CN102899015A - 一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法，按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土60%~80%、粉煤灰10%~30%和锰粉5%~10%。粉煤灰的主要成分为Al₂O₃、SiO₂，且Al₂O₃和SiO₂的含量比煤矸石高，纯度也比煤矸石高，不会影响陶粒的质量，且粉煤灰的密度较低，适于作为制备低密度陶粒的原料。粉煤灰原料的分布广泛，可利用粉煤灰替代越来越少的高铝土资源，节约不可再生资源。采用粉煤灰作为原料制备的低密度陶粒支撑剂与煤矸石相比可显著降低低密度陶粒支撑剂的破碎率，降低陶粒支撑剂的体积密度和浊度，提高陶粒支撑剂的产品质量，降低成本，解决粉煤灰排放所带来的环境污染。

Description

一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属陶瓷材料领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。

背景技术

石油压裂支撑剂（陶粒砂）是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的压裂强度，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环保产品。此产品是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产石油天然气有良好效果。

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。用石油压裂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。实践证明，使用石油压裂支撑剂压裂的油井可提高产量30-50%，还能延长油气井服务年限，是石油、天然气低渗透油气井开采、施工的关键材料。产品应用于深井压裂施工时，将其填充到低渗透矿床的岩层裂隙中，进行高闭合压裂处理，使含油气岩层裂开，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合，从而保持油气的高导流能力，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井服务年限。

通常人们习惯将支撑剂密度划分为三种类别：低密度、中密度和高密度，一般情况下以体积密度和视密度分别是1.65 g/cm³以下和3.0g/cm³以下称为低密度支撑剂；1.65 g/cm³～1.80 g/cm³和3.00 g/cm³～3.35g/cm³为中密度支撑剂；1.80g/cm³以上和3.35 g/cm³以上为高密度支撑剂。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。专利申请号为200910023599.X的专利申请文件公开了一种添加有煤矸石的石油压裂支撑剂。但是煤矸石中的有害元素，如硫、钾、钠等的含量偏高，煤矸石的用量偏高时会影响石油压裂支撑剂的质量，使产品强度下降，破碎率上升；且由于煤矸石的硫的含量较高，生产时会排放污染环境的有害气体，如二氧化硫等；煤矸石的粒径一般较大，使用时，需要现将其磨碎至合格的粒度。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土60%~80%、粉煤灰10%~30%和锰粉5%~10%。各原料组分之和为100%。

所述铝矾土的粒径≤300目（0.045mm），优选为300~600目；所述锰粉的粒径≤300目（0.045mm），优选为300~600目。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。。

上述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，其采用以下方法制备：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10%~20%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1280~1360℃下煅烧保温2~4小时，得到低密度陶粒支撑剂。

上述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10%~20%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1280~1360℃下煅烧保温2~4小时，得到低密度陶粒支撑剂。

本发明的有益效果：

粉煤灰的主要成分为Al₂O₃、SiO₂，且Al₂O₃和SiO₂的含量比煤矸石高，纯度也比煤矸石高，不会影响陶粒的质量，且粉煤灰的密度较低，适于作为制备低密度陶粒的原料。粉煤灰原料的分布广泛，可利用粉煤灰替代越来越少的高铝土资源，节约不可再生资源。

采用粉煤灰作为原料制备的低密度陶粒支撑剂与煤矸石相比可显著降低低密度陶粒支撑剂的破碎率，降低陶粒支撑剂的体积密度，提高陶粒支撑剂的产品质量，降低成本。

开发粉煤灰的综合利用途径，变废为宝、变害为利，解决粉煤灰排放所带来的环境污染。

具体实施方式

实施例1

该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土70%、粉煤灰25%和锰粉5%。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述的铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。所述锰粉的粒径为320目。

制备过程：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体（成型粒径为0.5-1.0mm）；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300℃下煅烧保温3小时，得到低密度陶粒支撑剂。

实施例2

该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土65%、粉煤灰30%和锰粉5%。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述的铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。所述锰粉的粒径为320目。

制备过程：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体（成型粒径为0.5-1.0mm）；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300℃下煅烧保温3小时，得到低密度陶粒支撑剂。

实施例3

该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土80%、粉煤灰14%和锰粉6%。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述的铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。所述锰粉的粒径为320目。

制备过程：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体（成型粒径为0.5-1.0mm）；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300℃下煅烧保温3小时，得到低密度陶粒支撑剂。

实施例4

该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土63%、粉煤灰30%和锰粉7%。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述的铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。所述锰粉的粒径为320目。

制备过程：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体（成型粒径为0.5-1.0mm）；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300℃下煅烧保温3小时，得到低密度陶粒支撑剂。

比较例1

该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土70%、煤矸石25%和锰粉5%。

所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述的铝矾土的粒径为320目；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。所述锰粉的粒径为320目。

制备过程：

（1）将煤矸石粉碎成过320目的细粉，然后按比例同铝矾土和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体（成型粒径为0.5-1.0mm)；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的15%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1300℃下煅烧保温3小时，得到低密度陶粒支撑剂。

表1为实施例1-4和比较例1的产品质量检测结果

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	比较例1
						体积密度g/cm3	1.58	1.45	1.59	1.46	1.64
52MPa破碎率	5.91	5.90	6.04	5.90	7.23
						圆度	>0.9	>0.9	>0.9	>0.9	>0.9
球度	>0.9	>0.9	>0.9	>0.9	>0.9
						浊度NTV	36	35	36	35	46.2
酸溶度%	6.37	6.36	6.37	6.36	6.36
						视密度g/cm3	2.81	2.68	2.82	2.69	2.95

与比较例中产品的质量检测结果相比，实施例1-4的产品的体积密度、破碎率、浊度和视密度的检测结果均明显优于比较例。

Claims (5)

1.一种利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于按重量百分含量计，该支撑剂包括以下原料组分：铝矾土60%~80%、粉煤灰10%~30%和锰粉5%~10%。

2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于所述的铝矾土的粒径≤300目；所述锰粉的粒径≤300目。

3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于所述铝矾土中主要化学成分的重量百分含量为：Al₂含量65%~78%，Si含量4%-12%、Fe含量1%~7%、Ti含量2%~4%；所述锰粉中主要化学成分的重量百分含量为：锰含量55%~65%、Si含量25%~35%。。

4.根据权利要求1所述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于采用以下方法制备：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10%~20%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1280~1360℃下煅烧保温2~4小时，得到低密度陶粒支撑剂。

5.权利要求1所述的利用粉煤灰制备的低密度陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按比例将铝矾土、粉煤灰和锰粉混合均匀得到混合物料；

（2）将混合物料投入到造粒机中制粒，得到陶粒坯体；使用喷雾法加水，加水量为混合物料重量的10%~20%；

（3）将陶粒坯体筛分后烘干，然后在1280~1360℃下煅烧保温2~4小时，得到低密度陶粒支撑剂。