一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法

摘要

一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，具体涉及一种综合利用铝土矿选尾矿制备用于油田井下支撑低密高强陶粒支撑剂的方法。其特征在于其制备过程的步骤包括：(1)将铝土矿选尾矿进行磁选除铁；(2)将除铁后的选尾矿进行预烧，然后加入添加剂配料后进行粉碎；(3)将步骤(2)的物料进行搅拌、造粒，制成颗粒半成品；(4)将颗粒半成品进行烘干、烧结，制得陶粒支撑剂。本发明的方法，生产成本低，与采用常规原料生产低密高强陶粒支撑剂相比，不仅可实现铝土矿尾矿的高效利用，有效降低选尾矿堆存过程中的环境和安全风险，而且可以掌握低密高强石油陶粒支撑剂制备关键技术，为实现我国铝工业的战略转型提供技术支撑。

说明书

技术领域

一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，具体涉及一种综合利用铝土矿选尾矿制备用于油田井下支撑低密高强陶粒支撑剂的方法。

背景技术

石油压裂支撑剂(陶粒支撑剂)是利用铝土矿、高岭土、石英以及少量烧结助剂通过配料、细磨混合、成球造粒，最后经高温烧结制成的粒度在0.4mm～1.2mm的球形陶瓷颗粒，主要用于油田井下支撑，以增加石油、天然气的产量。根据国家标准，按陶粒支撑剂堆积密度可将其分为高密(堆积密度＞1.80g/cm³)、中密(堆积密度1.66～1.80g/cm³)、低密(堆积密度1.45～1.66g/cm³)和超低密(堆积密度＜1.45g/cm³)四类。

据不完全统计，2005年以来世界石油陶粒支撑剂用量以每年约20％的增长率快速增长。根据市场需求分析，中国中密度石油陶粒产能严重过剩，而高密高强陶粒和低密高强石油陶粒产能严重不足，尤其是堆积密度＜1.60g/cm³的陶粒，产品需求旺盛，而国内市场产量十分有限。低密高强陶粒支撑剂用于油气田开采时具有以下优点：(1)体积密度低，同等体积注入的质量少，属于节能材料；(2)视密度低，能在浓度较低的混砂液中悬浮，有利于混砂液的配置，压裂时利于泵送，能形成更加有效的导流通道；(3)提高油井的产量和使用年限，对于提高油井的经济效益有重要作用；(4)强度较高，可适应国内外大部分油井。总之，低密度石油陶粒是近期和未来石油陶粒的重要发展方向，具有很好的应用前景。

在低品位铝土矿的选矿过程中，会产生大量选尾矿，选尾矿产出比一般为25～40％，并随入选原矿A/S降低，尾矿产率增加。铝土矿选尾矿通常采用尾矿库存放或固化堆存方式处理，不仅前期基建投资巨大，而且后续管理维护费用较高，增加了企业经济负担，同时占用大量土地，并存在环境及安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能实现铝土矿尾矿的高效利用，有效降低选尾矿堆存过程中的环境和安全风险，生产成本低的铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其制备过程的步骤包括：

(1)将铝土矿选尾矿进行磁选除铁；

(2)将除铁后的选尾矿进行预烧，然后加入添加剂配料后进行粉碎；

(3)将步骤(2)的物料进行搅拌、造粒，制成颗粒半成品；

(4)将颗粒半成品进行烘干、烧结，制得低密度高强度陶粒支撑剂。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于铝土矿选尾矿化学成分的重量百分比含量为：Al₂O₃：35％～55％；SiO₂：20％～45％；Fe₂O₃≤5.0％；TiO₂≤3.0％；K₂O≤1.5％；Na₂O≤0.3％；CaO≤0.4％；MgO≤1.0％。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(1)采用高梯度磁选机对铝土矿选尾矿进行磁选除铁，除铁后Fe₂O₃≤1.5％。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(2)的预烧温度为700～900℃下，预烧时间为1～3小时。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(2)加入的添加剂为硅酸钠、聚合氯化铝、磷酸铝中的一种，添加剂用量为原料总重量的0.5％-5％。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(2)配料粉碎后的细粉粒度小于400目(0.0374mm)。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于经制粒机制成的颗粒半成品粒径为18～35目(1.00mm～0.50mm)。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(4)将颗粒半成品烘干至水分含量小于3％。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于其步骤(4)的烧结过程采用回转窑，在1350℃～1450℃结温下，烧结3～5小时。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，其特征在于制得低密高强陶粒支撑剂的粒径为20～40目(0.85mm～0.425mm)。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，利用铝土矿尾矿含有大量的黏土矿物，粒度极细、性状黏稠，氧化铝含量低，通过合理控制尾矿中的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等成份含量，生产出高品质的低密度石油陶粒支撑剂。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，采用铝土矿选尾矿生产低密高强陶粒支撑剂，一方面可实现铝土矿选尾矿的高效利用，具有显著的经济效益和社会效益。另一方面掌握低密高强石油陶粒制备关键技术，提前布局我国低渗透油气开采关键技术材料，占领我国低渗透油气开采材料制备制高点，为实现我国铝工业的战略转型提供技术支撑。

本发明的一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，与采用常规原料生产低密高强陶粒支撑剂相比，可实现铝土矿尾矿的高效利用，有效降低选尾矿堆存过程中的环境和安全风险，制备方法简单、生产成本低，具有显著的经济效益和社会效益，市场推广前景良好。

具体实施方式

一种铝土矿选尾矿制备陶粒支撑剂的方法，采用的铝土矿选尾矿主要化学成分的重量百分比含量为：Al₂O₃：35～55％；SiO₂：20～45％；Fe₂O₃≤5.0％；TiO₂≤3.0％；K₂O≤1.5％；Na₂O≤0.3％；CaO≤0.4％；MgO≤1.0％。其制备过程包括原料除铁、预烧、配料、粉碎、制粒、烘干和烧结，主要工艺步骤为：(1)将铝土矿选尾矿经高梯度磁选机进行除铁；首先对Fe₂O₃＞1.5％铝土矿选尾矿进行磁选除铁，除铁后低铁产品Fe₂O₃≤1.5％。(2)将除铁后的选尾矿进行预烧，除铁后的选尾矿需在700～900℃下进行预烧1～3小时，然后与一定量的添加剂配料后进行粉碎；添加剂为硅酸钠、聚合氯化铝、磷酸铝中的一种，添加剂用量不得超过原料总重量的5％；配料粉碎后的细粉粒度小于400目(0.0374mm)。(3)将步骤(2)的物料用强制搅拌制粒机完成造粒，制成颗粒半成品；经制粒机制成的颗粒半成品粒径大小为18～35目(1.00mm～0.50mm)。(4)将颗粒半成品经烘干后在回转窑中进行烧结，出窑冷却后即可制得低密度高强度陶粒支撑剂，具体将颗粒半成品烘干至水分含量小于3％，然后进入回转窑烧结，烧结温度为1350℃～1450℃；烧结时间为3～5小时；制得低密高强陶粒支撑剂的粒径为20～40目(0.85mm～0.425mm)。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

山西某铝土矿选尾矿，其主要化学成分的重量百分比含量为：Al₂O₃：38.16％；SiO₂：44.45％；Fe₂O₃：2.80％；TiO₂：1.86％；K₂O：0.15％；Na₂O：0.05％；CaO：0.14％；MgO：0.12％。以该铝土矿选尾矿为主要原料制备低密高强陶粒支撑剂，其主要工艺步骤为：

(1)将该铝土矿选尾矿经高梯度磁选机进行除铁，除铁后低铁产品Fe₂O₃含量为1.02％。

(2)将除铁后的铝土矿选尾矿在700℃下进行预烧3小时，然后加入磷酸铝作为添加剂进行配料，添加剂用量为原料总重量的4.5％，配料粉碎后的细粉粒度小于400目(0.0374mm)。

(3)将步骤(2)的物料用强制搅拌制粒机完成造粒，制成18～35目(1.00mm～0.50mm)颗粒半成品；

(4)将颗粒半成品经烘干至水分含量小于3％，然后进入回转窑烧结，烧结温度为1360℃，烧结时间为5小时，出窑冷却后即可制得低密高强陶粒支撑剂产品。

经检测，产品性能指标符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准，详见表1。

实施例2

河南某铝土矿选尾矿，其主要化学成分的重量百分比含量为：Al₂O₃：49.80％；SiO₂：24.65％；Fe₂O₃：4.82％；TiO₂：2.82％；K₂O：0.26％；Na₂O：0.16％；CaO：0.25％；MgO：0.14％。以该铝土矿选尾矿为主要原料制备低密高强陶粒支撑剂，其主要工艺步骤为：

(1)将该铝土矿选尾矿经高梯度磁选机进行除铁，除铁后低铁产品Fe₂O₃含量为1.42％。

(2)将除铁后的铝土矿选尾矿在800℃下进行预烧2小时，然后加入聚合氯化铝作为添加剂进行配料，添加剂用量为原料总重量的2.5％，配料粉碎后的细粉粒度小于400目(0.0374mm)。

(3)将步骤(2)的物料用强制搅拌制粒机完成造粒，制成18～35目(1.00mm～0.50mm)颗粒半成品；

(4)将颗粒半成品经烘干至水分含量小于3％，然后进入回转窑烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为3小时，出窑冷却后即可制得低密高强陶粒支撑剂产品。

经检测，产品性能指标符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准，详见表1。

实施例3

贵州某铝土矿选尾矿，其主要化学成分的重量百分比含量为：Al₂O₃：54.78％；SiO₂：22.11％；Fe₂O₃：2.88％；TiO₂：2.75％；K₂O：0.38％；Na₂O：0.01％；CaO：0.35％；MgO：0.12％。以该铝土矿选尾矿为主要原料制备低密高强陶粒支撑剂，其主要工艺步骤为：

(1)将该铝土矿选尾矿经高梯度磁选机进行除铁，除铁后低铁产品Fe₂O₃含量为1.22％。

(2)将除铁后的铝土矿选尾矿在900℃下进行预烧1.5小时，然后加入硅酸钠作为添加剂进行配料，添加剂用量为原料总重量的0.5％，配料粉碎后的细粉粒度小于400目(0.0374mm)。

(3)将步骤(2)的物料用强制搅拌制粒机完成造粒，制成18～35目(1.00mm～0.50mm)颗粒半成品；

(4)将颗粒半成品经烘干至水分含量小于3％，然后进入回转窑烧结，烧结温度为1380℃，烧结时间为4小时，出窑冷却后即可制得低密高强陶粒支撑剂产品。

经检测，产品性能指标符合国家石油天然气SY/T 5108-2006的行业标准，详见表1。

表1产品性能检测结果