陶瓷顆粒以及其製造方法
2023-10-19 22:04:12
專利名稱：陶瓷顆粒以及其製造方法
陶瓷顆粒以及其製造方法相關串請的交叉引用本申請要求於2010年2月10日提交的美國臨時申請號61/303，097的權益。
背景技術：
陶瓷顆粒群可以用於多種多樣的工業過程以及產品中，包括例如磨料介質；作為基於浙青的屋頂瓦片的顆粒塗層；作為液體的過濾介質；作為熔模鑄造過程中砂的代替物；以及作為井下鑽孔操作中的支撐劑，其中陶瓷材料可以被稱為支撐劑。由陶瓷顆粒製成的支撐劑可以用在深井中，在此施加到該陶瓷支撐劑上的壓力超過了常規支撐劑(例如砂和樹脂塗覆的砂)的抗壓碎強度。針對支撐劑的專利以及公開的專利申請的例子包括US 3，376，930 ；US4，632，876 ；US 7，067，445 ；US 7，528，096 ；US 2006/0177661 和 US2008/0000638。 概沭本發明的實施方案包括具有某些特徵的顆粒群，這些特徵用於改進壓碎強度、傳導性以及耐沉降性同時還降低陶瓷顆粒生產者的製造成本。在此描述的陶瓷顆粒群可以使用常規的設備和原料來生產。本發明的一個實施方案包括一種陶瓷顆粒群，該群包括多個單獨的自由流動的顆粒。該多個顆粒具有一個總重量和包括(195和(15粒度的粒度分布。該分布具有的有效寬度是該分布的(195與(15粒度之間的差值。該分布的有效寬度超過了 100微米並且包括三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域。該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域。該第二區域的寬度是該有效寬度的至少25%。該第二區域中的顆粒重量不超過該群的總重量的15%並且該第一區域和該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。本發明的另一個實施方案涉及一種用於製造陶瓷顆粒群的方法。該方法可以包括以下步驟。提供一個初始量的、具有總重量和粒度分布的顆粒。將該初始的顆粒群分成至少三個部分，在此稱為A部分、B部分以及C部分，其中A部分的d5(l是小於B部分的d5(l，並且B部分的d5(l是小於C部分的d50。將A部分與C部分合併由此產生一個最終顆粒群，該群具有一個總重量以及包括d95和d5粒度的粒度分布。該分布的有效寬度是該分布的d95與d5粒度之間的差值。該分布的有效寬度超過了 100微米並且包括三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域。該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域。該第二區域的寬度是該有效寬度的至少25%。該第二區域中的顆粒重量不超過該最終群的總重量的15%並且該第一區域和該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。<(1}另一個實施方案涉及一種用於製造陶瓷顆粒群的方法。該方法可以包括以下步驟。提供第一顆粒群以及第二顆粒群，其中該第一群的d9(l小於該第二群的CU。將該第一群與該第二群合併，由此產生一個最終群，該最終群具有一個總重量以及包括d95和d5粒度的粒度分布。該分布具有的有效寬度是該分布的(195與(15粒度之間的差值。該分布的有效寬度超過了 100微米並且包括三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域。該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域。該第二區域的寬度是該有效寬度的至少25%。該第二區域中的顆粒重量不超過該最終群的總重量的15%並且該第一區域和該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。附圖
