СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ПРОППАНТА И ПРОППАНТ Российский патент 2021 года по МПК C09K8/80 C04B35/626 B01J2/12 

Изобретение относится к производству проппанта - расклинивающих гранул, применяемых для повышения эффективности отдачи скважин при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП), который является наиболее прогрессивным способом добычи углеводородов.

Проппанты отличаются способностью выдерживать высокие пластовые давления и противостоять агрессивной среде при высоких температурах. Поскольку большинство разрабатываемых и перспективных месторождений углеводородов - это трудноизвлекаемые месторождения, наиболее востребованы керамические проппанты, так как они обеспечивают наибольшую производительность скважин в условиях большой глубины залегания продуктивных слоев. Основными физическими характеристиками проппантов, оказывающими влияние на проводимость и проницаемость трещин являются прочность (сопротивление раздавливанию), насыпной вес (плотность), сферичность и округлость гранул.

Для проведения ГРП выбор нужного размера проппанта определяется целым комплексом факторов. Чем крупнее гранулы, тем большей проницаемостью обладает упаковка проппанта в трещине. Однако использование проппанта крупной фракции сопряжено с дополнительными проблемами при его переносе вдоль трещины. Прочность проппанта снижается с увеличением размеров гранул. При гидроразрыве пласта образуются трещины различных размеров. В зависимости от структуры пластовых и продуктивных слоев разрабатываемого месторождения, особенно при горизонтальном бурении, кроме основных крупных трещин, образуются побочные трещины с меньшими размерами их ширины. Для увеличения продуктивности скважины необходимо обеспечить удержание в раскрытом состоянии максимального количества трещин гидроразрыва. Поэтому исключительно важно использовать проппанты различных фракций на различных стадиях закачивая рабочей жидкости гидроразрыва.

В зависимости от глубины и протяженности скважины применяют проппант определенного размера. Для удовлетворения спроса на проппант требуемого размера существует необходимость в создании новых производительных способов его производства.

Известны различные способы получения гранул: грануляцией тонкоизмельченного сырья, экструзией с последующим окатыванием, распылением суспензии в кипящем слое или в сушильном барабане и др. Для производства проппанта одним из распространенных способов является грануляция исходного сырья.

В патенте США №4623630, 18.11.1986, представлен способ производства сферических гранул с использованием смесителя-гранулятора Eirich. В смеситель помещают 135 кг (или 100 мас. %) исходного сырья: диаспоровой глины и бокситового порошка, средний размер частиц которых 4,8 мкм. Затем добавляют 27 кг воды (или 20 мас. %). После образования гранул менее 5% которых имели размер <0,5 мм добавляют 4,08 кг (или 3%) исходной сырьевой смеси. Формирование сферических гранул продолжают еще 2 мин. Указанный способ предназначен для изготовления проппантов с высокой кажущейся плотностью - 3,30 г/см³.

В изобретении «Способ изготовления керамических проппантов» (Патент РФ №2452759, 10.06.2012) авторы предлагают получать проппанты гранулированием измельченной сырьевой смеси: магнезиально-силикатной или алюмосиликатной в турбосмесителе с интенсивным круговым перемешиванием и увлажнением смеси раствором в количестве 50-90% от требуемого. После смесителя влажные гранулы необходимо поместить в промежуточный бункер для вылеживания в течение 0,5-6 мин. И только после этого гранулы доводят до требуемой сферичности в тарельчатом грануляторе с добавлением остального количества увлажняющего раствора за счет воздействия погружных турбин, количество которых должно быть не менее двух. Недостаток указанного способа заключается в том, что процесс грануляции длительный, разделен на несколько этапов: сначала гранулирование в турболопастном смесителе, затем полученную массу, содержащую от 20 до 70% зародышей и гранул, остальное - влажная мелкодисперсная шихта, направляют в промежуточный бункер для вылеживания и только потом завершение грануляции в тарельчатом грануляторе. Это значительно усложняет производство проппанта и снижает производительность оборудования. Кроме того, задействовано дополнительное оборудование, которое требует технического обслуживания для соблюдения технологических параметров производства гранул.

Известен способ переработки алюмокремниевого сырья (Патент РФ №2129987, 10.05.1999), включающий загрузку алюмокремниевого сырья в смеситель-гранулятор, его увлажнение, перемешивание и грануляцию в смесителе-грануляторе с вращающимися тарельчатой чашей и роторной мешалкой, причем при увлажнении алюмокремниевого сырья скорость вращения роторной мешалки увеличивают прямо пропорционально количеству введенного увлажнителя от 5 до 50 м/с, а после образования гранул в смеситель-гранулятор дополнительно вводят измельченное алюмокремниевое сырье в количестве 10-50 мас. % от массы шихты при скорости вращения роторной мешалки 5-25 м/с. В качестве увлажнителя используют водный раствор органического связующего из группы: карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, лигносульфонаты технические, который вводят в количестве 10-30 мас. % от массы исходного алюмокремниевого сырья.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения проппанта, который включает предварительную термообработку исходного сырья, его помол, гранулирование при добавлении связующего в смесителе-грануляторе с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой, скорость вращения которой увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-700 об/мин до 2000-3000 об/мин, добавление в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 300-700 об/мин, сушку при 100-550°С и рассев высушенных гранул, обжиг высушенных гранул при температуре 900-1600°С и рассев обожженных гранул на товарные фракции, причем скорость вращения чаши смесителя-гранулятора увеличивают по мере увеличения подачи связующего от 300-500 об/мин до 1000-1200 об/мин, а при добавлении в смеситель-гранулятор термообработанного молотого сырья в количестве 5,0-30,0 масс. % от массы исходного термообработанного сырья, скорость вращения чаши гранулятора снижают до 300-500 об/мин (Патент РФ №2644369, 09.02.2018).

В качестве термообработанного исходного сырья в указанном изобретении используют шихту из алюмосиликатного сырья: боксита, каолина, кианита, андалузита и т.д., или как в примерах с 8 по 17 в шихту дополнительно вводят спекающие добавки, или из магнезиально-силикатного сырья: магнийсодержащего компонента, кварцевого песка и каолина Боровичско-Любытинской группы месторождений (примеры 18-19). Основная часть применяемого сырья проходит предварительную высокотемпературную обработку при 800-1450°С в результате которой дегидратируется, превращаясь в камневидный материал. Такой материал необходимо в течение длительного времени молоть до требуемой тонины помола, сложнее гранулировать.

Основным недостатком указанных изобретений является недостаточный выход требуемых товарных фракций (готовых обожженных гранул определенных размеров) проппанта, который составляет в среднем 55-78 мас. % от массы обожженных гранул.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение выхода товарных фракций, увеличение прочности сухих гранул, повышение производительности грануляторов.

В соответствии с заявляемым способом полученные гранулы имеют плотную структуру, с равномерно окатанной поверхностью и высокими значениями округлости и сферичности.

Указанный результат достигается тем, что способ получения керамического проппанта, включает помол исходного сырья, загрузку в смеситель-гранулятор, гранулирование при добавлении связующего, подачу дополнительного количества молотого сырья для завершения процесса окатывания, сушку гранул, обжиг и рассев на товарные фракции, причем подачу связующего в количестве 10-25 мас. % от массы исходного сырья осуществляют дробно - 2 порциями: первая порция связующего 7-20 мас. % от количества исходного молотого сырья в течение 10-20 сек, гранулируют, вторая порция 3-5 мас. % в течение 5-10 сек; или 3 порциями: первая порция связующего 4-10 мас. % от количества исходного молотого сырья в течение 10-20 сек, гранулируют, вторая порция 4-10 мас. % в течение 10-20 сек, гранулируют, третья порция - 2-5 мас. % в течение 5-10 сек, а после образования гранул подают измельченное сырье в количестве 2-20 мас. % от массы исходного сырья. В способе при добавлении связующего в смеситель-гранулятор с вращающимися в разных направлениях роторной мешалкой и чашей, при скорости вращения чаши 18-30 об/мин, скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 315-630 об/мин до 630-1050 об/мин, при добавлении молотого сырья скорость вращения роторной мешалки составляет 420-1050 об/мин, а для завершения процесса окатывания скорость вращения роторной мешалки снижают 210-735 об/мин. В качестве связующего применяют воду или 0,5-5,0% водный раствор связующего, в том числе карбоксиметилцеллюлозы, или метилцеллюлозы, или лигносульфатов технических, или крахмала, или жидкого стекла.

Помол предварительно термообработанного исходного сырья проводят до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм 90-95 мас. %, менее 45,0 мкм 88-93 мас. % и менее 3,7 мкм 28-40 мас. %.

В качестве исходного сырья используют предварительно термообработанную магне-зиально-силикатную шихту, содержащую мас. %: серпентинит, или серпентинитомагнезит, или оливинит, или дунит, или форстеритовый концентрат - 60-70; высококремнеземистый песок - 15-23 и каолиновую глину или каолин - 12-20; или алюмосиликатную шихту, содержащую мас. %: глину огнеупорную бокситовую - 95-99,9 и спекающую добавку: известь, или мел, или доломит - 0,1-5,0, причем предварительную термообработку исходного сырья - серпентинита, серпентинитомагнезита, дунита осуществляют при 800-1300°С; оливинита, высококремнеземистого песка, каолиновой глины, каолина, доломита, или 5,0-20,0 мас. % глины огнеупорной бокситовой при 150-600°С, а 79,0-94,0 мас. % бокситовой глины - при 1200-1300°С.

Известно, что применяемые для изготовления гранул-сырца смесители-грануляторы интенсивного действия EIRICH позволяют получать преимущественно полифракционный состав гранул, в котором содержание требуемых фракций недостаточно, а учитывая большой спрос на фракции определенных размеров, совершенствование процесса грануляции становится актуальным в современных условиях. В полученном грануляте (сырые гранулы) содержание требуемых фракций недостаточно, не превышает 60-65%. Поэтому существует необходимость на этапе грануляции получать более монофракционный состав, т.е. состав с преобладанием фракций определенного размера в общей массе гранул.

Предлагаемый способ позволяет получать более монофракционный состав гранулята, увеличить прочность сухих гранул и увеличить процент выхода требуемых товарных фракций, обладающих высокой прочностью, сферичностью и округлостью, что отличает его от известных способов, в частности, способа по патенту РФ №2644369. Например, при использовании алюмосиликатной шихты, как в примере 17 указанного патента, доля разрушенных сухих гранул составляла 45,5% при 3 МПа, а выход товарных фракций - 61,0 мас. % от количества обожженных гранул. В примере 18 проппант получали из магнийсиликатной шихты - доля разрушенных гранул - 42,7 мас. %, а выход товарных фракций - 68,0 мас. %. В примере 19 - доля разрушенных гранул - 43,1%, а выход товарных фракций составлял 67,0%.

При применении 2-х порционной подачи связующего в грануляте преобладают гранулы размерами 0,3-1,4 мм, при 3-х порционной - 0,71-2,36 мм. Соответственно, после обжига в первом случае преобладают фракции, (меш, мм): (40/70, 0,425-0,212); (30/50, 0,6-0,3); (20/40, 0,85-0,425); (16/30, 1,18-0,6); во втором - фракции, (меш, мм): (16/30, 1,18-0,6); (16/20, 1,18-0,85); (12/20, 1,7-0,85); (12/18, 1,7-1,0); (10/40, 2,0-1,4). При введении связующего тремя порциями имеет место тенденция к укрупнению зернового состава гранул, что позволяет получить более крупные товарные фракции (2,0-1,4 мм; 1,7-1,0 мм).

При использовании смесителей-грануляторов интенсивного действия уплотнение частиц методом окатывания достигается, в основном, при ударе о неподвижный слой материала или о стенку гранулятора. В этот момент большая часть кинетической энергии, которую приобрел комок при скатывании вниз, расходуется на перемещение зерен и уплотнение гранулы. Комочки в результате многократных пересыпаний и ударов уплотняются, отдельные частички, перемещаясь, укладываются более плотно. При этом избыточная влага выдавливается на поверхность комочка, в результате чего становится возможным дальнейшее присоединение к такому комку сухих частичек. По мере приближения частичек друг к другу толщина пленок связанной воды становится все меньше, прочность сцепления увеличивается. Структура гранулы уплотняется постепенно под действием большого числа ударов различного направления, в результате чего взаимное перемещение частичек происходит только на тех участках, где в данный момент сила сцепления имеет минимальное значение.

Однократное введение требуемого количества жидкости (связующего) приводит к чрезмерному увеличению влажности шихты и образованию крупных агломератов. Для получения гранул требуемого размера шихту, как выяснилось, надо увлажнять постепенно с учетом кинетики влагопоглощения. Как правило, время насыщения гранул влагой значительно превышает время, необходимое для окатывания гранул при выбранных динамических нагрузках. Для поддержания на поверхности гранул оптимальной влажности следует увлажнять шихту весь период грануляции в соответствии с предлагаемым способом.

