專利名稱：一種泥漿用膨潤土的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種膨潤土的制備方法，具體涉及一種高粘度、低濾失量的泥漿用膨潤土的制備方法。
背景技術：
膨潤土是一種以含蒙脫石為主的粘土。蒙脫石是由兩層Si-O四面體中夾一層AL-(0，0H)八面體為構造單元組成的層狀硅酸鹽礦物。其結構有兩個特點①晶層間靠范德華力聯結，這種作用力較弱；②四面體中部分
Sf +可被Al3+取代，八面體中的Al可被Fe、Mg、Zn等離子取代，使晶層平面上帶負電。
前者使水分子易于進入晶胞層間發生膨脹；后者使粘土顆粒表面能自發地吸附反電荷離子(陽離子)形成絡合物或有機、無機復合物。當膨潤土分散于水中時，由于表面吸附的陽離子在溶液主體中的濃度較低，它們有自晶層表面向外擴散的趨勢；另一方面，它們又受帶電晶層的靜電吸引。這兩個相反趨向的結果，使粘粒晶層外表面形成擴散雙電層，并呈大氣狀分布。堆疊晶層間的陽離子則限制在面對面晶層表面中間的狹窄間隔內。由于膨潤土特定的層狀結構，使其具有較大的比表面積，因此具有較強的吸附性，
同時由于有親水基團ar的存在，在水溶液中具有優良的分散性和懸浮性及粘結性，在一
定濃度范圍內，表現出優良的觸變性。即在有外加攪拌時，懸濁液表現為流動性很好的溶膠液，停止攪拌后會自行排列成立體網狀結構的凝膠，而不發生沉降和水析離。這種特性，特別適于配制鉆井泥漿。所謂泥漿用膨潤土，就是用膨潤土為主要原料配制泥漿，用以保護井壁、上返巖屑、冷卻鉆頭等。無論石油鉆井、地質勘探鉆井或是地下開挖、盾構，頂管，都大量用膨潤土配制鉆井泥漿。膨潤土是鉆井泥漿的基本材料，世界上泥漿膨潤土用量約150萬t，我國為15 20萬t。由于我國石油工業及開挖工程的發展對泥漿用膨潤土的需求量逐年增多，目前，國內高品位泥漿用膨潤土產量遠遠供不應求，膨潤土在石油鉆井方面應用前景廣闊。由于膨潤土在鉆井方面的廣泛應用，膨潤土企業大力開發該產品已成為不可阻擋的趨勢。但由于鈣基膨潤土自身存在的高層電荷、難以改性等原礦性能，為泥漿用膨潤土產品的開發，特別是高粘度、低濾失量的泥漿用膨潤土產品的開發帶來一定難度。CN101224894A公開了“一種高粘度有機膨潤土的制備方法”，該方法通過對膨潤土原礦進行鈉化、提純、水熱合成、壓濾脫水和粉碎干燥操作步驟后獲得質量穩定、性能優良的高粘度有機膨潤土，可直接應用于油漆、油墨、石油鉆井泥漿和高分子聚合物等作為增稠懸浮、流變和防流掛劑。該制備方法工藝工作連續，穩定性好，能穩定鈉化提純產品的質量。但該方法在原礦鈉化后以水力旋流器與臥式螺旋離心機串聯連接進行提純操作，鈉化改性半成品回收率不高，增加了工藝生產的復雜性，且該方法涉及水熱合成步驟，對溫度及溶液的酸堿性有一定的要求，工業可操作性不強,并增加了該產品生產的成本。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足而提供的一種高粘度、低濾失量，且工藝簡單、制備成本低廉，適于石油鉆井及地質勘探鉆井使用的泥漿用膨潤土的制備方法。本發明的目的是這樣實現的一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括晾曬破碎、鈉化改性、烘干碎散、增效磨粉工序，其特征在于該制備方法是在半成品中加入增效劑，所述的增效劑為氫氧化鈉和高分子聚合物，鈣基膨潤土原礦料經晾曬破碎后，輸送至碾壓機中，加入鈉化劑和水混合攪拌碾壓得鈉化物料，將鈉化物料輸送至干燥粉碎機中進行烘干碎散得半成品，再將增效劑混合到半成品中，經磨粉、包裝得泥漿用膨潤土成品；
所述晾曬后的礦料水份< 22%，所述破碎選用錘式破碎機，破碎后的礦料粒徑< 25mm ；所述碾壓機選用行星輪碾機或雙螺旋擠壓機，所述鈉化劑選用碳酸鈉或氟化鈉，加入量為礦料質量的2. 0% 5. 0%，礦料與鈉化劑混合4 6分鐘后加水攪拌碾壓，控制水份在22% 25%，碾壓時間為15 30分鐘；
所述鈉化改性后的物料輸送至強力干燥粉碎機中進行烘干碎散，控制物料水分·(12% ；
所述氫氧化鈉的加入量為半成品質量的I. 0% I. 8%，所述高分子聚合物選用聚丙烯酰胺或羧甲基纖維素鈉，加入量為半成品質量的O. 5% I. 5%。所述氫氧化鈉的加入量為半成品質量的I. 2% I. 5%，所述聚丙烯酰胺或羧甲基纖維素鈉的加入量為半成品質量的O. 8% I. 2%。本發明制備方法由于高價陽離子水化膜薄，膨潤土膨脹倍數低，層間可交換陽離子容量小，而低價陽離子水化膜厚，膨潤土膨脹倍數高，層間可交換陽離子容量大，在進行增效之前，先將膨潤土進行鈉化改性，有利于增效的進行。鈉化裝置選用行星輪碾機，該設備主要用于物料的攪拌，使物料混合均勻，同時碾輪轉動過程中對物料有一定的碾壓效果，促進離子交換的進行。與現有技術相比，本發明的優點是
I、采用強力粉碎干燥機進行烘干碎散。本發明選用強力粉碎干燥機進行烘干碎散，干燥與打散同時進行，使包裹在物料中的水分及時暴露于表面，快速蒸發，既提高了干燥效率，又使其在負壓下及時排出，避免過分干燥而降低產品質量。此外，強力粉碎干燥機還實現了生產過程螺旋自動加料、物料皮帶機械輸送、生產操作連續化和封閉式加工，從而提高了膨潤土深加工的技術水平，保證產品質量穩定、性能優良，且不受天氣等因素的影響，實現全天候生產連續化。2、采用混砂輪碾設備進行鈉化改性。本發明選用行星輪碾機或雙螺旋擠壓機對礦料進行鈉化改性，混合、碾壓同時進行，縮短了現有鈉化改性生產線的復雜工藝，鈉化改性半成品回收率高，且工藝簡單，制備成本低廉，可操作性強。3、在半成品中加入增效劑。本發明在半成品中加入增效劑，增效劑選用氫氧化鈉和高分子聚合物，高分子聚合物選用聚丙烯酰胺或者是羧甲基纖維素鈉，并配以優選的工藝流程和工藝參數，大大提高了產品整體結構的致密性，優化了產品的微觀結構，從而改善了產品的宏觀性能。
圖I為本發明制備方法的工藝流程圖。
具體實施例方式本發明申請人經過廣泛而深入的研究，意外的發現，在半成品中加入增效劑，增效劑選用氫氧化鈉和高分子聚合物，高分子聚合物選用聚丙烯酰胺或者是羧甲基纖維素鈉，并配以優選的工藝流程和工藝參數，大大提高了產品整體結構的致密性，優化了產品的微觀結構，改善了產品的宏觀性能。本發明申請人選用氫氧化鈉和高分子聚合物作為增效劑，是從眾多增效劑材料中經過多次試驗，進行反復比較篩選出來的，雖然氫氧化鈉和高分子聚合物的性能是眾所周知的，但將它們配合起來用于提高產品整體結構的致密性，優化產品的微觀結構，是本申請人經反復研究和試驗才得出的解決方案，這其中還包括鈉化設備和鈉化工藝的選擇，烘干碎散設備和工藝的選擇以及整個工藝流程和工藝參數的選擇，都是經過反復試驗的結果O 以下實施例將結合附圖對本發明作進一步說明。見圖I :一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括以下工序
Cl)晾曬破碎。將鈣基膨潤土原礦料進行晾曬至水分< 22%，去除粗砂、石塊，輸送至錘式破碎機進行破碎，得破碎粒徑< 25mm的礦料。(2)鈉化改性。將礦料輸送至碾壓機中，碾壓機選用行星輪碾機或雙螺旋擠壓機。先加入鈉化劑混合4 6分鐘，鈉化劑選用碳酸鈉或氟化鈉，加入量為礦料質量的2. 0% 5. 0%，再加入水混合碾壓進行鈉化改性，鈉化劑在水溶液中提供鈉離子，使礦料與鈉化劑充分發生鈉化反應，水份控制在22% 25%，碾壓15 30分鐘得鈉化物料。(3)烘干碎散。將鈉化物料輸送至強力干燥粉碎機中，在烘干的同時進行破碎、打散，控制水分< 12%，得半成品。(4)增效磨粉。在半成品中添加增效劑，經混合、磨粉、包裝后得泥漿用膨潤土成品。增效劑選用氫氧化鈉和高分子聚合物，氫氧化鈉的加入量為半成品質量的1.0% I. 8%，優選I. 2% I. 5% ;高分子聚合物選用聚丙烯酰胺或羧甲基纖維素鈉，加入量為半成品質量的O. 5% I. 5%,優選O. 8% I. 2%。實施例I :
一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括以下工序
Cl)晾曬破碎。將鈣基膨潤土原礦進行晾曬至水分< 22%，去除粗砂、石塊，輸送至錘式破碎機進行破碎，得破碎粒徑< 25mm的礦料。( 2)鈉化改性。將礦料輸送至行星輪碾機中，先加入礦料質量2. 0%的碳酸鈉混合4分鐘，再加入水混合碾壓進行鈉化改性，水份控制在22%，碾壓15分鐘得鈉化物料。(3)烘干碎散。將鈉化物料輸送至強力干燥粉碎機中，在烘干的同時進行破碎、打散，控制水分< 12%，得半成品。(4)增效磨粉。在半成品中添加半成品質量I. 0%的氫氧化鈉和O. 5%的聚丙烯酰胺，經混合、磨粉、包裝得泥漿用膨潤土成品。實施例2
一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括以下工序(I)晾曬破碎。將鈣基膨潤土原礦進行晾曬至水分< 22%，去除粗砂、石塊，輸送至錘式破碎機進行破碎，得破碎粒徑< 25mm的礦料。( 2)鈉化改性。將礦料輸送至行星輪碾機中，先加入礦料質量4. 0%的碳酸鈉混合5分鐘，再加入水混合碾壓進行鈉化改性，水份控制在23%，碾壓20分鐘得鈉化物料。(3)烘干碎散。將鈉化物料輸送至強力干燥粉碎機中，在烘干的同時進行破碎、打散，控制水分< 12%，得半成品。(4)增效磨粉。在半成品中添加半成品質量I. 2%的氫氧化鈉和I. 0%的聚丙烯酰胺，經混合、磨粉、包裝得泥漿用膨潤土成品。實施例3
一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括以下工序
Cl)晾曬破碎。將鈣基膨潤土原礦進行晾曬至水分< 22%，去除粗砂、石塊，輸送至錘式破碎機進行破碎，得破碎粒徑< 25mm的礦料。 (2)鈉化改性。將礦料輸送至雙螺旋擠壓機中，先加入礦料質量5. 0%的氟化鈉混合6分鐘，再加入水混合碾壓進行鈉化改性，水份控制在25%，碾壓30分鐘得鈉化物料。(3)烘干碎散。將鈉化物料輸送至強力干燥粉碎機中，在烘干的同時進行破碎、打散，控制水分< 12%，得半成品。(4)增效磨粉。在半成品中添加半成品質量I. 8%的氫氧化鈉和I. 5%的羧甲基纖維素鈉，經混合、磨粉、包裝得泥漿用膨潤土成品。表I為泥漿用膨潤土產品I 6性能(粘度和濾失量)測試結果。表中，產品I 3分別為選自市面銷售的新疆產品、浙江產品和湖南產品。產品4 6分別為采用本發明實施例I 3的工藝生產的產品。
權利要求
1.一種泥漿用膨潤土的制備方法，包括晾曬破碎、鈉化改性、烘干碎散、增效磨粉工序，其特征在于該制備方法是在半成品中加入增效劑，所述的增效劑為氫氧化鈉和高分子聚合物，鈣基膨潤土原礦料經晾曬破碎后，輸送至碾壓機中，加入鈉化劑和水混合攪拌碾壓得鈉化物料，將鈉化物料輸送至干燥粉碎機中進行烘干碎散得半成品，再將增效劑混合到半成品中，經磨粉、包裝得泥漿用膨潤土成品； 所述的晾曬破碎工序所述晾曬后的礦料水份< 22%，所述破碎選用錘式破碎機，破碎后的礦料粒徑彡25mm ； 所述的鈉化改性工序所述碾壓機選用行星輪碾機或雙螺旋擠壓機；所述鈉化劑選用碳酸鈉或氟化鈉，加入量為礦料質量的2. 0% 5. 0%，礦料與鈉化劑混合4 6分鐘后加水攪拌碾壓，控制水份在22% 25%，碾壓時間為15 30分鐘； 所述的烘干碎散工序所述鈉化物料輸送至強力干燥粉碎機中進行烘干碎散，控制物料水分彡12% ； 所述的增效磨粉工序所述氫氧化鈉的加入量為半成品質量的I. 0% I. 8%,所述高分子聚合物選用聚丙烯酰胺或羧甲基纖維素鈉，加入量為半成品質量的O. 5% I. 5%。
2.根據權利要求I所說的一種高粘度泥漿用膨潤土的制備方法，其特征在于所述的氫氧化鈉的加入量為半成品質量的I. 2% I. 5%，所述的聚丙烯酰胺或羧甲基纖維素鈉的加入量為半成品質量的O. 8% I. 2%。
全文摘要
本發明公開了一種泥漿用膨潤土的制備方法，該方法包括晾曬破碎、鈉化改性、烘干碎散、增效磨粉工序。鈣基膨潤土原礦料經晾曬破碎后，輸送至碾壓機中，加入鈉化劑和水混合攪拌碾壓得鈉化物料，將鈉化物料輸送至干燥粉碎機中進行烘干碎散得半成品，再將由氫氧化鈉和高分子聚合物混合的增效劑添加到半成品中，經磨粉、包裝得高粘度、低濾失量的泥漿用膨潤土成品。本發明工藝簡單、制備成本低廉，特別適于石油鉆井及地質勘探鉆井使用的泥漿用膨潤土的制備。
文檔編號C01B33/40GK102897783SQ20121044992
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者王鴿, 謝愛虎, 郭海盈, 葉永波, 徐光亮 申請人:湖北中非膨潤土有限公司