DE2362712A1

DE2362712A1 - Verfahren zur herstellung von spezifisch schwerem material aus magerem eisenerz

Info

Publication number: DE2362712A1
Application number: DE2362712A
Authority: DE
Inventors: Jun James Thomas Hancock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-18
Filing date: 1973-12-17
Publication date: 1974-06-20
Also published as: GB1435219A; US3867128A; CA1000942A

Description

H-7-P-1/1238

(A-71972) 71268 München, den 17, DeZ. 1973

Dr.M/rk

J?jnes Thomas Hancock, Jr. in Houston, Texas, V.st.v.A.

Verfahren zur Herstellung von spezifisch schwerem Material aus

magerem Eise-ierz.

Kurze Zusammenfassung (Abstract) der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umwandeln von magerem oder geringwertigem Eisenerz mit einem spezifischen Gewicht von mindestens etwa 3,45 in ein Eisenoxid enthaltendes Material mit einem spezifischen Gewicht von 4₉ 2 oder höher. Bei dem Verfahren wird gewaschenes und gemahlenes Eisenerz von niedrigem spezifischen Gewicht unter oxydierenden Bedingungen geglüht» 6ann abgeschreckt und in einer Trennstufe eisenoxidhaltiges Material mit hohem spezifischen Gewicht von Verunreinigungen mit niedrigerem spezifischem Gewicht abgetrennt. Das so gewonnene Material kann auf eine Korngröße gemahlen werden, die es zur Vervendung als Beschwerungsmittel in Bohrschlämmen, welche die API-Normen für solche Materialien erfüllen, geeignet macht.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Viele tausend Tonnen Baryt (Schwerspat s Ba SO₄) werden jährlich als Beschwerungsmittel für Bohrschlämme verwendet· Geeignete

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Qualitäten dieser Materialien werden jedoch knapp, vas zu größeren Einfuhren oder komplizierterer Benefizierung und damit höheren Kosten für den Verbraucher führt· Da sehr große Mengen gebraucht werden, steigen die Bohrkosten £ür Ölbohrungen erheblich· Verhältnismäßig reines Bisenoxid, das durch Erzflotierungsraethoden benefiziert wurde, ist bereits als Beschwerungsmittel für Bohr» schlämme benutzt worden, hat sich jedoch wegen der hohen Kosten des Vorbehandlungsverfahrens als unwirtschaftlich erwiesen, sodaß Baryt das Standard-Beschwerungsmittel wurde· Bine Normvorschrift des American Petroleum Institute (APl) schreibt den Wert 4,2 für das spezifische Gewicht von Baryt - Bohrschlamm ·- Beschwerungsmitteln vor· Dieser vorgeschriebene Wert war mit Exsenerzen erreichbar, die wie oben angegeben, mittels teurer Flotierungsmethoden unter Verwendung teurer Chemikalien und bei entsprechend begrenzter Gewinnung von verarbeiteten Materialien erhältlich sind« Manche Eisenerze lassen sich jedoch nach dem Flotierungsverfahren nur schwer oder gar nicht benefizieren« Ss hat sich gezeigt, daß hydratisierte Bisenoxide, wie Liraonit» Goethit xsnd dergleichen, sich durch Flotierungsmethoden nur schwer von Siliciumdioxid, Ton und anderen Bargen treten lassen« Während große Eisenerzlager zur wirtschaftlichen Gewinnung von Eisen nach den üblichen Benefizierungsmethoden, d.h_e reduzierendes Glühen? ungeeignet sir»d, wären sie als Beschwensngsraittal für BGhrscfclämroe mütglich, wenn das spezifische Gewicht in wirtschaftlicher Weise erhöht werden könnte, um die API-Anforderungen zu erfüllen. Man hätte damit ein Ersatsmat@?ial für Baryt als Beschve^ungsmittel £Ü3? Bohrschlämme zur Verfügung·

Eine weitere Sclxwieriglkeit im SiissomsiÄaELg Kit atm Verwenöis&g -ven eisenhaltigen .Materialien al«? Beschwei?imgsraittel

