[发明专利]复合结构陶瓷支撑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合结构陶瓷支撑剂及其制备方法，属于一种利用工业废料制备陶瓷复合材料的技术领域。本发明的复合结构陶瓷支撑剂包含的组分及质量百分比含量为：钢渣：50～80％，粉煤灰：3～20％，蓝晶石微粉：2～30％，硅微粉：3～10％，粘土：2.5～20％，羧甲基纤维素：0.2～2％。本发明的制备方法包括的工艺步骤为：制备粉剂、配料、成球、干燥、烧成、自磨抛光及表面处理，以炼钢钢渣作为主要原料，有效地利用了工业固体废弃物，同时制成的产品具备微晶‑纤维复合结构，具有较高的机械强度、表面光滑、耐酸性侵蚀，可广泛用于石油天然气钻井支撑剂、混凝土集料及塑料填料等技术领域。

技术领域

本发明涉及一种利用废料制备陶瓷复合材料的技术领域，具体地涉及一种复合结构陶瓷支撑剂及其制备方法。

背景技术

中国目前积存钢渣约4亿吨以上，且每年以数百万吨的排渣量迅速递增。大量钢渣的弃置堆积占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费，影响钢铁工业以及整个国民经济的可持续发展。因此有必要对钢渣进行减量化、资源化和高价值综合利用研究。人们已经开发了多种有关钢渣综合利用的途径，主要包括冶金、建筑材料、农业利用、工程应用等几个领域。现在国内外主要采用的工艺方法有弃渣法、水碎法、闷渣法、热泼法、盘泼水冷法等。我国处理钢渣的工艺与国外没有太大的区别，主要是引进一些设备，然而由于技术原因的限制，目前被利用的钢渣有限，造渣料消耗和炉渣排放量未明显减少,我国的钢渣利用率仅为10％。

压裂支撑剂(压裂砂，Proppant)是一种具有很高的压裂强度和一定的流动性的矿物或陶瓷质颗粒的产品，主要用于石油、天然气(包括页岩气)低渗透油气井开采。它是页岩气以及其它密闭油气资源开采必需的关键材料，也是国内外市场急需的高附加值产品。用于油气开采的压裂支撑剂，按产品来源可分为石英砂和陶瓷支撑剂两类。通常按强度和密度可分为石英砂、低密度陶瓷支撑剂、中密度陶瓷支撑剂和高密度陶瓷支撑剂。因石英砂球度低、破裂强度低，只能用于地表浅井。而油气钻井市场对压裂支撑剂的主要需求集中于人工合成的陶瓷支撑剂。目前国内外生产陶瓷压裂支撑剂的主要方法是以铝矾土和高岭土为原料，经原料破碎、配料混合、造粒成球后在高达1500～1600℃的高温下烧结而成。因烧成温度高、产品密度大、能耗大、成本高，不能满足用户要求。

中国发明专利申请(申请公开号：CN1730422A，申请公开日：2006-02-08)公开了高钛石油压裂支撑剂及其生产方法，该高钛石油压裂支撑剂的化学组分及质量百分比含量为：5～45％的高钛型高炉渣、10～30％的高炉砖、17～77％的铝矾土和4～8％的复合烧结剂，该产品具备较好的抗压能力，缺点是主要原料仍为高铝矾土。

中国发明专利申请(申请公开号：CN102718531A，申请公开日：2012-10-10)公开了一种利用金矿尾砂和蓝晶石纤维制备复合型压裂支撑剂的方法，该发明专利申请以金矿尾矿、蓝晶石纤维、氧化铝粉为原料制备陶瓷支撑剂，烧成条件为1350℃～1400℃保温2h～3h，制备得到高强高韧、低密度和低破损率的复合型压裂支撑剂。但金矿尾矿与钢渣的组成成分、物相及结构等方面差异巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种复合结构陶瓷支撑剂及其制备方法。本发明以炼钢钢渣作为主要原料，通过合理配料和烧结，在支撑剂基体中形成矿物的微晶质结构，与此同时，利用蓝晶石微粉的不可逆的自然分解反应而在支撑剂基体中原位生成分散生长的莫来石纤维，在陶瓷质基体中起到纤维增强作用，制成的产品具备微晶-纤维复合结构，具有较高的机械强度、表面光滑、耐酸性侵蚀，可广泛用于石油天然气钻井支撑剂、混凝土集料及塑料填料等技术领域。

为了实现上述目的，本发明公开了一种复合结构陶瓷支撑剂，包含的组分及质量百分比含量为：钢渣：50～80％，粉煤灰：3～20％，蓝晶石微粉：2～30％，硅微粉：3～10％，粘土：2.5～20％，羧甲基纤维素：0.2～2％。

进一步地，所述钢渣为平炉渣、转炉渣，或电炉渣中的一种或一种以上的混合物。