簡要說明圖I是重量百分比對比顆粒直徑的第一圖；圖2是第一工藝流程圖；圖3是重量百分比對比顆粒直徑的第二圖；圖4是第二工藝流程圖。
詳細說明如在此使用的，短語「陶瓷顆粒群」用作對多個單獨的自由流動的陶瓷顆粒的總體描述。諸如支撐劑、磨料顆粒以及屋頂料粒的術語描述了旨在用於特定應用中的陶瓷顆粒群。如在此使用的術語「支撐劑」或「支撐劑類」可以互換使用，用於表示典型地與壓裂液混合併且然後強力注入井孔中的大量陶瓷顆粒。可以具有在200微米與2. 4_之間直徑的顆粒通過該壓裂液而駐留在地質結構中產生的裂縫中。該壓裂液已經抽出之後，這些顆粒仍然在裂縫中。隨著位於井孔附近的流體通過這些裂縫而排入井中並且然後被泵送到井表面上，這些單獨的顆粒支持打開穿過裂縫的通路，由此允許另外的液體填充該井。使用支撐劑可以通過使得與在同一井中不使用支撐劑時有可能的得到的相比捕獲更多流體而提高了井的經濟性能。為了製造大量的陶瓷顆粒，例如支撐劑，人造支撐劑的商業製造商可以使用大型旋轉盤式混合器來將幹成分與溼成分進行混合併且然後形成大量的手動可變形的球狀顆粒，這些顆粒被稱為陶坯。在任何進一步的加工(例如分選或加熱)之前，在此該陶坯可以稱為初始顆粒群。關於用來製造該陶坯的幹成分，適當的起始材料包括氧化物，例如氧化鋁、氧化矽、氧化鎂以及它們的混合物。其他示例性的起始材料包括粘土 (主要是水合的氧化鋁)，例如高嶺土、硬水鋁石粘土、蠕狀耐火粘土以及燧石粘土、鋁土、天然或合成的鋁土礦、矽鋁酸鹽、矽酸鎂、它們的混合物以及類似物。可以加入不同的燒結助劑，例如膨潤土、氧化鐵、硼、碳化硼、二硼化鋁、氮化硼、磷化硼、其他硼化合物或助熔劑，例如碳酸鈉、碳酸鋰、長石、氧化錳、氧化鈦以及矽酸鈉，其量值高達按重量計百分之十以輔助燒結。如果希望的話，可以將一種粘結劑加入到該混合物中以改進顆粒的形成並且增加該陶坯的強度。總體上，該粘結劑是基於這些氧化物的重量以按重量計約0-6百分比加入。適合的粘結劑材料可以包括澱粉、樹脂或蠟、碳酸鈣、或它們的組合。這些幹成分可以通過球磨或其他研磨過程進行研磨。研磨之前，將這些幹成分乾燥以便於研磨。 在一個實施方案中，可以將這些幹成分與一種溼成分(例如水)結合併且在一個強力混合器(例如Eirich混合器)中混合，該強力混合器具有一個可旋轉的容器，該容器配備有一個轉子轉盤或可旋轉的衝擊葉輪。該轉子轉盤或盤在與該衝擊葉輪相反的方向上旋轉。該衝擊葉輪可以處於盤的形式，具有附接到該盤上並且總體上平行於該葉輪的旋轉軸線而對齊的多個杆或棒。需要足夠的水來實質上引起該的混合物的球形顆粒的形成。此種顆粒形成之後，可以加入另外的陶瓷粉末並且可以進一步運行該混合器以便引起所添加的材料增加到正在形成的顆粒中。然後將所得到的陶坯乾燥，通常是在乾燥器中在約100° C與約300° C之間的溫度下，直至水分含量小於約10的重量百分比。在常規的方法中由附聚器產生的粒徑分布是如此寬而使得該分布包括對於井孔中的使用而言尺寸過大的顆粒以及尺寸不足的顆粒連同尺寸適當的顆粒。尺寸過大的顆粒可能太大而不能起到支撐劑的作用，因為它們難以置於地質結構中。尺寸不足的支撐劑可能太小而不能起到支撐劑的作用，因為它們易於填充其他尺寸適當的支撐劑之間的空隙並且由此降低了流體穿過該支撐劑填料的傳導性。因此，支撐劑製造商典型地去掉了尺寸過大的以及尺寸不足的顆粒以便生產一種商業上可行的支撐劑，該支撐劑具有可接受的傳導性以及壓碎耐受性。然而，因為通過排除尺寸過大的以及尺寸不足的顆粒而減小了粒度分布的寬度，該分布中剩餘的顆粒易於形成單峰的分布、具有比初始的群更好的傳導性但是壓碎可能增加至超過可接受的水平。尺寸過大的以及尺寸不足的顆粒通過允許這些顆粒流經一系列的篩子而從原始的群中去除。