一种利用镁渣制备陶粒支撑剂的工艺及陶粒支撑剂的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种油气田井下水力压裂支撑用的陶粒支撑剂的制备方法，具体涉及 一种利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的生产工艺。
【背景技术】：
[0002] 陶粒支撑剂是一种陶瓷颗粒产品，具有很高的抗压强度，主要用于油气田井下水 力压裂作业中，起支撑裂缝、提高油气导流率的作用，以增加油气产量，属于环保产品。水力 压裂效果的成败，有效期的长短主要取决于支撑剂的质量。目前支撑剂主要有三类：陶粒， 石英砂和树脂包砂。石英砂强度低并且破裂后的碎屑会堵塞裂缝，降低导流率，不能满足深 井开采的要求；各种树脂包砂解决了石英砂强度低的难题，但生产成本高，工艺复杂；烧结 陶粒因强度高、化学稳定性好、优越的性价比已被越来越多的油田广泛采用，但密度偏高， 容易对压裂设备造成损害。
[0003] 专利CN101851087A公布了一种陶粒石油支撑剂的制备方法，具体制备方法为： 将70?95 %的重量比的铝矾土熟料与5?30 %重量比的粉煤灰漂珠进行混合，同时在 原料中添加铝矾土熟料和粉煤灰漂珠重量之和的2?4%的纳米二氧化钛作助烧剂，通 过湿磨、喷雾干燥、成球等工艺制备生料颗粒，最后将生料颗粒在1300?1400°C下烧结 0. 5?2h而成。此方法制备的陶粒支撑剂视密度较低，在2. 95g/cnT3左右，性能指标均符 合SY5108-2006技术标准，但此法采用铝矾土熟料为主要原料，纳米二氧化钛为助烧剂，生 产成本较高。
[0004] 专利CN101696113A公开了一种低密度烧结陶粒压裂支撑剂的低成本制备方法， 其以天然石英石为主要原料，膨润土、高岭土、粘土中的一种或几种作塑化剂，镁砂、硼砂、 氧化硼中的一种或几种作烧结助剂，经混料、成球、烧结后得到低密度、高圆球度和高导流 能力的二氧化硅质陶粒支撑剂，其体积密度为〇. 7?I. 4g/cnT3、视密度为2. 2?2. 6g/cnT3。 此方法以较低的成本制备了陶粒支撑剂，有效地降低了陶粒的密度，但抗压强度较低，不适 合中、深层次油井的压裂作业。
[0005] 专利CN102718530A中提到一种利用蓝晶石、硅线石和红柱石等制备压裂支撑剂 的方法，其将复合材料的理念整合于非致密的陶粒支撑剂中，通过引入纤维并辅以高温反 应自生成的方式提供增强增韧所必需的纤维，通过纤维增强和颗粒增强两种手段制备出高 强高韧、低密度及低破碎率的复合型陶粒支撑剂。1400°C下所制备的陶粒视密度为2. 49g/ cm_3,69MPa下破碎率为4. 15%，具有较好的抗压和耐酸性能但原料成本较高。
[0006] 本专利使用铝矾土生料、锰粉、镁渣及粘结剂为原料，经过充分混合后，投入糖衣 机或爱立许强力搅拌机中成球，经过高温烧结制备出含蓝晶石相的高强度陶粒支撑剂。
[0007] 镁渣是金属镁冶炼过程中排出的工业废渣。在其生产过程中，每冶炼产出1吨金 属镁，大约产出6. 5?8吨镁渣。镁渣属于金属镁生产工业中的固体废料，从还原罐中取出 时仍然保持块状形态，在空气中自然冷却后，呈灰白色块状料，表层逐渐粉化为细小的粉末 状物质。目前对镁渣还没有行之有效的处理方式，主要采用类似倾倒在荒地和填埋在山洼 这样的堆放、掩埋办法来进行处理，利用率非常低。镁渣的大量排放堆积，不仅占用了大量 的土地资源，还造成扬尘污染，并对农作物和周围环境直接造成了极大的影响。镁渣的主要 成分为Ca0、Si02、Fe 203、Mg0等，具有很高的活性。若将镁渣废弃不仅会对环境造成污染，也 是对资源的一种浪费。
【发明内容】
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[0008] 本发明的目的就是提供一种原材料价格低廉、制造工艺简单，生产具有较高强度 和较低酸溶度的包含刚玉相、莫来石相和蓝晶石相的陶粒支撑剂的制备方法。
[0009] 为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：利用镁渣作为助熔剂；按一定的化 学计量比称取铝矾土、镁渣以及锰粉，经混料、湿磨、烘干后，加入适量粘结剂造粒，在糖衣 机或爱立许强力搅拌机中滚动成球，置于硅钥棒箱式炉或回转窑中在1250?1400°C之间 烧结保温2h?3h，冷却后取出过20 / 40目筛，即得含蓝晶石相的高强度陶粒支撑剂。