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besteht darin, daß diese durch did Vorbehandlungsverfahren oft magnetisch gemacht werden. Selbstverständlich sind magnetische

Materialien zur Verwendung als Bohrschlämme ungeeignet, da sie Neigung zum Ausflocken und zur Zerstörung der Stabilität des Bohrschlamms zeigen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung des spezifischen Gewichts von geringwertigem Eisenerz, das ein spezifisches Gewicht von nur 3,45 haben kann, zu schaffen, so^ daß es als befriedigendes Beschwerungsmittel für Bohrschlamm verwendet werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das spezifische Gewicht des Eisenerzes vom Bereich 3,6 bis 3,9, der durch Mahlen und Vaschen von Eisenerz zur Befreiung von Siliciumdioxid, Ton und anderer Taube, erreichbar ist, auf wenigstens 4,2 zu er- ' höhen,ohne das Endprodukt magnetisch zu machen.

. Beschreibung der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden geringwertige (magere) Roheisenerze mit einem spezifischen Gewicht von etwa 3,45 zu einem Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 4,2 oder darüber verarbeitet, welches nach Mahlen auf die entsprechende Korngröße zur Verwendung als Beschwerungsmittel für Bohrschlamm geeignet ist· . Das aus dem Boden entnommene Roherz wird zuerst gemahlen und gewaschen, um Feingut und Ton sowie andere Stoffe mit geringeren spezifischen Gewichten zu entfernen. Diese Behandlung erhöht das spezifische Gewicht oft auf etwa 3,6 oder höher, manchmal bis auf 3,9. Das gewaschene Erz wird dann in den Ofen gebracht, wo es

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unter oxydierenden Bedingungen S5;i bmtjil'sm eisenuxidhaltigern Material geglüht wird. Die Glühste« wiM "bei eine? Temperatur -van etwa 927 bis 1121⁰C (1700 bis 2O3O°F) bei Verwäilzeitoi im Ofen bei den Reaktionstemperaturen von wenigstens et^a 20 Minuten durchgeführt. Das Material wird dann in einem geeignetes 2isäium, wie Luft oder Wasser, abgeschreckt, um die Teilchen zu brechen und eine weitere Trennung des Endproduktes von unerwünschten Materialien mit niedrigem spezifischem Gewicht, wie Siliciumdioxid, die dem Bisenoxid während der Glühstufe noch beigemischt waren, zu erreichen*

Das gewonnene eisenoxidhaltige Produkt wird dann auf eine den Bestimmungen entsprechende Korngröße gemahlen, das heißt daß wenigstens 97 % der Teilchen durch ein 0,074 nun (200 mesh) Sieb gehen. Dieses gewonnene Produkt hat ein spezifisches Gewicht von 4,2 oder sogar höher und ist zum Beschweren von Bohrschlamm geeignet.

Materialien, di@ in Bohrflüssigkeiten zur Dichteerhöhung solcher Flüssigkeiten benutzt werden, sollen ein hohes spezifisches Gewicht haben, mit der kontinuierlichen Phase der Bohrflüssigkeit nicht reagieren und in dieser im wesentlichen unlöslich sein, auf eine optimale Korngrößenverteilung gemahlen und im gemahlenen Zustand verhältnismäßig ηichtschleifend sein. Geringwertige Eisenerze mit einem spezifischen Gewicht bis herab zu etwa 3,45, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, erfüllen die genannten Bedingungen, da das spezifische Gewicht bis auf oder sogar über die API-Bedingungen erhöht ist. Die Eisenoxide reagieren nicht mit der kontinuierlichen Phase der Bohrflüssigkeit und sind darin nicht löslich j die optimale Korngrößenverteilung

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kann leicht erreicht werden, und bsi der erfindungsgemäßen Behandlung vird das eisenoxidhaltige Material in genügendem Maße von schleifend wirkenden Siliciumdioxid-Verunreinigungen des Eisenerzes abgetrennt, sodaß es verhältnismäßig nicht schleifend ist.