每個篩子包括多個形狀和尺寸均勻的孔，這些孔允許比該篩子的孔更小的顆粒流經該篩子並且阻止了比該篩孔大的顆粒從中通過。如以上所 解釋的，如果該支撐劑製造過程不能如所希望的嚴密控制單獨支撐劑顆粒的直徑，則該篩分過程可能需要轉向並且然後回收大量的太大或太小的初始支撐劑群。在一些商業操作中，在該篩分過程中去除了高達30重量百分比的支撐劑並且接著將其返回到支撐劑製造過程的開始階段，在那裡將它們進行回收。在單次通過中產生了小於70重量百分比的可用產品的支撐劑製造過程是已知的。儘管這種再循環的材料是可回收的，由此避免了顯著的材料成本的經濟損失，但在製造以及回收30重量百分比的陶坯中涉及的勞動是一種經濟負擔，這最終增加了生產該支撐劑的成本。這種乾燥並且篩分後的陶坯然後可以在一個加熱爐中加熱到升高的溫度，例如1000° C或更高，由此將幹成分的附聚粒料彼此燒結和/粘結並且形成多孔的耐壓碎的支撐劑顆粒。適當的燒結溫度總體上是約1200° C並且可以高達1500° C。如以下將解釋的，本發明的一種方法的一個實施方案降低了生產這種支撐劑的成本，是通過將初始量的顆粒分離成至少三個部分，它們在此被稱為A部分、B部分、C部分，並且然後將A部分與C部分合併而由此產生一個最終支撐劑群。B部分可以作為一種單獨的產品出售而無需進一步加工。勞動成本的節約以及生產過程的產率的實質性改進可以顯著地提高該支撐劑製造過程的經濟性能。支撐劑可以使用一種或多種包括粒度分布在內的物理特徵進行表徵。如在此使用的，粒度分布是使用CA M S IZERr光學粒度分析儀來確定，該分析儀是由德國萊馳科技公司(Retsch Technology)生產的。該粒度分析儀提高了一個粒度分布圖，該圖可以指示許多粒度度量，例如d5(l，是用來指代小於這些顆粒的直徑的50%以及大於這些顆粒的直徑的50%的顆粒直徑。類似地，d5指代小於這些顆粒的直徑的95%並且大於這些顆粒的直徑的5%的粒徑。對於任何分布，可以對於其他粒度量度，例如d1(l、d25、d75和d9(l計算類似的值。用來描述支撐劑的另一個重要物理特徵是傳導性，可以總體上描述為當流體移動穿過該支撐劑時該支撐劑施加該流體上的阻力的一種量度。傳導性使用在ISO 13503-5中描述的程序確定。還另一個重要的特徵是支撐劑經受壓碎的能力。壓碎耐受性是通常用來表示支撐劑的強度的術語並且可以使用ISO 13503-2確定。一種強支撐劑在相同的閉合應力下產生了比弱支撐劑更低重量百分比的被壓碎支撐劑。例如，在相同的測試條件下，具有2重量百分比的壓碎支撐劑的支撐劑被認為是強支撐劑並且優於一種具有10重量百分比的壓碎支撐劑的弱支撐劑。當支撐劑被用於鑽削操作中時，將這些顆粒與一種流體混合，然後將該流體強力地泵送到井下。當該流體和其中夾帶的顆粒被泵送到井中時，一些顆粒與同一粒子群中的其他顆粒相比易於以更快的速率沉降。如果在每個井中使用相同的壓裂液和推進劑，則井的深度將影響分離的程度，其中淺井(即，小於2000米)比深井(B卩，大於4000米)經歷了更少的分離。這種現象在此可以被稱為「支撐劑沉降問題」，這對於使用支撐劑作為破壞地質結構的過程的一部分的公司而言是一個廣泛認可的並且持久性的問題。支撐劑沉降問題可以導致小顆粒積累在破碎區中的一個位置而大顆粒積累在該破碎區中的第二位置。在破碎區內不受控的顆粒沉降可以降低支撐劑的效力並且由此降低井的經濟性能。本發明的諸位 發明人認識到，這個問題可以通過協調支撐劑物理特徵(例如，粒度分布以及比重)以及化學組成的選擇而使得大多數顆粒以大致相同的速率沉降來實質性地降低或消除。將具有第一平均粒度和比重的第一支撐劑群與具有不同的平均粒徑和比重的第二支撐劑群進行混合，使得在該最終的顆粒群中的所有顆粒都以大致相同的速率沉降，可以實質性地解決這個支撐劑沉降問題。