利用工业废料制备石油支撑剂的探讨

随着科技水平的不断提高，人类产生的固体废物也在逐年增加，大量堆放的固体废物对生存环境造成很大威胁。固体废物一般指人类在生产、加工、流通、消费及生活等过程中取用目的成分后弃去的固体物质和泥浆状物质。按管理需要可分为3类：即工业固体废弃物、有毒有害固体废物和城市垃圾。这些废弃物的存放不仅占用大量土地，而且堆放产生的固体粉尘对环境造成很大危害。固体废弃物的综合利用，对当前我国循环经济的发展具有重要意义。用于制备石油压裂支撑剂的工业废料是指具有较高含量氧化铝、二氧化硅等有用成分的工业固体废物，如赤泥、粉煤灰、陶瓷辊棒生产废料等。采用这些固体废弃物制备石油压裂支撑剂，既可以废物利用，又可以保护环境，是石油压裂支撑剂发展的一个方向。

赤泥是用铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废物，据估计，全世界每年产生约6000万t赤泥。我国的赤泥每年在400万t以上，全国共累计堆存20亿，但综合利用率仅为15%左右。赤泥的堆放占用大量土地和农田、耗费较多的堆放建设和维护费用，而且赤泥中的氟化物、碱等污染物在浸泡和淋溶下会大量溶出，污染地下水源；固体粉末也会造成尘土污染，影响生态环境和人体健康。利用赤泥制备陶粒支撑剂已有相关报道，尹国勋等采用赤泥为主要原料，辅以粉煤灰、煤矸石等其他物料，添加少量外加剂，制备了新型陶粒。所制备陶粒密度等级为600级，颗粒抗压力410N，筒压强度相当于5.5MPa。中国专利申请公开了“利用赤泥制备耐酸压裂支撑剂的方法”，原料质量百分比为：赤泥20%~60%、含铝物质20%~60%、含钡物质5%~35%、增塑剂5%~15%。耐酸压裂支撑剂的制备工艺过程是将赤泥和含铝物质放入球磨机中球磨，得到一定力度的粉体，随后加入含钡物质、增塑剂球磨混料，制成半成品颗粒，在1200~1400℃烧结1~3h而成。Tian等进行了利用赤泥制备耐酸压裂支撑剂的研究，所用的原料主要是赤泥、耐火废料、碳酸钡、增塑剂。研究认为：支撑剂耐酸性的提高归因于烧结过程中所形成的单斜钡长石BaAl2Si2O8。

粉煤灰是煤粉在发电厂等锅炉中燃烧后排出的工业废渣，其化学成分中SiO2的含量最多（45%~60%），其次为Al2O3（18%~40%），其余为少量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、烧失量等。娜仁图雅以粉煤灰为主要原料，掺杂一定量黏土及少量成孔剂和水经充分混合、制成微球、高温焙烧制成了两种粉煤灰陶粒，用于模拟含氟水除氟处理。翟冠杰等试制了高掺量粉煤灰烧结陶粒，该陶粒具有容重轻、强度高、导热系数低、耐火、抗渗、吸音、化学稳定性好等特点。不过，由于强度低等原因，这种陶粒不能用作石油压裂支撑剂。

陶瓷辊棒废料是陶瓷辊棒生产过程中的废弃物，目前国内陶瓷辊棒生产的边角料、生产和使用中断裂辊棒每年约8000~1000t。陶瓷辊棒废料的化学成分中氧化铝含量大于60%，用陶瓷辊棒废料替代优质铝矾土或工业氧化铝粉制备石油压裂支撑剂既可以降低生产成本，也可以保证质量。

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