人工鈉土工藝流程的製作方法
2023-06-12 09:17:21 2
專利名稱:人工鈉土工藝流程的製作方法
本發明涉及到一種用於製造鑽井泥漿的人工鈉膨潤土的工藝流程。
膨潤土(俗稱搬土)是鑽井泥漿的基本材料。世界上鑽井年用土量約150萬噸，我國約20萬噸。國外鑽井泥漿都使用鈉膨潤土，並規定必須符合API(美國石油學會)和OCMA(歐洲石油公司材料協會)兩個標準，方能進入商品市場。
我國鈉膨潤土資源極缺，而鈣膨潤土蘊藏卻非常豐富，但後者加純鹼造漿，幾乎都不符合API和OCMA標準。必須將鈣土改性，進行人工鈉化，將鈣土轉化為鈉土，才有可能達到上兩個標準。
鈣膨潤土人工鈉化原理可用化學反應式近似表達(OH)4Si8(Al3.34Mg0.66)O20.Ca0.33(鈣土)+0.33Na2CO3……(OH)4Si8(Al3.34Mg0.66)O20.Na0.66(鈉土)+0.33CaCO3完成上述反應的物理或機械方法是多種多樣的，但產品質量和技術效果相差甚殊。義大利曾採用輪碾機混勻、加壓，以實現鈉化反應，堆放老化並露天風乾，然後粉碎加工，整個流程需十來天。美國(U.S.P.4，371、626)採用了螺旋擠壓機進行劣質鈉土的升級，無需配料與溶液，也用自然風乾。兩種工藝方法都不具有連續性;由於人工鈉土屬熱敏性物料，加熱方法不妥，將使產品質量退化，因此，上述方法都不敢用快速乾燥，導致了工藝流程的不連續性。
本發明的目的在於研究一種連續的、機械化和自動化的生產人工鈉土的工藝流程，改裝、設計有關工藝設備和儀表，並提供人工鈉土生產流程中的主要參數。以提高並保證產品質量，達到並超過API和OCMA標準。
發明是這樣實現的一臺單軸或雙軸螺旋擠壓機，將機頭改裝成園形網眼出口。鈣膨潤土塊料經顎式破碎機、對輥破碎機破碎成小於4毫米的細粒，用提升機至電子秤計量給料，進入混合機。同時，與土重成比例的純鹼溶液也噴入混合機。經充分混勻潤溼，物料進入螺旋擠壓機，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，進行鈉交換反應，鈣膨潤土被改性成鈉膨潤土。產品呈園柱狀排出或爆裂呈碎片噴出。溼料經傳送帶送入燃燒爐和轉筒乾燥機烘乾，乾料由出料室送到雷蒙磨，粉碎、分級和包裝。從而實現全流程的連續作業。
水土比例的控制是通過一套能遠傳、遙控的固體重量和液體流量按比例自動調節的電子監控系統來實現的。帶振動給料器的電子秤，可遠傳瞬時和累計兩個重量的信號。鹼溶液經電動控制閥和光電轉子流量計，其瞬時和累計流量亦可用信號遠傳。在控制室，物料重量和鹼液流量在監控儀器上進行比較，液固量比例為25-35%，最好為30%，當偏離規定的水土比時，監控儀器發出指令，遙控調節電動控制閥，直到流量計信號達到預定的比例數為止。鹼溶液濃度為15至25%，視不同鈣土需要的加鹼量而定，加鹼量可為土量的2-7%，合適的加鹼量是產品質量的重要因素。因此，控制水土比就是控制加鹼量，以保證鈉化質量。
本發明採用轉筒乾燥機對人工鈉土溼料進行短時乾燥。進口溫度控制在500-750℃，最好650-700℃，出口溫度控制在80至200℃，最好為100-150℃，烘乾時間控制在10-30分鐘最好12-18分鐘，物料水份由30-35%降低到5-8%，產品質量不受任何影響。
產品粉碎必須用風選式粉碎機。如雷蒙磨、爪齒式或錘擊式粉碎機等，不能採用球磨機。產品粒度100-200目。
按本發明敘述的工藝流程已付諸實施。建成的生產線能力為五千噸(每年)，並對山東省濰坊市高陽與駙馬營兩地的鈣膨潤土進行了鈉化改性，高陽土加鹼量為5.5-6%，駙馬營土加鹼量為4.0-4.5%，比鈣土現場配漿加鹼量要少0.5-1%。產品在室內和鑽井現場進行了檢測和試驗。
本工藝流程效果可用產品質量來評價。
產品檢驗方法之一是按API標準(OCMA標準較低)進行泥漿性能試驗。表1示出兩種鈣土鈉化前後的性能指標。
表1 兩種鈣土鈉化前後的泥漿性能
