石油压裂支撑剂原材料简介

石油压裂支撑剂采用的铝矾土，经粉碎加工呈灰色粉末状，细度达到300目筛余<5%来研究，铝矾土的组织结构、二次莫来石化及液相与铝矾土的烧结程度有密切关系。二次莫来石化会阻碍铝矾土的烧结，但它也是D-K型铝矾土在煅烧过程中一定会发生的反应，该反应一般会使体积大约膨胀10%。一个原因是二次莫来石生成后引起比重的变化从而导致物料自身的体积变大；第二个原因是二次莫来石反应在颗粒间发生使得颗粒分开，导致空隙在颗粒间产生。另外莫来石薄膜会在颗粒周围形成导致二次莫来石反应不能完全，原因是薄膜抑制了硅离子和铝离子的再一次扩散。

铝矾土中高岭石和水铝石的比值会影响二次莫来石的生成量。二次莫来石量达到最大值是当水铝石中分散的AL2O3和从高岭石中分散的SIO2刚好达到莫来石的组成时。大量的实践和研究证明，二次铝矾土（AL2O3含量为65%~70%）的AL2O3/SIO2比值将近2.55（莫来石的AL2O3/SIO2比值），它最不容易烧结，因为煅烧二次铝矾土后会产生大量的莫来石使得二次莫来石化的程度最大，不过三次（AL2O3含量较低）和特级铝矾土（AL2O3含量较高）在较低的温度下就能烧结。

铝矾土的二次莫来石化受分散度的影响也非常大。煅烧铝矾土原矿时，颗粒反应后会因为晶相分布不均而相互推开导致膨胀，作用后由于形成的空隙不容易被弥合而使反应不完全，最终使铝矾土不易致密化。原块铝矾土的吸水率较高不易烧结，只有特级和三级铝矾土会在1500℃以下达到烧结，因为它们的组织结构较均匀。铝矾土经过细主梦魇、制坯和煅烧等一系列过程后，会在较低的温度下膨胀，因为铝矾土的分散度提高了，二次莫来石化会在较低的温度下就发生并会完全反应。

铝矾土烧结的必要条件是充分的二次莫来石化，尤其对二级铝矾土最为重要，因为二次莫来石化完成的温度基本上就是烧结开始的温度。

铝矾土的烧结与液相的关系也是很大的。尽管一、二级铝矾土在煅烧后会产生10%左右的液相量，三级铝矾土煅烧后会产生20%~30%的液相量，但都不能使颗粒间的间隙填满，一般在这种情形下，液相的首要作用就是把固体颗粒紧紧拉在一起，让它们之间的接触面积变大，但是二次莫来石化会把固体颗粒推开，因为二次莫来石会引起膨胀，而两个相反的作用会同时进行。二次莫来石化在1400~1500℃时起主导作用，因为此时只有很少的液相，流动性较低；液相在1400~1500℃以上时起主导作用，因为此时的液相数量和流动性都会增大，而这时的二次莫来石也已基本反应完全。当大多数固体颗粒在液相的帮助下都发生相互接触后，会逐渐发生溶解与分析晶现象，致使晶粒大量堆积，接着会逐渐形成连续的固相骨架，液相会填充空隙使得铝矾土完全烧结，但是有利必有弊，当液相量增大到一定程度时会严重影响铝矾土的强度，因为此时液相的熔点和粘度都降低了。

填充在刚玉、莫来石颗粒空隙中的液相经过冷却后转化为玻璃相，煅烧后的铝矾土的玻璃相化学组成有以下几个特点：

1、Fe2O3和TiO2在二级铝矾土中主要是进入结晶相，但在一级和特级铝矾土中主要是进入玻璃相；

2、玻璃相中AL2O3/SiO2的比值与铝矾土AL2O3/SiO2的比值成正比关系；

3、煅烧温度从1500℃提高到1700℃的过程中，AL2O3在玻璃相中的量会越来越少，SiO2在玻璃相中的量会越来越多。另外，FeO3在玻璃相中的量会在这一过程中越来越多，TiO2在玻璃相中的量会在这一过程中越来越少，而对于二级铝矾土，Fe2O3和TiO2主要是进入玻璃相。

4、本石油压裂支撑剂采用的铝矾土中含有一定量的K2O和Na2O，作为强的熔剂性氧化物，有助于配料体系在较低的温度下产生液相，最终进入玻璃相；在高温下能够促进二次莫来石化反应的进行，降低支撑剂的烧结温度。

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