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随着水力压裂技术的进步,对陶粒支撑剂性能的要求逐渐提高,需要一种低密高强陶粒支撑剂来满足要求。目前国内制备低密高强陶粒支撑剂的主要原料为高品位铝矾土,由于其价格比较昂贵且资源越来越匮乏,需要寻求一种新的原料来替代高品位铝矾土制备陶粒支撑剂。本文以焦宝石为原料制备了低密高强陶粒支撑剂,并对其晶相组成、显微结构和物理性能等做了研究。利用梅特勒?托利多公司的TGA/DSC 3+对粉磨后的焦宝石生料进行综合热分析。结果表明:焦宝石在煅烧过程中包括两个阶段:脱水阶段和脱水后产物相变阶段。焦宝石煅烧温度在30℃~100℃属于自由水的挥发;煅烧温度在450℃~800℃发生的是焦宝石中结构水的脱去;煅烧温度在950℃~1050℃和1050℃~1300℃之间发生了物相变化。950℃以下,煅烧焦宝石的晶相以偏高岭石相为主;950℃~1050℃,煅烧焦宝石的晶相转变为硅铝尖晶石和部分莫来石;当煅烧温度达到1150℃时,煅烧焦宝石已经转变为莫来石相。以焦宝石为原料,在1420℃~1540℃下烧结制备了低密高强陶粒支撑剂,研究了烧结温度对支撑剂性能的影响。结果表明:1480℃烧结制备的20/40目陶粒支撑剂性能最佳,其体积密度为1.57g/cm3,视密度为2.73g/cm3,在52MPa下闭合压力下的破碎率为4.88%。随着温度的升高,莫来石相逐渐长大且相互穿插形成空间网络结构,方石英相均匀的分布在莫来石形成的骨架结构中,当出现适量的液相时,会促进烧结完成,结构越来越致密。以焦宝石和钾长石为原料在1350℃下烧结制备了陶粒支撑剂,研究了钾长石粉添加量对支撑剂性能的影响。同时研究了烧结温度对添加15wt%钾长石粉制备的陶粒支撑剂性能的影响。结果表明:钾长石粉添加量在10wt%~20wt%之间烧结制备的陶粒支撑剂性能较好。钾长石粉添加量为15wt%时,在1350℃下烧结制备的20/40目陶粒支撑剂性能最佳,其体积密度为1.56g/cm3,视密度为2.72g/cm3,在52MPa闭合压力下破碎率为8.74%。钾长石软化分解生成的长石玻璃相降低了支撑剂的烧结温度,同时玻璃相的生成有利于Al2O3和SiO2的相互扩散,促进了莫来石相的形成与生长。当钾长石添加量过多时,会生成大量液相,降低陶粒支撑剂的性能。