產品檢驗方法之二是實驗室儀器進行理化檢測，包括紅外分光光度計、×射線衍射儀、差熱分析儀、微粒計數儀、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。檢測結果表明，鈣土已轉化為鈉土。以×射線衍射為例，鑑別鈣土與鈉土的主主要依據是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，改性後為12.52A。
圖1為人工鈉土工藝流程圖鈣土幹塊料(水分10%左右)由料倉1進入顎式破碎機2，破碎成6-10毫米顆粒，再經對輥破碎機3進一步碎成小於4毫米的細粉粒。用提升機4送至振動給料器5和電子秤6，物料進入混合機7。與此同時，鹼液箱11中的純鹼溶液被泵12送至液位槽13，經電動控制閥14和光電遠傳轉子流量計15，按預定水土比噴入混合機7。土水比控制是通過電子秤6和流量計15的信號輸入監控儀器16，由後者遙控調節電動控制閥的大小來實現的。混勻潤溼的物料進入螺旋擠壓機8，進行鈉交換反應，經出泥板9擠成直徑8-10毫米的園柱條產品。產品由皮帶運輸機10送入燃燒爐17內烘乾。燃燒爐燃料是經油箱(柴油、重油、殘渣油)22和流量計23，在鼓風機24作用下，經帶噴咀的燃燒器25噴入爐內，由熱電偶溫度計18指示進口溫度，物料在高溫下進入轉筒乾燥機19，然後由出料室20排出，出料室溫度由熱電偶溫度計21測量。蒸發水汽經餘熱水罐26至通風機27抽出，極少量粉塵經旋流除塵器28捕塵，尾汽通向煙囪。乾料經提升機29送至雷蒙磨30，由定量秤31秤量，包裝32的產品，送到成品庫33。
圖2為膨潤土的紅外光譜線，純碳酸鈉(純鹼)吸收峰為1420至1440釐米-1，碳酸鈣(霰石)吸收峰為1470-1490釐米-1。圖2中曲線1為原(鈣)土，僅有少量方解石(1410釐米-1);曲線2為原土幹混碳酸鈉，故吸收峰處在1420-1440釐米-1之間;曲線3為人工鈉土，鈉化反應後碳酸鈉轉化為碳酸鈣(霰石)，故波峰移至1490釐米-1。波峰不對稱，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別標誌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。
權利要求
1.一種含有擠壓、乾燥、粉碎人工鈉土工藝流程，其特徵在於破碎、配料、混合、擠壓、乾燥、粉碎、包裝連續作業。
2.按權利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特徵在於配料採用一套能遠傳、遙控的固體重量和液體流量按比例自動調節的電子監控系統。
3.按權利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特徵在於短時乾燥採用轉筒乾燥機及控制儀表，能調節和控制進出口溫度和烘乾時間。
4.按權利要求
1的人工鈉土工藝流程，其特徵在於在高溫100℃至120℃，壓縮比1∶2-3和剪切下進行擠壓，以實現鈉交換反應。
5.按權利要求
1和3的人工鈉土工藝流程，其特徵在於乾燥時進口溫度為650-700℃，出口溫度為100-150℃，烘乾時間為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料到出產品實現連續作業的工藝流程包括能遠傳、遙控並自動調節固體重量和液體流量比例的電子系統和螺旋擠壓機進行有效的鈉交換反應；能調節和控制進出口溫度和烘乾時間的轉筒乾燥機進行短時間乾燥；最後送到風選式粉碎設備進行粉碎、分級和包裝。該工藝流程特點是連續作業效率提高，產品質優性能穩定，適用性廣，節省原材料。
文檔編號C09C1/42GK85105253SQ85105253
公開日1987年4月15日 申請日期1985年7月11日
發明者湯松然, 汪仲英, 於增國, 王毅, 周韶光, 殷錫鵬, 李強, 寇從詩 申請人:地質礦產部探礦工程研究所, 地質礦產部泥漿公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan