Сверхлегкие сверхпрочные проппанты - заявка 2016144686 на патент на изобретение в РФ

1. Способ получения вещества проппанта, включающий:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов, где реакционную смесь нагревают в реактивной среде до температуры, превышающей температуру плавления реакционной смеси, с образованием расплава; и
предоставление возможности указанному расплаву затвердеть в пресс-форме, причем затвердевший расплав имеет форму сферических частиц, обладающих удельным весом от приблизительно 1,5 до 3,0 и прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм, и таким образом получают вещество проппанта.
2. Способ по п. 1, где каждый из множества оксидов выбран из группы, включающей SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 и СаСО3.
3. Способ по п. 1, где реакционная смесь дополнительно содержит одну или несколько добавок, выбранных из группы, которая включает С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3 и их соединения, вулканический пепел и алюминиевый шлак.
4. Способ по п. 1, где реактивная среда включает N2, O2, воздух, CO2 или их комбинации.
5. Способ по п. 1, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 800 до 2500°С.
6. Способ по п. 1, где пресс-форма включает графит.
7. Способ по п. 1, где множество оксидов присутствует в виде вещества из отходов.
8. Способ по п. 7, где вещество из отходов включает металлургический шлак и зольную пыль.
9. Способ по п. 8, где металлургический шлак и зольная пыль содержатся в количестве приблизительно 50-99% (масс./масс.) и 1-50% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси.
10. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию нанесения покрытия на сферические частицы с использованием покровного вещества, выбранного из группы, которая включает органические соединения, керамику и нитриды.
11. Способ по п. 1, где сферические частицы имеют степень сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0.
12. Способ по п. 1, где, по меньшей мере, приблизительно 80% сферических частиц имеют диаметр в пределах 20% от среднего диаметра частиц сферической формы.
13. Способ по п. 1, где сферические частицы обладают магнитными свойствами.
14. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов и одну или несколько добавок, при этом реакционную смесь нагревают в реактивной среде до температуры, превышающей температуру плавления реакционной смеси, с образованием расплава, где каждый из множества оксидов выбран из группы, включающей SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 и СаСО3, где одна или несколько добавок представляют собой С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3, и их соединения, вулканический пепел и алюминиевый шлак, где реактивная среда включает N2, O2, воздух, СO2 или их комбинации, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 800 до 2500°С, где множество оксидов присутствуют в виде вещества из отходов, где вещество из отходов включает металлургический шлак и зольную пыль и где металлургический шлак и зольная пыль содержатся в количестве приблизительно 20-99% (масс./масс.) и 1-80% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси;
предоставление возможности указанному расплаву затвердеть в пресс-форме, включающей графит, где затвердевший расплав имеет форму сферических частиц, характеризующихся удельным весом от приблизительно 1,5 до 3,0, прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм, степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0, пористостью от приблизительно 10 до 60% и диаметром от приблизительно 0,1 до 1,7 мм; и
покрытие указанных сферических частиц покровным веществом, выбранным из группы, которая включает органические соединения, керамику и нитриды, при этом получают указанное вещество проппанта.
15. Способ получения вещества проппанта, включающий:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов и одну или несколько добавок, где реакционную смесь нагревают в реактивной среде до температуры ниже температуры плавления реакционной смеси с образованием порошка, содержащего один или несколько продуктов реакции;
обработку указанного порошка с образованием сферических частиц, характеризующихся удельным весом от приблизительно 1,0 до 1,7 и прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм, при этом получают указанное вещество проппанта.
16. Способ по п. 15, где каждый из множества оксидов выбран из группы, включающей SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 и СаСО3.
17. Способ по п. 15, где одна или несколько добавок выбраны из группы, которая включает С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3 и их соединения, вулканический пепел и алюминиевый шлак.
18. Способ по п. 15, где реактивная атмосфера содержит N2, O2, воздух, CO2 или их комбинации.
19. Способ по п. 15, где один или несколько продуктов реакции выбраны из группы, включающей оксиды, нитриды, оксинитриды, бориды и карбиды.
20. Способ по п. 15, где один или несколько продуктов реакции выбраны из группы, включающей Si6-zAlzOzN8-z, где 0 <z <5, Li2SiN2, CaSiN2, MgSiN2, MgB2, Si3N4 и диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ).
21. Способ по п. 15, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 700 до 1800°С.
22. Способ по п. 15, где множество оксидов присутствует в виде вещества из отходов.
23. Способ по п. 22, где указанное вещество из отходов содержит одно или несколько веществ, выбранных из группы, которая включает металлургический шлак и зольную пыль.