Außerdem muß ein eisenhaltiges Material für diesen Zweck im wesentlichen nicht magnetisch sein» Mach dem^rfindungsgemäßen Verfahren behandeltes Eisenerz erfüllt auch diese Bedingung. Damit liefert das erfindungsgemäße Verfahren aus.Eisenerzen in wirtschaftlicher Weise ein eisenoxidhaltiges Material, das alle Anforderungen für ein sehr gutes Beschwerungsmittel für Bohrflüssigkeiten erfüllt und die Kosten für Bohtfflüssigkeiten und damit die Bohr- und Erschließungskosten für Erdölprodukt© wesentlich verringert.

Zur Verwendung im ©r-fiiidisigsgeiilSef!. Verfahren stehen eine Vielzahl von Eisenerzen sur ¥@2?Mg!S2g ₀ Ba hoshwmvtigm @&®2? reiche Eisenerze normalerweise in eine® reöi»sier©Mers, Benefizierungsverfahren eingesetzt und schließlich zur Heists!Iraag \*©n Stahl verwendet werden_f sind geringwertige oder magere Bisenerze für die praktische Durchführung der Erfindung besonders günstig. Erze, welche Eisen in Form von Goethit F^₂ ⁰S* ^H2° ^ent&^a3-^tej:i* sind für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet, £ei?naT auch die als Limonit bezeichneten Eisenerze. Diesem Era gibt man gewöhnlich eine empirische Formal Fe₂O₃.nH^O» da die Menge an Hydratwasser je nach dem Lager verschieden ist und es oft als ein Gemisch von Goethit und Hämatit gefunden wird.

In seiner reinen Form hat das Mineral Goethit ein spezifisches Gewicht von etwa 4,3. Leider wird Goethit in der Erde in abbau-

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würdigen Mengen innig vermengt mit Sand, Ton und anderen Verunreinigen von niedrigem spezifischem Gevicht gefunden, sodaß sich insgesamt ein spezifisches Gewicht von etwas unter 4,0 und oft nur 3»5 ergibt. Damit es zur Verwendung als Beschwerungsmittel in Bohrflüssigkeiten brauchbar ist_s muß das Erz soweit benefiziert werden, daß sein spezifisches Gewicht 4_f2 oder darüber beträgt* Tatsächlich sind hochwertige Goethit-Erze selten in praktisch abbauwürdigem Mengen g@fimd@n worden» Erhebliche Mengen an Goethit oder Limonit finden sieis. in Eisenerzlagern in Ost-Texas und Arkansas· Man findet sie im diesen Iiagern oft als eine Mischung von Eisenoxiden mit Hämatitg F®_g0«_e Bekanntlich hat Hämatit in einigen seiner Formen fwroM&gaetische Eigenschaften. Wie die spätere Erläuterung der praktischen Durckführiang der Erfindung zeigt, hat das eisenoxidhaltig© Bndprodukt erstaumiicherweise nicht die unerwünschten magnetischen Eigenschaftea»

Aus der folgenden Diskussion übt Erfindimg ergibt sicfe für den Fachmann, 'wie das erfisMimgsgemäße liei'falix-aa %m? Anpassung an andere,» sieht besoiietes⁸! ss^ähnte Eisenerz® imuliimier-t werden kann· Da das Endprodi&t walrscMaiiilick isuasr aoeli eisige Verunreinigungen enthält uncl nicht ein reines Eissn&xia ist, wird für das erfindungsgemiSe Produkt deiⁿ Ausdruck ^Meiseaossidfealtiges Produkt oder Material«« benutzt.

