RU2203248C1 - Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов - Google Patents
Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203248C1 RU2203248C1 RU2002115795/03A RU2002115795A RU2203248C1 RU 2203248 C1 RU2203248 C1 RU 2203248C1 RU 2002115795/03 A RU2002115795/03 A RU 2002115795/03A RU 2002115795 A RU2002115795 A RU 2002115795A RU 2203248 C1 RU2203248 C1 RU 2203248C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grinding
- granules
- raw materials
- less
- microns
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 7
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000844 transformation Methods 0.000 abstract description 3
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical class CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012866 crystallographic experiment Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000013849 propane Nutrition 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов включает термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья, в качестве которого используют каолин, помол обработанного сырья, отсев фракций, имеющих размеры, отличные от заданных, с последующим их возвратом на стадию помола, гранулирование термически обработанного алюмосиликатного сырья при постоянном перемешивании массы и ее увлажнении, сушку и предварительный рассев полученных гранул с возвратом на помол гранул, отличающихся от заданного размера, окончательный обжиг гранул и рассев обожженных гранул. При этом перед гранулированием термически обработанного алюмосиликатного сырья в него вводят минерализатор в количестве от 2 до 5% и дисперсностью 10 мкм следующего химического состава: TiO2 в форме рутила 31; FeO 27; SiO2 13; MnO 3,8; Cr2Oз 1,7; MgO 1,1, а термическую обработку исходного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145oС, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы. Предложенный способ позволяет повысить эксплуатационные свойства пропантов и расширить область их применения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к технологии производства керамических материалов и может быть использовано для получения легковесных высокопрочных керамических гранул сферической формы - пропантов, применяемых при гидроразрывах горных пород в качестве расклинивающего агента. Закачанные в скважину посредством флюида пропанты препятствуют закрытию трещин и способствуют увеличению отдачи нефтеносных и газовых пластов.
Совокупность физико-механических и химических свойств пропантов в сильной степени влияет на эффективность проводимого гидроразрыва. Основное влияние на эти свойства оказывает шихта, из которой получают пропанты.
Главной проблемой при разработке шихты для изготовления пропантов является наличие таких взаимоисключаемых параметров изделия, как требуемая высокая прочность при сохранении низких значений насыпной и кажущейся плотности.
Высокая прочность пропантам необходима для сопротивления давлению пластов. Гравиметрические показатели влияют на процессы переноса пропантов флюидом при заполнении трещин и на выбор типа используемого флюида.
Обычно повышение прочности алюмосиликатных пропантов в первую очередь обеспечивается увеличением содержания в шихте глинозема.
Известен способ производства высокопрочных сферических керамических гранул из кальцинированного алюмосиликатного сырья (патент РФ 2133716, МПК7: С 04 В 20/04, опубл. 27.07.99 Б.И. 21), включающий термическую обработку (кальцинацию) природного алюмосиликатного сырья, его измельчение, дозирование и загрузку в тарельчатый гранулятор, увлажнение измельченного сырья, гранулирование окатыванием в тарельчатом грануляторе, дозирование и подачу в гранулятор дополнительного количества измельченного сырья, рассев полученных гранул для выделения целевой фракции, ее обжиг во вращающейся печи до максимальной плотности, рассев обожженных гранул. 60-90% кальцинированного алюмосиликатного сырья измельчают до размера частиц с остатком на сите 0,063 мм 10-20% (средний размер частиц 20-40 мкм), а 10-40% измельчают до размера частиц с остатком на сите 0,063 мм менее 10% (средний размер частиц менее 20 мкм, предпочтительно менее 5 мкм), причем тонкоизмельченное сырье равномерно подают в гранулятор после увлажнения измельченного сырья и зарождения гранул и до завершения процесса окатывания. Для увлажнения измельченного сырья применяют водный раствор органического связующего или применяют водную суспензию глины.
Известный способ имеет следующие недостатки.
Термическая обработка (кальцинация) при температуре не более 900oС не обеспечивает высокую прочность получаемых пропантов.
Большие значения насыпной (1,86 г/см3) и абсолютной (3,08 г/см3) плотностей конечного продукта резко ограничивают область его применения. При проведении гидроразрыва с подобными тяжелыми пропантами приходится использовать более вязкие и дорогие флюиды. Высокие температуры обжига высокоглиноземистого материала (1550-1570oС) приводят к дополнительным энергозатратам, а невысокие значения сферичности и округлости продукта (0,8) отрицательно сказываются на износе нефтяного оборудования. К тому же проведение помола высокотвердого материала до размеров зерна 5-40 мкм достаточно трудоемко. Формирование гранул наращиванием тонкоизмельченным материалом одной фракции зерна (менее 5 мкм) не обеспечивает плотную укладку материала в гранулах.
Для устранения указанных недостатков используют шихту с меньшим содержанием глинозема - различные марки каолинов и глин.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ, который используют для получения известного пропанта из обогащенного каолина (патент РФ 2166079, С1, МПК7: Е 21 В 43/267, опубл. 27.04.2001, Б.И. 12). Используемая шихта представляет собой каолиновую глину со следующим соотношением компонентов, мас.%: оксид алюминия - 41-43; оксид кремния - 45-50; оксид железа -не более 1,2; оксид титана - не более 0,8.
Исходный каолин подвергается обогащению (освобождению от песка, других примесей) и температурной обработке - кальцинации для удаления кристаллизационной воды и органических составляющих. Процесс проводят при температуре 400-800oС. После этого производят помол кальцинированной глины в ротационных мельницах, при этом размер частиц должен составлять 5 мкм. Далее сырье поступает на воздушный классификатор, где происходит отсев фракций, превышающих 5 мкм. Отсеянная масса возвращается снова на стадию помола. Следующая стадия переработки - гранулирование, при котором массу перемешивают, добавляют при необходимости органический пластификатор - натуральный крахмал, затем добавляют воду при перемешивании и, управляя скоростью перемешивания, добиваются получения однородных сферических гранул необходимого размера. Гранулы подсушивают, просеивают. Гранулы, отличающиеся от заданного размера, возвращают на гранулирование. Гранулы, прошедшие промежуточный просев, подвергают обжигу при температуре 1400oС, в результате получают пропант.
Недостатки данного способа следующие. Указанные в шихте узкие диапазоны содержания оксидов алюминия, кремния, железа, титана делают невозможным использование продукции многих месторождений с менее качественным, но более дешевым сырьем. Обогащенные глины большинства месторождений имеют следующий состав (на прокаленное вещество): оксид алюминия - 33-45 мас.%; оксид кремния - 51-60 мас.%. Содержание оксида железа часто доходит до 3-5 мас.%, а оксида титана - до 2 мас.%.
Другим важным недостатком являются невысокие значения прочности получаемых пропантов (9,5% разрушенных гранул фракции 20/40 при давлении 70 МПа), что ограничивает область их применения небольшими глубинами (до 3000 м).
Причинами данных недостатков является то, что каолиновые глины в процессе термической обработки (кальцинации) при температуре 400-800oС не приобретают необходимых свойств, позволяющих при окончательном обжиге получить пропанты с высокими значениями прочности.
Это связано, в первую очередь, с неплотной (пористой) структурой получаемых изделий за счет усадки материала в процессе сушки.
Как известно (П.П. Будников и др. Технология керамики и огнеупоров. Госстройиздат, М. , 1962, стр. 57), в процессе сушки происходит поверхностная усадка материала за счет испарения влаги с поверхностного слоя и в меньшей степени за счет сокращения внутреннего, более влажного объема. В результате возникают растягивающие напряжения в поверхностном слое и сжимающие - во внутреннем. По мере испарения влага капилляров перестает достигать поверхности гранулы и зона испарения углубляется внутрь. Характер напряжений меняется. Внутренние слои - более влажные, сокращаясь интенсивнее, испытывают растягивающие усилия и сжимают внешние менее влажные и более прочные слои. В этот период начинают вскрываться дефекты формования в виде разрыва плохо слипшихся слоев (структурные, S-образные, скобяные и другие трещины).
Кристаллографические исследования показывают, что подобные дефекты объема в гораздо большей степени влияют на снижение прочности спеченных пропантов (до 30-70%), чем изменения шихтового состава в части содержания Аl2O3 и посторонних примесей.
Другой причиной невысокой прочности пропантов из данной шихты является наличие в них некоторого количества непрочных плавней.
И, наконец, использование шихты с мелкодисперсным зерновым составом (не более 5 мкм) требует больших энергозатрат при помоле, не обеспечивая требуемой плотной упаковки материала в гранулах.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов, обеспечивающий за счет повышения в материале кристаллических фаз, снижения содержания непрочных плавней, увеличения упрочняющей стеклофазы приобретение материалом таких дисперсных и вязкостных свойств, которые обеспечивали бы отсутствие внутренней пористости и максимально плотную укладку зерен материала при формировании гранул.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения легковесных высокопрочных керамических пропантов, включающем термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья, в качестве которого используют каолин, помол обработанного сырья, отсев фракций, имеющих размеры, отличные от заданных, с последующим их возвратом на стадию помола, гранулирование термически обработанного алюмосиликатного сырья при постоянном перемешивании массы и ее увлажнении, сушку и предварительный рассев полученных гранул с возвратом на помол гранул, отличающихся от заданного размера, окончательный обжиг гранул и рассев обожженных гранул, согласно изобретению термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145oС, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы.
Комплекс вязкостных свойств, приобретаемых материалом при термической обработке сырья в данном температурном диапазоне, обеспечивает свободное удаление влаги при сушке формируемых гранул без образования внутренних пор, уменьшает усадку материала при обжиге, что обеспечивает максимальную прочность спеченных пропантов (см. таблицу 1).
Минимум эндотермического эффекта от 1025 до 1145oС лежит между двумя пиками экзотермического эффекта: первый из них (840-1025oС) связан с процессом разложения каолинита и началом образования кристаллов муллита. Второй (1145-1250oС) - с началом выделения и модификационными превращениями стеклофазы, т.е. с началом интенсивного спекания материала.
При обжиге каолина при температурах выше 1145oС получается шамот. Свойства полученных из него пропантов несколько ниже, а энергозатраты - выше. Пониженная прочность объясняется тем, что для связки шамота необходимо введение дополнительных связующих материалов, например сырой глины, что приведет к дефектности внутреннего объема.
Для дополнительного повышения прочности гранул (в среднем на 20%) за счет увеличения содержания муллита и для утилизации отходов в процессе помола обработанного сырья в него вводят обожженный молотый материал в количестве 10-30% от массы обработанного сырья.
Для улучшения процессов кристаллизации материала перед гранулированием термически обработанного алюмосиликатного сырья в него вводят минерализатор в количестве от 2 до 5% и дисперсностью 10 мкм следующего химического состава: ТiO2 в форме рутила - 31; FeO - 27; SiO2 - 13; MnO - 3,8; Сr2O3 -1,7; МgО - 1,1.
В процессе помола сырье целесообразно измельчать до насыпной плотности, равной 0,45-0,85 г/см3, и с массовой долей частиц менее 2 мкм - 20%, менее 5 мкм - 45%, менее 10 мкм - 60%, менее 50 мкм - 85%.
Для увлажнения измельченного сырья при гранулировании используют водный раствор спирта поливинилового, что позволяет формировать гранулы с высокими значениями сферичности и округлости (0,9).
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает термограмму каолиновой глины месторождения "Журавлиный Лог";
фиг.2 - зерновой состав материла шихты.
фиг. 1 изображает термограмму каолиновой глины месторождения "Журавлиный Лог";
фиг.2 - зерновой состав материла шихты.
Предлагаемый способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов осуществляют следующим образом.
1. Берут алюмосиликатное сырье, например каолин сухого обогащения марки КЖ-3 по ТУ 5729-078-00284530-98 месторождения "Журавлиный Лог", г. Пласт, Челябинская область. Химический состав материала следующий (мас.% на прокаленное вещество): АlО3 - 40,4; SiO2 - 55,6; Fe2O3 - 0,7; TiO2 - 0,4.
2. Материал окомковывают, получают неплотные окатыши размером 0,2 -15,0 мм и влажностью примерно 12-20%.
3. Производят термическую обработку окатышей, например, при температуре 1070±25oС, при которой наблюдается эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы (фиг.1).
При термической обработке исходного сырья в диапазоне температур 1040-1145oС в каолине происходит повышение содержания Аl2О3 при одновременном значительном уменьшении суммы плавней, что существенно изменяет фазовый состав спеченного материала. Количество муллита возрастает на 5-10%, одновременно уменьшается количество стеклофазы и изменяются ее свойства.
Это объясняется тем, что образуемые по нижеприведенной формуле муллит и кремнезем теоретически составляют 60 и 40% соответственно.
3(Аl2O3+2SiO2) --> 3Аl2О3•2SiO2+4SiO2, (1)
Фактически же выход муллита получается примерно на 20% ниже за счет наличия примесей - CaO, Fe2O3, Na20, К2O и др., играющих роль легкоплавких плавней, вовлекающих продукты распада каолинита (глинозем и кремнезем) в стекло и в итоге снижающих прочность обожженных гранул.
Фактически же выход муллита получается примерно на 20% ниже за счет наличия примесей - CaO, Fe2O3, Na20, К2O и др., играющих роль легкоплавких плавней, вовлекающих продукты распада каолинита (глинозем и кремнезем) в стекло и в итоге снижающих прочность обожженных гранул.
Термическая обработка алюмосиликатного сырья при температуре выше 1040oС приводит к модификационным превращениям части разупрочняющих примесей (например, Fе2O3 переходит в закись железа FeO, что видно по изменению красноватого оттенка материала на серый), а также - к выделению легкоплавких плавней между зернами более прочного материала. Последующий помол разрушает материал в первую очередь как раз по этим непрочным прослойкам. В дальнейшем они или исключаются из массы последующей шихты (уносятся воздухом во время помола и сепарации), или равномерно распределяются в мелкодисперсном виде по всему объему гранулы пропанта, значительно в меньшей степени влияя на снижение его прочности.
4. После термической обработки окатыши подвергают помолу в мельнице, оснащенной воздушным сепаратором. В процессе помола сырье измельчают до насыпной плотности, равной 0,45-0,85 г/см3, и с массовой долей частиц менее 2 мкм - 20%, менее 5 мкм - 45%, менее 10 мкм - 60%, менее 50 мкм - 85%, при этом осуществляют отсев фракций размером, отличающимся от заданного размера с последующим возвратом их на стадию помола. В мельницу дополнительно добавляют 10-30% молотого обожженного материала. Методика определения процентного содержания фракций крупности частиц каолина менее 2 мкм, менее 5 мкм, менее 10 мкм и менее 50 мкм дана в ГОСТе 19283-73 "Материалы неметаллорудные тонкодисперсные. Метод определения дисперсного состава", стр.7-8.
При смещении зернового состава материала в сторону уменьшения зерна ухудшается сферичность и округлость формируемых гранул, при смещении в сторону увеличения - ухудшается плотность, а следовательно, и прочность пропантов.
Требуемая для получения качественного продукта максимальная плотность укладки материала в гранулах достигается при соблюдении следующего условия. Доля мелкозернистого материала в помоле должна быть такой, чтобы он полностью занимал промежутки между зернами плотно уложенного более крупного материала. Это соотношение зависит от формы зерен, способ их укладки и примерно составляет отношение 30% мелкой и 70% крупной фракции.
5. Производят гранулирование материала в миксере "EIRICH" (Германия), представляющем собой противоточный интенсивный смеситель с вращающимися под наклоном завихрителем и во встречном направлении тарелкой.
Схема гранулирования следующая: перемешивание загруженного молотого, термически обработанного материала при высоких оборотах завихрителя и минимальных оборотах тарелки, дозированное добавление воды или 0,05-0,4%-ного водного раствора спирта поливинилового (ГОСТ 10779-78), гранулирование при минимальных оборотах завихрителя и максимальных тарелки, опудривание термически обработанным материалом в момент приобретения гранулами требуемых размеров, окатывание гранул, выгрузка продукта.
При работе с минерализаторами добавка их осуществляется в процессе загрузки термически обработанного алюмосиликатного сырья в гранулятор. В качестве минерализатора вводят, например, добавку следующего химического состава: TiO2 в форме рутила - 31; FeO - 27; SiO2 - 13; MnO - 3,8; Cr2O3 - 1,7; MgO - 1,1 и др.
Дисперсность материала - не более 10 мкм (95%).
Количество вводимого материала - 2-5 мас.%.
Введение TiO2 в количестве 1-2% от массы шихты снижает температуру обжига пропанов, а окислы FeO и CrO3 служат повышению химической стойкости изделия, что важно для его эксплуатационных свойств.
Выбор воды или спирта поливинилового, а также концентрация последнего обуславливаются конкретным зерновым составом шихты.
6. Гранулы просушивают до относительной влажности 2-3% и производят предварительный рассев полученных гранул, возвращая некондиционные фракции более 2,0 мм и менее 0,4 мм назад на помол.
7. Производят окончательный обжиг гранул при температуре 1350-1450oC со вращающейся газовой печи. При использовании минерализаторов температуру обжига снижают.
8. Гранулы охлаждают и рассеивают на товарные фракции.
Эксплуатационные свойства пропантов (фракция 20/40), полученных предлагаемым способом, в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.
Полученные пропанты соответствуют всем требованиями ГОСТ Р 51761-2001 на "Пропанты алюмосиликатные" и API PR60 "Методические рекомендации по испытанию высокопрочных расклинивающих наполнителей для гидравлического разрыва пластов".
Claims (4)
1. Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов, включающий термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья, в качестве которого используют каолин, помол обработанного сырья, отсев фракций, имеющих размеры, отличные от заданных, с последующим их возвратом на стадию помола, гранулирование термически обработанного алюмосиликатного сырья при постоянном перемешивании массы и ее увлажнении, сушку и предварительный рассев полученных гранул с возвратом на помол гранул, отличающихся от заданного размера, окончательный обжиг гранул и рассев обожженных гранул, отличающийся тем, что перед гранулированием термически обработанного алюмосиликатного сырья в него вводят минерализатор в количестве от 2 до 5% и дисперсностью 10 мкм следующего химического состава:
ТiO2 в форме рутила - 31
FeO - 27
SiO2 - 13
MnO - 3,8
Сr2O3 - 1,7
МgО - 1,1
а термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145oC, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы.
ТiO2 в форме рутила - 31
FeO - 27
SiO2 - 13
MnO - 3,8
Сr2O3 - 1,7
МgО - 1,1
а термическую обработку исходного алюмосиликатного сырья проводят при температуре от 1025 до 1145oC, обеспечивающей эндотермический эффект, связанный с полным разложением каолинита, началом образования кристаллов муллита и выделением и модификационными превращениями стеклофазы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе помола обработанного сырья в него вводят обожженный молотый материал в количестве 10-30% от массы обработанного сырья.
3. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в процессе помола сырье измельчают до насыпной плотности, равной 0,45-0,85 г/см3, и с массовой долей частиц менее 2 мкм 20%, менее 5 мкм 45%, менее 10 мкм 60%, менее 50 мкм 85%.
4. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для увлажнения измельченного сырья при гранулировании используют водный раствор спирта поливинилового.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002115795/03A RU2203248C1 (ru) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002115795/03A RU2203248C1 (ru) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2203248C1 true RU2203248C1 (ru) | 2003-04-27 |
Family
ID=20255794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002115795/03A RU2203248C1 (ru) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203248C1 (ru) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2244695C1 (ru) * | 2004-01-08 | 2005-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Кмк" | Способ получения легковесных высокопрочных керамических гранул |
| RU2267010C1 (ru) * | 2004-09-02 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Проппант и способ его получения |
| RU2290382C1 (ru) * | 2005-07-25 | 2006-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Кмк" | Способ получения огнеупорных высокопрочных сферических гранул (пропантов) |
| US7387752B2 (en) | 2004-07-09 | 2008-06-17 | Carbo Ceramics Inc. | Method for producing solid ceramic particles using a spray drying process |
| WO2008094069A3 (en) * | 2006-12-27 | 2008-10-02 | Schlumberger Ca Ltd | Proppant, proppant production method and use of proppant |
| RU2344155C2 (ru) * | 2006-12-27 | 2009-01-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Проппант на основе алюмосиликатов, способ его получения и способ его применения |
| US7615172B2 (en) | 2005-03-01 | 2009-11-10 | Carbo Ceramics, Inc. | Methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material |
| US7678723B2 (en) | 2004-09-14 | 2010-03-16 | Carbo Ceramics, Inc. | Sintered spherical pellets |
| RU2389710C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения |
| US7721804B2 (en) | 2007-07-06 | 2010-05-25 | Carbo Ceramics Inc. | Proppants for gel clean-up |
| RU2392251C1 (ru) * | 2009-04-29 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и его состав |
| US7828998B2 (en) | 2006-07-11 | 2010-11-09 | Carbo Ceramics, Inc. | Material having a controlled microstructure, core-shell macrostructure, and method for its fabrication |
| US8063000B2 (en) | 2006-08-30 | 2011-11-22 | Carbo Ceramics Inc. | Low bulk density proppant and methods for producing the same |
| RU2485161C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ утилизации некондиционных керамических проппантов с полимерным покрытием (варианты) |
| RU2516421C2 (ru) * | 2010-02-10 | 2014-05-20 | Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Совокупность керамических частиц и способ ее изготовления (варианты) |
| CN112580941A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-30 | 安徽普仁中药饮片有限公司 | 一种中药饮片的物料管理方法 |
| RU2814680C1 (ru) * | 2023-06-19 | 2024-03-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергосервис" | Способ производства проппанта для проведения гидроразрыва пласта |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4658899A (en) * | 1982-02-09 | 1987-04-21 | Standard Oil Proppants Company, L.P. | Use of uncalcined/partially calcined ingredients in the manufacture of sintered pellets useful for gas and oil well proppants |
| US4921820A (en) * | 1989-01-17 | 1990-05-01 | Norton-Alcoa Proppants | Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same |
| US4977116A (en) * | 1989-01-17 | 1990-12-11 | Norton-Alcoa | Method for making lightweight proppant for oil and gas wells |
| RU2133716C1 (ru) * | 1997-11-10 | 1999-07-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Способ производства высокопрочных сферических керамических гранул |
| RU2140874C1 (ru) * | 1998-10-02 | 1999-11-10 | ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" | Способ переработки алюмокремниевого сырья |
| RU2140875C1 (ru) * | 1998-10-02 | 1999-11-10 | ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" | Алюмокремниевая шихта для производства гранул |
| RU2166079C1 (ru) * | 1999-12-23 | 2001-04-27 | Закрытое акционерное общество "Уралсервис" | Проппант |
| RU2180397C1 (ru) * | 2000-11-17 | 2002-03-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Проппант |
-
2002
- 2002-06-14 RU RU2002115795/03A patent/RU2203248C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4658899A (en) * | 1982-02-09 | 1987-04-21 | Standard Oil Proppants Company, L.P. | Use of uncalcined/partially calcined ingredients in the manufacture of sintered pellets useful for gas and oil well proppants |
| US4921820A (en) * | 1989-01-17 | 1990-05-01 | Norton-Alcoa Proppants | Lightweight proppant for oil and gas wells and methods for making and using same |
| US4977116A (en) * | 1989-01-17 | 1990-12-11 | Norton-Alcoa | Method for making lightweight proppant for oil and gas wells |
| RU2133716C1 (ru) * | 1997-11-10 | 1999-07-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Способ производства высокопрочных сферических керамических гранул |
| RU2140874C1 (ru) * | 1998-10-02 | 1999-11-10 | ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" | Способ переработки алюмокремниевого сырья |
| RU2140875C1 (ru) * | 1998-10-02 | 1999-11-10 | ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" | Алюмокремниевая шихта для производства гранул |
| RU2166079C1 (ru) * | 1999-12-23 | 2001-04-27 | Закрытое акционерное общество "Уралсервис" | Проппант |
| RU2180397C1 (ru) * | 2000-11-17 | 2002-03-10 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Проппант |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАВРИШ Д.И. Огнеупорное производство. - М.: Металлургия, 1965, т.1, с.206-214, 389-402. * |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2244695C1 (ru) * | 2004-01-08 | 2005-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Кмк" | Способ получения легковесных высокопрочных керамических гранул |
| US7387752B2 (en) | 2004-07-09 | 2008-06-17 | Carbo Ceramics Inc. | Method for producing solid ceramic particles using a spray drying process |
| RU2267010C1 (ru) * | 2004-09-02 | 2005-12-27 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Проппант и способ его получения |
| US7825053B2 (en) | 2004-09-14 | 2010-11-02 | Carbo Ceramics Inc. | Sintered spherical pellets |
| US7678723B2 (en) | 2004-09-14 | 2010-03-16 | Carbo Ceramics, Inc. | Sintered spherical pellets |
| US8216675B2 (en) | 2005-03-01 | 2012-07-10 | Carbo Ceramics Inc. | Methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material |
| US7615172B2 (en) | 2005-03-01 | 2009-11-10 | Carbo Ceramics, Inc. | Methods for producing sintered particles from a slurry of an alumina-containing raw material |
| RU2290382C1 (ru) * | 2005-07-25 | 2006-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Кмк" | Способ получения огнеупорных высокопрочных сферических гранул (пропантов) |
| US7828998B2 (en) | 2006-07-11 | 2010-11-09 | Carbo Ceramics, Inc. | Material having a controlled microstructure, core-shell macrostructure, and method for its fabrication |
| US8063000B2 (en) | 2006-08-30 | 2011-11-22 | Carbo Ceramics Inc. | Low bulk density proppant and methods for producing the same |
| RU2344155C2 (ru) * | 2006-12-27 | 2009-01-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Проппант на основе алюмосиликатов, способ его получения и способ его применения |
| RU2346971C2 (ru) * | 2006-12-27 | 2009-02-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Проппант, способ его получения и способ его применения |
| WO2008094069A3 (en) * | 2006-12-27 | 2008-10-02 | Schlumberger Ca Ltd | Proppant, proppant production method and use of proppant |
| US8685902B2 (en) | 2006-12-27 | 2014-04-01 | Schlumberger Technology Corporation | Proppant, proppant production method and use of proppant |
| US7721804B2 (en) | 2007-07-06 | 2010-05-25 | Carbo Ceramics Inc. | Proppants for gel clean-up |
| RU2389710C1 (ru) * | 2009-04-06 | 2010-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения |
| RU2392251C1 (ru) * | 2009-04-29 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ получения алюмосиликатного пропанта и его состав |
| RU2516421C2 (ru) * | 2010-02-10 | 2014-05-20 | Сэнт-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Совокупность керамических частиц и способ ее изготовления (варианты) |
| RU2485161C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" | Способ утилизации некондиционных керамических проппантов с полимерным покрытием (варианты) |
| CN112580941A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-30 | 安徽普仁中药饮片有限公司 | 一种中药饮片的物料管理方法 |
| CN112580941B (zh) * | 2020-12-03 | 2023-12-29 | 安徽普仁中药饮片有限公司 | 一种中药饮片的物料管理方法 |
| RU2814680C1 (ru) * | 2023-06-19 | 2024-03-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергосервис" | Способ производства проппанта для проведения гидроразрыва пласта |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2203248C1 (ru) | Способ получения легковесных высокопрочных керамических пропантов | |
| RU2191169C1 (ru) | Шихта и способ получения гранулированного шамота, используемого в качестве расклинивающего агента | |
| US4407967A (en) | Method for producing spheroidal ceramics | |
| US4713203A (en) | Bauxite proppant | |
| US20080058228A1 (en) | Low bulk density proppant and methods for producing the same | |
| RU2133716C1 (ru) | Способ производства высокопрочных сферических керамических гранул | |
| US10442738B2 (en) | Ceramic proppant and method for producing same | |
| RU2742891C2 (ru) | Способ изготовления магнийсиликатного проппанта средней плотности и проппант | |
| US5418195A (en) | Porous ceramic granules | |
| RU2459852C1 (ru) | Способ изготовления керамического проппанта и проппант | |
| CN106365651B (zh) | 球形骨料增强耐火材料的制备方法 | |
| NO971516L (no) | Fremgangsmåte for fremstilling av syntetisk leire for keramer | |
| RU2267010C1 (ru) | Проппант и способ его получения | |
| CN102753501A (zh) | 陶瓷颗粒以及其制造方法 | |
| RU2215712C1 (ru) | Шихта для получения легковесных высокопрочных керамических пропантов | |
| US20170226410A1 (en) | Proppant Material Incorporating Fly Ash and Method of Manufacture | |
| RU2389710C1 (ru) | Способ получения алюмосиликатного пропанта и состав для его получения | |
| US20170275209A1 (en) | Addition of mineral-containing slurry for proppant formation | |
| US5792251A (en) | Method of producing metakaolin | |
| RU2392251C1 (ru) | Способ получения алюмосиликатного пропанта и его состав | |
| RU2005702C1 (ru) | Способ изготовления керамических изделий | |
| US2672671A (en) | Alumina-mullite pebbles | |
| CN104891959A (zh) | 一种以赤泥和瓷砖废料为原料并经包埋烧结生产陶粒的方法 | |
| US3844808A (en) | Synthetic aggregates made from impure bauxite | |
| CN116716097B (zh) | 一种以镁铝质材料为原料的压裂支撑剂及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060615 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20071210 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080615 |