本發明的諸位發明人已經認識到，對具有已知的的粒徑和比重的第一支撐劑群與具有不同於該第一支撐劑群的粒徑和比重的一個已知粒徑和或比重的第二支撐劑群的選擇進行協調可以用來有意地創建一個沉降速率圖譜，該圖譜可以用來產生有益的並且可控的顆粒沉降速率差。例如，可以使得具有高比重的小顆粒比具有低比重的大顆粒遠遠更快地沉降。如果希望的話，可以增大沉降的差異，使得大多數的小顆粒進入該地質構造的裂隙中並且在較大顆粒可以到達裂縫開口之前儘可能遠地移動到裂縫中。選擇性地插入較小顆粒然後是較大顆粒可以是所希望的，因為這可以導致防止顆粒回流，顆粒回流是在去除壓裂液時所不希望的從裂縫中的顆粒去除。圖I示出了本發明的一個實施方案的陶瓷顆粒群的重量百分比對比直徑的一個圖。該分布的有效寬度(參見箭頭28)在此被定義為粒度d5 (參見箭頭30)與粒度(195 (參見箭頭32)之間的距離。如之前描述的，該粒度分布的d5和d95可以使用光學粒度分析儀確定。在該有效寬度內，存在至少三個鄰接的但是不重疊的區域，包括第一區域34、第二區域36以及第三區域38。該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域。在該第一區域內的顆粒重量以及在該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。在圖I中，該第一和第三區域中的顆粒重量是該群的總重量的40%並且在該第二區域中的顆粒重量是10%。關於平均粒度，在此也稱為d5(l，該第一區域的d5(l固有地小於該第二區域的d5(l，該第二區域的d5(l固有地小於該第三區域的d50。此外，該第二區域的寬度在此被定義為粒度dmin (參見箭頭40)與dmax (參見箭頭42)之間的差，是該有效寬度28的寬度的約25%。關於第一、第二以及第三區域的重量百分比，本發明的陶瓷顆粒群可以具有單獨地在該群的總重量的5與85重量百分比之間的第一區域以及第三區域，前提是該第一和第三區域總計不超過90%。該第二區域不超過該群的總重量的15重量百分比。在一些實施方案中，該第二區域可以佔該群的總重量的不大於10重量百分比、5重量百分比或甚至O重量百分比。第一或第三區域的重量百分比在5與85之間，例如15，35，40. 0，63. 5以及75. 7，也是可行的。類似地，第二區域的重量百分比在0與15之間，例如3. 0,6. 2，9. 5和12. 1，是可行的。在圖I中示出的第一、第二以及第三區域的界限在此被定義如下。該第一區域從該群的d5延伸到第二區域的dmin。該第三區域從該第二區域的d_延伸到該群的d95。該第二區域位於該第一區域與該第三區域之間，由此佔據了 (1_與d_之間的區域。對於一個特定的陶瓷顆粒群，(1_與(1_是共同限定了如下一個區域的粒度，該區域同時地(I)佔據該分布在其d5與d95之間的粒度之間的寬度的至少25% ; (2)該第一區域以及該第三區域內的顆粒的重量百分比各自超過了該第二區域內的顆粒的重量百分比；並且(3)在該第二區域內的顆粒的重量百分比不超過該群的總重量的15重量百分比。該第二區域(即，對應於dmin和d_的粒度)可以使用粒度分析儀確定該顆粒群中的粒徑並且然後使用篩子來確定所選擇的粒徑之間的顆粒重量百分比而進行確定。圖2中示出了可以用來生產本發明的陶瓷顆粒群的一個實施方案的方法。步驟50呈現了提供初始量的顆粒，這些顆粒具有一個總重量以及粒度分布。該初始量可以具有單峰或多峰的粒度分布並且可以使用原料和常規的設備來生產，例如本領域普通技術人員已知的用於製造支撐劑的噴霧乾燥器、高強度剪切混合器以及盤式附聚器。在步驟52中，將該初始量的顆粒分成A部分、B部分以及C部分，它們在圖2中分別由部分編號54、56和58表不。A部分的d5(l是小於B部分的d5(l,而B部分的d5(l是小於C部分的d50。將該初始量分成三個部分可以使用空氣分級系統(旋風分離器或篩分機構)完成。步驟60表示將A部分與C部分合併以產生一個最終的陶瓷顆粒群62，該群不包含B部分。B部分中的顆粒可以 出售而無需進一步的篩分或其他改變，由此避免了與從該初始量的陶瓷顆粒中回收25%或更多的顆粒相關的成本。圖3披露了可以由圖2中披露的方法製造的多個陶瓷顆粒的假設性粒度分布，其中在該初始量的顆粒被分成A部分、B部分和C部分之後,將A部分與C部分合併，由此產生了具有圖3中披露的粒度分布的最終的陶瓷顆粒群。該最終的陶瓷顆粒群具有一個總重量和一個包括d95和d5粒度的粒度分布。該分布的有效寬度是該分布的d95與d5粒度之間的差值、超過了 100微米並且包含三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括第一區域34，該第一區鄰接第二區域36，該第二區域鄰接第三區域38。該第二區域的寬度是該有效寬度的至少25%並且該第二區域內的顆粒重量不超過該最終群的總重量的15%。此外，在該第一區域以及該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。用於製造本申請人的發明的實施方案的另一種方法參照圖4進行了說明，其中步驟80代表了提供第一量的具有粒度d9Q的顆粒。步驟82代表提供第二量的具有d1Q粒度的粒度分布的顆粒。該第一量以及第二量的顆粒被選擇為使得該第一量的d9(l小於該第二量的d1(l。在步驟84中，接著將該第一以及第二量混合以產生一個最終的陶瓷顆粒群。該最終的群具有一個包括d95和d5粒度的粒度分布。該分布具有的有效寬度是d95與d5粒度之間的差值。該有效寬度超過了 100微米並且包含三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域，該第一區鄰接一個第二區域，該第二區進而鄰接一個第三區域。在該第一區域以及該第三區域內的顆粒重量各自超過了該第二區域內的顆粒重量。該第二區域的粒度分布的寬度是該最終群的有效寬度的至少25%。參見在圖4中披露的方法，該第一量的顆粒具有一個平均比重以及粒度分布。該第二量的顆粒具有一個平均比重以及粒度分布。在某些實施方案中，該第二量的顆粒的平均比重可以比該第一量的顆粒的平均比重小至少10%。如果希望的話，該第二量的顆粒的平均比重可以比該第一量的顆粒的平均比重小15%、20%或甚至25%。通過協調對粒度分布以及平均比重的選擇，可以使得該第一量的顆粒與該第二量的顆粒以大致相同的速率進行沉降。在某些實施方案中，將該第二量的顆粒的平均比重控制在比該第一量的顆粒的平均比重小至少10重量百分比，將實質性地減輕或防止所不希望的顆粒沉降。如果如在圖4中披露的方法中，將兩個不同的顆粒群合併以便製造本發明的陶瓷顆粒群的一個實施方案，則該第一以及第二量的物理特徵(即，比重和粒度分布)以及化學特徵(例如組成)均可以獨立地進行選擇為產生一個最終的群。例如，在一個實施方案中，本發明的陶瓷顆粒群可以具有如下的粒度分布，該粒度分布具有如在圖3中所示的第一區域34、第二區域36以及第三區域38。在這個實施方案中，在該第二區域沒有顆粒。在第一區域34中的顆粒可以與該第三區域38中的顆粒在化學上是相同的。替代地，在該第一區域中的顆粒可以具有第一化學組成並且該第三區域內的顆粒可以具有第二化學組成，該第二化學組成與該第一化學組成在化學上是不同的。如在此使用的，兩種化學組成會被認為是 「化學上不同的」，如果(I)這些組成不包含至少一種公共的化學化合物；或(2)如果這些組成不包含至少一種公共的化合物，然後基於該組合物的總重量，在該第一組成的化合物的量與該第二組成的化合物的量之間存在至少10重量百分比的差異。可以使用X-射線X光(XRF)分析裝置來確定化合物的量，例如Al2O3和Si02。例如，在第一實施方案中，如果該陶瓷顆粒群中的整個顆粒群是由鋁土礦製成的，該群具有包含至少30重量百分比的Al2O3的第一化學組成，則這些區域的化學組成不是化學上不同的。