Quy trình sản xuất cát gốm bauxit (cát gốm dùng cho vật liệu chống nứt vỉa dầu khí) là một quy trình tỉ mỉ, bao gồm nhiều bước, bao gồm nghiền, xay, tạo hạt và thiêu kết nhiệt độ cao. Quy trình cốt lõi là nung ở nhiệt độ cao, biến bauxit thành các hạt gốm có độ bền cao, chống ăn mòn. Sau đây là quy trình sản xuất chi tiết và các điểm nổi bật kỹ thuật chính:
1. Chuẩn bị nguyên liệu thô
Tuyển quặng Bauxite
Sử dụng quặng bô-xít giàu nhôm (hạng nhất hoặc hạng đặc biệt) có hàm lượng Al₂O₃ ≥75%. Các tạp chất như Fe₂O₃ phải được kiểm soát chặt chẽ (thường <1,5%).
Nguyên liệu thô có kích thước 300-500mm và được nghiền thô trong máy nghiền hàm, sau đó được nghiền mịn trong máy nghiền va đập thành các hạt có kích thước ≤20mm.
Sấy khô và khử nước
Quá trình sấy được thực hiện trong lò tầng sôi (nhiệt độ không khí nóng 800-900°C) đến độ ẩm <1,5% để tránh bị dính vào thành trong quá trình nghiền.
II. Hệ thống nghiền và
nghiền thành phần mạch kín
Bô-xit khô được trộn với các chất phụ gia (bột mangan, magie oxit, v.v.) theo tỷ lệ thích hợp, sau đó cho qua máy nghiền bi và máy phân loại đến kích thước 500 lưới hoặc lớn hơn (kích thước hạt ≤30μm).
Chức năng: Cải thiện khả năng phản ứng của nguyên liệu thô và đảm bảo quá trình thiêu kết đồng đều.
Điều chỉnh công thức
Công thức điển hình: 85-90% bauxit + 5-8% bột mangan + 2-3% chất kết dính (như carboxylmethyl cellulose).
Chức năng phụ gia: Giảm nhiệt độ thiêu kết (từ 1500°C xuống 1150-1250°C) và tăng cường độ bền của viên.
III.
Phương pháp tạo hạt dạng đĩa
Bột được thêm nước (8-10%) và lăn trên một đĩa quay nghiêng để tạo thành viên. Kích thước hạt được kiểm soát bởi tốc độ phun nước và tốc độ đĩa (mục tiêu 0,5-1,2mm).
Ưu điểm: Viên nén có độ tròn tuyệt vời, phù hợp với sản xuất quy mô vừa và nhỏ.
Phun tạo hạt (Ưu tiên cho ứng dụng công nghiệp)
Bột được trộn với nước và chất phân tán để tạo thành hỗn hợp sệt. Được phun sương bằng vòi phun áp suất cao, hỗn hợp được tạo hạt ngay lập tức trong tháp sấy (để phân bố kích thước hạt đồng đều hơn).
Thông số: Nhiệt độ khí nóng đầu vào 400-500°C, nhiệt độ khí nóng đầu ra 100-120°C.
IV. Nung ở nhiệt độ cao (Quy trình lõi)
Thiêu kết lò quay
Hồ sơ nhiệt độ:
Làm nóng trước (200-600°C): Loại bỏ độ ẩm còn sót lại và chất hữu cơ.
Nhiệt độ trung bình (600-1000°C): Phản ứng tách hydroxyl của bô-xít (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Giai đoạn nhiệt độ cao (1150-1500°C): Hình thành pha corundum (α-Al₂O₃) và mullite (3Al₂O₃·2SiO₂), tạo ra độ bền cao.
Môi trường lò nung: Có tính oxy hóa yếu (hệ số không khí dư 1,05-1,10).
Công nghệ tiết kiệm năng lượng
Khí thải lò nung được sử dụng để làm nóng trước viên nén xanh (tăng hiệu suất nhiệt lên hơn 20%).
Sử dụng khí thiên nhiên/mêtan từ tầng than thay vì than nghiền giúp giảm lượng khí thải SO₂.
V. Làm mát và phân loại
Quá trình làm mát nhanh
Ceramsite sau khi ra khỏi lò được làm nguội nhanh xuống dưới 80°C trong máy làm mát quay (hoặc làm nguội bằng không khí) để ngăn ngừa sự phát triển quá mức của hạt và độ giòn.
Sàng lọc và phân loại
Phân loại sàng rung nhiều lớp theo tiêu chuẩn ngành dầu khí:
Lưới 20/40 (0,45-0,9mm)
Lưới 30/50 (0,3-0,6mm)
Các sản phẩm bị loại bỏ (<5%) sẽ được đưa trở lại quy trình nghiền.
VI. Kiểm tra hiệu suất và đóng gói
Kiểm tra hiệu suất chính
Cường độ nén: ≥86 MPa (Tỷ lệ nghiền <5% ở áp suất đóng 52 MPa).
Độ hòa tan trong axit: <5% (hỗn hợp 4% HCl + 3% HF, ngâm ở 90°C trong 30 phút).
Mật độ khối: 1,65-1,85 g/cm³ (Đạt tiêu chuẩn API/ISO).
Bao bì chống bụi
Đóng gói trong bao tải (500-1000 kg) hoặc bao tải nhỏ (25 kg), dán nhãn các thông số như kích thước hạt, mật độ và độ hòa tan trong axit.
Khó khăn và giải pháp cho quy trình
Vấn đề Nguyên nhân Giải pháp
Vòng bám dính của hạt
Nhiệt độ nung quá cao hoặc quá nhiệt cục bộ
Tối ưu hóa tốc độ lò nung (0,5-1,5 vòng/phút)
Độ bền không đạt tiêu chuẩn
Hàm lượng Al₂O₃ không đủ hoặc thiêu kết không đủ
Nâng nhiệt độ nung lên trên 1400°C Ô
nhiễm bụi Khí thải
từ quy trình nghiền/sàng
Lắp đặt bộ lọc túi xung (hiệu suất >99%)
Ứng dụng
Nứt vỡ dầu: Chiếm hơn 80% lượng sử dụng toàn cầu, lan rộng các vết nứt và làm tăng tính thấm của dầu và khí.
Đúc chính xác: Thay thế cát zircon làm cát đúc, có khả năng chịu nhiệt độ cao lên tới 1600°C.
Vật liệu lọc thân thiện với môi trường: Được sử dụng làm vật liệu mang màng sinh học trong xử lý nước thải.
Quá trình này kiểm soát chính xác thành phần của quặng bô-xít, nhiệt độ thiêu kết và tốc độ làm nguội để đảm bảo sản phẩm có độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn, khiến nó trở thành vật liệu quan trọng không thể thay thế trong ngành khai thác dầu mỏ.