CN103805160A - 高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法 - Google Patents

高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：将20～65wt%的铝矾土，30～75wt%的粉煤灰，0～5wt%的方解石粉，0～10wt%的滑石粉，1～5wt%的二氧化钛，0～20wt%的软质耐火粘土和1～5wt%的重晶石粉混合均匀，得到原料；将原料在球磨机中后置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分多次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，得到陶粒坯体；烘干所述陶粒坯体；然后在造粒机中自磨圆整后进行筛分，得到生料球；将所述生料球升温烧制后随炉冷却，即得所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。该制备方法粉煤灰掺量可达30～75%，在不影响陶粒支撑剂性能的前提下，显著降低了原材料中铝矾土的用量，可大幅度降低成本，减少资源消耗。

Description

高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法。
背景技术
压裂工艺技术对全世界范围的石油天然气开采起着非常重要的作用，而压裂支撑剂是压裂工艺技术能否获得成功的关键。高质量的支撑剂可为油气井的开采发挥重要的作用。
陶粒支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有粒径均匀、耐压强度高、光洁度较好、导流能力强以及杂质含量少等优点，是低渗透油气田和深井开采中首选的支撑剂材料，高强度的陶粒压裂支撑剂可使原油和天然气产量提高30%左右，并能延长油气井的服务年限。
目前国内的陶粒支撑剂主要是以高铝矾土作为主要原料，多种无机添加剂作为辅助材料。高铝矾土作为一种储量有限的矿物资源，陶粒支撑剂的生产若对其依赖度较高将限制未来大规模的使用，且高铝矾土的大规模开采也极大破坏了环境。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是我国当前排放量最大的工业废渣之一，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，且其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰的颗粒细小，所含的主要成分SiO2和Al2O3是合成陶粒支撑剂的主要原料，其它成分如Fe2O3、CaO和TiO2等可作为陶粒的烧结助剂和矿化剂。专利201210353045.8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，其中粉煤灰含量为10%～30%，且产品的破碎率以及酸溶解度较高，适用范围较窄。
发明内容
本发明提供了一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，该方法粉煤灰掺量可达30%～75%，在不影响陶粒支撑剂性能的前提下，显著降低了原材料中铝矾土的用量，可大幅度降低成本，减少资源消耗。
为此本发明的技术方案如下：
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）将20～65wt%的铝矾土，30～75wt%的粉煤灰，0～5wt%的方解石粉，0～10wt%的滑石粉，1～5wt%的二氧化钛，0～20wt%的软质耐火粘土和1～5wt%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中球磨至粒径小于48μm，得到混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分多次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述所加入的硅酸钠水溶液的总质量为所述混合粉料的9～27%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体烘干，置于造粒机中自磨圆整后进行筛分，得到粒径分布为16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于加热炉中，先以3～5℃/min的速率升温到600～700℃，再以10～15℃/min的速率升温到1350～1500℃，保温40～120min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
所述铝矾土为三氧化二铝含量为60～68%的铝矾土。
所述粉煤灰是GB/T1596-2005里所述的F类II级混凝土粉煤灰。
步骤4）中所述陶粒坯体的烘干方法是在80～150℃中烘干2～3h。
步骤4）中所述陶粒坯体的烘干方法是在回转式烘干机中进行的。
步骤4）中所述造粒机为盘式造粒机。
该方法粉煤灰掺量可达30%～75%，在不影响陶粒支撑剂性能的前提下，显著降低了原材料中铝矾土的用量，可大幅度降低成本，减少资源消耗。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法进行详细描述。
实施例1
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将60%的铝矾土，32%的粉煤灰，3%的方解石粉末，2%的二氧化钛，3%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨4小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分三次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的10%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体在回转式烘干机中在80℃烘干3h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球先以5℃/min的速率升温到600℃，再以10℃/min的速率升温到1360℃，保温40min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
实施例2
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将25%的铝矾土，70%的粉煤灰，3%的二氧化钛，2%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨2小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分三次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的23%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体在150℃烘干2h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于窑炉中先以5℃/min的速率升温到600℃，再以15℃/min的速率升温到1490℃，保温80min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
实施例3
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将30%的铝矾土，50%的F类II级混凝土粉煤灰，2%的二氧化钛，10%的软质耐火粘土，5%的滑石粉，1%的方解石粉，2%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨2小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分四次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的16%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体在120℃烘干2.5h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于窑炉中先以5℃/min的速率升温到600℃，再以15℃/min的速率升温到1400℃，保温60min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
实施例4
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将35%的铝矾土，60%的F类II级混凝土粉煤灰，1%的二氧化钛，2%的滑石粉，2%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨3小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分四次加入质量浓度为19%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的19%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体置于回转式烘干机中在90℃烘干2.8h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于窑炉中先以5℃/min的速率升温到600℃，再以10℃/min的速率升温到1450℃，保温60min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
实施例5
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将45%的铝矾土、40%的F类II级混凝土粉煤灰、2%的二氧化钛、10%的软质耐火粘土与3%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨2小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分四次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的15%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体置于回转式烘干机在140℃烘干2h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于窑炉中先以5℃/min的速率升温到600℃，再以10℃/min的速率升温到1400℃，保温60min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
实施例6
一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按质量百分数将22%的铝矾土、75%的F类II级混凝土粉煤灰、2%的二氧化钛与1%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中，按照球料比1:1加入高铝球，球磨1小时后，取出过300目标准筛，得到粒径小于48μm的混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分三次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述硅酸钠水溶液的质量为所述混合粉料的27%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体置于回转式烘干机中在100℃烘干2.6h，然后投入盘式造粒机中自磨圆整，再利用震动筛对其进行筛分，得到粒径分布在16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于窑炉中先以5℃/min的速率升温到600℃，再以15℃/min的速率升温到1370℃，保温60min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
本发明实施例中所述粉煤灰是GB/T1596-2005里所述的F类II级混凝土粉煤灰。所述铝矾土为三氧化二铝含量为60～68%的铝矾土。
实施例1～6所制得的高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的性能如表1所示。
表1按具体实施例制备的陶粒支撑剂性能
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
体积密度g/cm3 1.66 1.42 1.55 1.52 1.47 1.40
52MPa破碎率 4.12 5.22 5.36 4.79 5.73 5.78
圆度 ＞9 ＞8 ＞8 ＞8 ＞8 ＞8
球度 ＞9 ＞8 ＞8 ＞8 ＞8 ＞8
酸溶解度 3.12 5.31 4.51 4.32 3.66 5.78
视密度g/cm3 2.94 2.57 2.77 2.76 2.71 2.51
以上数据表明，按实施例1～6，添加占原料30%以上的粉煤灰所制得的陶粒支撑剂的性能指标达到中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5108-2006对支撑剂性能的要求。

Claims (6)

1.一种高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将20～65wt%的铝矾土，30～75wt%的粉煤灰，0～5wt%的方解石粉，0～10wt%的滑石粉，1～5wt%的二氧化钛，0～20wt%的软质耐火粘土和1～5wt%的重晶石粉混合均匀，得到原料；
2）将所述原料置于球磨机中球磨至粒径小于48μm，得到混合粉料；
3）将所述混合粉料置于封闭式搅拌混合机中进行造粒，造粒的同时分多次加入质量浓度为10%的硅酸钠水溶液，所述所加入的硅酸钠水溶液的总质量为所述混合粉料的9～27%，得到陶粒坯体；
4）将所述陶粒坯体烘干，置于造粒机中自磨圆整后进行筛分，得到粒径分布为16～80目的生料球；
5）将所述生料球置于加热炉中，先以3～5℃/min的速率升温到600～700℃，再以10～15℃/min的速率升温到1350～1500℃，保温40～120min，随炉冷却，即得到所述高掺量粉煤灰陶粒支撑剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铝矾土为三氧化二铝含量为60～68%的铝矾土。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰F类II级混凝土粉煤灰。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述陶粒坯体的烘干方法是在80～150℃条件下烘干2～3h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述陶粒坯体的烘干方法是在回转式烘干机中进行的。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述造粒机为盘式造粒机。
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