提钛废渣转化为固井新材料的制备工艺、组成、结构及水化机理研究

基本信息
批准号:51874254
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:李明
学科分类:
依托单位:西南石油大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郭小阳,王勤英,张春梅,刘健,申文竹,黄盛,郑冠一,俞嘉敏,牟奇伟
关键词:
水化特性胶凝材料固井提钛废渣应用性能
结项摘要

Chlorination titanium blast furnace slag is a industrial solid waste in Panxi region, the utilization rate of these residues is low, which has caused pollution to the environment and seriously violated the requirements of the development of circular economy. This research plans to achieve a cementing fluid and a novel self-solidified spacer fluid which based on the chlorination titanium blast furnace slag, MTC technology and drilling fluid technology. Slag composition and structure are the basis of hydration reaction. The structure of the slag composition is characterized by X-ray diffraction, nuclear magnetic resonance, high resolution transmission electron microscopy. The change of phase morphology, the composition in micro area and the change law of the phase composition for chlorination titanium blast furnace slag before and after treatment process are investigated with polarizing microscope, scanning electron microscope, mineral liberation analyzer and X-ray diffractometer. To improve the reactivity of chlorination titanium blast furnace slag, this project research chemical activation, mechanical activation and heat activation of slag and compares the activation methods. Based on the hydration mechanism of slag and the mechanism of retarder and fluid loss agent, the fluid loss additives and retarder of chlorination titanium blast furnace slag is designed and synthesized. This project research the application performance of chlorination titanium blast furnace slag cementing fluid. From the essence of hydration reaction, the research investigate physical and chemical characters and mechanism of chlorination titanium blast furnace slag cementing fluid. The research investigate the ions dissolution properties, pozzolanic property, the chemically combined water content, the reaction mechanism of slag, in order to provide theory foundation to solve the key problem of cementing fluid’s development. The results of this research could guide the design and application of chlorination titanium blast furnace slag cementing fluid, which help to ensure the environmental protection and economic development of Panxi region.

高钛型高炉渣在提钛处理后每年产生数十万吨提钛废渣,造成严重的固废污染和溃泄隐患。提钛废渣具有无机胶凝性质,利用此性质有可能配制可固化隔离液或代替油井水泥固井。本项目研究提钛废渣转化为固井新材料的制备工艺、组成、结构及水化机理,其内容包括:1)废渣处理工艺与其组成、结构、结晶学特点的关系;2)废渣的机械力激活、化学激活和热激活的效果及选择;3)优选或合成外加剂,制备以废渣为胶凝材料的固井液和可固化隔离液,掌握其应用性能;4)废渣在井下环境的水化过程、水化产物、水化热力学与水化动力学等水化特性。最终阐明提钛废渣的组成、结构、水化特性与应用性能间的关系和影响规律,创立有关理论体系和模型,指导提钛废渣在固井上的应用推广,产生材料科学与油气井工程的学科交叉效应;进一步推动提钛废渣的消解和资源化利用,对攀西战略资源创新开发试验区的国民经济和环境保护做出重要贡献。

项目摘要

为解决提钛废渣产量大、对环境危害大等问题,利用井下的高温高压环境研制以提钛废渣为胶凝材料的固井液体系。.在本研究中:1)探究了提钛废渣处理工艺与其物化结构之间的关系。研究发现,“高温碳化-低温氯化”工艺可以将钛含量从20~26%降至约10%;水洗可以除去废渣中80%以上的Cl-和酸性杂质从而提高废渣活性;水淬可以使废渣具备更多的玻璃相结构。2)探究了机械激活对提钛废渣活性的影响。通过改变废渣的球磨时间发现,球磨2 h后废渣的中值粒径下降68.37%,比表面积达到908 m2/Kg,球磨时间超过2 h后粒径和活性变化不再明显。3)对提钛尾渣固井液使用外加剂和激活剂进行了优选。最终确定了以CMC作为悬浮剂,以G33S为降失水剂,以NaOH为激活剂的基浆体系。HNJ-A和HNJ-B的复配缓凝剂加量为3%时可使稠化时间达到420 min。4)自行设计一种降失水剂,确定最佳合成条件为:单体摩尔比AMPS:DMC:DN-1:AA = 3.5:2.5:4.5:1.5;反应温度为65 ℃;引发剂加量为 0.7 wt.%;pH=8;反应时间为5h;单体浓度为25%。该物质具有良好的耐温性,与其余外加剂配伍性良好。在固井液中加量达到2%时即可满足施工需求。5)对固井液的工程性能进行了评价。固井液密度在1.4~1.7 g/cm3范围内可调,适用于30~90 ℃,与钻井液相容性良好,且混浆具有固化能力;6)通过对提钛废渣水化产物组成、结构的研究,探究提钛废渣的水化机理。提钛废渣中玻璃体的凝聚程度极高,因此需要高浓度OH-激活。在OH-和碳酸盐副产物的作用下,极大地提高了水化反应速率。此外,Mg、Al等元素使得水化产物呈多样化。7)对提钛废渣固井液固化体进行了增韧处理。4%的玄武岩纤维使得固化体的孔隙率降低了2%,提高了抗冲击能力,28 d抗压强度也提高了43.75%。玄武岩纤维主要是通过桥接作用达到增韧效果,不会对固化体的水化产物造成影响。.通过以上研究获得了一套具有工程应用前景的提钛废渣固井液体系。实现固废处理和油气井工程的交叉应用,进一步推动提钛废渣的消解和资源化利用,对国民经济发展和环境保护做出重要贡献。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018

