[0001] 本发明涉及陶粒砂的制备领域，具体涉及一种基于高炉渣和铁尾矿制备陶粒砂的方法。

[0002] 石油压裂支撑剂对强度和密度的一般要求如下：

[0003] 1.抗压强度和耐磨能力：陶粒支撑剂应能承受不同地层深度的压力(如52MPa、69MPa、86MPa、102MPa)，并保持高强度。2.低密度：支撑剂颗粒的相对密度要低，以便于泵入
3
井下。视密度或体积密度是常用的表示方法，例如石英砂可能在1.76g/cm左右。理想的支
撑剂密度应尽量低，以降低泵送难度和减少设备磨损及压裂费用，支撑剂的视密度低于
3
2.75g/cm 较为理想。3.耐高温和化学稳定性：支撑剂颗粒在温度为200℃的条件下，与压裂液及储层流体不发生化学作用，酸溶解度最大允许值应小于7％。

[0004] 现有技术中石油压裂支撑剂一般会选用石英砂、陶粒、覆膜支撑剂或超低密度陶瓷压裂支撑剂，这些用品或多或少的存在各种弊端，比如石英砂由于其高密度(体积密度≥
3
1.5g/cm)，导致悬浮性能和导流能力较差，使得压裂施工成本高、压裂面积小，陶粒缺点是容易在裂缝端口堆积，对携砂液的性能影响较大，而覆膜支撑剂缺点是制造工艺复杂，成本较高。目前陶粒砂(陶瓷微粒)凭借其独特的物理和化学性质，在多个领域中发挥着重要作
用，比如建筑保温领域、机械耐磨领域、道路施工领域，且应用前景越来越广阔且多样化。而由于石油行业对于强度、密度、耐高温以及化学性质等方面的特殊要求，造成了陶粒砂如果应用于石油压裂支撑剂制造成本偏高，很难推广。

[0005] 高炉渣是钢铁冶炼过程中产生的重要废弃物，其危害主要包括：环境污染、土壤和水体污染、扬尘危害、对人类健康和动植物生长与生存的威胁。某些企业因高炉渣中钛含量偏高(8％左右)将会对水泥的品质产生不良影响,如减弱水泥的强度、降低水泥耐久性等，导致水泥凝结时间延长等不能应用于水泥制备，只能作为固废堆积废弃，高炉渣处理技术
的发展是钢铁行业可持续发展的必然要求，目前急需能够大规模处理的绿色方法。

[0006] 我国尾矿存量巨大且分布广泛，主要集中在北方省份，尤其是河北、山西、辽宁等地。金属矿山储存的尾矿超过40亿吨，并且每年以3亿吨的数量在增长。尾矿存量对环境和生态系统的影响是深远且复杂的，包括土壤和水源污染、水土流失和生态破坏、地下水污染以及对植被群落的影响。因此，要挖掘存量尾矿价值，实现尾矿“减量化、资源化、无害化”。目前尾矿资源化利用技术不断丰富和发展，未来将更加注重工艺方法的改进和技术手段的
进步。同时，随着环保要求的提高和资源枯竭的压力增大，尾矿资源化利用已经成为当前的研究热点。

[0007] 有鉴于以上各项存在的问题，本发明提出了一种基于高炉渣和铁尾矿制备陶粒砂的方法，可以有效的解决高炉渣和尾矿的资源化处理问题，利用上述废弃物制造成本低廉
的陶粒砂，其各项指标均为优良，可以作为石油压裂支撑剂应用。

[0008] 高炉渣的主要成分为

[0009]

[0010]

[0011] 铁尾矿的主要成分为(％)

[0012] MgO Al2O3 SiO2 P K2O CaO TiO2 Fe Cu Zn V2O54.52 13.49 45.23 1.379 0.801 5.72 2.018 21.03 0.01 0 0.358

[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0044] 为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0045] 一种基于高炉渣和铁尾矿制备陶粒砂的方法，包括以下步骤：