24. Способ по п. 23, где металлургический шлак и зольная пыль содержаться в количестве приблизительно 50-99% (масс./масс.) и 1-50% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси.
25. Способ по п. 15, где один или несколько продуктов реакции включают оксид, и где обработка порошка включает контактирование одного или нескольких продуктов реакции с травящим агентом для удаления оксида.
26. Способ по п. 25, где травящий агент выбран из группы, включающей хлористоводородную кислоту, фтористоводородную кислоту, гидроксид натрия, фосфорную кислоту, азотную кислоту и фторид аммония.
27. Способ по п. 15, где обработка порошка включает:
нагрев порошка в неактивной среде до температуры, превышающей температуру плавления порошка, с образованием расплава; и
предоставление возможности указанному расплаву затвердеть в пресс-форме, где затвердевший расплав имеет форму сферических частиц.
28. Способ по п. 27, где пресс-форма включает графит.
29. Способ по п. 15, где обработка порошка включает:
приготовление суспензии, содержащей порошок;
покрытие темплетирующих частиц суспензией; и
нагревание темплетирующих частиц с нанесенным покрытием, при этом темплетирующие частицы расходуются и образуют сферические частицы.
30. Способ по п. 29, где темплетирующие частицы включают вещество, выбранное из группы, состоящей из стекла, полистирола и целлюлозы, и где темплетирующие частицы с нанесенным покрытием нагревают до температуры от приблизительно 60 до 500°С с образованием сферических частиц, которые имеют полую сердцевину.
31. Способ по п. 30, дополнительно включающий стадию спекания сферических частиц, имеющих полую сердцевину, при температуре от приблизительно 500 до 2000°С в реактивной среде, содержащей N2, O2, воздух, CO2 или их сочетания.
32. Способ по п. 15, дополнительно включающий нанесение на сферические частицы покровного вещества, выбранного из группы, состоящей из органических соединений, керамики и нитридов.
33. Способ по п. 15, где сферические частицы имеют степень сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0.
34. Способ по п. 15, где, по меньшей мере, приблизительно 80% сферических частиц имеют диаметр в пределах 20% от среднего диаметра частиц сферической формы.
35. Способ по п. 15, где сферические частицы обладают магнитными свойствами.
36. Способ по п. 15, который дополнительно включает:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов и одну или несколько добавок, где реакционная смесь может быть нагрета в реактивной среде до температуры ниже температуры плавления реакционной смеси с образованием порошка, содержащего один или несколько продуктов реакции, где каждый из множества оксидов выбран из группы, которая включает SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 или СаСO3, где одна или несколько добавок выбраны из группы, которая включает С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3 и их соединения, вулканический пепел или алюминиевый шлак, где реактивная среда включает N2, O2, воздух, CO2 или их комбинации, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 700 до 1800°С, где один или несколько продуктов реакции выбраны из группы, которая включает Si6-zAlzOzN8-z, где 0 <z <5, Li2SiN2, CaSiN2, MgSiN2, MgB2, Si3N4 и диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ), где множество оксидов присутствует в виде вещества из отходов, где вещество из отходов включает один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей металлургический шлак и зольную пыль и где металлургический шлак и зольная пыль содержатся в количестве приблизительно 20-99% (масс./масс.) и 1-80% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси;
обработку указанного порошка с образованием сферических частиц, характеризующихся удельным весом от приблизительно 1,5 до 3,0, прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм, пористостью от приблизительно 10 до 60%, степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0 и диаметром от приблизительно 0,1 до 1,7 мм, и
нанесение на сферические частицы покровного вещества, которое может быть выбрано из группы, включающей органические соединения, керамику и нитриды, при этом получают указанное вещество проппанта.
37. Вещество проппанта, включающее:
сферические частицы, содержащие вещество, выбранное из группы, которая включает оксиды, нитриды, оксинитриды, бориды и карбиды, и где сферические частицы характеризуются удельным весом от приблизительно от 1,0 до 3,0 и прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм.
38. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы характеризуются удельным весом от приблизительно 1,5 до 3,0.
39. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы характеризуются удельным весом от приблизительно от 1,0 до 1,7.
40. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы характеризуются пористостью от приблизительно 10 до 60%.
41. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы имеют полую сердцевину.
42. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы имеют диаметр от приблизительно от 0,1 до 1,7 мм.
43. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы характеризуются степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0.
44. Вещество проппанта по п. 37, где, по меньшей мере, приблизительно 80% сферических частиц имеют диаметр в пределах 20% от среднего диаметра частиц сферической формы.
45. Вещество проппанта по п. 37, где оксиды выбраны из группы, включающей SiO2, Аl2О3, Fe2O3, CaO, MgO, FeO, Fe3O4, MnO, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ), и СаСО3, где нитриды выбраны из группы, включающей Li2SiN2, CaSiN2, MgSiN2 и Si3N4, где оксинитридами являются Si6-zAlzOzN8-z, где 0 <z <5, где боридами является MgB2 и где карбидами является SiC.
46. Вещество проппанта по п. 37, дополнительно включающее покрытие на сферических частицах, представляющее собой вещество, выбранное из группы, состоящей из органических соединений, керамики и нитридов.
47. Вещество проппанта по п. 37, где сферические частицы обладают магнитными свойствами.
48. Вещество проппанта по п. 37, дополнительно содержащее:
сферические частицы, включающие вещество, выбранное из группы, состоящей из оксидов, нитридов, оксинитридов, боридов и карбидов, где сферические частицы характеризуются удельным весом приблизительно 1,0 до 3,0, прочностью на раздавливание, равной, по крайней мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм, пористостью от приблизительно 10 до 60%, диаметром от приблизительно 0,1 до 1,7 мм и степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0, где оксиды выбраны из группы, включающей SiO2, Аl2О3, Fe2O3, CaO, MgO, FeO, Fe3O4, MnO, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ), и СаСОз, где нитриды выбраны из группы, включающей Li2SiN2, CaSiN2, MgSiN2 и Si3N4, где оксинитридами являются Si6-zAlzOzN8-z, где 0 <z <5, где боридами является MgB2 и где карбидами является SiC; и
покрытие на сферических частицах, содержащих вещество, выбранное из группы, которая включает органические соединения, керамику и нитриды.
49. Вещество проппанта, полученное способом, который включает:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов, где реакционную смесь нагревают в реактивной среде до температуры, превышающей температуру плавления реакционной смеси, с образованием расплава; и
предоставление указанному расплаву возможности затвердеть в пресс-форме, где затвердевший расплав имеет форму сферических частиц, при этом образуется указанное вещество проппанта, содержащее сферические частицы, включающие один или несколько из множества оксидов, где сферические частицы характеризуются удельным весом от приблизительно от 1,5 до 3,0 и прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм.
50. Вещество проппанта по п. 49, где каждый из множества оксидов выбран из группы, которая включает SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 и СаСО3.
51. Вещество проппанта по п. 49, где реакционная смесь дополнительно содержит одну или несколько добавок, выбранных из группы, которая включает С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3 и их соединения, вулканический пепел и алюминиевый шлак.
52. Вещество проппанта по п. 49, где реактивная среда включает N2, O2, воздух, CO2 или их комбинации.
53. Вещество проппанта по п. 49, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 800 до 2500°С.
54. Вещество проппанта по п. 49, где пресс-форма включает графит.
55. Вещество проппанта по п. 49, где множество оксидов присутствуют в виде вещества из отходов.
56. Вещество проппанта по п. 55, где вещество из отходов включает металлургический шлак и зольную пыль.
57. Вещество проппанта по п. 56, где металлургический шлак и зольная пыль содержатся в количестве приблизительно 50-99% (масс./масс.) и 1-50% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси.
58. Вещество проппанта по п. 49, где указанный способ дополнительно включает нанесение на сферические частицы покровного вещества, выбранного из группы, которая содержит органические соединения, керамику и нитриды.
59. Вещество проппанта по п. 49, где сферические частицы обладают магнитными свойствами.
60. Вещество проппанта по п. 49, где сферические частицы имеют пористость от приблизительно 10 до 60%.
61. Вещество проппанта по п. 49, где сферические частицы имеют полую сердцевину.
62. Вещество проппанта по п. 49, где сферические частицы имеют диаметр от приблизительно 0,1 до 1,7 мм.
63. Вещество проппанта по п.49, где сферические частицы характеризуются степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0.
64. Вещество проппанта по п. 49, где, по меньшей мере, приблизительно 80% сферических частиц имеют диаметр в пределах 20% от среднего диаметра частиц сферической формы.
65. Вещество проппанта, полученное способом, который включает:
нагревание реакционной смеси, содержащей множество оксидов и одну или несколько добавок, где реакционную смесь нагревают в реактивной среде до температуры ниже температуры плавления реакционной смеси с образованием порошка, содержащего один или несколько продуктов реакции;
обработку указанного порошка с образованием сферических частиц, при этом образуется указанное вещество проппанта, включающее:
сферические частицы, содержащие вещество, выбранное из группы, которая содержит оксиды, нитриды, оксинитриды, бориды, карбиды, и где сферические частицы характеризуются удельным весом от приблизительно 1,0 до 1,7 и прочностью на раздавливание, равной, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов на квадратный дюйм.
