[發明專利]復合結構陶瓷支撐劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201611172869.X
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107057676B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 何明生;李博文;韓斌;劉繼雄;李燦華;周旺枝;劉孟;陳華圣
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80;C04B33/135;C04B33/138;C04B33/36
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 王和平

本發明公開了一種復合結構陶瓷支撐劑及其制備方法，屬于一種利用工業廢料制備陶瓷復合材料的技術領域。本發明的復合結構陶瓷支撐劑包含的組分及質量百分比含量為：鋼渣：50～80％，粉煤灰：3～20％，藍晶石微粉：2～30％，硅微粉：3～10％，粘土：2.5～20％，羧甲基纖維素：0.2～2％。本發明的制備方法包括的工藝步驟為：制備粉劑、配料、成球、干燥、燒成、自磨拋光及表面處理，以煉鋼鋼渣作為主要原料，有效地利用了工業固體廢棄物，同時制成的產品具備微晶?纖維復合結構，具有較高的機械強度、表面光滑、耐酸性侵蝕，可廣泛用于石油天然氣鉆井支撐劑、混凝土集料及塑料填料等技術領域。

技術領域

本發明涉及一種利用廢料制備陶瓷復合材料的技術領域，具體地涉及一種復合結構陶瓷支撐劑及其制備方法。

背景技術

中國目前積存鋼渣約4億噸以上，且每年以數百萬噸的排渣量迅速遞增。大量鋼渣的棄置堆積占用越來越多的土地、污染環境、造成資源的浪費，影響鋼鐵工業以及整個國民經濟的可持續發展。因此有必要對鋼渣進行減量化、資源化和高價值綜合利用研究。人們已經開發了多種有關鋼渣綜合利用的途徑，主要包括冶金、建筑材料、農業利用、工程應用等幾個領域?，F在國內外主要采用的工藝方法有棄渣法、水碎法、悶渣法、熱潑法、盤潑水冷法等。我國處理鋼渣的工藝與國外沒有太大的區別，主要是引進一些設備，然而由于技術原因的限制，目前被利用的鋼渣有限，造渣料消耗和爐渣排放量未明顯減少,我國的鋼渣利用率僅為10％。

壓裂支撐劑(壓裂砂，Proppant)是一種具有很高的壓裂強度和一定的流動性的礦物或陶瓷質顆粒的產品，主要用于石油、天然氣(包括頁巖氣)低滲透油氣井開采。它是頁巖氣以及其它密閉油氣資源開采必需的關鍵材料，也是國內外市場急需的高附加值產品。用于油氣開采的壓裂支撐劑，按產品來源可分為石英砂和陶瓷支撐劑兩類。通常按強度和密度可分為石英砂、低密度陶瓷支撐劑、中密度陶瓷支撐劑和高密度陶瓷支撐劑。因石英砂球度低、破裂強度低，只能用于地表淺井。而油氣鉆井市場對壓裂支撐劑的主要需求集中于人工合成的陶瓷支撐劑。目前國內外生產陶瓷壓裂支撐劑的主要方法是以鋁礬土和高嶺土為原料，經原料破碎、配料混合、造粒成球后在高達1500～1600℃的高溫下燒結而成。因燒成溫度高、產品密度大、能耗大、成本高，不能滿足用戶要求。

中國發明專利申請(申請公開號：CN1730422A，申請公開日：2006-02-08)公開了高鈦石油壓裂支撐劑及其生產方法，該高鈦石油壓裂支撐劑的化學組分及質量百分比含量為：5～45％的高鈦型高爐渣、10～30％的高爐磚、17～77％的鋁礬土和4～8％的復合燒結劑，該產品具備較好的抗壓能力，缺點是主要原料仍為高鋁礬土。

中國發明專利申請(申請公開號：CN102718531A，申請公開日：2012-10-10)公開了一種利用金礦尾砂和藍晶石纖維制備復合型壓裂支撐劑的方法，該發明專利申請以金礦尾礦、藍晶石纖維、氧化鋁粉為原料制備陶瓷支撐劑，燒成條件為1350℃～1400℃保溫2h～3h，制備得到高強高韌、低密度和低破損率的復合型壓裂支撐劑。但金礦尾礦與鋼渣的組成成分、物相及結構等方面差異巨大。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種復合結構陶瓷支撐劑及其制備方法。本發明以煉鋼鋼渣作為主要原料，通過合理配料和燒結，在支撐劑基體中形成礦物的微晶質結構，與此同時，利用藍晶石微粉的不可逆的自然分解反應而在支撐劑基體中原位生成分散生長的莫來石纖維，在陶瓷質基體中起到纖維增強作用，制成的產品具備微晶-纖維復合結構，具有較高的機械強度、表面光滑、耐酸性侵蝕，可廣泛用于石油天然氣鉆井支撐劑、混凝土集料及塑料填料等技術領域。

為了實現上述目的，本發明公開了一種復合結構陶瓷支撐劑，包含的組分及質量百分比含量為：鋼渣：50～80％，粉煤灰：3～20％，藍晶石微粉：2～30％，硅微粉：3～10％，粘土：2.5～20％，羧甲基纖維素：0.2～2％。

進一步地，所述鋼渣為平爐渣、轉爐渣，或電爐渣中的一種或一種以上的混合物。