[發明專利]一種以高鋁粉煤灰為原料制備低密度陶粒支撐劑的方法

有效

• 申請號: 201610018338.9
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105524607B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 趙友誼;曾華生;王晉槐;陳云建;杜兆幸;孫懷亮;甘珊珊
• 申請（專利權）人: 金剛新材料股份有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80;C04B33/135;C04B33/16
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司37105
• 代理人: 韓百翠

技術領域

本發明屬于工業固體廢棄物資源綜合利用技術領域，特別是涉及一種以高鋁粉煤灰為原料制備低密度陶粒支撐劑的方法。

背景技術

壓裂支撐劑是使地層深處巖石裂隙保持裂開狀態的支撐物。隨著頁巖油、頁巖氣等非常規油氣資源的規模化開采，高質量的壓裂支撐劑成為水力壓裂施工能否取得良好效果的關鍵和核心材料，高性能支撐劑的使用量迅速增加。

石油壓裂支撐劑經過了金屬鋁球→塑料球→玻璃球→石英砂→陶粒支撐劑的發展過程。目前，陶粒支撐劑生產過程中，普遍以高鋁礬土為主要原料，輔以一種或多種材料作為高溫熔劑，如氧化錳、氧化鐵、氧化鎂等，經過成球、煅燒、篩分等工藝制成。例如，申請號為02157202.X的中國專利是目前支撐劑生產企業普遍采用的配方類型，但是該專利提供的壓裂支撐劑依靠特級鋁礬土或一級鋁礬土和MnO₂或含量在50％以上的錳礦石等優質資源在較高的溫度下制備而成，制備過程存在高的能耗和資源消耗。鋁礬土是制備金屬鋁的重要資源，隨著國內氧化鋁產能和質量要求的提高，市場上的優質鋁礬土礦藏日益缺乏。因此，研發利用其它資源開發高性能陶粒支撐劑的技術迫在眉睫。

一般來說，陶粒支撐劑的制粉過程主要包括干法研磨和濕法研磨兩種工藝，兩種工藝各有優缺點。采用干法研磨工藝得到的粉料顆粒分布范圍寬，顆粒度較粗，燒結反應活性低，往往加入大量高溫熔劑以促進燒結；但干法研磨得到的粉料不易團聚，無需再次干燥即可直接用于制粒過程，可節約部分能源。采用濕法研磨得到的粉料較干法制粉的粉料粒度更細，物料的均勻性高，可在較低溫度下燒結，因此，從支撐劑產品質量上考慮，濕法工藝優于干法。但是，濕法研磨工藝對原材料要求很高，需要特別解決漿料的流動性和懸浮穩定性問題，同時，研磨后的漿料必須經過干燥才能用于坯球的制粒過程。

高鋁粉煤灰系指煤燃燒后的煙氣中收捕下來的氧化鋁含量在37％以上的粉煤灰，主要出產于山西平朔、內蒙準格爾等煤田，是燃煤電廠排出的主要固體廢棄物。目前，粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，其堆放不僅占用大量土地和農田、耗費較多的堆場建設和維護費用，造成粉塵污染，而且廢棄物中的可溶成分會污染地下水源，影響生態環境和人體健康。一直以來，高鋁粉煤灰因其含有大量的氧化鋁，使幾乎所有的研究者都將該類粉煤灰定性為鋁土礦的替代資源。已有一些利用粉煤灰制備支撐劑陶粒的例子，但其中仍使用較多鋁礬土和/或錳粉。例如專利201310148261.3、201410041140.3、201310331166.7和201210353045.8等。其中，大多粉煤灰制作陶粒支撐劑采用干法制粉工藝，如專利201310204233.9，將粉煤灰和/或煤矸石(93～96.5％)煅燒后用氣流磨破碎過篩形成廢渣粉料，以廢渣粉料及高嶺土、多晶硅粉按比例混合均勻，經造粒成球制得陶粒支撐劑；專利201310252422.3將高鋁粉煤灰破碎、焙燒、磁選除鐵后與各種輔料投入氣流粉碎機內進行充分混合與粉碎，再造粒處理，燒結得到陶粒支撐劑；專利201310148377.7中以40wt％～90wt％粉煤灰和廢陶瓷(粉煤灰與廢陶瓷的質量比為(4～6)：(2～3))為主料；1wt％～40wt％鉀長石粉和錳礦粉為輔料，經均化細化處理，制粒燒制得到粉煤灰及廢陶瓷制石油壓裂支撐劑。

利用粉煤灰制備陶粒的專利中，采用濕法工藝的粉煤灰使用比例都不高，如專利201310182843.3以電熔莫萊石砂為母粒，以混合泥漿(75％～88％的粉煤灰、5％～20％的高嶺土、3％～6％的復合型燒結助劑、0.5％～1％的焦炭)為包覆液，成為一次顆粒，再以粉炭漿為包覆液制作二次顆粒用于燒制陶粒支撐劑；又如專利201210201399.0中，將40％～55％過120目篩后的粉煤灰、35％～45％氧化鋁粉、3％～8％的碳酸鋇和5％～10％的氧化鋁短切纖維混合，再向球磨機中加入質量濃度為10％的樹膠水溶液混勻濕磨形成混合泥漿，干燥后造粒燒制陶粒支撐劑。專利201310331166.7中粉煤灰比例為40～55％。