ボーキサイトセラミックサンド（石油破砕用プロパント用セラミックサンド）の製造は、粉砕、研磨、造粒、高温焼結といった複数の工程を経る、緻密なプロセスです。中核工程は高温焼成で、ボーキサイトを高強度で耐腐食性のあるセラミック粒子へと変化させます。以下に、詳細な製造プロセスフローと主要な技術的ポイントをご紹介します。
1. 原材料の準備
ボーキサイト選鉱
Al₂O₃含有量が75%以上の高アルミナボーキサイト（一級または特級）を使用します。Fe₂O₃などの不純物は厳密に管理する必要があります（通常1.5%未満）。
原料は300〜500mmの大きさで、ジョークラッシャーで粗く粉砕され、その後、インパクトクラッシャーで≤20mmの粒子まで細かく粉砕されます。
乾燥と脱水
乾燥は流動床炉（熱風温度 800 ～ 900°C）で水分含有量 < 1.5% になるまで行われ、粉砕中に壁面に付着するのを防ぎます。
II. 粉砕と原料の
閉回路粉砕システム
乾燥したボーキサイトを添加剤（マンガン粉末、酸化マグネシウムなど）と適切な割合で混合し、ボールミルと分級機を通して500メッシュ以上（粒径≤30μm）の大きさになるまで循環させます。
機能：原材料の反応性を向上させ、均一な焼結を保証します。
フォーミュラ調整
一般的な配合: ボーキサイト 85 ～ 90% + マンガン粉末 5 ～ 8% + バインダー (カルボキシメチルセルロースなど) 2 ～ 3%。
添加剤の機能: 焼結温度を下げ (1500℃から1150～1250℃)、ペレットの強度を高めます。
III. 造粒
ディスク造粒法
粉末に水（8～10%）を加え、傾斜回転ディスク上で転がしてペレットを形成します。粒子径は、水の噴霧速度とディスク速度によって制御されます（目標粒径0.5～1.2mm）。
利点: ペレットの真円度が優れており、小規模から中規模の生産に適しています。
スプレー造粒（工業用途に最適）
粉末を水と分散剤と混合してスラリーを形成します。高圧ノズルを通して噴霧された混合物は、乾燥塔で瞬時に造粒されます（より均一な粒度分布を得るため）。
パラメータ: 入口熱風温度 400 ～ 500°C、出口温度 100 ～ 120°C。
IV. 高温焼成（コアプロセス）
ロータリーキルン焼結
温度プロファイル:
予熱（200〜600℃）：残留水分と有機物を除去します。
中温（600〜1000℃）：ボーキサイトの脱水酸化（Al₂O₃・2SiO₂・2H₂O → Al₂O₃+2SiO₂+H₂O↑）。
高温段階（1150〜1500℃）：コランダム相（α-Al₂O₃）とムライト（3Al₂O₃·2SiO₂）が形成され、高い強度が得られます。
窯雰囲気：弱酸化性（空気過剰係数1.05～1.10）。
省エネ技術
窯の排気ガスを利用してグリーンペレットを予熱します（熱効率が 20% 以上向上します）。
微粉炭の代わりに天然ガス/炭層メタンを使用すると、SO₂排出量が削減されます。
V. 冷却と分類
急速冷却プロセス
窯から出たセラミサイトは、過度の粒子成長と脆化を防ぐために、回転式冷却器（または空気急冷）で 80°C 未満まで急速に冷却されます。
スクリーニングと分類
多層振動スクリーンは石油業界の規格に従って分類されます。
20/40メッシュ（0.45～0.9mm）
30/50メッシュ（0.3～0.6mm）
不合格品 (<5%) は粉砕工程に戻されます。
VI. パフォーマンステストとパッケージング
主要パフォーマンステスト
圧縮強度: ≥86 MPa (52 MPa の閉鎖圧力で圧縮率 <5%)。
酸溶解度: <5% (4% HCl + 3% HF 混合物、90°C で 30 分間浸漬)。
嵩密度: 1.65～1.85 g/cm³ (API/ISO 規格に準拠)。
防塵包装
トン袋（500～1000 kg）または小袋（25 kg）に包装され、粒子サイズ、密度、酸溶解度などのパラメータがラベル付けされています。
プロセスの難しさとその解決策
問題 原因 解決策
粒子付着リング
焼成温度が高すぎるか、局所的に過熱している
窯の速度を最適化します (0.5 ～ 1.5 rpm)
強度が標準
以下 Al₂O₃ 含有量が不十分、または焼結が不十分
焼成温度を 1400°C 以上に上げます
粉塵汚染
粉砕/ふるい分けプロセスからの排出
物 パルス バッグ フィルターを設置します (効率 >99%)
用途
石油破砕: 全世界での使用量の 80% 以上を占め、亀裂を広げ、石油とガスの浸透性を高めます。
精密鋳造: 鋳型砂としてジルコン砂の代わりとなり、1600°C までの耐熱性を備えています。
環境に優しいフィルターメディア：廃水処理におけるバイオフィルムキャリアとして使用されます。
このプロセスでは、ボーキサイトの組成、焼結温度、冷却速度を正確に制御し、高強度、低密度、耐腐食性を備えた製品を確保し、石油採掘業界におけるかけがえのない主要材料となっています。