Das aus äei⁵ Grube üiisgsfer-aclite Roke±s<mmT% wiM siaiächst n

um die Ksimg^öße zn ve3?riag@rn wia anhaftendem Tön und Sand loszubrechen sowie die Koragröße ctos? ©rf indungsgeat^ß zn behandelnden Eisene?^teilchen zn verringem· Obgleich das er*fiiiclimgsgeEiäl?-s Ver«· fahren mit einem ßut von etwa 3*8 cm Zornig^oBe durehgsführt "" werden ksxm^ ist es vorteilhafter, w<mn das Material, sowsit zer-

ί η ο a ?ζ

kleinert wird, daß es durch eia 19,1 mm (3/4-incli) Sieb geht. Vorzugsweise soll das Material durch ein ia,7 am Sieb gehen und auf einem 3,175 mm Sieb bleiben, wobei jedoch durch dieses 3,175 mm Sieb gehende Teilchen ebenfalls zu einem befriedigenden Produkt verarbeitet werden können. Bevorzugt wird die Verwendung eines gröberen Gutes, wie hiernach beschrieben, und besonders mit einer Korngröße, die durch ein 9i525 mm (3/8-inch) sieb geht und auf einem 3»175 mm (1/8 inch) Sieb zurückgehalten wird. Das ermöglicht einen gleichmäßigeren und wirksameren Glüh- und Oxydationsvorgang·

Nach dem Zerkleinern wird das Roherz im allgemeinen zur Entfernung von begleitenden Ton- und Sandteilchen gewaschen· Die im Erz verbleibenden siliciumdioxidhaltigen Verbindungen lassen sich nur schwer entfernen. Erstaunlicherweise gelingt das jedoch in den späteren Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens, sodaß das gewünschte spezifische Gewicht erreicht wird« Eine Anzahl von ' Klassierern oder Wäschern sind für dieses Verfahren geeignet, beispielsweise Sieb-, Klassier- und Strömungswäscher· Beispiele für Siebwäscher sind eine Siebtrommel, und Klassierwäscher, wie

Schüttelherde

Trommel-, Rühr-, Balkenvorrichtungen, und dergleichen sind ebenfalls verwendbar. Diese Anlagen sind dem Fachmann der Eisenerzaufbereitung bekannt.

Üblicherweise zum Waschen von Eisenerzen benutzte Maschinen sind Balkenwäscher und Rechen oder Schneckenklassierer. Diese sind besonders brauchbar in dieser Waschstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens · Falls das Eisenerz mit einfachen Waschverfahren nicht behandelt werden kann, kann zusätzlich eine Rüttelsiebmethode angewandt werden, welche ebenfalls eine bekannte

Methode zur Trennung von schwer zu entfernendem Ton vom rohen Erz ist.

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⁰NGWAL INSPECTED

Nach dem Waschen des gemahlenen Erzes kann es entweder eine Zeit lang gelagert oder direkt in die Glühsia-Pa, das wichtige Merkmal der Erfindung, eingeführt verden· Selbstverständlich ist durch das Mahlen und Waschen eine gewisse Menge des Materials mit niedriger Wichte entfernt und die Wichte des verbleibenden Bisenerzes erhöht vorden. Beispielsweise wurde gefunden» daß ein Goethit-/ Limonit-Erz aus Ost-Texas in dieser Stufe des Benefizierungsverfahrens ein spezifisches Gewicht von etwa 3,6 bis etwa 3*9 hat, je nach der Qualität des eingesetzten Erzes« Erfindungsgemäß kann also entweder ein rohes Erz eingesetzt werden,das zunächst in der angegebenen Weise benefiziert wird, oder ein bereits teilweise benefiziertes Erz mit der bereits erhöhten Wichte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterbehandelt werden. Mangels einer besseren Bezeichnung wird die zur Erzeugung des gewünschten Produktes führende Stufe als Brennstufe bezeichnet· Das allgemein zur Herstellung von raetalliscfegm Eisen aus Eisenerz angewandte Brennen ist eine Reduktionsseaalction, wo zusammen mit dem zu reduzierenden Eisenerz Reduktionsmittel« wie Kohlenstoff, im Reaktionsofen vorhanden sind. Dieses Übliche Brennverfahren führt nicht bis zum geschmolzenen Eisen sondern wird benutzt, um ein geeignetes Ausgangsprodukt zur Herstellung von Eisen zu gewinnen.

