專利名稱:粉狀礦物顆粒劑和顆粒劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉狀礦物顆粒劑，特別是用于鉆探泥漿和油井水泥漿的四氧化三錳顆粒的顆粒劑，和涉及這種顆粒劑的制備方法。
背景技術(shù)：
從美國(guó)專利第5,007,480號(hào)得知鉆探泥漿和油井水泥漿用于不同的目的，例如固井、完井液、封隔液、鉆井液、隔離液和其它有關(guān)的含四氧化三錳顆粒作為重量劑的流體。從熔化鐵錳的氧精煉期間散發(fā)的氣體中回收四氧化三錳顆粒。該四氧化三錳顆粒的粒度通常低于10微米，平均顆粒直徑小于1微米。
使用美國(guó)專利第5,007,480號(hào)的四氧化三錳顆粒的一個(gè)缺點(diǎn)是干燥顆粒的流動(dòng)性差。在海面上和在陸上使用四氧化三錳顆粒均便于使用筒倉(cāng)來(lái)處理和貯藏該材料。然而，由于該材料的流動(dòng)性差，難于從卡車筒倉(cāng)、貨船的筒倉(cāng)或固定的筒倉(cāng)卸下該材料，因?yàn)樵谕矀}(cāng)和操作系統(tǒng)中，特別在潮濕時(shí)，細(xì)顆粒趨向形成橋。
因?yàn)橥瑯拥脑?，很顯然，使用螺旋運(yùn)輸器或振蕩裝置，從任何尺寸的筒倉(cāng)，將材料計(jì)量并加至鉆探泥漿和油井水泥漿，是不準(zhǔn)確和不可靠的，或有時(shí)甚至是不可能的。
經(jīng)處理后，四氧化三錳顆粒流動(dòng)性降低，貯藏于筒倉(cāng)短時(shí)間后可能不再自由流動(dòng)。它可能導(dǎo)致花費(fèi)大量的人力從堵塞的筒倉(cāng)取出材料，除非該筒倉(cāng)經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)和充分安裝了特別的和昂貴的裝置來(lái)處理這樣的粘結(jié)材料。在某些情況中，使用工業(yè)常用的氣動(dòng)傳送器，也可能因此難于使該材料移動(dòng)更長(zhǎng)的距離。
用大袋處理的材料同樣地顯示缺乏流動(dòng)性，通過(guò)底部開(kāi)口倒空大袋可能變得不可能，為取出材料可能切掉袋的整個(gè)底部。
與四氧化三錳有關(guān)的上述同樣問(wèn)題也存在于在鉆探泥漿和井水泥漿中用作添加劑的其它粉狀礦物中，例如鈦鐵礦、重晶石和赤鐵礦。
象這種干燥的細(xì)粉末能表現(xiàn)為灰塵，在露天中處理期間對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響。由于它的錳含量高或造成環(huán)境染色，它可能導(dǎo)致對(duì)工人的潛在健康危險(xiǎn)情況，因此需要徹底清潔除去。
為了克服這些問(wèn)題，期望將粉狀材料轉(zhuǎn)變成顆粒聚結(jié)粉末或粒狀粉末，從而使材料具備必需的流動(dòng)性并減少粉塵的打掃。
四氧化三錳顆粒和其它粉狀礦物聚結(jié)形成顆粒劑，原則上可以采用許多常規(guī)方法，例如壓塊和壓縮方法以及制粒、噴霧干燥顆粒或流化床干燥產(chǎn)品的各種方法，和使用無(wú)機(jī)或有機(jī)物質(zhì)為粘合助劑。
然而，為了在鉆井應(yīng)用中成功使用聚結(jié)粉狀礦物顆粒，必需使用粘合劑，使該聚結(jié)顆粒可以再分散于水或油相中。再分散表示分散于水或油中后，聚結(jié)團(tuán)塊破碎成原來(lái)的顆粒。此外，使用的任何粘合劑必須與其將用于其中的鉆井組合物相容。
因?yàn)檫@個(gè)原因，當(dāng)用于鉆井應(yīng)用時(shí)，無(wú)一傳統(tǒng)造粒方法，包括使用傳統(tǒng)粘合劑例如糖蜜、淀粉、硅酸鈉等，得到適用于需要的產(chǎn)品。