Опытным путем установлено, что дробная порционная подача связующего 2-3 порциями для увлажнения исходного сырья в смесителе-грануляторе позволяет получать плотную, равномерно окатанную гранулу. Содержащиеся в объеме гранулы - сырца частицы имеют максимальную площадь контакта, что является важным условием для получения прочных транспортабельных гранул, которые после сушки имеют повышенную прочность и сопротивление к истиранию при транспортировке по технологическому потоку. Сушку гранул осуществляют по известному режиму при температуре 300-800°С. После сушки гранулы направляют на рассев. За счет полученной прочности сухих гранул наблюдается значительное снижение количества отходов при рассеве сухих гранул - в 2,0-2,5 раза в сравнении с однократной подачей связующего. Также вследствие полученной прочности сухих гранул выход кондиционных товарных фракций увеличивается.

Достигается полученный эффект за счет более продолжительной интенсивной обработки гранулируемой массы, т.к. увлажнение молотого сырья связующим осуществляют дробно несколькими порциями при вращении в разных направлениях чаши (со скоростью вращения 18-30 об/мин) и роторной мешалки.

Увеличивая скорость вращения роторной мешалки по мере подачи связующего: при подаче 1 порции от 30-60% (315-630 об/мин) от максимально возможной скорости вращения роторной мешалки (1050 об/мин или 100%) до 60-100% (630-1050 об/мин) при подаче последующих порций связующего, удается контролировать рост и размеры гранул, т.к. рост гранул и уплотнение происходит за счет передаваемой им увеличивающейся скорости вращения роторной мешалки в указанных диапазонах, что позволяет снизить количество некондиционных гранул и увеличить выход целевой фракции гранулята.

Сочетание дробной подачи связующего и добавление в смеситель-гранулятор исходного термообработанного молотого сырья на опудривание в количестве 2-20 мас. % при сниженной скорости вращения чаши гранулятора до 18 об/мин и скорости вращения роторной мешалки 420-1050 об/мин (или 40-100% от максимальной скорости вращения роторной мешалки), завершение процесса окатывания при малой скорости ротора 210-735 об/мин (или 20-70% от максимальной скорости вращения), позволяет получить плотно окатанные гранулы, которые после сушки имеют высокую прочность (доля разрушенных сухих гранул при 3МПа - 25-37%).

Подача связующего 2-3 порциями является оптимальной. Эксперименты с увеличением количества порций, например четырех и более показали, что уменьшается выход товарных фракций до 65% за счет накатывания крупных гранул - более 2,0 мм, значительно повышается время процесса грануляции и снижается производительность оборудования (с увеличением количества порций требуется время для введения каждой порции связующего и на смешивание после каждой порции, что приводит к общему увеличению времени гранулирования и соответственно уменьшению количества гранулята). Приведены также оптимальные значения самих порций, а выход за указанные диапазоны снижает качество получаемого проппанта

Для получения проппанта применяли эффективные связующие - карбоксиметилцел-люлозу, метилцеллюлозу, крахмал, лигносульфаты технические, жидкое стекло, которые образуют вязкие растворы. Все указанные связующие характеризуются высокими адгезионными свойствами, они создают условия для возникновения прочных связей между частицами исходного магнийсиликатного или алюмосиликатного сырья. Техническая эффективность перечисленных связующих сопоставима между собой.

При использовании в составе магнезиально-силикатной шихты пластичного каолина грануляцию проводят на воде. Применяют воду и при грануляции алюмосиликатной шихты.

Для грануляции готовят магнезиально-силикатную шихту, содержащую мас. %: серпентинит, или серпентинитомагнезит, или оливинит, или дунит, или форстеритовый концентрат в количестве 60,0-70,0; высококремнеземистый песок - 15,0-23,0 и каолиновую глину или каолин - 12,0-20,0. В ходе экспериментов с количественным соотношением указанных сырьевых компонентов были определены оптимальные диапазоны, позволяющие создать прочную магнезиально-силикатную керамическую структуру гранулы. Причем лучше использовать высококремнеземистый песок фракции 1-0 мм с содержанием (мас. %): SiO₂ более 98,0, Al₂O₃ - 0,16-0,65; Fe₂O₃ - 0,13-0,4; TiO₂ - 0,04-0,2; MgO - 0,01-0,5; СаО - 0,05-0,1; Na₂O - 0,07-0,15; K₂O - 0,05-0,2. При снижении доли Si0₂ до значений менее 98% за счет увеличения доли оксидов калия, натрия, кальция, алюминия, железа и титана в системе MgO-SiO₂ происходит выделение большого количества легкоплавких фаз. Это приводит к уменьшению выпуска магнезиально-силикатных проппантов при использовании такого песка из-за появления сваров и гарнисажа, повышенного пыления, и снижению прочности получаемого проппанта из-за появления на его поверхности «гарнисажной корки», что подтверждено испытаниями. В то же время, при содержании SiO₂ более 98%, количество примесей минимальное, а введенная в состав шихты глинистая составляющая обеспечивает жидкофазное спекание проппанта с организацией упорядоченной структуры с хорошей прочностью. Высококремнеземистый песок предварительно термообрабатывают при 150-600°С.

В отличие от способа получения проппанта как в патенте RU 2696691, где высококремнеземистый песок добавляют в шихту в количестве 30-50 мас. %, в заявляемом способе высококремнеземистый песок достаточно ввести в количестве 15-23 мас. % для получения прочной керамической структуры с изолированными порами. Пробы (гранулы, полученные в соответствии с примером №2 указанного патента - фото 1 и гранулы по примеру №1 заявляемого способа - фото 2) изучались в шлифе с помощью оптического микроскопа «Nikon». На фотографиях 1 и 2 продемонстрированы фрагменты структур проппанта при увеличении в 500 крат. Гранулы состава №1 характеризуются плотным мелкопористым строением с равномерным распределением порового пространства. Поры замкнутые, изолированные, преимущественно округлой формы, обладают средним размером 20-40 мкм. Максимальный размер пор - 50-70 мкм, минимальный - 3-10 мкм.

