制備陶粒支撐劑的原料組合物和陶粒支撐劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，其中，該原料組合物含有鋁土礦、粉煤灰和磷礦石，相對于100重量份的鋁土礦，粉煤灰的含量為3-7重量份，磷礦石的含量為2-5重量份。由本發(fā)明提供的原料組合物制備的陶粒支撐劑具有高強度低密度，在52MPa閉合壓力下，破碎率≤5％、視密度≤2.68g/cm3、體積密度≤1.55g/cm3。并且由于采用工業(yè)廢渣粉煤灰，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】制備陶粒支撐劑的原料組合物和陶粒支撐劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，由該原料組合物制備陶粒支撐劑的方法，以及由該方法制備的陶粒支撐劑。
【背景技術(shù)】
[0002]目前石油和天然氣開采所使用的陶粒支撐劑主要為中等密度中等強度和高強度高密度產(chǎn)品，隨著石油和天然氣開采的技術(shù)難度增大，具有高強度低密度的陶粒支撐劑的使用將會愈來愈多。
[0003]CN101701149A公開了一種低密度陶粒支撐劑，其特征在于由下列重量百分比的原料按常規(guī)方法制成:高嶺土 62-75%、Al2O3含量為80-85%的鋁礬土 17_30%、二氧化錳1_6%、氧化鎂0.5-2%。[0004]CN1393424A公開了一種高強度陶粒支撐劑的制造方法，它以100重量份輕燒鋁礬土 (三氧化二鋁含量> 75%)為基料，加入如下輔料，粘土 2-15份，鑭系金屬氧化物1-10份，二氧化錳0.3-3份，氧化鎂0.1-3份；基、輔料混合后共磨成細粉，然后加水松解后在成球機制成球粒，再送入窯爐按燒結(jié)溫度1100-1500°C，燒結(jié)時間0.5-5小時，燒制得成品。
[0005]目前制備高強度低密度陶粒支撐劑的方法主要是使用三氧化二鋁含量較高的優(yōu)質(zhì)高嶺土或鋁礬土為主要原料(作為陶粒支撐劑的高嶺土或鋁礬土原料的三氧化二鋁含量一般在70重量％以上，以三氧化二鐵計的鐵化合物的含量一般小于I重量％)，通過添加氧化鎂或氧化錳等添加劑進行配料來生產(chǎn)，但是由于優(yōu)質(zhì)高嶺土或鋁礬土資源和分布有限，以及需要添加氧化鎂或氧化錳等添加劑，使得制得的高強度低密度陶粒支撐劑的成本較高，如何在獲得高強度低密度陶粒支撐劑的同時，降低生產(chǎn)成本，成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，該原料組合物用于制備高強度低密度的陶粒支撐劑。
[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用上述制備陶粒支撐劑的原料組合物制備陶粒支撐劑的方法。
[0008]本發(fā)明的第三個目的是提供根據(jù)上述方法制備的陶粒支撐劑。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，其中，該原料組合物含有鋁土礦、粉煤灰和磷礦石，相對于100重量份的鋁土礦，粉煤灰的含量為
3-7重量份,磷礦石的含量為2-5重量份。
[0010]本發(fā)明還提供了一種制備陶粒支撐劑的方法，該方法包括將上述用于制備陶粒支撐劑的原料組合物依次成型和焙燒。
[0011]本發(fā)明還提供了一種由上述方法制備的陶粒支撐劑。
[0012]在采用本發(fā)明提供的原料組合物制備陶粒支撐劑的過程中，加入一定量的粉煤灰能夠降低陶粒支撐劑的密度，而加入一定量的磷礦石，能夠促進原料組合物的燒結(jié)，進一步提高制備的陶粒支撐劑的強度，從而采用本發(fā)明提供的原料組合物能夠制得在52MPa閉合壓力下的破碎率< 5%、視密度< 2.68g/cm3、體積密度< 1.55g/cm3的陶粒支撐劑。本領(lǐng)域所說的高強度低密度陶粒支撐劑，通常是指在52MPa閉合壓力下，破碎率< 5%、視密度< 2.70g/cm3、體積密度< 1.60g/cm3的陶粒支撐劑。由此說明采用本發(fā)明提供的原料組合物制備得到的陶粒支撐劑具有高強度低密度的特點。而且，本發(fā)明提供的用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，通過添加磷礦石和工業(yè)廢渣粉煤灰與鋁土礦組合獲得的陶粒支撐劑，不僅能滿足石油和天然氣開采的需求，還實現(xiàn)了工業(yè)廢渣粉煤灰的資源化高效利用，降低了生產(chǎn)成本。
[0013]另外，本發(fā)明提供的用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，還可以采用在鋁土礦開采過程中產(chǎn)生的大量的氧化鋁含量較低、雜質(zhì)含量較高的中低品位鋁土礦(通常指三氧化二鋁含量為65重量％以下的鋁土礦)為原料，與粉煤灰和磷礦石組合來制備高強度低密度的陶粒支撐劑，這不僅拓寬了高強度低密度的陶粒支撐劑的原料來源，更進一步大大降低了生產(chǎn)成本。
[0014]此外，本發(fā)明優(yōu)選情況下，在用于制備陶粒支撐劑的原料組合物中加入鋰鹽，能與磷礦石在焙燒過程中產(chǎn)生協(xié)同作用，進一步促進原料組合物的燒結(jié)，使得制造的陶粒支撐劑具有更高的強度。
[0015]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0016]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明提供了一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，其中，該原料組合物含有鋁土礦、粉煤灰和磷礦石，相對于100重量份的鋁土礦，粉煤灰的含量為3-7重量份，磷礦石的含量為2-5重量份。
