La produzione di sabbia ceramica di bauxite (sabbia ceramica per materiali di sostegno per la fratturazione del petrolio) è un processo meticoloso che prevede diverse fasi, tra cui frantumazione, macinazione, granulazione e sinterizzazione ad alta temperatura. Il processo principale è la calcinazione ad alta temperatura, che trasforma la bauxite in particelle ceramiche ad alta resistenza e resistenti alla corrosione. Di seguito è riportato un flusso dettagliato del processo produttivo e i principali aspetti tecnici:
1. Preparazione della materia prima
Arricchimento della bauxite
Viene utilizzata bauxite ad alto tenore di allumina (di prima scelta o di qualità speciale) con un contenuto di Al₂O₃ ≥75%. Le impurità come Fe₂O₃ devono essere rigorosamente controllate (solitamente <1,5%).
La materia prima ha una dimensione di 300-500 mm e viene grossolanamente frantumata in un frantoio a mascelle, quindi finemente frantumata in un frantoio a impatto fino a ottenere particelle di ≤20 mm.
Essiccazione e disidratazione
L’essiccazione avviene in un forno a letto fluido (temperatura dell’aria calda 800-900°C) fino a un contenuto di umidità <1,5% per evitare che aderisca alla parete durante la molatura.
II. Macinazione e ingredienti
Sistema di macinazione a circuito chiuso
La bauxite essiccata viene mescolata con additivi (polvere di manganese, ossido di magnesio, ecc.) in proporzioni appropriate e poi fatta circolare attraverso un mulino a sfere e un classificatore fino a raggiungere una dimensione di 500 mesh o superiore (dimensione delle particelle ≤30μm).
Funzione: migliora la reattività delle materie prime e garantisce una sinterizzazione uniforme.
Regolazione della formula
Formula tipica: 85-90% bauxite + 5-8% polvere di manganese + 2-3% legante (ad esempio carbossimetilcellulosa).
Funzione additiva: abbassa la temperatura di sinterizzazione (da 1500°C a 1150-1250°C) e aumenta la resistenza dei pellet.
III.
Metodo di granulazione del disco di granulazione
La polvere viene addizionata con acqua (8-10%) e fatta rotolare su un disco rotante inclinato per formare pellet. La granulometria è controllata dalla portata dell’acqua spruzzata e dalla velocità del disco (obiettivo 0,5-1,2 mm).
Vantaggi: Ottima rotondità dei pellet, adatti per produzioni su piccola e media scala.
Granulazione a spruzzo (preferita per applicazioni industriali)
La polvere viene miscelata con acqua e un disperdente per formare una sospensione. Atomizzata attraverso un ugello ad alta pressione, la miscela viene granulata istantaneamente in una torre di essiccazione (per una distribuzione granulometrica più uniforme).
Parametri: temperatura dell’aria calda in ingresso 400-500°C, temperatura di uscita 100-120°C.
IV. Calcinazione ad alta temperatura (processo a nucleo)
Sinterizzazione in forno rotante
Profilo della temperatura:
Preriscaldamento (200-600°C): rimuove l’umidità residua e la materia organica.
Temperatura media (600-1000°C): Deidrossilazione della bauxite (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Fase ad alta temperatura (1150-1500°C): Formazione della fase di corindone (α-Al₂O₃) e mullite (3Al₂O₃·2SiO₂), che conferisce elevata resistenza.
Atmosfera del forno: debolmente ossidante (coefficiente di eccesso d’aria 1,05-1,10).
Tecnologie per il risparmio energetico
I gas di scarico del forno vengono utilizzati per preriscaldare i pellet verdi (aumentando l’efficienza termica di oltre il 20%).
L’utilizzo di gas naturale/metano da giacimenti carboniferi al posto del carbone polverizzato riduce le emissioni di SO₂.
V. Raffreddamento e classificazione
Processo di raffreddamento rapido
La ceramsite uscita dal forno viene rapidamente raffreddata a una temperatura inferiore a 80°C in un refrigeratore rotante (o tramite tempra ad aria) per impedire un’eccessiva crescita dei grani e la fragilità.
Screening e classificazione
I setacci vibranti multistrato si classificano secondo gli standard del settore petrolifero:
Maglia 20/40 (0,45-0,9 mm)
Maglia 30/50 (0,3-0,6 mm)
I prodotti scartati (<5%) vengono riportati al processo di macinazione.
VI. Test delle prestazioni e confezionamento
dei test delle prestazioni chiave
Resistenza alla compressione: ≥86 MPa (velocità di schiacciamento <5% a 52 MPa di pressione di chiusura).
Solubilità in acido: <5% (miscela 4% HCl + 3% HF, immersione a 90°C per 30 minuti).
Densità apparente: 1,65-1,85 g/cm³ (conforme agli standard API/ISO).
Imballaggio antipolvere
Confezionato in sacchi da 500-1000 kg o in sacchi piccoli (25 kg), etichettati con parametri quali granulometria, densità e solubilità in acido.
Difficoltà di processo e soluzioni
Problema Causa Soluzione
Anelli di adesione delle particelle
Temperatura di calcinazione eccessiva o surriscaldamento localizzato
Ottimizzare la velocità del forno (0,5-1,5 giri/min)
Resistenza inferiore agli standard
Contenuto di Al₂O₃ insufficiente o sinterizzazione inadeguata
Aumentare la temperatura di calcinazione a oltre 1400 °C
Inquinamento da polvere
Emissioni dal processo di macinazione/vagliatura
Installare un filtro a maniche a impulsi (efficienza >99%)
Applicazioni
Fratturazione del petrolio: rappresenta oltre l’80% dell’uso globale, propaga fratture e aumenta la permeabilità del petrolio e del gas.
Fusione di precisione: sostituisce la sabbia di zircone come sabbia per stampaggio, con resistenza alle alte temperature fino a 1600°C.
Materiale filtrante ecologico: utilizzato come supporto per il biofilm nel trattamento delle acque reflue.
Questo processo controlla con precisione la composizione della bauxite, la temperatura di sinterizzazione e la velocità di raffreddamento per garantire un prodotto con elevata resistenza, bassa densità e resistenza alla corrosione, rendendolo un materiale chiave insostituibile nel settore dell’estrazione petrolifera.