因?yàn)樾枰褂脗鹘y(tǒng)的工業(yè)用液體混合設(shè)備來(lái)充分分散顆粒劑，所以具體的顆粒狀產(chǎn)品一定不如將從顆粒劑中顆粒集合釋放的單個(gè)顆粒更強(qiáng)地粘合，從而獲得期望的應(yīng)用效果。
假如顆粒劑沒(méi)有足夠強(qiáng)度，通過(guò)裝袋設(shè)備、貯藏和運(yùn)輸處理、使用送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)入筒倉(cāng)、由于顆粒劑重量在筒倉(cāng)內(nèi)壓實(shí)、流化活化、螺桿進(jìn)料等加工后的顆粒劑處理，可能導(dǎo)致顆粒劑的過(guò)早碎裂，因此引起筒倉(cāng)阻塞或進(jìn)料問(wèn)題。
在一方面顆粒劑必須足夠穩(wěn)定，以使所有這些操作不引起顆粒劑碎裂。在另一方面在液體應(yīng)用懸浮液中和在干應(yīng)用中，在低剪切應(yīng)力下，顆粒劑必須能夠容易碎裂。
鉆井應(yīng)用的混合物無(wú)論水泥漿還是鉆井液、完井液和封隔液，不同配方中均包含一些添加劑，該配方必須符合所需的技術(shù)特征，與取決于鉆目標(biāo)和工作地點(diǎn)的地層特定深度的溫度和壓力相一致。添加劑的任何使用均要使顆粒劑自由流動(dòng)和分散，也必須和鉆探混合物中的其它添加劑相容。
由于鉆井是通過(guò)人力在開(kāi)放的自然環(huán)境中進(jìn)行，因此對(duì)于在自然環(huán)境中和工人使用化學(xué)物質(zhì)，使用的任何物質(zhì)也應(yīng)該遵守環(huán)境和安全條例。
上述這些要求對(duì)用于制備操作穩(wěn)定，但易分散顆粒劑的粘合添加劑和其它化學(xué)物質(zhì)設(shè)置了嚴(yán)格的限制。
未處理的四氧化三錳含2-4％磁鐵礦Fe3O4顆粒，F(xiàn)e3O4為相近比重的雜質(zhì)。這樣的污染物用作鉆探泥漿的成分，可能充滿鉆孔的形成表面，因?yàn)樗鼘?duì)局部自然磁場(chǎng)的影響，使地球物理儀器或鉆探航海裝置給出錯(cuò)誤的磁性讀數(shù)。因此在加工四氧化三錳形成所期望的顆粒劑時(shí)，也需要在形成顆粒劑之前，去除磁性顆?；?qū)⒋判灶w粒的含量減到最少。
一些四氧化三錳源也可含有可變量的水分(0.2％-15％)，貯藏和部分干燥后將得到相對(duì)硬的塊狀物，通過(guò)任何干燥處理方法或僅用攪拌的濕處理方法處理材料均會(huì)引起問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容因此按照第一方面，本發(fā)明涉及粉狀礦物顆粒的顆粒劑，該顆粒劑通過(guò)液體漿料噴霧造粒制備，該液體漿料包含粒度10μm以下的粉狀礦物顆粒、至少一種減水劑和/或至少一種粘合劑和/或至少一種分散劑。
粉狀礦物顆粒選自四氧化三錳、重晶石、鈦鐵礦和赤鐵礦。最優(yōu)選粉狀礦物顆粒為四氧化三錳。
優(yōu)選顆粒劑水含量為0.1-0.5％重量，更優(yōu)選0.2-0.4％重量。
噴霧干燥的顆粒劑優(yōu)選由含5-35％重量水的液體漿料制備。
因?yàn)楸仨氃趪婌F干燥過(guò)程中，通過(guò)加熱液體漿料使液體蒸發(fā)，從而除去液體，因此優(yōu)選使用含最少量液體的漿料。漿料中每單位材料液體含量越低，則能耗越低，獲得的生產(chǎn)率越高。