66. Вещество проппанта по п. 65, где каждый из множества оксидов выбран из группы, которая включает SiO2, Аl2О3, Fe2O3, FeO, Fe3O4, CaO, MgO, MnO2, MnO, Na2O, SO3, K2O, TiO2, V2O5, Cr2O3, SrO, ZrO2, 3Al2O32SiO2, 2Al2O3SiO2, Ca2Mg(Si2O7), Ca2SiO4 и СаСО3.
67. Вещество проппанта по п. 65, где одна или несколько добавок выбраны из группы, которая включает С, Al, Si, Mg, К, Fe, Na, В, О, N, ZrO2, Y2O3 и их соединения, вулканический пепел и алюминиевый шлак.
68. Вещество проппанта по п. 65, где реактивная среда включает N2, O2, воздух, CO2 или их комбинации.
69. Вещество проппанта по п. 65, где один или несколько продуктов реакции выбраны из группы, состоящей из оксидов, нитридов, оксинитридов, боридов и карбидов.
70. Вещество проппанта по п. 65, где один или несколько продуктов реакции выбраны из группы, которая включает Si6-zAlzOzN8-z, где 0 <z <5, Li2SiN2, CaSiN2, MgSiN2, MgB2, Si3N4 и диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ).
71. Вещество проппанта по п. 65, где реакционную смесь нагревают до температуры от приблизительно 700 до 1800°С.
72. Вещество проппанта по п. 65, где множество оксидов присутствует в виде вещества из отходов.
73. Вещество проппанта по п. 72, где указанное вещество из отходов содержит одно или несколько веществ, выбранных из группы, которая включает металлургический шлак и зольную пыль.
74. Вещество проппанта по п. 73, где металлургический шлак и зольная пыль содержатся в количестве приблизительно 50-99% (масс./масс.) и 1-50% (масс./масс.), соответственно, от состава реакционной смеси.
75. Вещество проппанта по п. 65, где один или несколько продуктов реакции содержат оксид, и где операция обработки порошка включает контактирование одного или нескольких продуктов реакции с травящим агентом, с целью удаления оксида.
76. Вещество проппанта по п. 75, где травящий агент выбран из группы, включающей хлористоводородную кислоту, фтористоводородную кислоту, гидроксид натрия, фосфорную кислоту, азотную кислоту и фторид аммония.
77. Вещество проппанта по п. 65, где обработка порошка включает:
нагревание порошка в нереакционноспособной среде до температуры, превышающей температуру плавления порошка, с образованием расплава; и
предоставление возможности указанному расплаву затвердеть в пресс-форме, при этом затвердевший расплав имеет форму сферических частиц.
78. Вещество проппанта по п. 77, где пресс-форма включает графит.
79. Вещество проппанта по п. 65, где обработка порошка включает:
получение суспензии, содержащей порошок;
покрытие темплетирующих частиц указанной суспензией; и
нагревание темплетирующих частиц с нанесенным покрытием, с целью потребления темплетирующих частиц и образования сферических частиц.
80. Вещество проппанта по п. 79, где темплетирующие частицы включают вещество, выбранное из группы, которая содержит стекло, полистирол и целлюлозу, и где темплетирующие частицы с нанесенным покрытием нагревают до температуры от приблизительно 60 до 500°С с образованием сферических частиц, имеющих полую сердцевину.
81. Вещество проппанта по п. 80, где способ дополнительно включает спекание сферических частиц, имеющих полую сердцевину, при температуре от приблизительно 500 до 2000°С в реактивной среде, содержащей N2, O2, воздух, CO2 или их сочетания.
82. Вещество проппанта по п. 65, дополнительно включающее нанесение на сферические частицы покровного вещества, выбранного из группы, состоящей из органических соединений, керамики и нитридов.
83. Вещество проппанта по п. 65, где сферические частицы обладают магнитными свойствами.
84. Вещество проппанта по п. 65, где сферические частицы имеют пористость от приблизительно 10 до 60%.
85. Вещество проппанта по п. 65, где сферические частицы имеют полую сердцевину.
86. Вещество проппанта по п. 65, где сферические частицы имеют диаметр от приблизительно 0,1 до 1,7 мм.
87. Вещество проппанта по п. 65, где сферические частицы характеризуются степенью сферичности от приблизительно 0,7 до 1,0.
88. Вещество проппанта по п. 65, где, по меньшей мере, приблизительно 80% сферических частиц имеют диаметр в пределах 20% от среднего диаметра частиц сферической формы.
Наверх