在一個第二實施方案中，如果該第一區域內的顆粒是由鋁土礦製成的並且該第三區域內的顆粒具有一個包含小於I重量百分比的Al2O3以及至少50重量百分比的SiO2的化學組成，則該第一與第三區域的組成是化學上不同的。在該第二實施方案中，該第三區域內的顆粒可以包括砂。在一個第三實施方案中，如果該第一區域內的顆粒是由鋁土礦製成的並且由此具有小於60重量百分比或更多的Al2O3，而該第三區域內的顆粒是由包括小於50重量百分比的Al2O3的粘土製成的，則該第一與第三區域的組成是化學上不同的。關於支撐劑顆粒的裝填，當它們被插入到地質結構中的裂縫中時，支撐劑顆粒的直徑的分布可以影響所填充的顆粒的物理排列，這可以影響該支撐劑的壓碎強度以及傳導性。考慮例如包含三種分別具有平均直徑DpD2和D3的不同尺寸的支撐劑顆粒的混合物的一種支撐劑填料，其中最小直徑的顆粒具有等於D1的平均直徑，中間粒徑的顆粒具有等於D2的平均直徑並且最大的顆粒具有等於D3的平均直徑。在該填料內，最大直徑的顆粒通常可以彼此鄰接，由此形成了一種實質上連續的基質，該基質在其間限定了多個通道。這些中間尺寸的顆粒以及最小尺寸的顆粒可以被選擇來容易地填充最大顆粒之間的通道。因為最大直徑的顆粒形成了穿過該填料的基質，這些最大顆粒的壓碎耐受性實質上決定了該支撐劑填料的壓碎耐受性。在同一填料內，最小的以及中間直徑的顆粒可能對支撐劑填料的壓碎耐受性具有極小的影響，因為它們配合在由基質產生的空隙內，同時，最小的以及中間尺寸的顆粒可以通過填充大顆粒之間的空隙而由此阻擋流體可以從中流動的通道來減小支撐劑填料的傳導性。相比之下，支撐劑顆粒的分布可以被選擇為使得最小和/或中間直徑的顆粒太大而不能適配到大顆粒所產生的空隙內，由此迫使許多更大的顆粒彼此離開並且減小大顆粒之間的接觸點的數目。這種對大顆粒的裝填模式的破壞可以通過選擇如下的顆粒群來輔助，在該顆粒群中顆粒的d5:d95之比超過了 0. 22。具有大於0. 30或甚至0. 35的d5:d95比率的顆粒群是可行的。具有大於0. 22的d5:d95比率的顆粒群出於兩個原因可能是有利的。首先，這種被破壞的填充模式可以在最大顆粒與較小顆粒之間創造更多的接觸點，由此破壞了在更寬的範圍內施加到該填料上的力，這導致了提高的壓碎耐受性。其次，由最大顆粒限定的通道被中間以及最小直徑的顆粒迫使打開，由此有助於流體穿過該支撐劑填料而流動。在某些實施方案中，本發明的支撐劑可以包含獨特的粒度分布，這些粒度總體提供了壓碎耐受性、碎裂過程中的沉降耐受性以及流體穿過該支撐劑的傳導性。這些所希望的性能特徵被認為是至少部分地由於顆粒以破壞的填料模式進行裝填的能力。 實魁為了展示本發明的陶瓷顆粒群的一個實施方案，諸位發明人如下製造了一個支撐劑群。起始材料包括400kg的阿肯色州鋁土礦，該鋁土礦之前已經被研磨成約10微米的平均粒徑；7kg可商購的玉米澱粉粘結劑；以及113kg (25磅)的水,該水添加到一個旋轉Eirich混合器(這是一種眾所周知的附聚器)中。將這些原料填充到該混合器腔中至三分之二滿。轉盤與葉輪的轉動持續I. 5分鐘直至形成了具有適當尺寸的顆粒。緩慢添加約IOOkg的另外的鋁土礦，由此對先前形成的顆粒塗覆了一個材料層。> 轉盤與葉輪的轉動繼續4分鐘，由此導致形成了球狀的顆粒，這些顆粒在此可以稱為陶坯。然後將顆粒在乾燥器中在200° C下乾燥，直至顆粒的水分含量小於10%。為了實現所希望的密度和強度，然後將這些乾燥的顆粒加熱到1400° C持續約一小時。所得到的顆粒具有約0.9的球度，如使用Krumbein and Sloss圖所確定的。在離開該乾燥箱時但在流經該加熱爐之前整個顆粒群在此被定義為母體顆粒群。在加熱爐中在1400° C下熱處理之後，將該母體顆粒群通過引導顆粒流動穿過第一商業篩分裝置而進行篩分，該篩分裝置包含線性排列的一個14目篩子然後是一個50目篩子。