Производство бокситового керамического песка (керамического песка для проппантов для гидроразрыва пласта) – это кропотливый многоэтапный процесс, включающий дробление, измельчение, грануляцию и высокотемпературное спекание. Ключевым процессом является высокотемпературный обжиг, который превращает боксит в высокопрочные, коррозионно-стойкие керамические частицы. Ниже приводится подробная технологическая схема производства и основные технические характеристики:
1. Подготовка сырья
Обогащение бокситов
Используется высокоглиноземистый боксит (первого или специального сорта) с содержанием Al₂O₃ ≥75%. Содержание примесей, таких как Fe₂O₃, строго контролируется (обычно <1,5%).
Сырье имеет размер 300-500 мм и подвергается грубому дроблению в щековой дробилке, затем тонкому дроблению в ударной дробилке до частиц размером ≤20 мм.
Сушка и дегидратация
Сушка производится в печи кипящего слоя (температура горячего воздуха 800-900°С) до влажности <1,5% для предотвращения прилипания к стенке во время шлифования.
II. Измельчение и ингредиенты:
замкнутая система измельчения
Высушенный боксит смешивают с добавками (марганцевым порошком, оксидом магния и т. д.) в соответствующих пропорциях, а затем пропускают через шаровую мельницу и классификатор до размера 500 меш или более (размер частиц ≤30 мкм).
Функция: Улучшает реакционную способность сырья и обеспечивает равномерное спекание.
Корректировка формулы
Типичная формула: 85-90% боксита + 5-8% марганцевого порошка + 2-3% связующего вещества (например, карбоксиметилцеллюлозы).
Функция добавки: снижает температуру спекания (с 1500°С до 1150-1250°С) и повышает прочность гранул.
III.
Метод грануляции с использованием диска
Порошок смешивают с водой (8–10%) и прокатывают на наклонном вращающемся диске до образования гранул. Размер частиц регулируется скоростью распыления воды и скоростью вращения диска (целевой размер 0,5–1,2 мм).
Преимущества: Отличная округлость гранул, подходит для мелко- и среднесерийного производства.
Гранулирование распылением (предпочтительно для промышленного применения)
Порошок смешивается с водой и диспергатором до образования суспензии. Распыляясь через форсунку высокого давления, смесь мгновенно гранулируется в сушильной башне (для более равномерного распределения размера частиц).
Параметры: Температура горячего воздуха на входе 400-500°С, температура на выходе 100-120°С.
IV. Высокотемпературная прокалка (основной процесс)
Спекание во вращающейся печи
Температурный профиль:
Предварительный нагрев (200–600 °C): удаляет остаточную влагу и органические вещества.
Среднетемпературный (600-1000°C): Дегидроксилирование бокситов (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Высокотемпературная стадия (1150-1500 °C): образование фазы корунда (α-Al₂O₃) и муллита (3Al₂O₃·2SiO₂), придающих высокую прочность.
Атмосфера печи: Слабоокислительная (коэффициент избытка воздуха 1,05-1,10).
Энергосберегающие технологии
Отходящие газы печи используются для предварительного нагрева сырых гранул (повышая тепловой КПД более чем на 20%).
Использование природного газа/угольного метана вместо угольной пыли сокращает выбросы SO₂.
V. Охлаждение и классификация.
Процесс быстрого охлаждения
Керамзит, выходящий из печи, быстро охлаждается до температуры ниже 80 °C во вращающемся охладителе (или закаливается на воздухе) для предотвращения чрезмерного роста зерен и хрупкости.
Скрининг и классификация
Многослойные вибрационные грохоты классифицируются в соответствии со стандартами нефтяной промышленности:
20/40 сетка (0,45-0,9 мм)
30/50 сетка (0,3-0,6 мм)
Отбракованная продукция (<5%) возвращается в процесс измельчения.
VI. Тестирование производительности и упаковка.
Тестирование ключевых характеристик
Прочность на сжатие: ≥86 МПа (степень раздавливания <5% при давлении закрытия 52 МПа).
Растворимость в кислоте: <5% (смесь 4% HCl + 3% HF, погружение при 90°C на 30 минут).
Насыпная плотность: 1,65-1,85 г/см³ (соответствует стандартам API/ISO).
Пыленепроницаемая упаковка
Упакован в тонновые мешки (500-1000 кг) или мелкие мешки (25 кг), на маркировке указаны такие параметры, как размер частиц, плотность и растворимость в кислоте.
Трудности процесса и решения
Проблема Причина Решение
Кольца слипания частиц
Чрезмерная температура прокалки или локальный перегрев
Оптимизировать скорость печи (0,5–1,5 об/мин)
Прочность ниже стандарта
Недостаточное содержание Al₂O₃ или неадекватное спекание
Увеличить температуру прокалки до значения выше 1400 °C
Загрязнение пылью
Выбросы в процессе измельчения/просеивания
Установить импульсный рукавный фильтр (эффективность >99 %)
Области применения
Гидроразрыв пласта: составляет более 80 % мирового использования, способствует распространению трещин и увеличивает проницаемость нефти и газа.
Точное литье: заменяет цирконовый песок в качестве формовочного песка, обладает высокой термостойкостью до 1600°C.
Экологически чистый фильтрующий материал: используется в качестве носителя биопленки при очистке сточных вод.
Этот процесс позволяет точно контролировать состав боксита, температуру спекания и скорость охлаждения, что обеспечивает высокую прочность, низкую плотность и коррозионную стойкость продукта, что делает его незаменимым ключевым материалом в нефтедобывающей промышленности.