[0010] 所述的铝矾土、锰粉及镁渣粒度均小于0. 054mm，即均过300目筛。
[0011] 所述铝矾土生料规格为Al2O3含量在65. 6%?72. 9%之间；镁渣中CaO含量45? 55%，Mg0 含量 5 ?10%。
[0012] 所述的粘结剂为聚乙烯醇溶液，其中聚乙烯醇占溶液总质量的3%。
[0013] 所述的生坯干燥温度IKTC。
[0014] 所述的烧结制度为烧结温度为1250?1400°C，升温速率300°C以下为2?3°C / min，300°C以上为3?10°C / min，保温时间为2?3h。
[0015] 采用上述工艺制备的陶粒支撑剂，以刚玉为主晶相，莫来石与蓝晶石相为次晶相， 性能符合SY5108-2006技术标准。
[0016] 本发明原材料的性能要求（数值以质量分数表示，％ :
[0017]
【主权项】
1. 一种利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的工艺，其特征在于，镁渣作为助熔剂；所述 制备工艺包含如下主要步骤： (a) 以铝矾土生料为主要原料，锰粉、镁渣为助熔剂，按原料所占质量分数进行配料，其 中铝矾土 90?95%，锰粉5?8%，镁渣1?4% ; (b) 将配好的原料湿法球磨混料； (c) 将球磨后的物料烘干，并加入3?5%重量比的粘结剂造粒； (d) 将造粒粉料置于糖衣机或爱立许强力搅拌机中成球，得到球状生坯后干燥； (e) 将球坯置于硅钥棒箱式炉或回转窑中按特定的烧结制度程序升温烧结，冷却后过 筛，得到含蓝晶石相的高强度陶粒支撑剂。
2. 根据权利要求1所述的利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的工艺，其特征在于，所述 的铝矾土、锰粉及镁渣粒度均小于0. 054mm，即均过300目筛。
3. 根据权利要求1所述的利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的工艺，其特征在于：所述 铝矾土生料规格为Al2O 3含量在65. 6%?72. 9%之间；镁渣中主要成分为CaO、SiOjPMgO， 其中CaO含量为45?55%，MgO含量< 7%。
4. 根据权利要求1所述的利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的工艺，其特征在于，所述 球坯的干燥温度小于IKTC。
5. 根据权利要求1所述的利用镁渣制备高强度陶粒支撑剂的工艺，其特征在于，所述 的烧结温度为1250?1400°C，升温速率300°C以下为2?3°C / min，300°C以上为5? 10°C / min，保温时间为2?3h。
6. -种高强度陶粒支撑剂，其特征在于，该陶粒支撑剂由镁渣、铝矾土生料以及锰粉烧 制而成，包含刚玉相、莫来石相和蓝晶石相，视密度为3. 20?3. 35g/cnT3,69MPa闭合压力下 破碎率为3. 5?5%。
【专利摘要】本发明公开了一种利用工业固体废弃物镁渣、低品位铝矾土生料及锰粉制备陶粒支撑剂的工艺，其原料组成为：铝矾土生料90～95％、锰粉5～8％及镁渣1～4％。所述制备工艺包含如下主要步骤：按化学计量比称取镁渣、铝矾土以及锰粉，加入适量粘结剂，经混料、湿磨、烘干后，在糖衣机或爱立许强力搅拌机中成球，最后于硅钼棒箱式炉或回转窑中1250～1400℃之间烧结，冷却后过筛，即得到具有一定粒度分布，包含刚玉相、莫来石相和蓝晶石相的高强度陶粒支撑剂。所制备的陶粒，使用性能符合SY5108-2006技术标准。本发明以镁渣为助熔剂，镁渣中的CaO在高温下能形成液相，有利于促进烧结，降低烧结温度，提高陶粒致密度，从而为镁渣的利用开辟了一条新途径。
【IPC分类】C09K8-80
【公开号】CN104560006
【申请号】CN201310482991
【发明人】田玉明, 周少鹏, 柴跃生, 李占刚, 王凯悦, 白频波, 陈占考
【申请人】太原科技大学, 阳泉中庸陶粒有限公司, 阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月16日