該第一篩分裝置去除了(a)不能流動穿過該14目篩子或(b)不能流動穿過該50目篩子的顆粒，由此留下了足夠小而能流動穿過14目篩子並且太到而不能流動穿過50目篩子的支撐劑群。這個顆粒群在此被定義為初始顆粒群並且在表I中稱為批號I。使批號I流動穿過第二篩分過程，該第二篩分過程包括一種含20目篩子以及35目篩子的商用篩分裝置。該第二篩分裝置將這些顆粒轉向並且捕獲成三個單獨的部分。A部分包含流動穿過了第一篩分裝置中的14目篩子但是太大而不能流動穿過該20目篩子的顆粒。B部分中的顆粒足夠小而能流動穿過該20目篩子並且太大而不能流動穿過35目篩子並且在表I中被稱為批號2。C部分中的顆粒足夠小而能流動穿過該35目篩子並且太大而不能流動穿過第一篩分裝置中的50目篩子。將A部分與C部分中的顆粒再次合併，由此產生了該最終的支撐劑群，該群在表I中被稱為批號3。將B部分中的顆粒從該最終支撐劑群中永久性地分離出。在下表I中示出了每種支撐劑的相關特徵。除百分比外的所有數值都是以微米計的。表I
權利要求
1.一種陶瓷顆粒群，包括 a.多個單獨的自由流動的陶瓷顆粒，所述多個顆粒具有一個總重量以及粒度分布，該粒度分布包括d95和d5粒度； b.所述分布具有一個有效寬度，該有效寬度是該分布d95與d5粒度之間的差值，所述分布的有效寬度超過了 100微米並且包含三個鄰接的但是不重疊的區域，包括一個第一區域，一個第二區域以及一個第三區域，其中該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域；並且其中所述第二區域的寬度是該有效寬度的至少25% ;並且 c.其中所述第二區域中的顆粒重量不超過該多個顆粒的總重量的15%並且所述第一區域和所述第三區域內的顆粒重量各自不超過所述第二區域內的顆粒重量。
2.如權利要求I所述的群，其中，該比率d5:d95超過了0. 22。
3.如權利要求I所述的群，其中，該比率d5:d95超過了0. 30。
4.如權利要求I所述的群，其中，所述顆粒群具有在200微米與2.4mm之間的平均直徑。
5.如權利要求I所述的群，其中，所述第二區域的寬度是該有效寬度的至少30%。
6.如權利要求I所述的群，其中，所述第一區域內的顆粒重量超過了該多個顆粒的總重量的至少5%。
7.如權利要求6所述的群，其中，所述第一區域內的顆粒重量超過了該多個顆粒的總重量的至少15%。
8.如權利要求I所述的群，其中，所述第三區域內的顆粒重量超過了該多個顆粒的總重量的至少5%。
9.如權利要求8所述的群，其中，所述第三區域內的顆粒重量超過了該多個顆粒的總重量的至少15%。
10.如權利要求9所述的群，其中，所述第三區域內的顆粒重量超過了該多個顆粒的總重量的至少40%。
11.如權利要求10所述的群，其中，所述第二區域內的顆粒重量不超過該多個顆粒的總重量的至少10%。
12.如權利要求I所述的群，其中，所述第二區域內的顆粒重量不超過該多個顆粒的總重量的至少10%。
13.如權利要求I所述的群，其中，所述第二區域內的顆粒重量不超過該多個顆粒的總重量的至少5%。
14.一種用於製造多個顆粒的方法，該方法包括以下步驟 a.提供一個初始量的、具有總重量和粒度分布的顆粒； b.將所述量的顆粒分成A部分、B部分以及C部分，其中A部分的d5(l是小於B部分的d50，而B部分的d50是小於C部分的d50 ;並且 c.將該第一部分與該第三部分合併由此產生一個最終的顆粒群，該群具有一個總重量以及一個包括d95與d5的粒度分布，所述粒度的有效寬度是該分布的d95與d5粒度之間的差值，所述分布的有效寬度超過了 100微米並且包含三個鄰接但是不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域，其中該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域；其中所述第二區域的寬度是該有效寬度的至少25% ;其中所述第二區域內的顆粒重量不超過該最終群的總重量的15%，並且其中所述第一區域以及所述第三區域內的顆粒重量各自超過所述第二區域內的顆粒重量。
