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【专利摘要】本发明公开了一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，其中，该原料组合物含有铝土矿、粉煤灰和磷矿石，相对于100重量份的铝土矿，粉煤灰的含量为3-7重量份，磷矿石的含量为2-5重量份。由本发明提供的原料组合物制备的陶粒支撑剂具有高强度低密度，在52MPa闭合压力下，破碎率≤5％、视密度≤2.68g/cm3、体积密度≤1.55g/cm3。并且由于采用工业废渣粉煤灰，降低了生产成本。
[0001]本发明涉及一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，由该原料组合物制备陶粒支撑剂的方法，以及由该方法制备的陶粒支撑剂。
[0002]目前石油和天然气开采所使用的陶粒支撑剂主要为中等密度中等强度和高强度高密度产品，随着石油和天然气开采的技术难度增大，具有高强度低密度的陶粒支撑剂的使用将会愈来愈多。
[0003]CN101701149A公开了一种低密度陶粒支撑剂，其特征是由下列重量百分比的原料按常规方法制作而成:高岭土 62-75%、Al2O3含量为80-85%的铝矾土 17_30%、二氧化锰1_6%、氧化镁0.5-2%。[0004]CN1393424A公开了一种高强度陶粒支撑剂的制造方法，它以100重量份轻烧铝矾土 (三氧化二铝含量 75%)为基料，加入如下辅料，粘土 2-15份，镧系金属氧化物1-10份，二氧化锰0.3-3份，氧化镁0.1-3份；基、辅料混合后共磨成细粉，然后加水松解后在成球机制成球粒，再送入窑炉按烧结温度1100-1500°C，烧结时间0.5-5小时，烧制得成品。
[0005]目前制备高强度低密度陶粒支撑剂的方法主要是使用三氧化二铝含量较高的优质高岭土或铝矾土为主要的组成原材料(作为陶粒支撑剂的高岭土或铝矾土原料的三氧化二铝含量一般在70重量％以上，以三氧化二铁计的铁化合物的含量一般小于I重量％)，通过添加氧化镁或氧化锰等添加剂进行配料来生产，但是由于优质高岭土或铝矾土资源和分布有限，以及需要添加氧化镁或氧化锰等添加剂，使得制得的高强度低密度陶粒支撑剂的成本比较高，如何在获得高强度低密度陶粒支撑剂的同时，降低生产所带来的成本，成为本领域亟待解决的问题。
[0006]本发明的目的是提供一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，该原料组合物用于制备高强度低密度的陶粒支撑剂。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种用上述制备陶粒支撑剂的原料组合物制备陶粒支撑剂的方法。
[0009]为实现上述目的，本发明提供了一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，其中，该原料组合物含有铝土矿、粉煤灰和磷矿石，相对于100重量份的铝土矿，粉煤灰的含量为
[0010]本发明还提供了一种制备陶粒支撑剂的方法，该方法有将上述用于制备陶粒支撑剂的原料组合物依次成型和焙烧。
[0012]在采用本发明提供的原料组合物制备陶粒支撑剂的过程中，加入一定量的粉煤灰能够降低陶粒支撑剂的密度，而加入一定量的磷矿石，可以在一定程度上促进原料组合物的烧结，进一步提升制备的陶粒支撑剂的强度，从而采用本发明提供的原料组合物能够制得在52MPa闭合压力下的破碎率 5%、视密度 2.68g/cm3、体积密度 1.55g/cm3的陶粒支撑剂。本领域所说的高强度低密度陶粒支撑剂，通常是指在52MPa闭合压力下，破碎率 5%、视密度 2.70g/cm3、体积密度 1.60g/cm3的陶粒支撑剂。由此说明采用本发明提供的原料组合物制备得到的陶粒支撑剂具有高强度低密度的特点。而且，本发明提供的用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，通过添加磷矿石和工业废渣粉煤灰与铝土矿组合获得的陶粒支撑剂，不仅能满足石油和天然气开采的需求，还实现了工业废渣粉煤灰的资源化高效利用，降低了生产成本。
[0013]另外，本发明提供的用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，还能够使用在铝土矿开采过程中产生的大量的氧化铝含量较低、杂质含量较高的中低品位铝土矿(通常指三氧化二铝含量为65重量％以下的铝土矿)为原料，与粉煤灰和磷矿石组合来制备高强度低密度的陶粒支撑剂，这不仅拓宽了高强度低密度的陶粒支撑剂的原料来源，更进一步大幅度的降低了生产成本。
[0014]此外，本发明优选情况下，在用于制备陶粒支撑剂的原料组合物中加入锂盐，能与磷矿石在焙烧过程中产生协同作用，进一步促进原料组合物的烧结，使得制造的陶粒支撑剂具有更高的强度。
[0015]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
[0016]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0017]本发明提供了一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，其中，该原料组合物含有铝土矿、粉煤灰和磷矿石，相对于100重量份的铝土矿，粉煤灰的含量为3-7重量份，磷矿石的含量为2-5重量份。
[0018]根据本发明提供的所述原料组合物，只要原料组合物中各组分的含量在上述范围内就可以实现本发明的目的，优选情况下，原料组合物中，相对于100重量份的铝土矿，粉煤灰的含量为3.5-6重量份、磷矿石的含量为2.5-3.5重量份，最终制得的陶粒支撑剂具有更高的强度和更低的密度。
[0019]根据本发明提供的所述原料组合物，所述原料组合物中的铝土矿可以为本领域技术人员已知的能用来制备高强度低密度陶粒支撑剂的铝土矿。通常，三氧化二铝含量较高的铝土矿有利于形成高强度低密度的陶粒支撑剂。然而，在本发明中，通过调节铝土矿、粉煤灰和磷矿石的配合比例，使得采用三氧化二铝含量较低的铝土矿仍旧能获得高强度低密度的陶粒支撑剂。对于所述三氧化二铝含量较低的铝土矿，其中三氧化二铝的含量可以为55-70重量％，优选为60-65重量％。在所述三氧化二铝含量较低的铝土矿中，除三氧化二铝之外，还可以包含杂质，所述杂质例如可以为铁、钙、镁、硅、钛等的化合物中的一种或多种，所述杂质的含量 可以为45-30重量％，优选为35-40重量％。
[0020]对于所述三氧化二铝含量较低的铝土矿中的杂质，铁化合物通常以三氧化二铁计，所述铝土矿中铁化合物的含量可以为4.5重量％以下。通常，当铝土矿中铁化合物含量较大时，会导致陶粒支撑剂的密度增大。然而，在本发明中，通过在用于制备陶粒支撑剂的原料组合物中以特定的比例配入粉煤灰和磷矿石，使得采用铁化合物含量较高的铝土矿仍旧能制备出高强度低密度的陶粒支撑剂，例如，所述铝土矿中以三氧化二铁计的铁化合物的含量可以为2-4.5重量％。
[0021]根据本发明提供的所述原料组合物，所述原料组合物中的磷矿石可以为本领域技术人员已知的磷矿石。本发明优选情况下，所述磷矿石可以为以五氧化二磷计的磷含量为12-20重量％的磷矿石。所述磷矿石中的磷含量在上述范围内，在进行焙烧时能够进一步促进原料组合物之间的烧结，从而进一步增大制备的陶粒支撑剂的强度。在所述磷矿石中，除磷之外还可以含有杂质，杂质可以为钙、氟、硅、钛、碳等元素组分中的一种或多种，作为杂质的这些元素组分以氧化物计的总含量可以为80-88重量％。
[0022]根据本发明提供的所述原料组合物，所述原料组合物中的粉煤灰可以是本领域技术人员已知的工业废渣粉煤灰。其中，粉煤灰指燃煤炉燃烧后形成的粉末，其主要成分包括二氧化娃、氧化招、氧化亚铁、三氧化铁、氧化韩、氧化钛、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化猛和三氧化硫。所述粉煤灰可根据常规的方法收集，也可以商购得到；所述粉煤灰的颗粒直径通常能为0.04毫米以下。为了获得更好的高强度低密度的陶粒支撑剂，优选情况下，所述粉煤灰为符合GB/T1596中二级标准以上的粉煤灰。
[0023]根据本发明提供的所述原料组合物，优选情况下，所述原料组合物中还含有锂盐，其中，相对于100重量份的铝土矿，锂盐的含量为0.2-0.5重量份。在原料组合物中加入锂盐，能够进一步促进原料组合物的烧结，这可能由于锂盐能与磷矿石在焙烧过程中产生协同作用，使得制造的陶粒支撑剂具有更高的强度。
[0024]所述锂盐可以是本领域技术人员已知的能够商购获得的锂盐，例如碳酸锂、硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂和氯化锂中的一种或多种。优选所述锂盐为碳酸锂，使得制备的陶粒支撑剂进一步具有更高的强度。
[0025]根据本发明提供的所述原料组合物，所述原料组合物中各种原料的粒度可以为本领域技术人员已知的制造陶粒支撑剂的常规粒度，但是为了获得更好的高强度低密度的陶粒支撑剂，优选情况下，所述原料组合物中各种原料的粒度小于0.044mm。也就是说，所述原料组合物中的招土矿、粉煤灰、磷矿石以及选择性包含的锂盐的粒度均小于0.044_。当所述原料组合物中的各种原料的粒度均复合上述尺寸范围时，采用该原料组合物可以制得更好的高强度低密度的陶粒支撑剂。在本发明中，粒度是指原料颗粒的颗粒尺寸，当原料颗粒为球体时则粒度用球体的直径表示，当原料颗粒为立方体时则粒度用立方体的边长表示，当原料颗粒为不规则的形状时则粒度用恰好能够筛分出该原料颗粒的筛网的网孔尺寸表不。
[0026]本发明还提供了一种制备陶粒支撑剂的方法，该方法有将上述用于制备陶粒支撑剂的原料组合物依次成型和焙烧。
[0027]根据本发明提供的所描述的方法，将原料组合物成型的办法能够采用本领域技术人员已知的任意一种方法。例如可以将原料组合物加入成型装置，再加入水制成球形颗粒，水的加入量没有特别限制，只要能使原料组合物形成球形颗粒即可，例如，可以是原料组合物的8-10重量％ ;水在成球时以喷雾方式加入。另外，制得的球形颗粒的大小也没有特别限制，能够准确的通过具体需要做出合理的选择。[0028]在本发明提供的所描述的方法中，将原料组合物成型时，可以将原料混合形成原料组合物后转入成型装置，也可以直接将原料转入成型装置然后混合，本发明没有特别限制，能够准确的通过实际需要进行选择。所述成型装置能为本领域技术人员已知的任意一种装置，例如可以为成球机。
[0029]根据本发明提供的所描述的方法，所述焙烧的条件本发明没有特别要求，可以参照现存技术进行，优选情况下，所述焙烧的条件包括:温度为1100-1320°C，时间为0.5-2小时。
[0030]本发明还提供了由上述方法制备的陶粒支撑剂。根据本发明的实施例，本发明提供的陶粒支撑剂在52MPa闭合压力下，破碎率 5%、视密度 2.68g/cm3、体积密度(1.55g/cm3，说明本发明提供的陶粒支撑剂具有高强度低密度。
[0032]以下实施例中，成球机为宝鸡中药机械厂制备的YK-60型号的成球机；
[0033]破碎率、体积密度、视密度通过中国石油化工集团公司企业标准Q/SH0051-2007做测量。[0034]实施例1
[0035]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿粉(氧化铝含量:65重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:2.5重量％ ;余量为杂质)、4重量份二级粉煤灰(GB/T1596)、2.5重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:16重量％ ;余量为杂质)和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0036]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.8重量％的水制成球粒、然后送入回转窑中在1300°C下煅烧1.5小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0038]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:61重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:3.5重量％ ;余量为杂质)、6重量份一级粉煤灰(GB/T1596)、3.5重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:15重量％ ;余量为杂质)和0.3重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0039]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.9重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1250°C下煅烧1.6小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0041]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:63重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物的含量:2.7重量％ ;余量为杂质)、3.8重量份二级粉煤灰(GB/T1596)、2.6重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:17重量％ ;余量为杂质)和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0042]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.9重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1280°C下煅烧1.3小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0044]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:62重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:4.2重量％ ;余量为杂质)、4重量份二级粉煤灰(GB/T1596)、2.2重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:19重量％ ;余量为杂质)和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0045]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物9.1重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1200°C下煅烧1.5小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0047]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:68重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:2.3重量％ ;余量为杂质)、6.5重量份一级粉煤灰(GB/T1596)、2.2重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:18重量％ ;余量为杂质)和0.5重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0048]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.7重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1310°C下煅烧1.6小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0050]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:56重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:3.6重量％ ;余量为杂质)、3.2重量份二级粉煤灰(GB/T1596)、4.2重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:14重量％ ;余量为杂质)和0.2重量份粒度小于0.044mm的碳酸锂粉混合得到原料组合物。
[0051 ] 将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.9重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1180°C下煅烧1.6小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0053]采用实施例6的方法制备高强度低密度陶粒支撑剂，不同的是，不添加碳酸锂粉。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
[0055]将100重量份粒度小于0.044mm铝土矿(氧化铝含量:56重量％ ；以三氧化二铁计的铁化合物含量:3.6重量％ ;余量为杂质)、1.8重量份二级粉煤灰(GB/T1596)和1.8重量份粒度小于0.044mm磷矿石(以五氧化二磷计的磷含量:14重量％ ;余量为杂质)混合得到原料组合物。
[0056]将原料组合物转入成球机中，加入相对于原料组合物8.5重量％的水制成球粒，送入回转窑中在1180°C下煅烧1.6小时，经冷却后获得高强度低密度陶粒支撑剂。该陶粒支撑剂的破碎率、视密度和体积密度如表1所示。
1.一种用于制备陶粒支撑剂的原料组合物，其特征是，该原料组合物含有铝土矿、粉煤灰和磷矿石，相对于100重量份的招土矿，粉煤灰的含量为3-7重量份,磷矿石的含量为2-5重量份。
2.根据权利要求1所述的原料组合物，其中，相对于100重量份的铝土矿，粉煤灰的含量为3.5-6重量份，磷矿石的含量为2.5-3.5重量份。
3.根据权利要求1或2所述的原料组合物，其中，所述铝土矿中三氧化二铝的含量为55-70重量％，优选为60-65重量％。
4.根据权利要求1或2所述的原料组合物，其中，所述铝土矿中以三氧化二铁计的铁化合物含量不大于4.5重量％。
5.根据权利要求1或2所述的原料组合物，其中，所述磷矿石中以五氧化二磷计的磷含量为12-20重量％。
7.根据权利要求6所述的原料组合物，其中，所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂和氯化锂中的一种或多种。
8.根据权利要求6或7所述的原料组合物，其中，相对于100重量份的铝土矿，锂盐的含量为0.2-0.5重量份。
9.根据权利要求1所述的原料组合物，其中，所述原料组合物中各种原料的粒度小于0.044mm。
10.一种制备陶粒支撑剂的方法，该方法有将权利要求1-9中任意一项所述的用于制备陶粒支撑剂的原料组合物依次成型和焙烧。
11.依据权利要求10所述的方法，其中，所述焙烧的条件包括:温度为1100-1320°c，时间为0.5-2小时。
【发明者】黄勇, 陈前林, 张加伟, 田洪跃 申请人:贵州鑫益能陶粒支撑剂有限公司