La production de sable céramique de bauxite (sable céramique pour agents de soutènement pour la fracturation pétrolière) est un processus minutieux comprenant plusieurs étapes, dont le concassage, le broyage, la granulation et le frittage à haute température. Le procédé principal est la calcination à haute température, qui transforme la bauxite en particules céramiques hautement résistantes à la corrosion. Voici un schéma de production détaillé et les principaux points techniques :
1. Préparation des matières premières
Enrichissement de la bauxite
On utilise de la bauxite à haute teneur en alumine (de première qualité ou de qualité spéciale) avec une teneur en Al₂O₃ ≥ 75 %. Les impuretés telles que Fe₂O₃ doivent être strictement contrôlées (généralement < 1,5 %).
La matière première a une taille de 300 à 500 mm et est grossièrement broyée dans un concasseur à mâchoires, puis finement broyée dans un concasseur à percussion jusqu’à obtenir des particules ≤ 20 mm.
Séchage et déshydratation
Le séchage est effectué dans un four à lit fluidisé (température de l’air chaud 800-900°C) jusqu’à une teneur en humidité <1,5% pour éviter le collage à la paroi lors du broyage.
II. Système de broyage en circuit fermé pour le broyage et les ingrédients
La bauxite séchée est mélangée à des additifs (poudre de manganèse, oxyde de magnésium, etc.) dans des proportions appropriées, puis circulée dans un broyeur à boulets et un classificateur jusqu’à une taille de 500 mesh ou plus (taille des particules ≤ 30 μm).
Fonction : Améliore la réactivité des matières premières et assure un frittage uniforme.
Ajustement de la formule
Formule typique : 85-90 % de bauxite + 5-8 % de poudre de manganèse + 2-3 % de liant (tel que la carboxyméthylcellulose).
Fonction additive : abaisse la température de frittage (de 1500°C à 1150-1250°C) et améliore la résistance des granulés.
III.
Méthode de granulation par disque de granulation
La poudre est additionnée d’eau (8 à 10 %) et roulée sur un disque rotatif incliné pour former des granulés. La granulométrie est contrôlée par le débit d’eau pulvérisée et la vitesse du disque (cible : 0,5 à 1,2 mm).
Avantages : Excellente rondeur des granulés, adaptée à la production à petite et moyenne échelle.
Granulation par pulvérisation (préférée pour les applications industrielles)
La poudre est mélangée à de l’eau et à un dispersant pour former une suspension. Atomisée par une buse haute pression, la mixture est instantanément granulée dans une tour de séchage (pour une distribution granulométrique plus uniforme).
Paramètres : Température d’entrée de l’air chaud 400-500°C, température de sortie 100-120°C.
IV. Calcination à haute température (processus principal)
Frittage au four rotatif
Profil de température :
Préchauffage (200-600°C) : Élimine l’humidité résiduelle et la matière organique.
Température moyenne (600-1000°C) : Déshydroxylation de la bauxite (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Étape à haute température (1150-1500°C) : Formation de phase de corindon (α-Al₂O₃) et de mullite (3Al₂O₃·2SiO₂), conférant une résistance élevée.
Atmosphère du four : Faiblement oxydante (coefficient d’excès d’air 1,05-1,10).
Technologies d’économie d’énergie
Les gaz d’échappement du four sont utilisés pour préchauffer les granulés verts (augmentant ainsi l’efficacité thermique de plus de 20 %).
L’utilisation de gaz naturel/méthane de houille au lieu de charbon pulvérisé réduit les émissions de SO₂.
V. Refroidissement et classification
Processus de refroidissement rapide
La céramsite sortie du four est rapidement refroidie à moins de 80 °C dans un refroidisseur rotatif (ou trempe à l’air) pour éviter une croissance excessive des grains et une fragilité.
Sélection et classification
Les tamis vibrants multicouches sont classés selon les normes de l’industrie pétrolière :
Maille 20/40 (0,45-0,9 mm)
Maille 30/50 (0,3-0,6 mm)
Les produits rejetés (<5%) sont renvoyés vers le processus de broyage.
VI. Tests de performance et packaging
Tests de performance clés
Résistance à la compression : ≥ 86 MPa (taux d’écrasement < 5 % à une pression de fermeture de 52 MPa).
Solubilité acide : < 5 % (mélange 4 % HCl + 3 % HF, immersion à 90 °C pendant 30 minutes).
Masse volumique apparente : 1,65-1,85 g/cm³ (conforme aux normes API/ISO).
Emballage anti-poussière
Conditionné en sacs d’une tonne (500-1000 kg) ou en petits sacs (25 kg), étiquetés avec des paramètres tels que la taille des particules, la densité et la solubilité dans l’acide.
Difficultés et solutions du processus
Problème Cause Solution
Anneaux d’adhérence des particules
Température de calcination excessive ou surchauffe localisée
Optimiser la vitesse du four (0,5 à 1,5 tr/min)
Résistance inférieure aux normes
Teneur insuffisante en Al₂O₃ ou frittage inadéquat
Augmenter la température de calcination à plus de 1 400 °C
Pollution par la poussière
Émissions provenant du processus de broyage/criblage
Installer un filtre à manches à impulsions (efficacité > 99 %)
Applications
Fracturation du pétrole : représente plus de 80 % de l’utilisation mondiale, propage les fractures et augmente la perméabilité au pétrole et au gaz.
Coulée de précision : remplace le sable de zircon comme sable de moulage, avec une résistance à haute température jusqu’à 1600°C.
Média filtrant respectueux de l’environnement : utilisé comme support de biofilm dans le traitement des eaux usées.
Ce processus contrôle avec précision la composition de la bauxite, la température de frittage et la vitesse de refroidissement pour garantir un produit à haute résistance, faible densité et résistance à la corrosion, ce qui en fait un matériau clé irremplaçable dans l’industrie de l’extraction pétrolière.