Сырьем, определяющим содержание оксида магния в магнезиально-силикатной шихте, является серпентинит, или серпентинито-магнезит, или дунит, или оливинит, или форстеритовый концентрат с характерным содержанием MgO - 40,0-51,5 мас. %, SiO₂ -39,0-43,0 мас. %. Серпентинит, серпентинито-магнезит, дунит термообрабатывают при 800-1300°С для получения фаз: форстерита и энстатита. Оливинит и форстеритовый концентрат используют необожженными их достаточно высушить при 150-600°С. Применяемый для изготовления проппанта форстеритовый концентрат получают из отходов обогатительного производства на АО «Ковдорский ГОК». В фазовом составе концентрата основной фазой является железосодержащий форстерит (Fe,Mg)₂SiO₄ до 75,5-98,6 мас. %, при соотношении MgO/SiO₂ приблизительно 1,3-1,0. Химический состав концентрата (мас. %): MgO 40,5-51,0; SiO₂ 38,0-40,0; Al₂O₃ 0,5-1,3; Fe₂O₃ 5,5-14,0; TiO₂ 0,5-1,1; CaO 1,1-3,0; Na₂O 0,2-0,4; K₂O 0,02-0,04.

В качестве глинистой составляющей для магнезиально - силикатной шихты применяют каолиновую полукислую глину или каолин, или каолиновую глину и каолин в соотношении 1:1. Заявленная глинистая составляющая обладает одновременно хорошей связующей способностью и достаточным количеством оксида кремния - 55-70 мас. %. Содержание Al₂O₃ в данной глинистой составляющей приблизительно - 22-38 мас. %. При значениях оксида кремния более 70 мас. %, ухудшаются пластические и связующие свойства глины, что отрицательно влияет на показатели грануляции и сушки гранул-сырца.

Указанным требованиям удовлетворяет полукислая каолиновая глина или пластичный каолин с определенной структурой и минералогическим составом. Основным глинообразующим минералом для огнеупорных глин и каолинов является каолинит. Петрографические исследования глины показали, что микроструктура составлена хлопьеобразными частицами каолинита с присутствием Ti-Fe-примесей. Каолинитовая составляющая в основном представлена тонкодисперсными частицами микронных и субмикронных размеров, и это природное свойство положительно сказывается на пластичности глины и ее связующей способности. В глине количество частиц размером менее 1 мкм составляет от 30 до 66 мас. %. Фазовый (минеральный) состав огнеупорной глины, (%): каолинит - 20,0-45,0, кварц - 20,0-40,0, рутил - 0,5-1,0, анатаз - 0,4-2,0, анортит - 0,0-3,0, ортоклаз - 0,0-0,7, альбит - 1,0-2,8, мусковит - 12,0-24,0, бемит - 0,0-0,4, гиббсит - 0,2-0,65, гетит - 0,1-1,0, суммарное содержание остальных сопутствующих фаз - менее -1%. Присутствующая слюда-мусковит имеет вид плоских чешуек и обуславливает наличие щелочной примеси - калия. Мусковит, альбит являются природными плавнями, образующими с компонентами шихты легкоплавкие эвтектики, положительно влияющими на спекание материала, при этом снижается температура обжига гранул, а хорошо спекшийся материал (гранулы) приобретают механическую прочность.

Каолин Боровичско-Любытинской группы месторождений имеет фазовый состав (%): каолинит - 40,0-65,0, кварц -10,0-30,0, галлуазит - 5,0-16,0, гиббсит - 0,0-0,6, анатаз - 1,0-3,2, рутил - 0,1-1,0, мусковит - 1,0-7,0, альбит - не более 1,0, гетит - 0,2-1,0, хлорит - 0,1-4,0, суммарное содержание остальных сопутствующих фаз - менее 1,5. Петрографические исследования пластичного каолина показали, что основная масса - это хлопьевидные субмикронные чешуйки каолинита менее 1 мкм, а также обнаружена природная особенность - тонкая дисперсность кварца, сопоставимая с дисперсностью каолинита, за счет чего пластичность каолина только увеличивается. Содержание свободного кварца в каолине колеблется от 10 до 30 мас. %. Для производства проппанта используются марки каолина с содержанием свободного кварца от 10 до 20 мас %. Пластичность и связующие свойства каолина обусловлены его зерновым составом, в котором преобладает содержание частиц фракции менее 1 мкм (59,77-77,37 мас %), а содержание фракции менее 10 мкм составляет 84,56 до 97,01 мас %. Содержащийся в составе каолина галлуазит отличается от каолинита высоким содержанием воды. Этот минерал способен размокать в воде, образуя пластичную массу, что является дополнительным фактором улучшающим грануляцию непластичного сырья. Присутствующие в каолине мусковит и альбит также как и в указанной глине служат природными плавнями, улучшающими процесс спекания. Благодаря природной структурной особенности - преобладанию субмикронных частиц указанные полукислая глина и каолин имеют хорошую пластичность и связующую способность, обеспечивающую получение прочных сухих гранул.

Сушку указанных глинистых компонентов (глины и каолина) осуществляют в сушильном барабане при температуре 150-450°С для сохранения пластических и связующих свойств.

В отличие от известных решений предлагаемый способ позволяет улучшить показатели грануляции в смесителе-грануляторе интенсивного действия EIRICH непластичного сырья (серпентинитов, серпентинито-магнезитов, дунитов, бокситов), полученного в результате обжига при 800-1400°С до камневидного состояния. Во-первых, за счет дробной подачи связующего. Во-вторых, за счет применения добавки необожженного сырья. Введение добавки - 12,0-20,0 мас. % от массы исходного сырья высушенной при 150-450°С каолиновой глины или каолина в магнезиально-силикатную шихту, или 5-20 мас. % от массы исходного сырья высушенной при 150-600°С глины огнеупорной бокситовой в алюмосиликатную шихту позволяет усилить действие раствора связующего и улучшить процесс грануляции в силу того, что часть сырьевого материала вводится в шихту необожженной. Введенные в состав шихты каолин или каолиновая глина, обладающие хорошими формовочными свойствами - пластичностью, природной связующей способностью, способны соединять частички из непластичного сырья в прочный каркас гранулы под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия. Связующая способность глинистой составляющей объясняется тем, что мельчайшие частицы ее с большой удельной поверхностью, по мере удаления водных пленок при высушивании настолько сближаются друг с другом, что существующие между ними силы взаимного притяжения в значительной степени проявляют свое действие. При этом сохраняется активность материала к последующему уплотнению и упрочнению в процессе обжига гранул, при наибольшей кристаллизации фаз.

Известно, что указанное магнезиально-силикатное сырье относится к тугоплавким материалам, к примеру оливинит, содержащий в своем фазовом составе оливин, имеющий температуру плавления в интервале 1400-1900°С, дунит, содержащий форстерит с температурой плавления 1890°С, высококремнеземистый песок (температура плавления 1710°С), требуются более высокие температуры для появления достаточного количества жидкой фазы для активация более реакционного жидкофазного спекания, поэтому преимущественно происходит твердофазное (диффузионное) спекание, которое идет достаточно медленно. Таким образом, для получения качественных пропантов необходимо активировать жидкофазное спекание, для чего в системе необходимо наличие легкоплавких соединений. В связи с этим для улучшения процесса спекания использовали полукислую каолиновую глину, или пластичный каолин, или полукислую глину и пластичный каолин в соотношении 1:1, при этом глинистой составляющей в шихте достаточно - 12,0-20,0 мас. %.

При жидкофазном спекании, облегчается развитие сил сцепления между отдельными частицами порошка за счет образования жидкой фазы. Кроме того, присутствие каолиновой глины или каолина позволяет задействовать дисперсионный механизм упрочнения керамики, реализуемый за счет выделения в керамической матрице в процессе обжига гранул мелкокристаллических форм первичного муллита при температуре обжига 1200-1250°С.

Алюмосиликатная шихта для получения проппанта включает глину огнеупорную бокситовую 95-99,9 мас. % и спекающую добавку: известь, или мел, или доломит 0,1-5,0 мас. %. Используемая глина огнеупорная (ТУ 1512-006-00200992-2001) Иксинского месторождения представляет собой полиминеральную породу с глинообразующим минералом каолинитом. Минералогический состав исследованных проб глины представлен основными слагающими, (%): бемит - 30,0-68,0, гиббсит - 3,0-20,0, каолинит - 20,0-35,0, гетит -1,1-3,5, анатаз - 2,0-3,5 мусковит - 1,0-6,5, и дополнительно присутствуют доломит - 0-1,5, кальцит - 0,0-0,2, пирит - 0,0-2,0, хлорит - 0,0-0,2.

Глина характеризуется химическим составом (мас. %): Al₂O₃ - 50,0-70,0; SiO₂ - 15,0-30,0; Fe₂O₃ - 5,0-15,0; MgO - 0,1-1,0; TiO₂ - 2,0-5,0, CaO - 0,1-3,0; Na₂O - 0,1-0,5, K₂O - 0,1-0,5; ZrO₂ - 0,05-0,3; MnO₂ - 0,1-0,3; Cr₂O₃ - 0,1-1,0; SO₃ - 0,05-0,2.

Для улучшения процесса помола 5,0-20,0 мас % глины огнеупорной бокситовой термообрабатывают при 150-600°С, а остальное количество бокситовой глины - при 1200-1300°С.

Включение в состав алюмосиликатной шихты дополнительно извести, или мела, или доломита - спекающих добавок в количестве 0,1-5,0 мас. % от массы исходного сырья приводит к снижению температуры обжига, получению плотноспеченной структуры алюмосиликатного проппанта благодаря активации процесса спекания и синтезу муллита и корунда (Фото 3 - пример №15).

Магнезиально-силикатную шихту или алюмосиликатную шихту измельчают в размольном агрегате с распределением частиц молотого материала 90-95 мас. % частиц менее 63,0 мкм, 88-93 мас. % - менее 45,0 мкм и 28-40 мас. % - менее 3,7 мкм. В заявленном способе используют сухой помол компонентов в отличие от способа измельчения материала, применяемого другими производителями проппантов, которые помол компонентов шихты осуществляют в две стадии: сначала сухое измельчение до фракции менее 80 мкм, затем мокрый помол до фракции менее 10 мкм, патент РФ №2617853, 27.04.2017, или как в патентах №2636089, 11.07.2016 и №2696691, 05.08.2019 до фракции 40 мкм и менее. Двух-стадийный помол является более энергозатратным.

Обжиг гранул из магнезиально-силикатного сырья производили при температуре 1250-1330°С. Гранулы из алюмосиликатного сырья обжигали при более высоких температурах - 1350-1450°С.

Для получения проппанта использовали сырьевые материалы: серпентинит, или серпентинито-магнезит, или дунит, или оливинит, или форстеритовый концентрат с содержанием MgO 40,0-51,5 мас. %, SiO₂ 39,0-43,0 мас. %; высококремнеземистый песок, содержащий, мас. %: SiO₂ - 98,63; Al₂O₃ - 0,21; Fe₂O₃ - 0,38; TiO₂ - 0,1; MgO - 0,4; СаО - 0,1; Na₂O - 0,09; K₂O - 0,09; полукислая каолиновая глина, содержащая, мас. %: Al₂O₃ - 25,87; SiO₂ - 67,2; Fe₂O₃ - 1,79; TiO₂- 1,57; MgO - 0,45; СаО - 0,34; Na₂O- 0,59; K₂O - 2,19; пластичный каолин Боровичско-Любытинской группы месторождений, содержащий, (мас. %): Al₂O₃ - 33,87; SiO₂ - 59,0; Fe₂O₃ - 2,38; TiO₂-2,05; MgO - 0,97; СаО - 0,44; Na₂O - 0,29; K₂O - 1,0. - Для изготовления алюмосиликатного проппанта использовали глину огнеупорную бокситовую Иксинского месторождения, содержащую, мас. %: Al₂O₃ 62,1; SiO₂ - 23,67; Fe₂O₃ - 7,33; MgO - 0,52; TiO₂ - 3,26, СаО - 1,98; Na₂O - 0,43, K₂O - 0,36; ZrO₂ - 0,1; MnO₂ - 0,1; Cr₂O₃ - 0,1; SO₃ - 0,05 и в качестве добавки известь.

Ниже приведены примеры, которыми подтверждаются, но не исчерпываются возможности получения проппанта в соответствии с данным изобретением.

В таблице 1 приведены результаты испытаний. Пример 1. Способ получения керамического проппанта - 350 кг или 100% исходной маг-незиальносиликатной шихты, содержащей 66 мас. % термообработанного при 1200°С серпентинита, 18 мас. % высушенного при 250°С высококремнеземистого песка и 16 мас. % полукислой каолиновой глины термообработанной при 250°С, измельчают в размольном агрегате до содержания 95,0 мас. % частиц менее 63,0 мкм, 88,3 мас. % - менее 45,0 мкм и 34,7 мас. % - менее 3,7 мкм и подают в гранулятор при вращения чаши 30 об/мин, производят смешивание и начинают дробную подачу 3,0% водного раствора карбометил-целлюлозы в количестве 16,0 мас. % от массы исходного сырья при скорости вращения роторной мешалки 630 об/мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 11 мас. % от массы молотого магнийсиликатного сырья в течение 15 сек, гранулируют, вторую порцию - 5 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек при скорости вращения роторной мешалки 945 об/мин, гранулируют. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 5 мас. % исходного молотого сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 525 об/мин. Завершают процесс грануляции окатыванием гранул на скорости 350 об/мин. Полученные гранулы сушат при 300°С. После рассева их обжигают во вращающейся печи при температуре 1290°С. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции, мм: 1,18-0,6; 0,85-0,425; 0,6-0,3. Выход товарных фракций составляет 90 мас. %.

