보크사이트 세라믹 샌드(석유 파쇄 지지체용 세라믹 샌드) 생산은 파쇄, 분쇄, 과립화, 고온 소결 등 여러 단계로 구성된 정교한 공정입니다. 핵심 공정은 고온 소성으로, 보크사이트를 고강도 내식성 세라믹 입자로 변환합니다. 자세한 생산 공정 흐름과 주요 기술적 특징은 다음과 같습니다.
1. 원료 준비
보크사이트 선광
Al₂O₃ 함량이 75% 이상인 고알루미나 보크사이트(1급 또는 특급)를 사용합니다. Fe₂O₃와 같은 불순물은 엄격히 관리해야 합니다(일반적으로 <1.5%).
원료는 크기가 300~500mm이고 턱 분쇄기로 거칠게 분쇄한 후, 충격 분쇄기로 미세하게 분쇄하여 입자 크기가 ≤20mm가 되도록 합니다.
건조 및 탈수
건조는 유동층로(열풍 온도 800~900°C)에서 수행되어 분쇄 중 벽에 붙는 것을 방지하기 위해 수분 함량이 1.5% 미만이 됩니다.
II. 분쇄 및 재료
폐쇄 회로 분쇄 시스템
건조된 보크사이트를 적절한 비율로 첨가제(망간분말, 산화마그네슘 등)와 혼합한 후 볼밀과 분급기를 거쳐 500메시 이상(입자크기 ≤30μm)의 크기로 분쇄합니다.
기능: 원료의 반응성을 향상시키고 균일한 소결을 보장합니다.
수식 조정
일반적인 공식: 보크사이트 85-90% + 망간 분말 5-8% + 결합제(카르복시메틸셀룰로오스 등) 2-3%.
첨가제 기능: 소결 온도를 낮추고(1500°C에서 1150-1250°C로) 펠릿 강도를 향상시킵니다.
III. 과립
화 디스크 과립화 방법
분말에 물(8~10%)을 첨가하고 경사진 회전 디스크에 굴려 펠릿을 형성합니다. 입자 크기는 물 분사 속도와 디스크 속도(목표 0.5~1.2mm)로 조절합니다.
장점: 펠릿의 원형도가 우수하여 소규모, 중규모 생산에 적합합니다.
분무 과립화(산업용에 적합)
분말을 물과 분산제와 혼합하여 슬러리를 형성합니다. 고압 노즐을 통해 분무된 혼합물은 건조탑에서 즉시 과립화되어 입자 크기 분포를 더욱 균일하게 합니다.
매개변수: 유입 열풍 온도 400-500°C, 유출 온도 100-120°C.
IV. 고온소성(핵심공정)
회전로 소결
온도 프로필:
예열(200-600°C): 잔여 수분과 유기물을 제거합니다.
중온(600-1000°C): 보크사이트의 탈수산화반응(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑).
고온단계(1150~1500°C): 코런덤상(α-Al₂O₃)과 멀라이트(3Al₂O₃·2SiO₂)가 형성되어 높은 강도를 부여합니다.
가마 분위기: 약산화성(과잉공기계수 1.05-1.10).
에너지 절약 기술
가마 배기가스는 녹색 펠릿을 예열하는 데 사용되어 열 효율을 20% 이상 증가시킵니다.
분말 석탄 대신 천연가스/석탄층 메탄을 사용하면 SO₂ 배출량이 줄어듭니다.
V. 냉각 및 분류
급속 냉각 공정
가마에서 나온 세라믹사이트는 회전식 냉각기(또는 공기 담금질)에서 80°C 이하로 빠르게 냉각되어 과도한 입자 성장과 취성을 방지합니다.
스크리닝 및 분류
다층 진동 스크린은 석유 산업 표준에 따라 다음과 같이 분류됩니다.
20/40 메시(0.45-0.9mm)
30/50 메시(0.3-0.6mm)
불합격된 제품(<5%)은 분쇄 공정으로 반환됩니다.
VI. 성능 테스트 및 패키징
주요 성능 테스트
압축 강도: ≥86 MPa(폐쇄 압력 52 MPa에서 파쇄율 <5%).
산 용해도: <5% (4% HCl + 3% HF 혼합물, 90°C에서 30분간 담가두기).
겉보기 밀도: 1.65-1.85 g/cm³ (API/ISO 표준 충족).
방진 포장
톤백(500-1000kg)이나 소형백(25kg)에 포장하여 입자 크기, 밀도, 산 용해도 등의 매개변수를 라벨에 표시합니다.
공정의 어려움과 해결책
문제 원인 해결책
입자 접착 링
과도한 소성 온도 또는 국부적인 과열
킬른 속도 최적화(0.5-1.5rpm)
강도가 기준 이하
Al₂O₃ 함량이 부족하거나 소결이 부적절
소성 온도를 1400°C 이상으로 높임
먼지 오염
분쇄/체질 공정에서 발생하는 배출물
펄스 백 필터 설치(효율 >99%)
적용 분야
석유 파쇄: 전 세계 사용량의 80% 이상을 차지하고, 파쇄를 확산시키며 석유 및 가스 투과성을 증가시킵니다.
정밀 주조: 주조 모래로 지르콘 모래를 대체하며 최대 1600°C의 고온 내구성을 갖추고 있습니다.
환경 친화적 필터 매체: 폐수 처리에서 바이오필름 운반체로 사용됩니다.
이 공정은 보크사이트의 조성, 소결 온도, 냉각 속도를 정밀하게 제어하여 고강도, 저밀도, 내식성을 갖춘 제품을 보장하므로 석유 추출 산업에서 대체 불가능한 핵심 소재가 됩니다.