[发明专利]一种以高铝粉煤灰为原料制备低密度陶粒支撑剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于工业固体废弃物资源综合利用技术领域，特别是涉及一种以高铝粉煤灰为原料制备低密度陶粒支撑剂的方法。

背景技术

压裂支撑剂是使地层深处岩石裂隙保持裂开状态的支撑物。随着页岩油、页岩气等非常规油气资源的规模化开采，高质量的压裂支撑剂成为水力压裂施工能否取得良好效果的关键和核心材料，高性能支撑剂的使用量迅速增加。

石油压裂支撑剂经过了金属铝球→塑料球→玻璃球→石英砂→陶粒支撑剂的发展过程。目前，陶粒支撑剂生产过程中，普遍以高铝矾土为主要原料，辅以一种或多种材料作为高温熔剂，如氧化锰、氧化铁、氧化镁等，经过成球、煅烧、筛分等工艺制成。例如，申请号为02157202.X的中国专利是目前支撑剂生产企业普遍采用的配方类型，但是该专利提供的压裂支撑剂依靠特级铝矾土或一级铝矾土和MnO₂或含量在50％以上的锰矿石等优质资源在较高的温度下制备而成，制备过程存在高的能耗和资源消耗。铝矾土是制备金属铝的重要资源，随着国内氧化铝产能和质量要求的提高，市场上的优质铝矾土矿藏日益缺乏。因此，研发利用其它资源开发高性能陶粒支撑剂的技术迫在眉睫。

一般来说，陶粒支撑剂的制粉过程主要包括干法研磨和湿法研磨两种工艺，两种工艺各有优缺点。采用干法研磨工艺得到的粉料颗粒分布范围宽，颗粒度较粗，烧结反应活性低，往往加入大量高温熔剂以促进烧结；但干法研磨得到的粉料不易团聚，无需再次干燥即可直接用于制粒过程，可节约部分能源。采用湿法研磨得到的粉料较干法制粉的粉料粒度更细，物料的均匀性高，可在较低温度下烧结，因此，从支撑剂产品质量上考虑，湿法工艺优于干法。但是，湿法研磨工艺对原材料要求很高，需要特别解决浆料的流动性和悬浮稳定性问题，同时，研磨后的浆料必须经过干燥才能用于坯球的制粒过程。

高铝粉煤灰系指煤燃烧后的烟气中收捕下来的氧化铝含量在37％以上的粉煤灰，主要出产于山西平朔、内蒙准格尔等煤田，是燃煤电厂排出的主要固体废弃物。目前，粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，其堆放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，造成粉尘污染，而且废弃物中的可溶成分会污染地下水源，影响生态环境和人体健康。一直以来，高铝粉煤灰因其含有大量的氧化铝，使几乎所有的研究者都将该类粉煤灰定性为铝土矿的替代资源。已有一些利用粉煤灰制备支撑剂陶粒的例子，但其中仍使用较多铝矾土和/或锰粉。例如专利201310148261.3、201410041140.3、201310331166.7和201210353045.8等。其中，大多粉煤灰制作陶粒支撑剂采用干法制粉工艺，如专利201310204233.9，将粉煤灰和/或煤矸石(93～96.5％)煅烧后用气流磨破碎过筛形成废渣粉料，以废渣粉料及高岭土、多晶硅粉按比例混合均匀，经造粒成球制得陶粒支撑剂；专利201310252422.3将高铝粉煤灰破碎、焙烧、磁选除铁后与各种辅料投入气流粉碎机内进行充分混合与粉碎，再造粒处理，烧结得到陶粒支撑剂；专利201310148377.7中以40wt％～90wt％粉煤灰和废陶瓷(粉煤灰与废陶瓷的质量比为(4～6)：(2～3))为主料；1wt％～40wt％钾长石粉和锰矿粉为辅料，经均化细化处理，制粒烧制得到粉煤灰及废陶瓷制石油压裂支撑剂。

利用粉煤灰制备陶粒的专利中，采用湿法工艺的粉煤灰使用比例都不高，如专利201310182843.3以电熔莫莱石砂为母粒，以混合泥浆(75％～88％的粉煤灰、5％～20％的高岭土、3％～6％的复合型烧结助剂、0.5％～1％的焦炭)为包覆液，成为一次颗粒，再以粉炭浆为包覆液制作二次颗粒用于烧制陶粒支撑剂；又如专利201210201399.0中，将40％～55％过120目筛后的粉煤灰、35％～45％氧化铝粉、3％～8％的碳酸钡和5％～10％的氧化铝短切纤维混合，再向球磨机中加入质量浓度为10％的树胶水溶液混匀湿磨形成混合泥浆，干燥后造粒烧制陶粒支撑剂。专利201310331166.7中粉煤灰比例为40～55％。