Пример 2. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, содержащую 70 мас. % оливинита, 16 мас. % высококремнеземистого песка, термообработанного при 150°С и 14 мас. % полукислой каолиновой глины, гранулируют при добавлении 1,5% раствора крахмала в количестве 12,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 8,0 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 15 сек, гранулируют, вторую порцию - 4,0 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек, гранулируют.После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 5,0 мас. % исходного сырья. Затем гранулы сушат, рассевают, обжигают. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции, мм: 0,85-0,425; 0,6-0,3; 0,425-0,212. Выход товарных фракций составляет 80 мас. %.

Пример 3. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, содержащую 60 мас. % дунита предварительно термообработанного при 800°С, 20 мас. % высококремнеземистого песка и 20% пластичного каолина, высушенного при 300°С, гранулируют при добавлении 0,5% раствора ЛСТ в количестве 10,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 7,0 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 10 сек, гранулируют при скорости вращения роторной мешалки 525 об/мин, вторую порцию - 3,0 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 5 сек при увеличении скорости вращения роторной мешалки до 1050 об/мин, гранулируют. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 2,0 мас. % исходного сырья при снижении оборотов роторной мешалки до 420 об/мин. Завершение процесса грануляции осуществляют окатыванием гранул при скорости вращения роторной мешалки 400 об/мин. Последующий обжиг высушенных гранул осуществляют при 1270°С. Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции, мм: 0,85-0,425; 0,6-0,3. Выход товарных фракций составляет 89 мас. %.

Пример 4. Способ получения проппанта как в примере 1, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, содержащую 60 мас. % серпентинито-магнезита, обожженного при 1230°С, 21 мас. % песка и 19 мас. % полукислой каолиновой глины гранулируют при скорости вращения чаши 18 об/мин, добавляют 1,0% раствора жидкого стекла в количестве 20,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 15 мас. % от массы молотого магнийсиликатного сырья в течение 20 сек при скорости вращения роторной мешалки 420 об/мин, гранулируют, вторую порцию - 5 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек при скорости 735 об/мин, гранулируют. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 8 мас. % исходного сырья при скорости вращения роторной мешалки 735 об/мин. Затем сушат и рассевают гранулы. Обжиг высушенных гранул осуществляют при 1250°С. Выход товарных фракций составляет 92 мас. %.

Пример 5. Способ получения проппанта как в примере 2, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, содержащую 67 мас. % форстеритового концентрата, термообработанного при 150°С, 18 мас. % высококремнеземистого песка, 7,5 мас. % пластичного каолина и 7,5 мас. % полукислой каолиновой глины, высушенных при 300°С, гранулируют при скорости вращения чаши 18 об/мин и добавлении 5,0% раствора метилцеллюлозы. Первую порцию в количестве 14 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 20 сек, вторую порцию в количестве 4 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 5 мас. % исходного сырья. Сушка и рассев гранул. Обжиг высушенных гранул осуществляют при 1230°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 1,18-0,85, 0,85-0,425, 0,425-0,212. Выход товарных фракций составляет 93 мас. %.

Пример 6. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, гранулируют при добавлении воды в количестве 10,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию воды вводят в количестве 7,0 мас. % от массы молотого магнезиально-силикатного сырья в течение 10 сек при скорости вращения роторной мешалки 525 об/мин, гранулируют, вторую порцию в количестве 3,0 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 5 сек при увеличении скорости вращения роторной мешалки до 1050 об/мин, гранулируют. После окончания подачи воды в смеситель-гранулятор добавляют 2,0 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 420 об/мин. Завершение процесса грануляции осуществляют при скорости 400 об/мин. Последующий обжиг высушенных гранул осуществляют при 1270°С.

Обожженные гранулы рассевают на товарные фракции, мм: 0,85-0,425; 0,6-0,3. Выход товарных фракций составляет 88 мас. %.

Пример 7. Способ получения проппанта при 3-х порционной подаче связующего. 350 кг или 100%. исходной магнезиально-силикатной шихты как в примере 1 измельчают в размольном агрегате до содержания 94,1% частиц менее 63,0 мкм, 89,9% - менее 45,0 мкм и 29,7% - менее 3,7 мкм и подают в гранулятор при скорости вращении чаши 30 об/мин. Дробную подачу 4,0% водного раствора карбометилцеллюлозы в количестве 15,0 мас. % от массы исходного сырья осуществляют следующим образом. Первую порцию связующего вводят в количестве 5 мас. % от массы молотого магнийсиликатного сырья в течение 10 сек при скорости вращения роторной мешалки 315 об/мин, вторую порцию в количестве - 5 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек при скорости вращения роторной мешалки 630 об/мин. Третью порцию в количестве - 5 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 10 сек при скорости вращения роторной мешалки 945 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 15 мас. % исходного сырья (окатывание) при снижении скорости роторной мешалки до 420 об/мин. Завершают процесс грануляции на скорости оборотов роторной мешалки 390 об/мин. Полученные гранулы сушат при 500°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1310°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 2,0 - 1,4; 1,18-0,85; 1,18-0,6; 0,85-0,425. Выход товарных фракций составляет 88 мас. %.

Пример 8. Способ получения проппанта как в примере 6, отличающийся тем, что магнезиально-силикатную шихту, содержащую 70 мас. % оливинита, 18 мас. % песка и 12 мас. % полукислой каолиновой глины, гранулируют при добавлении 2,0% раствора метилцел-люлозы в количестве 15 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 9 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 20 сек при скорости вращения чаши 18 об/мин и роторной мешалки 525 об/мин. Вторую порцию в количестве - 4 мас. % подают в течение 10 сек. Третью порцию связующего - 2 мас. % подают в течение 5 сек при скорости вращения роторной мешалки 1050 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 8 мас. % исходного сырья. Полученные гранулы сушат при 700°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1330°С. Гранулы рассевают на фракции, мм: 1,7-0,85; 1,18-0,6. Выход товарных фракций составляет 85 мас. %.