李明的其他基金

批准号:30901282
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11571188
批准年份:2015
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:39670727
批准年份:1996
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81200489
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61802132
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71101153
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21372137
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11105226
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61804156
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61306012
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11364010
批准年份:2013
资助金额:57.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:39470637
批准年份:1994
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:30900885
批准年份:2009
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11775306
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:11574382
批准年份:2015
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:31371589
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:21277116
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:20506019
批准年份:2005
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51203125
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572480
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:71303043
批准年份:2013
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81570599
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31360454
批准年份:2013
资助金额:54.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:10674158
批准年份:2006
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:31872248
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31471978
批准年份:2014
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:11072190
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:30770318
批准年份:2007
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:61472356
批准年份:2014
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:61271297
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:41402136
批准年份:2014
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61275192
批准年份:2012
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:30630016
批准年份:2006
资助金额:140.00
项目类别:重点项目
批准号:61070214
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:61573261
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:11904316
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61671101
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:20872074
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:60573125
批准年份:2005
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:21005024
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60876071
批准年份:2008
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:30270215
批准年份:2002
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:31371186
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:61601493
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30571888
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:11302039
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51704281
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11304081
批准年份:2013
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61203062
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11764011
批准年份:2017
资助金额:44.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81372012
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51674289
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81673091
批准年份:2016
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:30571282
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:41206184
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30570292
批准年份:2005
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:51706045
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30872274
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:20572057
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:30170839
批准年份:2001
资助金额:16.50
项目类别:面上项目
批准号:81102081
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81900903
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31660602
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31300516
批准年份:2013
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81904262
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30271440
批准年份:2002
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:30600732
批准年份:2006
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21906053
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100424
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61503355
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50141001
批准年份:2001
资助金额:5.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51409216
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701687
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60873264
批准年份:2008
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:31500541
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700076
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81701755
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71571191
批准年份:2015
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:21272220
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11101401
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10927402
批准年份:2009
资助金额:180.00
项目类别:专项基金项目
批准号:41402021
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:90406013
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61272402
批准年份:2012
资助金额:81.00
项目类别:面上项目
批准号:81602605
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39070583
批准年份:1990
资助金额:3.00
项目类别:面上项目
批准号:21073144
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:30970427
批准年份:2009
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:11126126
批准年份:2011
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31471448
批准年份:2014
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:11501067
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401683
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401423
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701529
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31000633
批准年份:2010
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21002095
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41907334
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51402304
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61105116
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21908122
批准年份:2019
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81770661
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:39200121
批准年份:1992
资助金额:3.40
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11202010
批准年份:2012
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81874239
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61902393
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10602054
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50966004
批准年份:2009
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31772429
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51666018
批准年份:2016
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31370169
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:41901407
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31530068
批准年份:2015
资助金额:278.00
项目类别:重点项目
批准号:30471561
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:31101119
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30570283
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:61401524
批准年份:2014
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31000947
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39860054
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30872611
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:21704006
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61773413
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51871246
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31470459
批准年份:2014
资助金额:92.00
项目类别:面上项目
批准号:11771321
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:31760182
批准年份:2017
资助金额:36.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31771381
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81472867
批准年份:2014
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:31460480
批准年份:2014
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61103103
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61535012
批准年份:2015
资助金额:255.00
项目类别:重点项目
批准号:81901251
批准年份:2019
资助金额:20.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21672194
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:91753104
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81573043
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:41103014
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900920
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61872320
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11402290
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81172401
批准年份:2011
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:11503032
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11372245
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:61377002
批准年份:2013
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:61774105
批准年份:2017
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:50806028
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30100018
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11672056
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:31270420
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51301073
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31560528
批准年份:2015
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30870590
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:61672238
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:11005123
批准年份:2010
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300694
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11201244
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41001306
批准年份:2010
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

分散剂-硅微粉体系对提钛尾渣水化机理和显微结构的影响

批准号:51802235
批准年份:2018
负责人:王景然
学科分类:E0211
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

一种新材料栅网制备工艺及抑制栅发射机理研究

批准号:51071147
批准年份:2010
负责人:俞世吉
学科分类:E0102
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
3

火山灰质废渣中石膏对水泥混凝土水化硬化作用机理研究

批准号:50972169
批准年份:2009
负责人:钱觉时
学科分类:E0202
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
4

铅镉废渣机械化学稳定化过程及固相自由基反应机理

批准号:51504028
批准年份:2015
负责人:张望
学科分类:E0407
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目