15.如權利要求14所述的方法，其中，該第二區域的寬度是該有效寬度的至少30%。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述第二區域內的顆粒重量不超過該最終群的總重量的10%。
17.一種用於製造陶瓷顆粒群的方法，該方法包括以下步驟 a.提供第一量的顆粒以及第二量的顆粒，其中該第一量的d9(l小於該第二量的d1(l，並且 b.將該第一量與該第二量合併由此產生一個最終的陶瓷顆粒群，該群具有一個總重量以及包括d95與d5的粒度分布，所述分布具有一個有效寬度，該有效寬度是該分布的d95與d5粒度之間的差值，所述分布的有效寬度超過了 100微米並且包括三個鄰接但是不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域，其中該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域；其中所述第二區域的寬度是該有效寬度的至少25% ;並且其中所述第二區域內的顆粒重量不超過該最終陶瓷顆粒群的總重量的15%，並且所述第一區域以及所述第三區域內的顆粒重量各自超過了所述第二區域內的顆粒重量。
18.如權利要求17所述的方法，其中該第一量的顆粒具有一個平均比重，該第二量的顆粒具有一個平均比重並且該第一量的平均比重與該第二量的平均比重之間的差值是該第一量的平均比重的至少10%。
19.如權利要求17所述的方法，其中該第一量的顆粒的平均比重與該第二量的顆粒的平均比重之間的差值是該第一量的平均比重的至少15%。
20.如權利要求17所述的方法，其中所述第一量的顆粒具有第一化學組成，所述第二量的顆粒具有第二化學組成，並且這些化學組成在化學上彼此不同。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述這些化學組成中的至少一種包含至少50重量百分比的SiO2。
22.如權利要求20所述的方法，其中所述這些化學組成中的僅一種包含至少50重量百分比的SiO2。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述這些化學組成中的至少一種包含至少50重量百分比的SiO2所述化學組成包含砂。
24.如權利要求20所述的方法，其中所述這些化學組成中的僅一種包含至少30重量百分比的Al2O3。
全文摘要
在此披露了一種陶瓷顆粒群，該群包括多個單獨的自由流動的顆粒。該多個顆粒具有一個總重量和粒度分布。該分布的有效寬度是該分布的d95與d5粒度之間的差值。該分布的有效寬度超過了100微米並且包括三個鄰接的並且不重疊的區域，這些區域包括一個第一區域、一個第二區域以及一個第三區域。該第一區域鄰接該第二區域並且該第二區域鄰接該第三區域。該第二區域的寬度是該有效寬度的至少25%。在該第二區域內的顆粒重量不超過該多個顆粒的總重量的15%。在該第一區域以及該第三區域內的顆粒重量各自超過該第二區域內的顆粒重量。還披露了用於製造陶瓷顆粒群的方法。
文檔編號C04B35/01GK102753501SQ201180008525
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月8日 優先權日2010年2月10日
發明者D·L·邁克遜, I·耶格爾, K·R·迪克遜, S·森, T·富西, T·斯曼斯基, W·T·史蒂芬斯 申請人:聖戈本陶瓷及塑料股份有限公司