[发明专利]高掺量粉煤灰陶粒支撑剂的制备方法

说明书

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；