[发明专利]烧结球、烧结球的生产方法和它们的用途

说明书

在本文中描述了由赤泥获得的烧结球，包含至少氧化铝、铁氧化物、氧化硅和氧化钛，其特征在于该烧结球的圆度和球度高于0.6。还描述了用于生产烧结球的方法，包括以下步骤：a)提供赤泥，赤泥为来自氧化铝生产残余物，b)任选地调节赤泥的pH值至小于9的值，c)在连续干燥下将来自步骤b)的赤泥造粒，d)烧结来自步骤c)的粒料。在本文中还描述了烧结球作为压裂工艺中的支撑剂，或作为用于建筑目的或用于地质固化工艺的骨料或轻质细骨料(LWFA)的用途。

本发明涉及烧结球、用于制造烧结球的中间产品、烧结球的生产方法和它们的用途。

环境合规性要求花费氧化铝精炼厂5-10％的氧化铝生产成本用于赤泥的可持续处理。赤泥由将铝土矿转化成氧化铝的拜耳法产生。在2010年，全球产生了约1亿2000万吨赤泥。在同一年，澳大利亚产生了大约1900万吨赤泥。利用了平均小于5％的所产生的赤泥，而剩下95％的大多数被倾倒至泥塘(贮留池)，提高了对本地环境的威胁。赤泥存在巨大问题，因为它占用了大面积土地，既不能在该土地上建造，甚至当干燥时也不能耕种。对赤泥的充分存储和处理方案是非常昂贵的。随着附加的环境法律和工业限制的发展，用于充分存储和处理方案的成本继续提高。

根据美国能源信息，澳大利亚有396万亿立方英尺的技术上可开采的页岩气资源，其相当于加拿大、墨西哥和美国的综合等价资源的约20％。澳大利亚可成为前五位页岩气生产国之一(目前由美国带头)来供给两个一直能源紧张的亚洲国家，中国和印度。

压裂砂(frac sand)在水力压裂(hydraulic fracking)中用于保持裂缝或裂纹打开，使得来自页岩的石油可向上流动到表面。其在页岩气开采和经济上起重要作用。

压裂砂由主要在美国和加拿大可得的5亿年前(即寒武纪-奥陶纪)的超成熟砂岩矿床(deposit)制造。岩石单元由经历了风化和侵蚀的多个循环的石英晶粒构成。这些岩石是相对软的并且粘合差。这允许挖掘和破碎石英晶粒而对其破坏最小。

然而，这些石英晶粒形状上不规则。不规则形状形成松装结构并且降低气体流动到表面。另外，不是所有砂岩矿床都满足压裂砂API RP56规格。不成熟的(young)砂岩矿床产生低强度的压裂砂，其由高闭合应力所产生的粉末所致降低井寿命。

John Kullman在“The Complicated World of Proppant Selection”，SouthDakota School of Mines&Technology；CARBO，2011年10月1日(2011-10-01)，第1-65页，美国(URL:http://images.sdsmt.edu/learn/speakerpresentations/kullman.pdf)描述了关于具有不同性质的支撑剂的用途的概述。同样，John R.Hellmann等人在“Proppants forshale gas recovery”(AMERICAN CERAMIC SOCIETY BULLETIN，vol.93，no.1，2013年1月1日(2013-01-01)，第28-35页，美国)中描述了来自不同来源和工艺的支撑剂的用途。作者描述了对支撑剂以及它们所要求的性质的需求以便替代天然存在的压裂砂。

为了满足压裂砂的高需求，已经进行了许多尝试来使用粘土或铝土矿粘土作为生产高性能支撑剂的原材料。例如US 4,668,645 A、US 4,427,068 A、US 2013/0345100 A1、US2012/0003136 A1和EP 0168479 B1公开了这样的支撑剂和它们的生产方法。

已经进行了许多尝试以便再循环或再使用赤泥，但是这些尝试未能得到处理问题的合适解决方案。此外，已经进行了许多尝试来再使用赤泥用于生产压裂支撑试剂。