為了減少混合物中的液體含量，同時(shí)維持必需的流動(dòng)性/粘度，優(yōu)選漿料包含表面活性添加劑或減水添加劑。這樣的添加劑可以是一種或多種試劑，該試劑單獨(dú)或與粘合和/或分散添加劑聯(lián)合賦予液體漿料必需的流動(dòng)性/粘度。用于賦予液體漿料適當(dāng)流動(dòng)性/粘度的試劑選自naftalene-sulfonates、木素磺酸鹽、三聚氰胺、丙烯酸聚合物和hexameterphosphates。
相似地，在處理期間，在液體漿料中使用某些選擇的粘合添加劑將賦予顆粒狀產(chǎn)品所期望的穩(wěn)定性，以便在傳送系統(tǒng)的最終出口前保持粉末自由流動(dòng)。這樣的添加劑可為一種或多種粘合劑，該粘合劑單獨(dú)或與減水和/或分散添加劑聯(lián)合賦予顆粒狀產(chǎn)品需要的處理強(qiáng)度。該粘合劑選自木素磺酸銨等、葡聚糖、糖、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、polyetylenium、變高嶺石、水玻璃或表面活性劑或有粘合作用的減水添加劑，例如hexameter phosphates、木素磺酸鹽或naftalene-sulphonates。
也相似地，在液體漿料中使用某些選擇的分散添加劑，將賦予顆粒狀產(chǎn)品所需足夠快地懸浮或分散在液體溶液中的能力，以便按照本申請(qǐng)的要求進(jìn)行技術(shù)實(shí)施。這樣的添加劑可為一種或多種分散劑，當(dāng)用于本申請(qǐng)的混合物時(shí)，該分散劑單獨(dú)或與減水和/或粘合添加劑聯(lián)合賦予產(chǎn)品所需的分散作用以用于所要求的撞擊。該分散劑選自辛酰亞氨基二丙酸鈉(sodium capryloiminodipropionat)、tridesyl alcoholetoksilat、alkylnaphtalensulphate鈉鹽、其它表面活性劑或有分散作用的減水劑，例如hexameter phosphates、木素磺酸鹽、丙烯酸酯類聚合物(acryl polymers)、三聚氰胺或naftalene-sulphonates。
某些上述減水劑、粘合劑和分散劑具有互補(bǔ)效應(yīng)，因此可有助于、增加或減少其它添加劑作為減水劑、粘合劑或分散劑的效果，也取決于配料比率(dosage rate)和混合順序。例如一些有效的分散劑對(duì)粘合劑有負(fù)面影響，反之亦然。這些具有互補(bǔ)作用的添加劑的最佳組合可以減少對(duì)某些昂貴添加劑的需求，簡(jiǎn)化混合或減少配料比率。
基于四氧化三錳重量計(jì)，液體漿料中添加劑的總量?jī)?yōu)選為0.05-1.5％重量。
按照優(yōu)選的實(shí)施方案，減水劑、粘合劑和分散劑均選自木素磺酸鹽。優(yōu)選減水劑為木素磺酸鈉和/或木素磺酸鈣，粘合劑為磺酸鈣和/或木素磺酸鈉，分散劑為木素磺酸鈣和/或木素磺酸鈉。
本發(fā)明還涉及制備粉狀礦物顆粒噴霧干燥的顆粒劑的方法，該粉狀礦物顆粒的粒度在10微米以下，其中將含粉狀礦物顆粒的液體漿料進(jìn)行噴霧干燥，該方法的特征在于所述液體漿料含5-35％重量的水和至少一種減水劑、和/或至少一種粘合劑和/或至少一種分散劑，且其中將所述漿料供給噴霧干燥設(shè)備，通過(guò)供應(yīng)熱空氣，在噴霧干燥設(shè)備中干燥漿料，提供水含量為0.1-0.5％重量的噴霧干燥的顆粒劑。
按照優(yōu)選的實(shí)施方案，為了去除粗顆?；蚓劢Y(jié)顆粒，在供給噴霧干燥設(shè)備之前，該漿料進(jìn)行濕篩。
發(fā)現(xiàn)按照本發(fā)明的顆粒劑具有足夠的強(qiáng)度，在分散于液體中的同時(shí)能夠經(jīng)受處理和傳送。
