La producción de arena cerámica de bauxita (arena cerámica para apuntalantes de fracturación de petróleo) es un proceso meticuloso que consta de múltiples etapas, como trituración, molienda, granulación y sinterización a alta temperatura. El proceso principal es la calcinación a alta temperatura, que transforma la bauxita en partículas cerámicas de alta resistencia y resistentes a la corrosión. A continuación, se detalla el flujo del proceso de producción y sus principales características técnicas:
1. Preparación de la materia prima
Beneficiación de bauxita
Se utiliza bauxita con alto contenido de alúmina (de primera calidad o especial) con un contenido de Al₂O₃ ≥75 %. Las impurezas como el Fe₂O₃ deben controlarse estrictamente (normalmente <1,5 %).
La materia prima tiene un tamaño de 300 a 500 mm y se tritura gruesamente en una trituradora de mandíbulas y luego se tritura finamente en una trituradora de impacto hasta obtener partículas de ≤20 mm.
Secado y deshidratación
El secado se realiza en un horno de lecho fluidizado (temperatura del aire caliente 800-900°C) hasta un contenido de humedad de <1,5% para evitar que se adhiera a la pared durante el pulido.
II. Molienda e ingredientes
Sistema de molienda de circuito cerrado
La bauxita seca se mezcla con aditivos (polvo de manganeso, óxido de magnesio, etc.) en proporciones adecuadas y luego se hace circular a través de un molino de bolas y un clasificador hasta un tamaño de 500 mallas o mayor (tamaño de partícula ≤30 μm).
Función: Mejora la reactividad de las materias primas y asegura una sinterización uniforme.
Ajuste de fórmula
Fórmula típica: 85-90% de bauxita + 5-8% de polvo de manganeso + 2-3% de aglutinante (como carboximetilcelulosa).
Función aditiva: Reduce la temperatura de sinterización (de 1500 °C a 1150-1250 °C) y mejora la resistencia de los pellets.
III.
Método de granulación con disco de granulación
El polvo se mezcla con agua (8-10%) y se hace rodar sobre un disco giratorio inclinado para formar gránulos. El tamaño de partícula se controla mediante la velocidad de pulverización del agua y la velocidad del disco (objetivo: 0,5-1,2 mm).
Ventajas: Excelente redondez del pellet, adecuado para producciones de pequeña y mediana escala.
Granulación por pulverización (preferible para aplicaciones industriales)
El polvo se mezcla con agua y un dispersante para formar una suspensión. Atomizada mediante una boquilla de alta presión, la mezcla se granula instantáneamente en una torre de secado (para una distribución más uniforme del tamaño de las partículas).
Parámetros: Temperatura del aire caliente de entrada 400-500°C, temperatura de salida 100-120°C.
IV. Calcinación a alta temperatura (proceso principal)
Sinterización en horno rotatorio
Perfil de temperatura:
Precalentamiento (200-600°C): Elimina la humedad residual y la materia orgánica.
Temperatura media (600-1000°C): Deshidroxilación de bauxita (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Etapa de alta temperatura (1150-1500°C): Formación de la fase de corindón (α-Al₂O₃) y mullita (3Al₂O₃·2SiO₂), que le confieren alta resistencia.
Atmósfera del horno: Débilmente oxidante (coeficiente de exceso de aire 1,05-1,10).
Tecnologías de ahorro de energía
Los gases de escape del horno se utilizan para precalentar los pellets verdes (lo que aumenta la eficiencia térmica en más del 20%).
El uso de gas natural/metano de carbón en lugar de carbón pulverizado reduce las emisiones de SO₂.
V. Enfriamiento y clasificación
Proceso de enfriamiento rápido
La ceramsite recién salida del horno se enfría rápidamente a menos de 80 °C en un enfriador rotatorio (o enfriamiento por aire) para evitar el crecimiento excesivo del grano y la fragilidad.
Detección y clasificación
Las cribas vibratorias multicapa se clasifican según los estándares de la industria petrolera:
Malla 20/40 (0,45-0,9 mm)
Malla 30/50 (0,3-0,6 mm)
Los productos rechazados (<5%) se devuelven al proceso de molienda.
VI. Pruebas de rendimiento y empaquetado
Pruebas de rendimiento clave
Resistencia a la compresión: ≥86 MPa (tasa de aplastamiento <5% a una presión de cierre de 52 MPa).
Solubilidad en ácido: <5% (mezcla de 4% HCl + 3% HF, inmersión a 90°C durante 30 minutos).
Densidad aparente: 1,65-1,85 g/cm³ (Cumple con los estándares API/ISO).
Embalaje a prueba de polvo
Envasado en bolsas de una tonelada (500-1000 kg) o bolsas pequeñas (25 kg), etiquetadas con parámetros como tamaño de partícula, densidad y solubilidad en ácido.
Dificultades del proceso y soluciones
Problema Causa Solución
Anillos de adhesión de partículas
Temperatura de calcinación excesiva o sobrecalentamiento localizado
Optimizar la velocidad del horno (0,5-1,5 rpm)
Resistencia deficiente
Contenido insuficiente de Al₂O₃ o sinterización inadecuada
Aumentar la temperatura de calcinación a más de 1400 °C
Contaminación por polvo
Emisiones del proceso de molienda/cribado
Instalar un filtro de mangas de pulso (eficiencia >99 %)
Aplicaciones
Fracturación de petróleo: representa más del 80 % del uso mundial, propaga fracturas y aumenta la permeabilidad del petróleo y el gas.
Fundición de precisión: Reemplaza la arena de circón como arena de moldeo, con resistencia a altas temperaturas de hasta 1600°C.
Medio filtrante respetuoso con el medio ambiente: se utiliza como portador de biopelícula en el tratamiento de aguas residuales.
Este proceso controla con precisión la composición de la bauxita, la temperatura de sinterización y la velocidad de enfriamiento para garantizar un producto con alta resistencia, baja densidad y resistencia a la corrosión, lo que lo convierte en un material clave irreemplazable en la industria de extracción de petróleo.