A produção de areia cerâmica de bauxite (areia cerâmica para agentes de suporte de fraturação de petróleo) é um processo meticuloso que envolve múltiplas etapas, incluindo britagem, moagem, granulação e sinterização a alta temperatura. O processo principal é a calcinação a alta temperatura, que transforma a bauxite em partículas cerâmicas de alta resistência e resistentes à corrosão. A seguir, um fluxo detalhado do processo produtivo e os principais destaques técnicos:
1. Preparação da matéria-prima
Beneficiamento de bauxite
Utiliza-se bauxite de alta alumina (primeira qualidade ou especial) com um teor de Al₂O₃ ≥75%. Impurezas como o Fe₂O₃ devem ser rigorosamente controladas (geralmente <1,5%).
A matéria-prima tem um tamanho de 300-500 mm e é grosseiramente triturada num britador de maxilas e depois finamente triturada num britador de impacto para partículas ≤20 mm.
Secagem e Desidratação
A secagem é realizada num forno de leito fluidizado (temperatura do ar quente de 800-900°C) até um teor de humidade de <1,5% para evitar que se agarre à parede durante a moagem.
II. Moagem e Ingredientes
Sistema de Moagem em Circuito Fechado
A bauxite seca é misturada com aditivos (pó de manganês, óxido de magnésio, etc.) em proporções apropriadas e depois circulada por um moinho de bolas e um classificador até um tamanho de 500 mesh ou superior (tamanho de partícula ≤30μm).
Função: Melhora a reatividade das matérias-primas e garante uma sinterização uniforme.
Ajuste de Fórmula
Fórmula típica: 85-90% de bauxite + 5-8% de pó de manganês + 2-3% de ligante (como carboximetilcelulose).
Função aditiva: reduz a temperatura de sinterização (de 1500°C para 1150-1250°C) e aumenta a resistência do pellet.
III.
Método de granulação por disco de granulação
O pó é adicionado com água (8-10%) e rolado sobre um disco giratório inclinado para formar pellets. O tamanho das partículas é controlado pelo caudal de água e pela velocidade do disco (alvo 0,5-1,2 mm).
Vantagens: Excelente circularidade dos pellets, adequada para produção em pequena e média escala.
Granulação por pulverização (preferido para aplicação industrial)
O pó é misturado com água e um dispersante para formar uma pasta. Atomizada através de um bico de alta pressão, a mistura é instantaneamente granulada numa torre de secagem (para uma distribuição mais uniforme do tamanho das partículas).
Parâmetros: Temperatura de entrada do ar quente 400-500°C, temperatura de saída 100-120°C.
IV. Calcinação a alta temperatura (processo central)
Sinterização em forno rotativo
Perfil de temperatura:
Pré-aquecimento (200-600°C): Remove a humidade residual e a matéria orgânica.
Temperatura média (600-1000°C): Desidroxilação da bauxite (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
Estágio de alta temperatura (1150-1500°C): Formação de fase coríndon (α-Al₂O₃) e mulita (3Al₂O₃·2SiO₂), conferindo elevada resistência.
Atmosfera do forno: Fracamente oxidante (coeficiente de excesso de ar 1,05-1,10).
Tecnologias de poupança de energia
O gás de escape do forno é utilizado para pré-aquecer os pellets verdes (aumentando a eficiência térmica em mais de 20%).
A utilização de gás natural/metano de carvão em vez de carvão pulverizado reduz as emissões de SO₂.
V. Arrefecimento e Classificação
Processo de Arrefecimento Rápido
A ceramsita saída do forno é arrefecida rapidamente para abaixo dos 80°C num arrefecedor rotativo (ou têmpera a ar) para evitar o crescimento excessivo de grãos e a fragilidade.
Triagem e Classificação
As peneiras vibratórias multicamadas são classificadas de acordo com as normas da indústria petrolífera:
Malha 20/40 (0,45-0,9 mm)
Malha 30/50 (0,3-0,6 mm)
Os produtos rejeitados (<5%) são devolvidos ao processo de moagem.
VI. Teste de Desempenho e Embalagem
Teste de Desempenho Chave
Resistência à compressão: ≥86 MPa (taxa de esmagamento <5% a uma pressão de fecho de 52 MPa).
Solubilidade ácida: <5% (mistura 4% HCl + 3% HF, imersão a 90ºC durante 30 minutos).
Densidade aparente: 1,65-1,85 g/cm³ (Cumpre as normas API/ISO).
Embalagem à prova de poeiras
Embalado em sacos de toneladas (500-1000 kg) ou sacos pequenos (25 kg), etiquetados com parâmetros como o tamanho das partículas, a densidade e a solubilidade ácida.
Dificuldades e soluções do processo
Problema Causa Solução
Anéis de adesão de partículas
Temperatura de calcinação excessiva ou sobreaquecimento localizado
Otimizar a velocidade do forno (0,5-1,5 rpm)
Resistência abaixo do padrão
Teor insuficiente de Al₂O₃ ou sinterização inadequada
Aumentar a temperatura de calcinação para acima de 1400 °C
Poluição por poeira
Emissões do processo de moagem/peneiramento
Instalar um filtro de mangas de pulso (eficiência >99%)
Aplicações
Fraturamento de petróleo: representa mais de 80% da utilização global, propaga fraturas e aumenta a permeabilidade do petróleo e do gás.
Fundição de precisão: Substitui a areia de zircão como areia de moldagem, com elevada resistência à temperatura até 1600°C.
Meio filtrante ecológico: utilizado como transportador de biofilme no tratamento de águas residuais.
Este processo controla precisamente a composição da bauxite, a temperatura de sinterização e a taxa de arrefecimento para garantir um produto com elevada resistência, baixa densidade e resistência à corrosão, tornando-o um material essencial insubstituível na indústria de extração de petróleo.