除在鉆探流體和鉆井漿料中用作添加劑之外，按照本發(fā)明的四氧化三錳顆粒劑也可用于動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)、焊粉和陶瓷制品。
實(shí)施例1在常規(guī)連續(xù)噴霧干燥設(shè)備中，將具有下列成分的液體漿料噴霧干燥。
1000kg四氧化三錳與250升水(It)、0.75kg木素磺酸鈣，0.5kg木素磺酸鈉A和0.15kg木素磺酸鈉B混合。因而漿料的水含量為20％重量。
在約260℃，每分鐘將16kg漿料供給噴霧干燥設(shè)備。出氣口溫度保持在約100℃。
所制備顆粒劑的水含量為0.1-0.3％重量，尺寸為50-500微米。
按照以下方法測(cè)量所制備顆粒劑的流動(dòng)性專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備由5個(gè)小筒倉(cāng)形狀的玻璃漏斗組成，該玻璃漏斗安裝在穩(wěn)定的支架上。漏斗口直徑從漏斗1(2mm)到漏斗5(18mm)漸增。將50克所制備顆粒劑加入漏斗1，且在漏斗上需要許多指尖狀物(fingerpicks)，以便記錄流過(guò)漏斗口的50克顆粒劑。優(yōu)良的流動(dòng)性將通過(guò)具有少于5個(gè)尖狀物的漏斗1。稍差但流動(dòng)性一般的產(chǎn)品可能需要100個(gè)尖狀物(漏斗1)，和1個(gè)尖狀物(漏斗3)。未加工的粉狀四氧化三錳材料需要多于50個(gè)尖狀物(漏斗5)，和可能超過(guò)1000個(gè)尖狀物(漏斗3)。
測(cè)試了所制備顆粒劑四種不同樣品的流動(dòng)性。
所制備顆粒劑流動(dòng)性測(cè)試的結(jié)果顯示于表1。
表1
表1的結(jié)果顯示所制備顆粒劑具有優(yōu)良的流動(dòng)性。
為了測(cè)量所制備顆粒劑在水中的分散性，使用以下方法將40克顆粒劑與60克水混合，并高剪切混合10秒鐘，然后將25ml漿料裝入25ml測(cè)量玻璃杯。過(guò)一會(huì)兒，在主要漿料上方的頂部出現(xiàn)自由水。每隔15分鐘測(cè)量主要漿料的高度，連續(xù)2小時(shí)。
采用該方法，測(cè)試按照本發(fā)明的顆粒劑樣品A。為了比較，采用相同方法測(cè)試未處理的四氧化三錳樣品B。
結(jié)果顯示于表2。
表2
表2中的結(jié)果顯示按照本發(fā)明的顆粒劑具有與未加工四氧化三錳大約相同的分散性。
為了驗(yàn)證鉆井水泥漿應(yīng)用的分散性，采用按照本發(fā)明的顆粒劑樣品A進(jìn)行測(cè)試(流體損失和自由水)，也測(cè)試鉆探流體應(yīng)用(SAG和電穩(wěn)定性)。為了比較，采用未加工的四氧化三錳樣品B進(jìn)行相同的測(cè)試。結(jié)果顯示于表3。
表3
表3中的結(jié)果顯示按照本發(fā)明的顆粒劑在水泥漿和鉆探流體中具有與未加工四氧化三錳大約相同的作用。
最后，按照以下方法測(cè)量所制備顆粒劑的強(qiáng)度將250ml所制備顆粒劑裝入250ml測(cè)量玻璃杯中，并使用漏斗轉(zhuǎn)移到另一個(gè)測(cè)量玻璃杯中，允許顆粒劑自由垂直落入第二個(gè)測(cè)量玻璃杯中。這種轉(zhuǎn)移進(jìn)行一定次數(shù)，使顆粒劑逐漸破碎。轉(zhuǎn)移一定次數(shù)之后，按上述的相同方法測(cè)量流動(dòng)性。對(duì)于差的流動(dòng)性，用經(jīng)過(guò)20個(gè)指尖狀物之后離開(kāi)漏斗的材料重量，計(jì)算50克的值。結(jié)果顯示于表4。
