利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石油、天然气开采压裂工艺用材料，尤其是一种利用铝土矿废矿 渣制备高密度高强度的陶粒砂。
【背景技术】
[0002] 陶粒砂又名石油压裂支撑剂，由于陶粒砂堆积密度较小，内部多孔，形态、成分较 均一，且具有一定的强度和坚固性，因而具有质轻、抗震和良好的隔绝性（保温、隔热、隔 音、隔潮）等的特点，还被广泛应用于建筑、冶金、化工、石油农业等领域。陶粒砂按原料分 为错I凡土陶粒砂、粉煤灰陶粒砂、黏土陶粒砂等，其中错I凡土陶粒砂是错I凡土、煤等多种原 材料，经过破碎，细碎，粉磨、制粒和高温烧结等多道工艺制作而成，具有耐高温、高压、强度 高、导流能力强、及耐腐蚀等特点，主要用于油田井下支撑，以增加石油天然气的产量，属环 保产品。铝钒土陶粒砂是天然石英砂、玻璃球、金属球等中低强度支撑剂的替代品，对增产 石油、天然气有良好效果，且能降低成本。铝钒土陶粒砂是目前需求量最大的陶粒砂品种之 O
[0003] 在石油或天然气进行深井开采时，将高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使 含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，使用铝钒土陶粒砂材料随同高压溶 液进入地层充填在岩层裂隙中，起到支撑裂隙不因应力释放而闭合的作用，从而保持高导 流能力，使油气畅通，增加产量。铝钒土陶粒砂应用于深井压裂施工时，将其填充到低渗透 矿床的岩层裂隙中，进行高闭合压裂处理，使含油气岩层裂开，起到支撑裂隙不因应力释放 而闭合，从而保持油气的高导流能力，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井服务年 限。目前，在市面上卖的高密度、高强度产品技术指标为20-40目，体积密度为1.82-1.88 g/cm3,在86 MPa下抗损率< 10 %，而更高强度和密度的陶粒支撑剂则很少，尤其是在86MPa 下，破碎率<8 %，体积密度>1.80 g/cm3的高密度、高强度陶粒砂支撑剂基本都是国外进 口。因此，制备高密度、高强度陶粒砂支撑剂显得尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明将针对上述存在的问题，提供一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的 陶粒砂。本陶粒砂是以原料丰富易得、成本低的铝土矿废弃的铝土矿渣和贵州铝土矿为主 原料，经过原料选择、焙烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结而成。
[0005] 本发明采用的技术方案为： 一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，其特征在于：包括原料选择、焙 烧、粉碎、配料、制粒、烘干和烧结，主要工艺步骤为： (1) 原料选择：选择铝土矿废弃的铝土矿渣和铝铁矿为主要原料，并加入烧结助剂辅 料；所述铝土矿渣为平果铝土矿渣，所述铝铁矿为贵州铝铁矿； (2) 焙烧：将上述原料在1000°C下进行焙烧； (3) 配料：将已焙烧好的原料按重量份数：铝土矿废弃渣30~60份，铝铁矿10~20 份，烧结助剂0.6份，备用； (4) 粉碎：将各组份原料用球磨机机分别粉碎至600目，或者按投料配比混合粉碎，备 用； (5) 制粒：将步骤（4)的物料用德国进口的半自动制粒机按常规方法制粒； (6) 烘干和烧结：将步骤（5)的制粒物料在70-100°C下干燥，然后加入回转窑烧结，控 制温度为1410~1420°C、时间为30-40分钟，即可得到高密度高强度陶粒砂。
[0006] 以上所述铝土矿渣先经过除铁处理及焙烧处理后，控制A1203的重量含量为69~ 73%，Fe203的重量含量为10~13 %。
[0007] 以上所述述贵州铝铁矿其A1203焙烧后的重量含量为85~89 %，Fe203的重量含 量为3~5 %。
[0008] 以上所述烧结助剂为预糊化淀粉。
[0009] 以上所述高密度高强度陶粒砂的粒径为20~50目，体积密度为1. 87 g/cm3,抗 86MPa的破碎率为7. 22~7. 78 %。
[0010] 本发明的优点和取得的有益效果为： (1)本发明是以铝土矿废弃的铝土矿渣和贵州铝土矿为主原料，原料丰富易得，成本 低。铝土矿渣先经过除铁处理及焙烧处理后，使铝土矿渣的A1203的重量含量由60-63 % 提升至70 %左右，铝土矿渣的Fe203重量含量由26-29 %降低至10-13 %，充分改变广西铝 土矿铁含量高，不适合用于陶粒砂生产的缺点。本发明能将广西平果铝业沉砂池中废弃的 500吨铝土矿渣变废为宝，实现了资源的综合利用，不仅可以铝土矿渣制成高密度高强度的 陶粒砂，并且解决了铝土矿渣对环境污染问题。
[0011] (2)本发明制备工艺简单，能耗低，容易实现工业化生产。
[0012] (3)本发明制备得到的陶粒砂为高密度高强度的陶粒砂，其体积密度为1.87 g/ cm3,抗破碎率（86MPa)为7. 22~7. 78 %，满足了在86MPa下，破碎率<8 %，体积密度> 1. 80 g/cm3,满足了高密度、高强度的陶粒砂支撑剂的技术性能要求，解决了国内高密度、 高强度陶粒砂市场供不应求的问题。
[0013] (4)本发明制备的高密度高强度的陶粒砂为中深油、气开采提供良好的基础保障， 具有很好的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0014] 下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实 施例。
[0015] 本发明以广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，其中铝土矿渣先经过常规 的除铁技术处理及焙烧处理后，其Al 2O3含量由60~63 %提升至69~73%，Fe 203含量由 22-24 %降低至10-13 % ;所述贵州铝土矿Al2O3灼减后的含量在85~89 %，Fe 203在3~ 5 % ;本陶粒砂的粒径为20~50目，体积密度为1. 87 g/cm3,抗破碎率（86MPa)为7. 22~ 7. 78 %〇
[0016] 实施例1 一种利用铝土矿废矿渣制备高密度高强度的陶粒砂，主要工艺步骤为： (1)原料选择：选择广西平果铝土矿渣和贵州铝铁矿为主要原料，加入预糊化淀粉烧结 助剂； (2) 焙烧：将上述原料在1000°C下进行焙烧； (3) 配料：将已焙烧的原料按重量份数：A1203含量为70. 24%、Fe 203含量为12. 6%的铝 土矿废弃渣30kg，Al2O3含量为88. 8%、Fe 203含量为4. 0