專利名稱:人工鈉土工藝流程的制作方法
本發(fā)明涉及到一種用于制造鉆井泥漿的人工鈉膨潤土的工藝流程。
膨潤土(俗稱搬土)是鉆井泥漿的基本材料。世界上鉆井年用土量約150萬噸，我國約20萬噸。國外鉆井泥漿都使用鈉膨潤土，并規(guī)定必須符合API(美國石油學(xué)會(huì))和OCMA(歐洲石油公司材料協(xié)會(huì))兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，方能進(jìn)入商品市場(chǎng)。
我國鈉膨潤土資源極缺，而鈣膨潤土蘊(yùn)藏卻非常豐富，但后者加純堿造漿，幾乎都不符合API和OCMA標(biāo)準(zhǔn)。必須將鈣土改性，進(jìn)行人工鈉化，將鈣土轉(zhuǎn)化為鈉土，才有可能達(dá)到上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
鈣膨潤土人工鈉化原理可用化學(xué)反應(yīng)式近似表達(dá)(OH)4Si8(Al3.34Mg0.66)O20.Ca0.33(鈣土)+0.33Na2CO3……(OH)4Si8(Al3.34Mg0.66)O20.Na0.66(鈉土)+0.33CaCO3完成上述反應(yīng)的物理或機(jī)械方法是多種多樣的，但產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)效果相差甚殊。意大利曾采用輪碾機(jī)混勻、加壓，以實(shí)現(xiàn)鈉化反應(yīng)，堆放老化并露天風(fēng)干，然后粉碎加工，整個(gè)流程需十來天。美國(U.S.P.4，371、626)采用了螺旋擠壓機(jī)進(jìn)行劣質(zhì)鈉土的升級(jí)，無需配料與溶液，也用自然風(fēng)干。兩種工藝方法都不具有連續(xù)性;由于人工鈉土屬熱敏性物料，加熱方法不妥，將使產(chǎn)品質(zhì)量退化，因此，上述方法都不敢用快速干燥，導(dǎo)致了工藝流程的不連續(xù)性。
本發(fā)明的目的在于研究一種連續(xù)的、機(jī)械化和自動(dòng)化的生產(chǎn)人工鈉土的工藝流程，改裝、設(shè)計(jì)有關(guān)工藝設(shè)備和儀表，并提供人工鈉土生產(chǎn)流程中的主要參數(shù)。以提高并保證產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到并超過API和OCMA標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一臺(tái)單軸或雙軸螺旋擠壓機(jī)，將機(jī)頭改裝成園形網(wǎng)眼出口。鈣膨潤土塊料經(jīng)顎式破碎機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)破碎成小于4毫米的細(xì)粒，用提升機(jī)至電子秤計(jì)量給料，進(jìn)入混合機(jī)。同時(shí)，與土重成比例的純堿溶液也噴入混合機(jī)。經(jīng)充分混勻潤濕，物料進(jìn)入螺旋擠壓機(jī)，在高溫80至150℃，最好在100-120℃，高壓縮比為1∶2至1∶5，最好1∶3和剪切下，進(jìn)行鈉交換反應(yīng)，鈣膨潤土被改性成鈉膨潤土。產(chǎn)品呈園柱狀排出或爆裂呈碎片噴出。濕料經(jīng)傳送帶送入燃燒爐和轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)烘干，干料由出料室送到雷蒙磨，粉碎、分級(jí)和包裝。從而實(shí)現(xiàn)全流程的連續(xù)作業(yè)。