表4
表4中的結(jié)果顯示按照本發(fā)明的顆粒劑具有足夠的強(qiáng)度，以便被處理而沒(méi)有太多的破碎。
權(quán)利要求
1.粉狀礦物顆粒的顆粒劑，所述顆粒劑由液體漿料噴霧造粒制備，所述液體漿料包含粒度在10μm以下的粉狀礦物顆粒、至少一種減水劑和/或至少一種粘合劑和/或至少一種分散劑。
2.權(quán)利要求
1的顆粒劑，其特征在于所述粉狀礦物顆粒是四氧化三錳。
3.權(quán)利要求
1的顆粒劑，其特征在于粉狀礦物顆粒是重晶石、鈦鐵礦或赤鐵礦。
4.權(quán)利要求
1-3的顆粒劑，其特征在于所述顆粒劑的水含量為0.1-0.5％重量。
5.權(quán)利要求
4的顆粒劑，其特征在于所述顆粒劑的水含量為0.2-0.9％重量。
6.權(quán)利要求
1-5的顆粒劑，其特征在于所述顆粒劑由含有5-35％重量水的液體漿料制備。
7.權(quán)利要求
1-4的顆粒劑，其特征在于所述減水劑選自naftalene-sulphonates、木素磺酸鹽、三聚氰胺、丙烯酸聚合物和hexameter phosphates。
8.權(quán)利要求
1-6的顆粒劑，其特征在于所述粘合劑選自木素磺酸銨、葡聚糖、糖、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、polyetylenium、變高嶺石、水玻璃、hexamite phosphates、木素磺酸鹽和naftalen-sulphonates。
9.權(quán)利要求
1-6的顆粒劑，其特征在于所述分散劑選自辛酰亞氨基二丙酸鈉、tridesyl alcohol etoksilat、alkylnaphtalensulphate鈉鹽、hexameter phosphates、木素磺酸鹽、丙烯酸酯類聚合物、三聚氰胺和naftalene sulphonates。
10.權(quán)利要求
1和2的顆粒劑，其特征在于所述減水劑是木素磺酸鈉和/或木素磺酸鈣，所述粘合劑是磺酸鈣和/或木素磺酸鈉，所述分散劑是木素磺酸鈣和/或木素磺酸鈉。
11.權(quán)利要求
1-10的顆粒劑，其特征在于基于四氧化三錳重量計(jì)，所述液體漿料中添加劑的總量為0.05-1.5％重量。
12.一種制備四氧化三錳顆粒的噴霧干燥顆粒劑的方法，其中所述四氧化三錳顆粒的粒度為10微米以下，其中對(duì)含有四氧化三錳顆粒的液體漿料進(jìn)行噴霧干燥，其特征在于所述液體漿料含有5-35％重量水和至少一種減水劑、和/或至少一種粘合劑和/或至少一種分散劑，將所述漿料供給噴霧干燥設(shè)備，其中通過(guò)供應(yīng)熱空氣來(lái)噴霧干燥所述漿料，以提供0.1-0.5％重量水含量的噴霧干燥顆粒劑。
13.權(quán)利要求
12的方法，其特征在于將所述液體漿料供給所述噴霧干燥設(shè)備之前，將該液體漿料進(jìn)行濕篩。
專利摘要
本申請(qǐng)涉及通過(guò)液體漿料噴霧造粒制備的粉狀礦物顆粒的顆粒劑，該液體漿料包括粒度低于10μm的粉狀礦物顆粒、至少一種減水劑和/或至少一種粘合劑和/或至少一種分散劑。該申請(qǐng)還涉及制備這種顆粒劑的方法。
文檔編號(hào)C01G45/02GK1997721SQ20058002401
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年6月16日
發(fā)明者T·索伊蘭德漢森 申請(qǐng)人:埃爾凱姆有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan