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本文以山西省阳泉市下南茹紫砂陶土矿的紫砂土为主要原料,以阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司生产用Ⅲ级铝矾土为辅料,探索制备陶粒支撑剂。首先,通过化学手段和检测设备,对紫砂土及铝矾土原料的化学组成、物相成分、显微结构和粒径分布进行分析;其次,结合生产经验及前期研究,找出纯紫砂土制备陶粒支撑剂的烧结温度范围,研究了烧成温度变化对支撑剂晶相组成、显微结构、体积密度、视密度和破碎率的影响;再通过改进实验配方,研究了制备满足性能要求的陶粒支撑剂所需要铝矾土的最低添加量及对应的烧结温度,分析了铝矾土添加量对支撑剂物相、显微结构及物理性能的影响;同时还研究了添加铝矾土后,烧成温度对陶粒支撑剂的物相、显微结构及物理性能的影响。论文研究的主要结果如下:(1)下南茹紫砂陶土矿的紫砂土主要化学成分是Si O2(51.12wt%)、Al2O3(29.26wt%)、Fe2O3、Ca O、Na2O和Ti O2,其Al/Si=2:3,主要物相有石英、高岭石、云母和钠长石,平均粒径D50=10.43?m,且粒径分布集中;生产用Ⅲ级铝矾土主要化学成分中Al2O3含量为59.9wt%,Si O2含量为13.8wt%,主要物相是一水软铝石和石英相,平均粒径D50=10.39?m,粒径分布相对集中,与紫砂土粒径尺寸相近且分布状态吻合度高.(2)纯紫砂土制备陶粒支撑剂烧结温度为1170℃,主晶相为粒状石英相,次晶相为针状莫来石相,体积密度为1.30g/cm3,视密度为2.464g/cm3,35MPa闭合压力下,破碎率为13.32%,不能满足中国石油天然气行业标准SY/T 5108-2014水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法中规定的小于10%的标准.(3)陶粒支撑剂的破碎率随铝矾土添加量的增多而降低,当铝矾土添加量提高到30wt%时,在1420℃下,可制得35MPa闭合压力下,破碎率为8.12%的陶粒支撑剂,满足行业标准SY/T5108-2014破碎率小于10%的要求.(4)铝矾土添加量的增多,提高了Al/Si,促进了莫来石及刚玉相的生成,当铝矾土的添加量达20wt%以上时,刚玉相开始生成,制成了复相陶瓷材料,支撑剂的各项性能均得到了显著提升.(5)当铝矾土添加量为30wt%,烧成温度为1420℃时,降低或升高烧成温度,制备的陶粒支撑剂的破碎率都呈上升趋势。烧成温度过低会导致反应物活化能不足,固相烧结过程扩散传质缓慢,反应不充分,制品性能自然很低;若烧成温度过高,则制品出现过烧现象,制品熔融膨胀,性能下降。