水土比例的控制是通過一套能遠(yuǎn)傳、遙控的固體重量和液體流量按比例自動(dòng)調(diào)節(jié)的電子監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。帶振動(dòng)給料器的電子秤，可遠(yuǎn)傳瞬時(shí)和累計(jì)兩個(gè)重量的信號(hào)。堿溶液經(jīng)電動(dòng)控制閥和光電轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其瞬時(shí)和累計(jì)流量亦可用信號(hào)遠(yuǎn)傳。在控制室，物料重量和堿液流量在監(jiān)控儀器上進(jìn)行比較，液固量比例為25-35%，最好為30%，當(dāng)偏離規(guī)定的水土比時(shí)，監(jiān)控儀器發(fā)出指令，遙控調(diào)節(jié)電動(dòng)控制閥，直到流量計(jì)信號(hào)達(dá)到預(yù)定的比例數(shù)為止。堿溶液濃度為15至25%，視不同鈣土需要的加堿量而定，加堿量可為土量的2-7%，合適的加堿量是產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。因此，控制水土比就是控制加堿量，以保證鈉化質(zhì)量。
本發(fā)明采用轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)對(duì)人工鈉土濕料進(jìn)行短時(shí)干燥。進(jìn)口溫度控制在500-750℃，最好650-700℃，出口溫度控制在80至200℃，最好為100-150℃，烘干時(shí)間控制在10-30分鐘最好12-18分鐘，物料水份由30-35%降低到5-8%，產(chǎn)品質(zhì)量不受任何影響。
產(chǎn)品粉碎必須用風(fēng)選式粉碎機(jī)。如雷蒙磨、爪齒式或錘擊式粉碎機(jī)等，不能采用球磨機(jī)。產(chǎn)品粒度100-200目。
按本發(fā)明敘述的工藝流程已付諸實(shí)施。建成的生產(chǎn)線能力為五千噸(每年)，并對(duì)山東省濰坊市高陽與駙馬營兩地的鈣膨潤土進(jìn)行了鈉化改性，高陽土加堿量為5.5-6%，駙馬營土加堿量為4.0-4.5%，比鈣土現(xiàn)場(chǎng)配漿加堿量要少0.5-1%。產(chǎn)品在室內(nèi)和鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢測(cè)和試驗(yàn)。
本工藝流程效果可用產(chǎn)品質(zhì)量來評(píng)價(jià)。
產(chǎn)品檢驗(yàn)方法之一是按API標(biāo)準(zhǔn)(OCMA標(biāo)準(zhǔn)較低)進(jìn)行泥漿性能試驗(yàn)。表1示出兩種鈣土鈉化前后的性能指標(biāo)。
表1 兩種鈣土鈉化前后的泥漿性能
產(chǎn)品檢驗(yàn)方法之二是實(shí)驗(yàn)室儀器進(jìn)行理化檢測(cè)，包括紅外分光光度計(jì)、×射線衍射儀、差熱分析儀、微粒計(jì)數(shù)儀、Zeta電位儀和火焰光度儀等。上述儀器有的可定量分析，有的只能定性分析。檢測(cè)結(jié)果表明，鈣土已轉(zhuǎn)化為鈉土。以×射線衍射為例，鑒別鈣土與鈉土的主主要依據(jù)是d001面的晶層間距，典型鈣土為15.5A，典型鈉土為12.5A，12.5-15.5A為過渡型。山東駙馬營土改性前為15.26A，改性后為12.52A。
圖1為人工鈉土工藝流程圖鈣土干塊料(水分10%左右)由料倉1進(jìn)入顎式破碎機(jī)2，破碎成6-10毫米顆粒，再經(jīng)對(duì)輥破碎機(jī)3進(jìn)一步碎成小于4毫米的細(xì)粉粒。用提升機(jī)4送至振動(dòng)給料器5和電子秤6，物料進(jìn)入混合機(jī)7。與此同時(shí)，堿液箱11中的純堿溶液被泵12送至液位槽13，經(jīng)電動(dòng)控制閥14和光電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)15，按預(yù)定水土比噴入混合機(jī)7。土水比控制是通過電子秤6和流量計(jì)15的信號(hào)輸入監(jiān)控儀器16，由后者遙控調(diào)節(jié)電動(dòng)控制閥的大小來實(shí)現(xiàn)的?；靹驖櫇竦奈锪线M(jìn)入螺旋擠壓機(jī)8，進(jìn)行鈉交換反應(yīng)，經(jīng)出泥板9擠成直徑8-10毫米的園柱條產(chǎn)品。產(chǎn)品由皮帶運(yùn)輸機(jī)10送入燃燒爐17內(nèi)烘干。燃燒爐燃料是經(jīng)油箱(柴油、重油、殘?jiān)?22和流量計(jì)23，在鼓風(fēng)機(jī)24作用下，經(jīng)帶噴咀的燃燒器25噴入爐內(nèi)，由熱電偶溫度計(jì)18指示進(jìn)口溫度，物料在高溫下進(jìn)入轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)19，然后由出料室20排出，出料室溫度由熱電偶溫度計(jì)21測(cè)量。蒸發(fā)水汽經(jīng)余熱水罐26至通風(fēng)機(jī)27抽出，極少量粉塵經(jīng)旋流除塵器28捕塵，尾汽通向煙囪。干料經(jīng)提升機(jī)29送至雷蒙磨30，由定量秤31秤量，包裝32的產(chǎn)品，送到成品庫33。