Пример 9. Способ получения проппанта как в примере 3, отличающийся тем, что гранулируют при добавлении 1,5% раствора ЛСТ в количестве 18 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 10 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 20 сек. Вторую порцию в количестве 5 мас. % подают в течение 10 сек. Третью порцию в количестве 3 мас. % подают в течение 5 сек, при этом скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 470 об/мин до 840 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 4 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 525 об/мин. Завершают процесса окатывания при скорости вращения роторной мешалки 350 об/мин. Полученные гранулы сушат при 600°С.После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1290°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 1,7-1,0; 1,7-0,85. Выход товарных фракций составляет 82 мас. %.

Пример 10. Способ получения проппанта как в примере 4, отличающийся тем, что гранулируют при добавлении 3% раствора крахмала в количестве 16 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 7 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 15 сек. Вторую порцию связующего в количестве 6 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 15 сек. Третью порцию связующего в количестве 3 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 5 сек, при этом скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 370 об/мин до 950 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 6 мас. % исходного сырья при снижении скорости роторной мешалки до 630 об/мин. Завершают процесс окатывания при скорости вращения роторной мешалки 220 об/мин. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1270°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 2,0-1,4; 1,2-0,85; 1,2-0,6. Выход товарных фракций составляет 92 мас. %

Пример 11. Способ получения проппанта как в примере 7, отличающийся тем, что гранулируют при добавлении 1% раствора жидкого стекла в количестве 20 мас. % от массы исходного сырья при скорости вращения роторной мешалки 525 об/мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 10 мас. % от количества молотого магнийсиликатного сырья в течение 20 сек. Вторую порцию связующего в количестве 7 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 15 сек. Третью порцию связующего в количестве 3 мас. % от массы исходного сырья вводят в течение 5 сек при скорости вращения роторной мешалки 1050 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 20 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 470 об/мин. Завершение процесса окатывания осуществляют при 300 об/мин. Полученные гранулы сушат при 800°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1250°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 1,7-1,0; 1,7-0,85; 0,85-0,425. Выход товарных фракций составляет 93 мас. %.

Пример 12. Способ получения проппанта - 350 кг или 100% алюмосиликатной шихты, содержащей 83 мас. % глины огнеупорной бокситовой предварительно термообработанной при 1300°С, 14 мас. % бокситовой глины, высушенной при 350°С и 3 мас. % извести, измельчают в размольном агрегате до содержания 94,8% частиц менее 63,0 мкм, 90,0% -менее 45,0 мкм и 31,1% - менее 3,7 мкм и подают в гранулятор при скорости вращении чаши 18 об/мин и скорости вращения роторной мешалки 315 об/мин производят смешивание. Дробную подачу 4,5% водного раствора карбометилцеллюлозы в количестве 16,0 мас. % от массы исходного сырья проводят при скорости роторной мешалки 735 об/мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 13 мас. % от количества молотого алюмосиликатного сырья в течение 15 сек, гранулируют. Вторую порцию вводят в количестве 3 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 5 сек, гранулируют. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 5 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 420 об/мин. Завершение процесса окатывания осуществляют при 300 об/мин. Полученные гранулы сушат при 300°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при температуре 1410°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 0,85-0,425; 0,6-0,3, 0,425-0,212. Выход товарных фракций составляет 92 мас. %.

Пример 13. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что алюмосиликатную шихту, содержащую 85,5 мас. % глины огнеупорной бокситовой предварительно термообработанной при 1390°С, 9,5 мас. % глины огнеупорной бокситовой, термообработанной при 400 С и 5,0 мас. % мела, гранулируют при добавлении 1,0% раствора крахмала в количестве 12,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 9,0 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 10 сек. Вторую порцию вводят в количестве 3,0 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 5 сек, гранулируют при увеличении скорости вращения роторной мешалки от 680 до 1050 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 2,0 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 735 об/мин. Завершают процесс грануляции при скорости вращения роторной мешалки 450 об/мин. Высушенные гранулы, рассевают и обжигают при 1410°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 1,18-0,6; 1,18-0,85; 0,85-0,6. Выход товарных фракций составляет 90 мас. %.

Пример 14. Способ получения проппанта как в примере 12, отличающийся тем, что гранулируют при добавлении 0,5% раствора жидкого стекла в количестве 20,0 мас. % от массы исходного сырья. Первую порцию связующего вводят в количестве 16 мас. % от количества молотого алюмосиликатного сырья в течение 15 сек, гранулируют.Вторую порцию вводят в количестве 4 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 5 сек, гранулируют при увеличении скорости вращения роторной мешалки от 680 до 1050 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 10 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 525 об/мин. Завершают процесс грануляции при скорости вращения роторной мешалки 350 об/мин. Высушенные гранулы рассевают и обжигают при 1400°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 1,18-0,6, 1,18-0,85, 0,85-0,425, 0,425-0,212. Выход товарных фракций составляет 93 мас. %.

Пример 15. Способ получения проппанта при 3-х порционной подаче связующего. 350 кг или 100% алюмосиликатной шихты, содержащей 79,6 мас. % глины огнеупорной бокситовой предварительно термообработанной при 1350 С, 19,9 мас. % бокситовой глины предварительно термообработанной при 350°С и 0,5 мас. % извести измельчают в размольном агрегате до содержания 92,0% частиц менее 63,0 мкм, 88,7% - менее 45,0 мкм и 30,1% - менее 3,7 мкм и подают в гранулятор при скорости вращении чаши 30 об/мин. Дробная подача 5,0% водного раствора карбометилцеллюлозы в количестве 15,0 мас. % от массы исходного сырья проводят при увеличении скорости вращения роторной мешалки от 525 об/мин до 1050 об/мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 6 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 10 сек. Вторую порцию вводят в количестве 5 мас. % в течение 10 сек. Третью порцию в количестве 4 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья вводят в течение 5 сек. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 12 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 940 об/мин. Завершают процесс окатывания при 390 об/мин. Полученные гранулы сушат при 500°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1430°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 2,0-1,4; 1,7-1,0; 1,18-0,85; 0,85-0,425. Выход товарных фракций составляет 91 мас. %.

На фиг. №3 - внутренняя структура алюмосиликатного проппанта (пример №15).

Пример 16. Способ получения проппанта как в примере 15, отличающийся тем, алюмосиликатную шихту, содержащую 87,9 мас. % глины огнеупорной бокситовой предварительно термообработанной при 1380°С, 12 мас. % глины огнеупорной бокситовой термообработанной при 300°С и 0,1 мас. % доломита, гранулируют при добавлении 1,5% раствора ЛСТ в количестве 10 мас. % от массы исходного сырья при скорости вращения чаши 18 об/ мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 5 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 10 сек, гранулируют.Вторую порцию вводят в количестве 4 мас. % в течение 10 сек, гранулируют.Третью порцию связующего вводят в количестве 2 мас. % в течение 5 сек, при этом скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 350 об/мин до 1050 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 4 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 750 об/мин. Завершают процесса окатывания при скорости вращения роторной мешалки 450 об/мин. Полученные гранулы сушат при 600°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1410°С. На поверхность гранул наносят полимерное покрытие из фенолформальдегидной смолы. Гранулы рассевают на фракции, мм: 1,7-1,0; 1,2-0,85; 1,18-0,6. Выход товарных фракций составляет 88 мас. %.

Пример 17. Способ получения проппанта как в примере 15, отличающийся тем, что гранулируют при добавлении 1,0% раствора жидкого стекла в количестве 20 мас. % от массы исходного сырья при скорости вращения чаши 30 об/мин. Первую порцию связующего вводят в количестве 10 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 20 сек, при скорости вращения роторной мешалки 420 об/мин. Вторую порцию вводят в количестве 5 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 15 сек, гранулируют при скорости вращения роторной мешалки 630 об/мин. Третью порцию вводят в количестве 5 мас. % от массы молотого алюмосиликатного сырья в течение 10 сек, гранулируют при скорости вращения роторной мешалки 788 об/мин. После окончания подачи связующего в смеситель-гранулятор добавляют 19 мас. % исходного сырья при снижении скорости вращения роторной мешалки до 525 об/мин. Завершают процесс окатывания при скорости вращения роторной мешалки 490 об/мин. Полученные гранулы сушат при 800°С. После рассева высушенные гранулы обжигают во вращающейся печи при 1410°С. Обожженные гранулы рассевают на фракции, мм: 2,0-1,4; 1,7-1,0; 1,18-0,85. Выход товарных фракций составляет 89 мас. %.

Эксперименты показали, что, применяя дробную подачу связующего (2-мя или 3-мя порциями) при грануляции специально подобранной шихты и при соответствующих скоростях вращения роторной мешалки и чаши, можно увеличить производительность гранулятора, а также увеличить выход товарных фракций качественного проппанта, за счет получения прочных сухих гранул.

Изобретение относится к производству керамического проппанта - расклинивающих гранул, применяемых для повышения эффективности отдачи скважин при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП). Способ получения проппанта включает помол исходного сырья, гранулирование при добавлении связующего в смесителе-грануляторе с вращающимися в разных направлениях чашей и роторной мешалкой, сушку гранул, рассев, обжиг, рассев на товарные фракции. Подачу связующего в количестве 10-25 мас. % от массы исходного сырья осуществляют дробно, двумя или тремя порциями. В первом случае подачу первой порции связующего в количестве 7-20 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу второй порции связующего в количестве 3-5 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 5-10 с. Во втором случае подачу первой порции связующего в количестве 4-10 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу второй порции связующего в количестве 4-10 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу третьей порции связующего в количестве 2-5 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 5-10 с. Грануляцию завершают окатыванием гранул подачей молотого сырья в количестве 2-20 мас. % от массы исходного сырья без подачи связующего. По мере увеличения подачи связующего в смеситель-гранулятор при скорости вращения чаши 18-30 об/мин скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 315-630 об/мин до 630-1050 об/мин, добавляют измельченное сырье при скорости вращения мешалки 420-1050 об/мин, а для завершения процесса окатывания скорость вращения мешалки снижают до 210-735 об/мин. В качестве исходного сырья используют термообработанную магнезиально-силикатную шихту или алюмосиликатную шихту на основе бокситовой глины. Технический результат - увеличение выхода товарных фракций, увеличение производительности гранулятора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 17 пр.

1. Способ получения керамического проппанта, включающий предварительную термообработку исходного сырья, помол, загрузку в смеситель-гранулятор, гранулирование при добавлении связующего, подачу дополнительного количества молотого сырья при окатывании - завершающей стадии процесса грануляции, сушку гранул, обжиг и рассев на товарные фракции, отличающийся тем, что подачу связующего в количестве 10-25 мас. % от массы исходного сырья осуществляют дробно - 2 порциями: подачу первой порции связующего в количестве 7-20 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу второй порции связующего в количестве 3-5 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 5-10 с; или 3 порциями: подачу первой порции связующего в количестве 4-10 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу второй порции связующего в количестве 4-10 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 10-20 с, гранулируют, подачу третьей порции связующего в количестве 2-5 мас. % от массы исходного молотого сырья осуществляют в течение 5-10 с, грануляцию завершают окатыванием гранул подачей молотого сырья в количестве 2-20 мас. % от массы исходного сырья без подачи связующего.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при добавлении связующего в смеситель-гранулятор с вращающимися в разных направлениях роторной мешалкой и чашей, при скорости вращения чаши 18-30 об/мин, скорость вращения роторной мешалки увеличивают от 315-630 об/мин до 630-1050 об/мин, при добавлении молотого сырья скорость вращения роторной мешалки составляет 420-1050 об/мин, а при завершении процесса окатывания скорость вращения роторной мешалки снижают до 210-735 об/мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют воду или 0,5-5,0% водный раствор связующего, в том числе карбоксиметилцеллюлозы, или метилцеллюлозы, или лигносульфатов технических, или крахмала, или жидкого стекла.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что помол предварительно термообработанного исходного сырья проводят до содержания частиц с размерами менее 63,0 мкм - 90-95 мас. %, менее 45,0 мкм - 88-93 мас. % и менее 3,7 мкм - 28-40 мас. %.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исходного термообработанного сырья используют магнезиально-силикатную шихту, содержащую, мас. %: серпентинит, или серпентинитомагнезит, или оливинит, или дунит, или форстеритовый концентрат - 60,0-70,0; высококремнеземистый песок - 15,0-23,0 и каолиновую глину и/или каолин - 12,0- 20,0; или алюмосиликатную шихту, содержащую, мас. %: глину огнеупорную бокситовую - 95,0-99,9 и спекающую добавку: известь, или мел, или доломит - 0,1-5,0.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что предварительную термообработку исходного сырья: серпентинита, серпентинито-магнезита, дунита, осуществляют при 800-1300°С; оливинита, высококремнеземистого песка, каолиновой глины, каолина, доломита, или 5,0-20,0 мас. % от массы используемой при грануляции глины огнеупорной бокситовой - при 150-600°С, а 79-94 мас. % от массы используемой при грануляции глины огнеупорной бокситовой - при 1200-1300°С.

7. Проппант в виде гранул с размерами 0,212-2,0 мм, характеризующийся тем, что получен способом по пп. 1-6.