4 мм, охлаждение гранул и рассев по фракциям. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.
Description
Изобретение предназначено для использования в качестве расклинивающих агентов (пропантов) при добыче нефти, газа и воды с целью повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидравлического разрыва пласта (ГРП).
Гранулированные стеклокерамические материалы на основе глин, содержащие каолин и щелочесодержащее стекло, обладающие такими свойствами, как низкая насыпная плотность в сочетании с высокими прочностными характеристиками, имеют перспективу применения в нефтегазовой отрасли в качестве нового класса расклинивающих агентов (проппантов) в технологии гидроразрыва пласта (ГРП). Гранулированный материал (проппант) в технологии ГРП закачивается в скважину под высоким давлением и препятствует ее смыканию. Соответственно, гранулы должны обладать высокими прочностными характеристиками, чтобы выдерживать сжимающие напряжения, возрастающие с увеличением глубины скважины. Наряду с высокой прочностью необходимо обеспечить низкую плотность, чтобы материал мог проникнуть как можно глубже в полость трещины. Для обеспечения высокой эффективности при добыче нефти, гранулы должны иметь форму, максимально приближенную к сферической и иметь равномерное распределение по размерам. Таким образом, упаковка гранул под давлением будет иметь пропускную способность для откачки нефтепродуктов
Выпускаемые в настоящее время проппанты, отличаются по ряду физико-технических и химических свойств, такие как прочность и плотность, взаимодействие с солями. По прочности и плотности, подразделяют на легковесные (насыпная плотность не более 1,57 г/см3) со средней прочностью и тяжелые (насыпная плотность более 1,57 г/см3) с высокой прочностью. Наиболее ощутимы в жидкой среде низкой и средней вязкости проппанты малой плотности.
Основная задача, которая стоит при разработке технологии алюмосиликатных проппантов является получение оптимальных значений гранул с разнонаправленными физико-техническими свойствами, такие как его высокая прочность при сохранении низкой насыпной плотности.
Известен проппант, патент РФ на изобретение №2166079, опубл. 27.04.2001 [1] Проппант относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использован для предотвращения смыкания трещин при проведении гидравлического разрыва продуктивных нефтяных пластов. Техническим результатом является создание дешевого проппанта достаточной прочности и легкости для использования на небольших глубинах - до 3000 м. Проппант, содержащий керамические гранулы сферической формы из спеченного сырья - каолиновой глины, включающей оксиды алюминия, кремния, железа и титана, где в качестве исходного сырья используют обогащенную каолиновую глину следующего состава, мас.%: оксид алюминия - 41-43; оксид кремния - 45-50; оксид железа - не более 1,2, оксид титана - не более 0,8.
Недостатком является узкий диапазон соотношений оксидов алюминия и кремния и жесткие ограничения по содержанию примесных оксидов железа и титана в исходном глинистом сырье, что делает невозможным использование с этой целью глин многих месторождений, поскольку большинство обогащенных каолинитовых глин имеют более широкий интервал содержания указанных оксидов (на прокаленное вещество): оксид алюминия - 33-45 мас.%; оксид кремния - 51-60 мас.%. Содержание оксида железа часто доходит до 2-3 мас.%, а оксида титана - до 1-1,5 мас.%.
Известна шихта для изготовления стеклокерамического пропанта, патент РФ на изобретение №2763562, опубл. 30.12.2021 [2].
Изобретение относится к производству гранулированных стеклокерамических материалов для водо/газо/нефтедобывающей промышленности, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов (пропантов) при добыче воды, нефти и газа с целью повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидравлического разрыва пласта (ГРП). Шихта для получения стеклокерамического пропанта по заявленному способу включает следующее соотношение исходных компонентов, вес. %: газообразователь – кокс 3-5; опилки хвойных деревьев 3-5; легкоплавкий пластификатор – буровой шлам 15-25; щелочной стеклобой остальное. Компоненты шихты смешивают совместным помолом, гранулируют, сушат и вспенивают гранулы во вращающейся печи при температуре 1050–1100 °С с оплавлением поверхности гранул в течение 6-12 мин. Далее проводят охлаждение и отжиг гранул. Технический результат изобретения - низкие температуры обработок гранул, утилизация щелочного стеклобоя и бурового шлама при производстве легковесных стеклокерамических пропантов.
Известное изобретение направлено на изготовление стеклокерамического пропанта и имеет иной состав исходной шихты, чем в предлагаемом изобретении.
Известны шихта для изготовления огнеупорных высокопрочных сферических гранул и способ их производства, патент РФ на изобретение №2211198, опубл. 27.08.2003 [3].
Изобретение относится к области производства огнеупорных гранулированных материалов, предназначенных для использования в качестве расклинивающего агента (крепи) при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Сущность изобретения заключается в том, что каолин и боксит предварительно обжигают, а для производства гранул используют смесь совместного помола обожженных каолина и боксита в соотношении, мас.%: обожженный каолин 33-67; обожженный боксит - остальное, при этом соотношение Аl2О3: SiO2 в смеси составляет 1:1. Предварительный обжиг каолина, который содержит 40-45% Аl2О3 и не более 5% свободного кварца, производится при температуре 1400-1500°С до водопоглощения не более 5% (предпочтительно не более 4%). Температура предварительного обжига боксита зависит от содержания Аl2О3: 1500-1700°С (предпочтительно 1600-1650°С), до водопоглощения не более 5%, при содержании Al2O3 60-65%; 1100-1400°С (предпочтительно 1250-1300°С) до водопоглощения 20-35% при содержании Al2O3 более 65%. После предварительного обжига боксит и каолин подвергают сухому совместному тонкому помолу до среднего размера частиц менее 10 мкм (предпочтительно менее 5 мкм). Смесь совместного помола гранулируют, полученные гранулы высушивают, рассеивают для выделения целевой фракции, после чего ее обжигают при температуре 1500-1600°С (предпочтительно 1550-1600°С) и вторично рассеивают обожженные гранулы для выделения товарного продукта. Технический результат: улучшение технологичности процесса изготовления при обеспечении стабильности характеристик получаемого продукта.
Высокая температура обжига пропантов (1500-1600°С) приводит к дополнительным энергозатратам. Наличие предварительного обжига боксита и обжиг гранул также способствует увеличению расхода топлива и электроэнергии. В технологии используются дорогостоящие сырьевые материалы – бокситы и каолин.
Известен легкий проппант, патент РФ на изобретение №2472837, опубл. 20.01.2013 [4].
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, конкретно к производству проппантов. Легкий проппант, используемый при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта, полученный в виде гранул с пикнометрической плотностью 1,1-2,5 г/см3 и размерами 0,2-4,0 мм, из смеси порошкообразного алюмосиликатного сырья, силикатных микросфер и связующего, где связующее - смесь 3%-ного водного раствора карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы, или лигносульфонатов технических, силикатных микросфер и наночастиц оксидов щелочноземелных металлов. Причем алюмосиликатное сырье - бокситы или бокситы и каолины, или каолины, или каолины и глинозем, или глины, или кианиты, или андалузиты, или силлиманиты, или глинозем, силикатные микросферы - ценосферы, выделенные из золы-уноса тепловых электростанций, или искусственно полученные стеклянные микросферы, силикатные микросферы имеют размеры 5-400 мкм и пикнометрическую плотность 0,3-0,5 г/см3, оксиды щелочноземельных металлов - оксиды кальция или магния, размер наночастиц составляет 0,05-0,8 мкм, содержание, мас.%: алюмосиликатного сырья 20-89, силикатных микросфер 1-70, связующего 10-40, связующее содержит, мас.%: указанный 3%-ный раствор 30-98, силикатные микросферы 1-50, наночастицы 1-50, при общей массовой доле микросфер и наночастиц не превышающей 70 мас.% от массы связующего.
Технической задачей изобретения является разработка шихты для стеклокерамического проппанта и способа его получения. Изобретение направлено на упрощение состава шихты до содержания в ней относительно дешевых компонентов для производства легковесных высокопрочных стеклокерамических проппантов, а также разработка способа получения стеклокерамических проппантов с достаточно высокими эксплуатационными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что шихта для стеклокерамического проппанта включает каолинсодержащее алюмосиликатное сырьѐ и плавень, при этом шихта в качестве алюмосиликатного сырья, одновременно выполняющего функцию пластификатора, содержит каолинитовую составляющую глинистых шламов добычи титан- и цирконийсодержащих минералов Туганского месторождения Томской области, а в качестве плавня – щелочной стеклобой, при следующем соотношении компонентов, вес. %:
| каолинитовая составляющая глинистых шламов | 65-72 |
| щелочной стеклобой | 28-35 |
Указанный технический результат также достигается тем, что способ получения алюмосиликатного проппанта включает подготовку компонентов шихты:
- каолинитовая составляющая глинистых шламов, прошедшая операции очистки, сушки, помола, весовое дозирование;
- щелочное стекло, прошедшее операции очистки, мойки, сушки, дробления и весовое дозирование;
совместный помол дозированных компонентов шихты, приготовление пластичной массы; формирование из нее сырцовых гранул заданных размеров, сушку, обжиг гранул в печи, охлаждение гранул, рассев гранул по фракциям, отличающийся тем, что готовят пластичную массу из шихты, следующего состава, вес.%: каолинитовая составляющая глинистых шламов 65-72; щелочной стеклобой 28-35, затем гранулируют из нее сырцовые гранулы размером 0,4-1,0 мм, обжиг гранул во вращающейся печи проводят при температуре 1180-1200°С в течение 10-15 мин, после чего получают готовые гранулы проппанта размерами 0,5-1,4 мм.
При этом проводят совместный помол щелочного стеклобоя, каолиновой составляющей глинистых шламов до достижения удельной поверхности 500-600 м2/кг и приготовление в смесителе из молотой шихты с добавлением воды пластичной массы влажностью 15-18%.
При этом проводят гранулирование пластичной массы на тарельчатом грануляторе и сушку сырцовых гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 100-120 °С до влажности 1,0-1,5%.
Раскрытие сущности изобретения.
Поставленная задача изобретения решается тем, что шихта для получения легковесных высокопрочных стеклокерамических пропантов состоит из: каолиновой составляющей глинистых шламов (каолина), полученной в результате добычи титан – и цирконий содержащих минералов Томской области с содержанием каолинита до 44 вес.% и химическим составом, вес. %: SiO2 – 64,44-66,38; Al2O3 – 18,46-19,36; остальное - оксиды железа, титана, марганца, магния, серы, фосфора и оксиды щелочных металлов.
– тонкомолотого щелочного стекла с содержанием в составе: SiO2 – 60,0-72,5%; Fe2O3 – 0-2,5%; CaO – 4,0-6,0%; MgO - 1,5-2,5%; Na2O - 12,5-15,0%, Al2O3 – 1,2-1,6% и с дисперсным составом с величиной удельной поверхности более 20000 см2/г, с остатком на сите 0063 менее 5% с массовой долей частиц менее 2 мкм 5-60%, менее 5 мкм 30-85%, менее 10 мкм - 50-92%, менее 20 мкм 65-97%, менее 50 мкм 86-100%.
Стекло в составе шихты способствует направленному внешнему воздействию на каолин в период обжига. Основная цель ввода каолина – повышение прочности и снижение процента разрушения образование оболочки на поверхности, закрытой пористости, снижение водопоглощения.
Заявленный химический состав каолиновой составляющей глинистых шламов имеет каолин Туганского месторождения Томской области. Присутствие оксида серы в составе глинистого шлама, продукты разложения которых известны из формулы: 2SO3 ↔ 2SO2 + O2, при нагреве до температуры обжига, а именно при температуре 700-750 °С способствуют процессам газообразования и порообразования в стеклокерамической массе сырцовых гранул, а при температуре обжига 1180-1200 °С происходит упрочнению межпоровых перегородок. В изобретении в качестве высокотемпературного плавня использовалось щелочное стекло. Рациональный состав шихты для стеклокерамического пропанта следующий, вес.%: каолиновая составляющая глинистых шламов 65-72; щелочной стеклобой 28-35.
Способ получения стеклокерамического проппанта включает
- мойку и сушку в моечно-сушильном барабане при температуре 110–120 °С, дробление стеклобоя в молотковой и валковой дробилке, весовое дозирование стеклобоя;
- сушка и дозирование каолиновой составляющей глинистых шламов;
затем совместный помол щелочного стеклобоя и каолиновой составляющей глинистых шламов (каолина) до достижения удельной поверхности 500-600 м2/кг, приготовление в смесителе из молотой шихты с добавлением воды пластичной массы влажностью 16-18%. Далее осуществляют гранулирование пластичной массы на тарельчатом грануляторе, сушку сырцовых гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 100-120°С до влажности 1,0-1,5%, обжиг гранул во вращающейся печи при температуре 1180-1200 °С, охлаждение гранул. Далее проводят отсев готовых гранул проппанта по фракциям заданного размера в соответствии с ГОСТ Р 51761-2001 или в зависимости от заявки потребителя и их складирование.
В предлагаемом изобретении используют щелочной стеклобой исключительно экологически чистый, то есть только из тарного, используемого для хранения пищевых продуктов, лекарств, и строительного стекла, используемого для остекления гражданских и промышленных зданий, поэтому готовая продукция - стеклокерамический проппант - также экологически чистая.
Использование каолиновой составляющей глинистых шламов (каолина) Туганского месторождения Томской области и щелочного стекла с указанным химическим составом имеет ряд преимуществ. Данное соотношение оптимально по экономическим причинам - позволяет использовать относительно дешёвое сырьё – бой стекла и глинистые шламы (каолиновую составляющую) полученные в результате добычи ценных оксидов металлов.
Каолиновая составляющая глинистых шламов (каолин) с достаточно высоким содержанием оксида алюминия способствует формированию прочной кристаллической решетки и межпоровой перегородки.
Наиболее оптимальная прочность гранул проппанта достигается при содержании в щихте каолиновой составляющей глинистых шламов 65-72 вес. % и температуре обжига 1180-1200 °С, при этом гранулы имеют до 58-62% мелких пор и прочные керамические перегородки. Гранулы в сечении имеют более равномерные по размеру поры. Перегородки в сечении гранул керамические, насыщены стеклофазой и обладают высокой прочностью. Образовавшаяся на поверхности гранул стеклофаза, которая полностью закрывает поверхностные поры в результате чего поверхностные поры закрыты.
При использовании температуры обжига 1180-1200 °С и длительности процесса обжига – 10-15 мин, полученные стеклокерамические гранул проппанта с содержанием каолина Туганского месторождения в количестве 65,0-72,0 вес. % имеют достаточно плотную структуру.
Оптимальные режимы термической обработки сырцовых гранул, имеющих влажность 15-18%. проводят при заявленных режимах, обеспечивающих их минимальное водопоглощение. В этом случае основная масса влаги, поглощенная шихтой, содержащаяся в сырцовых гранулах носит свободный характер (капиллярный или межкристаллический) и легко испаряется при сушке и обжиге, не создавая внутренних дефектов.
Методика измерения водопоглощения представляет собой определение потерь при термообработке после выдержки гранул в течении 14 суток при 100%-ной влажности.
Таким образом, применение каолиновой составляющей глинистых шламов и щелочного стекла, максимальная температура и длительность обжига являются основными факторами, влияющими на плотность гранул и формирование важнейших физико-технических и эксплуатационных характеристик.
Проведенные экспериментальные исследования и измерения показали, что продукция экологически чистая и для гранул приведенной ниже фракции характеризуется следующими характеристиками:
| Насыпная плотность, г/cм3 | 1,15-1,28 |
| Сопротивление раздавливанию, %, не более | |
| при нагрузке при 51,7 МПа | 8–18 |
| при нагрузке при 68,9 МПа | 14–22 |
| Пористость гранул, % | 58-62 |
| Водопоглощение по объему, % | 1,3-1,8 |
| Размер гранул, мм: | 0,5-1,4 |
| Растворимость в смеси кислот, % | не более 8 |
Дисперсный состав шихты определялся согласно ГОСТ 23905-79 "Материалы неметаллорудные тонкодисперсные. Метод определения дисперсного состава".
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-4.
На фиг. 1 представлена кривая сопротивления раздавливанию гранул при давлении 51,7 МПа в зависимости от насыпной плотности.
На фиг. 2 представлен график зависимости насыпной плотности гранул от содержания стекла в шихте.
На фиг. 3 представлена кривая зависимости водопоглощения гранул от содержания стекла в шихте.
На фиг. 4 представлена кривая зависимости коэффициента упаковки от содержания стекла в шихте.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Предварительно подготовленные исходные компоненты шихты, следующего состава, вес. %: каолин 70; щелочной стеклобой 30, тщательно измельчают и перемешивают в шаровой мельнице, образуя тонкомолотую массу с удельной поверхностью 500-600 м2/кг, всего порошковой смеси в количестве 1,0 кг. Полученную порошковую шихту в шнековом смесителе тщательно перемешивают при одновременной подаче расчетного количества воды в количестве 176 мл до получения пластичной массы с влажностью 15%, затем тарельчатым гранулятором получают сырцовые гранулы геометрических размеров 0,4-1,0 мм. Проводят сушку гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 100°С до влажности 1,0 %. Ленточным конвейером сырцовые гранулы, после указанной сушки, загружают во вращающуюся печь обжига. При температуре 1180 °C начинается процесс обжига гранул, после чего их подают на грохот, где гранулы охлаждаются воздухом от рекуператора.
Далее гранулы пропанта подают на сита, где проводится отсев по фракциям в зависимости от требований заказчика или ГОСТа.
Пример 2.
Предварительно подготовленные исходные компоненты шихты, следующего состава, вес. %: каолин 72; щелочной стеклобой 28, тщательно измельчают и перемешивают в шаровой мельнице, образуя тонкомолотую массу с удельной поверхностью 500-600 м2/кг, всего порошковой смеси в количестве 1,0 кг. Полученную порошковую шихту в шнековом смесителе тщательно перемешивают при одновременной подаче расчетного количества воды в количестве 198 мл до получения пластичной массы с влажностью 16,5%, затем тарельчатым гранулятором получают сырцовые гранулы заданных геометрических размеров 0,4-1,0 мм. Проводят сушку гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 120°С до влажности 1,0%. Ленточным конвейером сырцовые гранулы, после сушки загружают во вращающуюся печь обжига. Обжиг гранул проводят при температуре 1200°C, после чего их подают на грохот, где они охлаждаются воздухом от рекуператора. Далее гранулы пропанта подают на сита, где проводится отсев по фракциям в зависимости от требований заказчика или ГОСТа.
Пример 3.
Предварительно подготовленные исходные компоненты шихты, следующего состава, вес. %: каолин 65; щелочной стеклобой 35, тщательно измельчают и перемешивают в шаровой мельнице, образуя тонкомолотую массу с удельной поверхностью 500-600 м2/кг, всего порошковой смеси в количестве 1,0 кг. Полученную порошковую шихту в шнековом смесителе тщательно перемешивают при одновременной подаче расчетного количества воды в количестве 220 мл до получения пластичной массы с влажностью 18%, затем шнековым гранулятором получают сырцовые гранулы заданных геометрических размеров 0,4-1,0 мм. Проводят сушку гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 100°С до влажности 1,5%. Ленточным конвейером сырцовые гранулы, после указанной сушки загружают во вращающуюся печь обжига. Обжиг гранул проводят при температуре 1200°C, после чего их подают на грохот, где они охлаждаются воздухом от рекуператора. Далее гранулы проппанта подают на сита, где проводится отсев по фракциям в зависимости от требований заказчика или ГОСТа.
Преимуществами изобретения являются использование в составе шихты каолиновой составляющей глинистых шламов (каолин) Туганского месторождения Томской области, утилизация щелочного стеклобоя с получением экономически выгодной технологии получения стеклокерамического проппанта для ГРП.
Экспериментальные исследования авторов показали, что разработанные состав шихты и способ получения алюмосиликатного проппанта на основе каолиновой составляющей глинистых шламов (каолина), полученных в результате добычи титан – цирконий содержащих минералов с Туганского месторождения Томской области и щелочного стекла могут иметь непрерывный цикл производства гранул проппанта, их производительность может достигать до 20-25 кубометров в сутки.
Claims (8)
1. Шихта для стеклокерамического пропанта, включающая каолинсодержащее алюмосиликатное сырьѐ и плавень, отличающаяся тем, что шихта в качестве алюмосиликатного сырья, одновременно выполняющего функцию пластификатора, содержит каолиновую составляющую глинистых шламов добычи титан- и цирконийсодержащих минералов Туганского месторождения Томской области, а в качестве плавня – щелочной стеклобой, при следующем соотношении компонентов, вес. %:
2. Способ получения алюмосиликатного пропанта, включающий подготовку компонентов шихты по п. 1:
- каолиновая составляющая глинистых шламов, прошедшая операции очистки, сушки, помола, весовое дозирование;
- щелочное стекло, прошедшее операции очистки, мойки, сушки, дробления и весовое дозирование;
совместный помол дозированных компонентов шихты, приготовление пластичной массы; формирование из нее сырцовых гранул заданных размеров, сушку, обжиг гранул в печи, охлаждение гранул, рассев гранул по фракциям, отличающийся тем, что готовят пластичную массу из шихты следующего состава, вес. %: каолиновая составляющая глинистых шламов 65-72; щелочной стеклобой 28-35, затем гранулируют из нее сырцовые гранулы размером 0,4-1,0 мм, обжиг гранул во вращающейся печи проводят при температуре 1180-1200 °С в течение 10-15 мин, после чего получают готовые гранулы пропанта размерами 0,5-1,4 мм.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что проводят совместный помол щелочного стеклобоя, каолиновой составляющей глинистых шламов до достижения удельной поверхности 500-600 м2/кг и приготовление в смесителе из молотой шихты с добавлением воды пластичной массы влажностью 15-18%.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что проводят гранулирование пластичной массы на тарельчатом грануляторе и сушку сырцовых гранул на конвейерной ленточной сушилке при температуре 100-120 °С до влажности 1,0-1,5%.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788201C1 true RU2788201C1 (ru) | 2023-01-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389710C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения |
| RU2472837C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Легкий проппант |
| RU2540695C2 (ru) * | 2009-07-25 | 2015-02-10 | Проп Саплай Энд Сервис, Ллс | Композиция и способ приготовления сверхлегкого керамического расклинивающего наполнителя |
| CN106966707A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-07-21 | 天津城建大学 | 利用煤矸石制备轻质高强陶粒的方法 |
| CN108300453A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-07-20 | 柳州市柳晶科技股份有限公司 | 一种利用工业废渣制备的陶粒支撑剂 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2389710C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения |
| RU2540695C2 (ru) * | 2009-07-25 | 2015-02-10 | Проп Саплай Энд Сервис, Ллс | Композиция и способ приготовления сверхлегкого керамического расклинивающего наполнителя |
| RU2472837C2 (ru) * | 2010-12-02 | 2013-01-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Легкий проппант |
| CN106966707A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-07-21 | 天津城建大学 | 利用煤矸石制备轻质高强陶粒的方法 |
| CN108300453A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-07-20 | 柳州市柳晶科技股份有限公司 | 一种利用工业废渣制备的陶粒支撑剂 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102060562B (zh) | 一种陶粒的制备方法 | |
| CN106431349B (zh) | 一种超低密度堇青石质石油压裂支撑剂及其制备方法 | |
| RU2437913C1 (ru) | Способ изготовления легковесного магнийсиликатного проппанта и проппант | |
| CN101928153B (zh) | 一种六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温耐火砖 | |
| US10442738B2 (en) | Ceramic proppant and method for producing same | |
| RU2392295C1 (ru) | Проппант и способ его получения | |
| CN101928135A (zh) | 一种六铝酸钙轻质耐火砖及其制备方法 | |
| CN103130524B (zh) | 节能型轻质堇青石－莫来石窑具材料、窑具及其制备方法 | |
| RU2476478C1 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта и проппант | |
| RU2788201C1 (ru) | Шихта для стеклокерамического пропанта и способ его получения | |
| CN106497542A (zh) | 一种粉煤灰烧制成的油气井压裂支撑剂及其制备方法 | |
| RU2392251C1 (ru) | Способ получения алюмосиликатного пропанта и его состав | |
| CN107337457A (zh) | 一种罐式煅烧炉用莫来石硅碳耐火砖及其制备方法 | |
| CN102585798A (zh) | 尖晶石质高强度石油压裂支撑剂及其生产方法 | |
| CN112661489A (zh) | 利用自燃低铝煤矸石及复合矿化剂制备陶粒支撑剂的方法 | |
| CN103524123B (zh) | 用膨润土尾矿制备的轻质堇青石-莫来石窑具材料 | |
| CN105272133A (zh) | 一种高抗震加气砌块及其制备方法 | |
| CN110981413B (zh) | 高性能发泡陶瓷及其制备方法与应用 | |
| RU2521680C1 (ru) | Проппант и способ его применения | |
| CN107879726A (zh) | 一种粉煤灰烧结砖的制备方法 | |
| RU2728300C1 (ru) | Способ получения проппанта - сырца из природного магнийсиликатного сырья | |
| CN102381865A (zh) | 一种以赤泥和镁渣为主要原料挤出成型生产免烧砖的方法 | |
| RU2763562C1 (ru) | Шихта для изготовления стеклокерамического пропанта | |
| JP3701798B2 (ja) | 軽量成形体の製造方法 | |
| RU2761424C1 (ru) | Сырьевая смесь для изготовления магнезиально-силикатного проппанта |