[0018]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，只要原料組合物中各組分的含量在上述范圍內(nèi)即可實現(xiàn)本發(fā)明的目的，優(yōu)選情況下，原料組合物中，相對于100重量份的鋁土礦，粉煤灰的含量為3.5-6重量份、磷礦石的含量為2.5-3.5重量份，最終制得的陶粒支撐劑具有更高的強度和更低的密度。
[0019]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，所述原料組合物中的鋁土礦可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的能夠用于制備高強度低密度陶粒支撐劑的鋁土礦。通常，三氧化二鋁含量較高的鋁土礦有利于形成高強度低密度的陶粒支撐劑。然而，在本發(fā)明中，通過調(diào)節(jié)鋁土礦、粉煤灰和磷礦石的配合比例，使得采用三氧化二鋁含量較低的鋁土礦仍然可以獲得高強度低密度的陶粒支撐劑。對于所述三氧化二鋁含量較低的鋁土礦，其中三氧化二鋁的含量可以為55-70重量％，優(yōu)選為60-65重量％。在所述三氧化二鋁含量較低的鋁土礦中，除三氧化二鋁之外，還可以包含雜質(zhì)，所述雜質(zhì)例如可以為鐵、鈣、鎂、硅、鈦等的化合物中的一種或多種，所述雜質(zhì)的含量 可以為45-30重量％，優(yōu)選為35-40重量％。
[0020]對于所述三氧化二鋁含量較低的鋁土礦中的雜質(zhì)，鐵化合物通常以三氧化二鐵計，所述鋁土礦中鐵化合物的含量可以為4.5重量％以下。通常，當鋁土礦中鐵化合物含量較大時，會導致陶粒支撐劑的密度增大。然而，在本發(fā)明中，通過在用于制備陶粒支撐劑的原料組合物中以特定的比例配入粉煤灰和磷礦石，使得采用鐵化合物含量較高的鋁土礦仍然可以制備出高強度低密度的陶粒支撐劑，例如，所述鋁土礦中以三氧化二鐵計的鐵化合物的含量可以為2-4.5重量％。
[0021]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，所述原料組合物中的磷礦石可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的磷礦石。本發(fā)明優(yōu)選情況下，所述磷礦石可以為以五氧化二磷計的磷含量為12-20重量％的磷礦石。所述磷礦石中的磷含量在上述范圍內(nèi)，在進行焙燒時能夠進一步促進原料組合物之間的燒結(jié)，從而進一步增大制備的陶粒支撐劑的強度。在所述磷礦石中，除磷之外還可以含有雜質(zhì)，雜質(zhì)可以為鈣、氟、硅、鈦、碳等元素組分中的一種或多種，作為雜質(zhì)的這些元素組分以氧化物計的總含量可以為80-88重量％。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，所述原料組合物中的粉煤灰可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的工業(yè)廢渣粉煤灰。其中，粉煤灰指燃煤爐燃燒后形成的粉末，其主要成分包括二氧化娃、氧化招、氧化亞鐵、三氧化鐵、氧化韓、氧化鈦、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、氧化猛和三氧化硫。所述粉煤灰可以按照常規(guī)的方法收集，也可以商購得到；所述粉煤灰的顆粒直徑一般可以為0.04毫米以下。為了獲得更好的高強度低密度的陶粒支撐劑，優(yōu)選情況下，所述粉煤灰為符合GB/T1596中二級標準以上的粉煤灰。
[0023]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，優(yōu)選情況下，所述原料組合物中還含有鋰鹽，其中，相對于100重量份的鋁土礦，鋰鹽的含量為0.2-0.5重量份。在原料組合物中加入鋰鹽，能夠進一步促進原料組合物的燒結(jié)，這可能由于鋰鹽能與磷礦石在焙燒過程中產(chǎn)生協(xié)同作用，使得制造的陶粒支撐劑具有更高的強度。
[0024]所述鋰鹽可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的能夠商購獲得的鋰鹽，例如碳酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、醋酸鋰和氯化鋰中的一種或多種。優(yōu)選所述鋰鹽為碳酸鋰，使得制備的陶粒支撐劑進一步具有更高的強度。
[0025]根據(jù)本發(fā)明提供的所述原料組合物，所述原料組合物中各種原料的粒度可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的制造陶粒支撐劑的常規(guī)粒度，但是為了獲得更好的高強度低密度的陶粒支撐劑，優(yōu)選情況下，所述原料組合物中各種原料的粒度小于0.044mm。也就是說，所述原料組合物中的招土礦、粉煤灰、磷礦石以及選擇性包含的鋰鹽的粒度均小于0.044_。當所述原料組合物中的各種原料的粒度均復(fù)合上述尺寸范圍時，采用該原料組合物可以制得更好的高強度低密度的陶粒支撐劑。在本發(fā)明中，粒度是指原料顆粒的顆粒尺寸，當原料顆粒為球體時則粒度用球體的直徑表示，當原料顆粒為立方體時則粒度用立方體的邊長表示，當原料顆粒為不規(guī)則的形狀時則粒度用恰好能夠篩分出該原料顆粒的篩網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸表不。
[0026]本發(fā)明還提供了一種制備陶粒支撐劑的方法，該方法包括將上述用于制備陶粒支撐劑的原料組合物依次成型和焙燒。
[0027]根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，將原料組合物成型的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意一種方法。例如可以將原料組合物加入成型裝置，再加入水制成球形顆粒，水的加入量沒有特別限制，只要能使原料組合物形成球形顆粒即可，例如，可以是原料組合物的8-10重量％ ;水在成球時以噴霧方式加入。另外，制得的球形顆粒的大小也沒有特別限制，可以根據(jù)具體需要進行選擇。[0028]在本發(fā)明提供的所述方法中，將原料組合物成型時，可以將原料混合形成原料組合物后轉(zhuǎn)入成型裝置，也可以直接將原料轉(zhuǎn)入成型裝置然后混合，本發(fā)明沒有特別限制，可以根據(jù)實際需要進行選擇。所述成型裝置可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意一種裝置，例如可以為成球機。
[0029]根據(jù)本發(fā)明提供的所述方法，所述焙燒的條件本發(fā)明沒有特別要求，可以參照現(xiàn)有技術(shù)進行，優(yōu)選情況下，所述焙燒的條件包括:溫度為1100-1320°C，時間為0.5-2小時。
[0030]本發(fā)明還提供了由上述方法制備的陶粒支撐劑。根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明提供的陶粒支撐劑在52MPa閉合壓力下，破碎率< 5%、視密度< 2.68g/cm3、體積密度(1.55g/cm3，說明本發(fā)明提供的陶粒支撐劑具有高強度低密度。
[0031]以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0032]以下實施例中，成球機為寶雞中藥機械廠制備的YK-60型號的成球機；
[0033]破碎率、體積密度、視密度通過中國石油化工集團公司企業(yè)標準Q/SH0051-2007進行測量。[0034]實施例1
[0035]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦粉(氧化鋁含量:65重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:2.5重量％ ;余量為雜質(zhì))、4重量份二級粉煤灰(GB/T1596)、2.5重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:16重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0036]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.8重量％的水制成球粒、然后送入回轉(zhuǎn)窯中在1300°C下煅燒1.5小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0037]實施例2
[0038]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:61重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:3.5重量％ ;余量為雜質(zhì))、6重量份一級粉煤灰(GB/T1596)、3.5重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:15重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.3重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0039]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.9重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1250°C下煅燒1.6小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0040]實施例3
[0041]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:63重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物的含量:2.7重量％ ;余量為雜質(zhì))、3.8重量份二級粉煤灰(GB/T1596)、2.6重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:17重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0042]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.9重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1280°C下煅燒1.3小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0043]實施例4
[0044]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:62重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:4.2重量％ ;余量為雜質(zhì))、4重量份二級粉煤灰(GB/T1596)、2.2重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:19重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0045]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物9.1重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1200°C下煅燒1.5小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0046]實施例5
[0047]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:68重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:2.3重量％ ;余量為雜質(zhì))、6.5重量份一級粉煤灰(GB/T1596)、2.2重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:18重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.5重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0048]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.7重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1310°C下煅燒1.6小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0049]實施例6
[0050]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:56重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:3.6重量％ ;余量為雜質(zhì))、3.2重量份二級粉煤灰(GB/T1596)、4.2重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:14重量％ ;余量為雜質(zhì))和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸鋰粉混合得到原料組合物。
[0051 ] 將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.9重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1180°C下煅燒1.6小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0052]實施例7
[0053]采用實施例6的方法制備高強度低密度陶粒支撐劑，不同的是，不添加碳酸鋰粉。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0054]對比例I
[0055]將100重量份粒度小于0.044mm鋁土礦(氧化鋁含量:56重量％ ；以三氧化二鐵計的鐵化合物含量:3.6重量％ ;余量為雜質(zhì))、1.8重量份二級粉煤灰(GB/T1596)和1.8重量份粒度小于0.044mm磷礦石(以五氧化二磷計的磷含量:14重量％ ;余量為雜質(zhì))混合得到原料組合物。
[0056]將原料組合物轉(zhuǎn)入成球機中，加入相對于原料組合物8.5重量％的水制成球粒，送入回轉(zhuǎn)窯中在1180°C下煅燒1.6小時，經(jīng)冷卻后獲得高強度低密度陶粒支撐劑。該陶粒支撐劑的破碎率、視密度和體積密度如表1所示。
[0057]表1
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備陶粒支撐劑的原料組合物，其特征在于，該原料組合物含有鋁土礦、粉煤灰和磷礦石，相對于100重量份的招土礦，粉煤灰的含量為3-7重量份,磷礦石的含量為2-5重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料組合物，其中，相對于100重量份的鋁土礦，粉煤灰的含量為3.5-6重量份，磷礦石的含量為2.5-3.5重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原料組合物，其中，所述鋁土礦中三氧化二鋁的含量為55-70重量％，優(yōu)選為60-65重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原料組合物，其中，所述鋁土礦中以三氧化二鐵計的鐵化合物含量不大于4.5重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原料組合物，其中，所述磷礦石中以五氧化二磷計的磷含量為12-20重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料組合物，其中，所述原料組合物還含有鋰鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的原料組合物，其中，所述鋰鹽為碳酸鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、醋酸鋰和氯化鋰中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的原料組合物，其中，相對于100重量份的鋁土礦，鋰鹽的含量為0.2-0.5重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原料組合物，其中，所述原料組合物中各種原料的粒度小于0.044mm。
10.一種制備陶粒支撐劑的方法，該方法包括將權(quán)利要求1-9中任意一項所述的用于制備陶粒支撐劑的原料組合物依次成型和焙燒。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述焙燒的條件包括:溫度為1100-1320°c，時間為0.5-2小時。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法制備的陶粒支撐劑。
【文檔編號】C04B33/132GK103910518SQ201310002723
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月5日
【發(fā)明者】黃勇, 陳前林, 張加偉, 田洪躍 申請人:貴州鑫益能陶粒支撐劑有限公司