圖2為膨潤土的紅外光譜線，純碳酸鈉(純堿)吸收峰為1420至1440厘米-1，碳酸鈣(霰石)吸收峰為1470-1490厘米-1。圖2中曲線1為原(鈣)土，僅有少量方解石(1410厘米-1);曲線2為原土干混碳酸鈉，故吸收峰處在1420-1440厘米-1之間;曲線3為人工鈉土，鈉化反應(yīng)后碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈣(霰石)，故波峰移至1490厘米-1。波峰不對(duì)稱，說明土中還殘留了一部分未交換的碳酸鈉。
圖3為膨潤土差熱分析曲線，鈣土和鈉土的主要區(qū)別標(biāo)志是一百至二百度之間的曲線形狀，有支峰者為鈣土，無支峰者為鈉土。由圖可知，曲線1為原鈣土曲線，曲線2為人工鈉土的差熱曲線。
權(quán)利要求
1.一種含有擠壓、干燥、粉碎人工鈉土工藝流程，其特征在于破碎、配料、混合、擠壓、干燥、粉碎、包裝連續(xù)作業(yè)。
2.按權(quán)利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特征在于配料采用一套能遠(yuǎn)傳、遙控的固體重量和液體流量按比例自動(dòng)調(diào)節(jié)的電子監(jiān)控系統(tǒng)。
3.按權(quán)利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特征在于短時(shí)干燥采用轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)及控制儀表，能調(diào)節(jié)和控制進(jìn)出口溫度和烘干時(shí)間。
4.按權(quán)利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特征在于在高溫100℃至120℃，壓縮比1∶2-3和剪切下進(jìn)行擠壓，以實(shí)現(xiàn)鈉交換反應(yīng)。
5.按權(quán)利要求
1和3的人工鈉土工藝流程，其特征在于干燥時(shí)進(jìn)口溫度為650-700℃，出口溫度為100-150℃，烘干時(shí)間為12-18分鐘。
專利摘要
一種將鈣膨潤土人工改性為鈉膨潤土的從進(jìn)料到出產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)的工藝流程包括能遠(yuǎn)傳、遙控并自動(dòng)調(diào)節(jié)固體重量和液體流量比例的電子系統(tǒng)和螺旋擠壓機(jī)進(jìn)行有效的鈉交換反應(yīng)；能調(diào)節(jié)和控制進(jìn)出口溫度和烘干時(shí)間的轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)進(jìn)行短時(shí)間干燥；最后送到風(fēng)選式粉碎設(shè)備進(jìn)行粉碎、分級(jí)和包裝。該工藝流程特點(diǎn)是連續(xù)作業(yè)效率提高，產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)性能穩(wěn)定，適用性廣，節(jié)省原材料。
文檔編號(hào)C09C1/42GK85105253SQ85105253
公開日1987年4月15日 申請(qǐng)日期1985年7月11日
發(fā)明者湯松然, 汪仲英, 于增國, 王毅, 周韶光, 殷錫鵬, 李強(qiáng), 寇從詩 申請(qǐng)人:地質(zhì)礦產(chǎn)部探礦工程研究所, 地質(zhì)礦產(chǎn)部泥漿公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan