【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气勘探固废回收利用，具体涉及一种轻质高强陶粒及其制备方法。
技术介绍
1、随着绿色环保和固体废物资源化利用的号召，烧结轻质陶粒作为新型绿色建筑材料已然逐渐发展起来，并且凭借自身特有的优越性能(质轻高强、隔热保温、抗震防火、隔音降噪等)以及因其内部呈蜂窝状的结构特点广泛运用在建筑、路基、水污染处理等领域，同时在混凝土产品中使用陶粒取代普通砂石集料，可提高隔热性能，改善结构自重，同时很大程度上可以节约水泥、钢筋等材料。传统的陶粒制备通常以高岭土、页岩等不可再生资源为主要原料焙烧而成，造成了环境的污染和陶粒制备成本过高的问题，因此寻找适宜的可替代原材料是有效降低陶粒制备成本过高的有效途径。
2、近年来，随着能源需求的不断增加，页岩气已经成为了新能源经济发展的主要动力之一。在页岩气钻取过程中，水基钻井液被使用以维持静水压力和井壁稳定、井底清洗，同时这也导致了大量的固体废弃物磺化水基钻屑的产生，它是一种含粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水及钻屑的多相稳态胶体悬浮体系工业废弃物。
3、传统水基钻屑的处理通常采用固化填埋、深井回注、抛洒等办法，固化填埋法采用了在水基钻屑中加入固化剂进行混合固化，并转入填埋池，用防渗膜进行隔离、地表硬化处理。这一方法处理成本高，同时也存在防渗膜穿刺破损、老化，进而对地下水和土壤造成污染的风险。深井回注法是利用废弃矿井(如废弃煤矿井)，将废弃的水基钻屑倒入废弃矿井中，其处理费用低，但会对地下水系造成污染，破坏生态环境，影响人类健康。抛洒法直接导致环境水体和土壤的污染。而随
4、cn201610826984.8公开了一种轻质高强粉煤灰陶粒的制备方法，其使用的原料组成为粉煤灰70-90份，石灰石0.5-4份，粘土5.5-7份和铝土矿1-10份，同时采用圆盘造粒机进行成球，煅烧温度控制为1000-1200℃，由此制备的轻质高强陶粒孔隙率高，吸水率达30-40％。cn201310166415.1公开了一种用含油污泥生产烧结膨胀型轻质陶粒及其制造方法，以含油污泥作为原料制备轻质陶粒，处理后含油污泥添加量达到43-58份，并且是与建筑行业固体废弃物混合，同时原料中添加了大量氧化钙、硫酸钙、羧甲基纤维素、硫化铁等物质作为助剂，其烧结温度为1050-1200℃，且限定了含油污泥干后为粒径小于0.25mm的粉料，密度达到了486kg/m3，筒压强度达到了3.85mpa。cn201910484421.9公开了一种以金尾矿和钒钛铁尾矿为主要原料的高强轻质陶粒，其原料组成为金尾矿原料55-70％，钒钛铁尾矿5-30％，粘土3-8％，页岩10-35％，造孔剂0.3-20％。
5、由于磺化水基岩屑中含有大量有毒有机物，现有技术中针对磺化水基钻屑作为主要原材料生产陶粒材料的研究较少。目前无害化处理磺化水基岩屑中的有机污染物和重金属离子，是磺化水基岩屑资源化利用的一大难题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种轻质高强陶粒及其制备方法，该方法更大化、无害化、资源化处理磺化水基钻屑及其他工业固废，获得轻质、高强度的陶粒产品。
2、为达到上述目的，本专利技术提供一种轻质高强陶粒，以重量份数计，所述轻质高强陶粒的原料包括：磺化水基钻屑30-45份、木质素3-9份、纳米二氧化钛光催化剂0.3-0.9份、铝土尾矿10-25份、赤泥5-15份和粉煤灰10-25份。
3、本专利技术的轻质高强陶粒，采用木质素作为吸附剂对磺化水基钻屑进行预处理，由于木质素分子结构中存在大量的活性基团，在常温焙烧下能对磺化水机岩屑中含有的重金属离子、有机污染物具有吸附能力，防止重金属离子和有机污染物的富集。此外，木质素吸附剂会在高温(即焙烧时)下分解并提供还原气氛，在还原气氛下，陶粒所含晶体的o2-会从表面脱落，从而在晶格表面产生氧空位，使o2-扩散系数增大，加快烧结过程的进行；同时，由于木质素分解后会生成的碳，碳在高温下会分解生成气体，有利于轻质陶粒的制备。
4、本专利技术还采用了纳米二氧化钛光催化剂，在常温光照环境下，纳米二氧化钛光催化剂表面会生成具有强氧化性的自由基团，并与附着在催化剂表面的磺化水基钻屑有机污染物充分发生反应，使其氧化降解为环境无害的co2和h2o。在高温焙烧环境下，纳米二氧化钛会促使陶粒内部晶体产生缺陷，加快晶粒的生长，降低烧结温度，使晶体结构更加致密。
5、本专利技术的轻质高强陶粒以磺化水基钻屑为主要原料，实现了水基钻屑的有效处置和利用；原料中固废总用量占比达到100％，固废利用率高，制备成本低；此外，在焙烧过程中无需添加助熔剂、发泡剂、粘结剂，最大程度实现工业固废的资源化利用和生产成本的降低，最终得到满足规范gb/t17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》的轻质高强陶粒。
6、上述轻质高强陶粒中，优选地，所述原料还包括去离子水9-15份。
7、上述轻质高强陶粒中，优选地，所述磺化水基钻屑为页岩气钻取中磺化体系的水基钻井液产生的钻屑。
8、在页岩气钻取过程中，水基钻井液被使用以维持静水压力和井壁稳定、井底清洗，同时这也导致了大量的固体废弃物磺化水基钻屑的产生，磺化水基钻屑是一种含粘土、加重材料、化学处理剂、污水及钻屑的多相稳态胶体悬浮体系工业废弃物。
9、磺化体系的水基钻井液主要成分包括黏土、增黏剂、降黏剂、加重剂、水相。由于钻井液中引入了聚合物、三磺体系(包括磺化褐煤树脂smc、磺化烤胶smk及磺化酚醛树脂smp)，从而提高了其抗高温抗盐性能。磺化体系水基钻井液在水中呈胶体状态，对有机物有较好的溶解性，这导致了其含有部分有机污染物和重金属离子，所以三磺体系水基钻井液对生态环境具有一定危害。在钻井过程中钻头破碎地下岩石形成碎屑，然后通过磺化水基钻井液将其从井中带出，最后通过筛分分离获得可以循环利用的磺化水基钻井液和固体废弃物磺化水基钻屑。
10、根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述轻质高强陶粒的矿物组成包括钡长石、铁橄榄石和蓝晶石。
11、本专利技术还提供一种上述轻质高强陶粒的制备方法，其包括如下步骤：
12、s1：将磺化水基钻屑与木质素、纳米二氧化钛光催化剂混合，加入去离子水，进行光照反应，得到预处理物料；
13、s2：将所述预处理物料与铝土尾矿、赤泥、粉煤灰混合，将混合料进行球磨得到生料粉末，再将所述生料粉末与水混合进行制粒，得到生坯颗粒；
14、s3：将所述生坯颗粒进行焙烧，然后降温，得到所述轻质高强陶粒。
15、本专利技术采用木质素吸附法和纳米二氧化钛光催化法对水基钻屑进行预处理，常温下对磺化水基钻屑中重金属离子进行吸附，同时光照条件下纳米二氧化钛光催化对磺化水基岩屑中的有机污染物进行吸附和降解；木质素吸附剂在高温焙烧下分解，其分解本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻质高强陶粒，以重量份数计，所述轻质高强陶粒的原料包括：磺化水基钻屑30-45份、木质素3-9份、纳米二氧化钛光催化剂0.3-0.9份、铝土尾矿10-25份、赤泥5-15份和粉煤灰10-25份。
2.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒，其中，所述轻质高强陶粒的原料还包括去离子水9-15份。
3.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒，其中，所述磺化水基钻屑为页岩气钻取中磺化体系的水基钻井液产生的钻屑。
4.根据权利要求1-3任一项所述的轻质高强陶粒，其中，所述轻质高强陶粒的矿物组成包括钡长石、铁橄榄石和蓝晶石。
5.一种权利要求1-4任一项所述的轻质高强陶粒的制备方法，其包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，所述轻质高强陶粒的制备方法还包括：预先将磺化水基钻屑、铝土尾矿和赤泥分别进行破碎和干燥。
7.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，所述光照反应中，光源采用30-40W的紫外灯，光照波长为360-380nm，试验环境温度为23-28℃，光照时间为10-30h。<...
【技术特征摘要】
1.一种轻质高强陶粒，以重量份数计，所述轻质高强陶粒的原料包括：磺化水基钻屑30-45份、木质素3-9份、纳米二氧化钛光催化剂0.3-0.9份、铝土尾矿10-25份、赤泥5-15份和粉煤灰10-25份。
2.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒，其中，所述轻质高强陶粒的原料还包括去离子水9-15份。
3.根据权利要求1所述的轻质高强陶粒，其中，所述磺化水基钻屑为页岩气钻取中磺化体系的水基钻井液产生的钻屑。
4.根据权利要求1-3任一项所述的轻质高强陶粒，其中，所述轻质高强陶粒的矿物组成包括钡长石、铁橄榄石和蓝晶石。
5.一种权利要求1-4任一项所述的轻质高强陶粒的制备方法，其包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，所述轻质高强陶粒的制备方法还包括：预先将磺化水基钻屑、铝土尾矿和赤泥分别进行破碎和干燥。
7.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，所述光照反应中，光源采用30-40w的紫外灯，光照波长为360-380nm，试验环境温度为23-28℃，光照时间为10-30h。
8.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，s1还包括将光照反应产物依次进行过滤、干燥和破碎，破碎所得粉末即为所述预处理物料。
9.根据权利要求5所述的轻质高强陶粒的制备方法，其中，所述球磨采用湿法球磨；
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【专利技术属性】
技术研发人员：王红娟，李静，文明，林冬，蒋国斌，于劲磊，蒙恬，向启贵，赵靓，薛元杰，付林浩，雷震寰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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