[0046] S1.备料

[0047] 选取高岭土、高炉渣、铁尾矿和膨润土

[0048] S2.研磨

[0049] 将S1中准备的所述高岭土、所述高炉渣、所述铁尾矿以及所述膨润土分别进行研磨，研磨目数200目

[0050] S3:混合

[0051] 根据所需陶粒砂的硬度确定物料配比，按照比例将所述高岭土、所述高炉渣、所述铁尾矿以及所述膨润土粉末混合均匀；

[0052] S4:造粒

[0053] 将混合好的物料造粒，粒度直径控制范围为0.1‑3m；

[0054] S5:烘干

[0055] 将造粒完成的半成品放入干燥箱中，设置温度为120‑150℃，干燥时间为1‑3h，得到生球颗粒；

[0056] S6:烧结

[0057] 将烘干后的所述生球颗粒进行高温烧结，烧结过程为：

[0058] 10‑30min从室温升至400℃，20‑40min从400℃升至900℃，20‑40min从900℃升至1100℃，在1100℃下保持60‑90min，随后降至室温；

[0059] S7：出炉后筛选、分级、包装

[0060] 将陶粒砂利用不同目数的筛子进一步筛分，根据直径大小进行分级包装。

[0061] 具体的，所述步骤S2中选用的设备为振动磨，研磨时间：5‑10分钟，所述步骤S3中选用的混合设备为磨粉机，所述步骤S5中选用的干燥箱为电热恒温鼓风干燥箱；所述步骤S6中高温烧结设备选用高温炉；所述步骤S7中分级所有筛子为不同目数的不锈钢筛网。

[0062] 具体的，所述步骤S4中选用圆盘造粒法，将混合好的物料放入圆盘中，间歇性用雾化水进行喷洒使物料粘结，当造出来的大部分球体所需半径达到预定要求后，停止造粒。

[0063] 具体的，所述步骤S6中烧结控制为：20min从室温升至400℃，30min从400℃升至900℃，30min从900℃升至1100℃，在1100℃下保持60‑90min，随后降至室温。

[0064] 针对不同的配比的高岭土、高炉渣、铁尾矿以及膨润土按照上述步骤进行5次实验，实验配比见下表：

[0065] 序号 总量/g 高岭土/g 高炉渣/g 铁尾矿/g 比例 膨润土/g1 26.5 6.25 12.5 6.25 1:2:1 1.5
2 26.5 10 10 5 2:2:1 1.5
3 26.5 14.2 7.2 3.6 4:2:1 1.5
4 26.5 15.6 6.3 3.1 5:2:1 1.5
5 26.5 16.6 5.6 2.8 6:2:1 1.5

[0066] 在上述五组实验中，所述膨润土添加的重量百分比约5.66％。

[0067] 利用电子万能试验机对直径为2.0‑2.5mm的陶瓷微粒进行抗压强度测试，结果如下表：

[0068]序号 高岭土、高炉渣和铁尾矿的比例 抗压强度(MPa)
1 1:2:1 404.0
2 2:2:1 440.6
3 4:2:1 490
4 5:2:1 542
5 6:2:1 491.6

[0069] 根据上述结果，对高岭土的含量X和抗压强度Y进行拟合计算，当0.25≤X≤0.625时，高岭土的含量和抗压强度呈现了较好的线性关系：

[0070] Y＝335.6+274.5X(0.25≤X≤0.625)

[0071] 式中Y:陶粒砂的硬度值X：高岭土的添加比例

[0072] 由上述5组实验结果可以看出，当高岭土、高炉渣和铁尾矿比例为5:2:1时，陶粒砂的抗压强度最高。但由于在本发明涉及到的四种物料中，高岭土为限制类资源，其主要产地为景德镇地区，为了控制生产成本，需要严格控制其用量，可根据实际需求，利用上述拟合出的硬度计算式，在满足使用的情况下，合理选用高岭土的使用量,即X＝(Y‑335.6)/274.5[0073] 本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

[0074] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0075] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出
的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。