Eine solche Reduktion soll beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht eintreten, und das Brennen, wird daher in einer oxydierenden Atmosphäre in bekannter Weise, beispielsweise mit einem mageren Verhältnis von Gas und Luft, durchgeführt, indem man die Brenner des Brennofens so richtet, daß ihre Flamme nicht das zu oxydierende Erz berührt« und dafür sorgt, daß die Verbrennungsgase des

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Brenners das Material nickt berühren, bevor sie mit Luft erheblich verdünnt sind* Diese Verbrennungsgase enthalten nämlich Reduktionsmittel, wie Kohlenmonoxid, und es ist daher sehr wichtig, ihre Berührung mit dem Erz auf ein Mindestmaß zu begrenzen. Bs ist bekannt, für diesen Zweck überschüssige Luft durch den Ofen zu ziehen oder zu drücken.

Beim Brennen, wobei das Eisenerz oxidiert wird, wird die Temperatur im Bereich von etwa 927°C bis etwa 1121⁰C gehalten und das Material bei dieser Temperatur wenigstens etwa 20 Minuten behandelt. Die Zeit ist je nach der Teilchengröße und Gleichmäßigkeit des zu behandelnden Materials etwas verschieden, liegt jedoch vorzugsweise für den ermähnten Temperaturbereich bei 30 bis 45 Minuten. Die Behandlungszeit kann verlängert werden, jedoch bringt das keinen wesentlichen Vorteil? sodaß aus wirtschaftlichen Gründen längere Behandlungszeitesi vorzugsweise vermieden werden. Der bevorzugte Temperaturbereich für das Brennen bzw« die Oxydationsreaktion im Brennofen liegt von etwa 982 bis etwa 1O93°C, basonders bevorzugt von etwa 1010° C bis etwa 1O66°C (185O°P bis 195O°P).

Für den Fachmann ist es klar, daß die Eingabegeschwindigkeit in den Ofen von Größe und Typ des Ofens und der zur Aufrechterhaltung der erwähnten Verweilzeiten im Ofen erforderlichen Geschwindigkeit abhängt. Ein großer Bereich von Eingabegeschwindigkeiten ist bei Verwendung eines Drehofens entsprechend der Größe, im Neigungswinkel und der angewandten Drehgeschwindigkeit verfügbar. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Verweilzeit für einen Ofen bestimmter Größe durch Veränderung seiner Neigung und Umdrehungsgeschwindigkeit geändert werden kann·

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Es wurde gefunden, daß niedrigere Temperaturen nicht die gevünschte Erhöhung des spezifischen Gewichtes bewirken, sodaß die oben erwähnte Temperatur von 927°C (1700° F) als untere Grenze anzusehen ist. Bei Überschreiten einer Temperatur von etwa 1121°C (2O5O°P) nehmen die Eisenoxide im Produkt magnetische Eigenschaften an und sind daher in Bohrflüssigkeiten nicht verwendbar» falls nicht die magnetischen Teilchen von dem anderen Material durch Verwendung einer Magnet-Trennvorrichtung abgetrennt werden.

Bei der Durchführung der Brenn- oder Gxydationsstufe können selbstverständlich nicht nur Drehöfen benutzt werden, obgleich sie bevorzugt sind. Senkrechte ö£en und sogar Brennöfen (Furnace Typ Kilns) sind befriedigend,falls eine stark oxydierende Atmosphäre in ihnen aufrechterhalten wird.

Das vom Ofen abgegebene gebi»annt@ i^adukt wird dann entweder in Luft oder Wasser abgeschreckt, ton eine weitere Erhöhung des spezifischen Gewichtes zu erreichen,» Ein theoretischer Grund für die Wirksamkeit dieser Behandlung, obgleich es auf die Richtigkeit dieser Theorie nicht ankommt, ist anscheinend die verschiedene Ausdehnungs» und Sohrumpfgeschwindigk@it von Eisenoxid und Siliciumdioxid und den Teilchen von geidag&M spezifischem Gewicht, die noch an den Sis@2io3d.den haften ca^ä* in ifanmi vorhanden sinü. Beim Abschrecken benutzt man diese Ihitersdbi'ede und das Zerbrechen der Teilchen _s sodaß sich disse ma&h dem Abscteecl:©n leichter trennen lassen imid die isinkeit vs&u ßamit «as sf>aai£iscfe.e Oewicfet des erhaltenesi sisesaoxidäaltigÄa Material© verbessert werdoi« Bs gefunden^ daß' die aa diesesi PiMJfet öes V@r-fateeas isrr ausreiefet* w& das gsirfinsclite spesii-iscli© Gewicht slu

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Palls die Verwendung einer Abschreckung durch Wasser ervUnscht ist, kann unter den Auslaß des Ofens ein Trichter mit einem Trog- oder Schneckenförderer gebracht werden, um das Material zu einem Lager oder einer Trockeneinrichtung zu bewegen. Vorzugsweise wird wahrend der Abschreckungsstufe ein Sprühstrahl in den Trichter gerichtet, sodaß der Wasserspiegel unter Kompensierung der Verdampfung auf- ^: rechterhalten vird und nur eine Mindestmenge in dem aus dem Abschreckungsbad austretenden eisenoxidhaltigen Produkt verbleibt. Während der Bewegung des Materials aus dem Abschreckungsbad zum Lagern oder Trocknen können die Eisenoxide von den leichteren Siliciumdioxidteilchen weiter getrennt werden durch eine Gegenstrom- Wasserwäsche oder andere Mittel, die dem Fachmann bekannt sind, z.B. Schwingsiebe, durch welche das abgetrennte Siliciumdioxid hindurchfallen kann.

Zusätzlich zum Abschrecken in Wasser ist es auch nützlich, das Material nut Luft abzuschrecken und ferner die während der Abkühlung des Siliciunidioxids und der Eisenoxide auftretenden Scherkräfte ausnutzen, übliche Trennmethoden können angewandt werden, um die Teilchen mit geringerer Wichte von den Bisenoxiden durch Sieben, Rütteln oder Lufttrennung zu trennen.

Es ist nicht notwendig, das aus dem Abschreckbad gewonnene Produkt sofort zu mahlen, sondern dieses Produkt kann im Rahmen der Erfindung auch für spätere Verwendung gelagert oder sofort getrocknet , und in einer geeigneten Mühle, wie einer Raymond-Mühle, Kugelmühle oder Hammermühle oder dergleichen auf eine für seine Verwendung in Bohrschlämmen geeignete Korngröße gemahlen werden. Die Korngrößenvorschrift des American Petroleum Institutes für Baryte, die in Bohrschlarnm verwendet werden, ist eine Naß-Sieb-Anälyse, die

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einen 3,0 % Maximalrückstenä {umgekehrt 97% Mindestdurchgang) auf dem US-Sieb No. 200 (0,074 nun Maschenweite) und mindestens 5% Rückstand auf dem US-Sieb No. 325 (0,044 Mn Maschenweite) zuläßt, überraschenderweise liefert das erfindungsgemäße Verfahren ein eisenoxidhaltiges Produkt, das die API-Anforderung hinsichtlich eines spezifischen Gewichts iron mindestens 4,20 erfüllt und typi~ scherweise übersteigt, während es auch die anderen erwähnten Eigenschaften eines Beschwerungsmittels für Bohrschlamm hat. Es ist weiter überraschend, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitete Eisenerz ein eisenoxidhaltiges Material liefert, welches fast keinen oder überhaupt keinen Magnetismus zeigt.

Die obigen Angaben und folgenden Beispiele lassen für den Fachmann erkennen, daß viele Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens für verschiedene Eisenerze möglich sind. Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgenden Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Ein Eisenerz (hauptsächlich Goethit oder Limonit) aus Ost-Texas wurde gemahlen, sodaß es durch ein 12,7 mm Sieb ging und auf einem 3,175 mni sieb zurückgehalten wurde, und wurde gründlich gewaschen. Dieses Material hatte ein spezifisches Ge\vicht von etwa 3,4 und war schwach magnetisch. Ein Teil des Eisenerzes wurde in einem Ofen 30 Minuten lang bei 982°C bei einer Gesamterhitzungsdauer von 42 Minuten geglüht. Nach dem Glühen wurde gefunden, daß das Material nicht mehr magnetisch war und sein spezifisches Gewicht 4,17 betrug.

Eine andere Probe des gemahlenen Eisenerzes wurde 30 Minute« hei 982°C geglüht und dann in. Wasser abgeschreckt. Danach wurde ä;-u

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Material von im Ausgangsprcdukt enthaltenen Verunreinigungen mit niedrigem spezifischen Gewicht getrennt, getrocknet, gemahlen und das spezifische Gewicht mit 4»27 gefunden, was über dem Normalbereich von Baryt von 4,20 bis 4,25 liegt. Infolge seiner hohen Dichte und nicht-magnetischen Eigenschaften bildet das verarbeitete Eisenerz ein ausgezeichnetes Material als Beschwerungsmittel für Bohrschlamm.

Beispiel 2

Ost-Texas Eisenerz (Limonit), das gemahlen, gewaschen und auf eine Korngröße von etwa 3,175 bis 6,35 mm klassiert war, hatte eine Schüttdichte von etwa 1,698 g/cm3 in lufttrockenem Zustand« Gepulverte Proben zeigten bei der Messung nach der Piaschenmethode nach LeChatelier bei dem zur Anwendung bei gepulvertem Baryt vorgeschriebenen Verfahren ein spezifisches Gewicht von 3,66.

Proben des Erzes wurden jeweils 30 Minuten lang bei Temperaturen von 927° C, 982° C, 1093° C₁ und 1204° C (1700, 1800, 2000, und 2200° P) erhitzt. Dabei wurden jeweils etwa 227 g des Materials in jedes von zwei keramischen schiffchen gegeben, welche dann in einen auf die Prüftemperatur eingestellten elektrischen Ofen eingesetzt wurden. Alle Ofenöffnungen blieben offen, um eine oxydierende Atmosphäre zu gewährleisten. Das Einsetzen der keramischen Schiffchen und ihres Inhalts in den Ofen führte zu einem Wärmeverlust und entsprechenden Temperaturabfall. Nachdem die Prüftemperatur wieder erreicht war, begann die festgelegte Glühperiode von 30 Minuten. Am Ende dieser Zeit wurden die keramischen Schiffchen rasch aus dem Ofen entnommen. Das Material in einem Schiffchen wurde in Wasser gegossen und abgeschreckt; das Material im anderen Schiffchen wurde auf eine geeignete Unterlage zur Luft-

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kühlung ausgeschüttet.

Die abgekühlten und im Fall der Wasserabschreckung getrockneten Materialien wurden mittels eines Mörsers und Pistills und einer Schwingkugelmühle auf ein Pulver von bis -0,149 mm Korngröße (-100 mesh) Zerkleinert. Dann wurden an den gepulverten Materialien Messungen des spezifischen Gewichts durchgeführt· Ferner vurde ein starker Handmagnet benutzt, um festzustellen, ob die Wärmebehandlung zu einer merklichen Magnetisierung des Materials geführt hatte. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle I angegeben

TABELLE I

Versuch	Behänd	lung	Spezifisches Gewicht des	in Wasser ab
No.	Temperatur OC	7PT +· Κατ	gepulverten Materials	geschreckt
		dieser Tem	luftge	4,15
	927	peratur	kühlt	4,29
1	982	30 Minuten	4,23	4,35
2	1038	30 Minuten	4,30	4,32
3	1093	30 Minuten	4,35	4,30
4	1149	30 Minuten	4,31	4,38
5	1204	30 Minuten	4,33
6	30 Minuten	4,36

Keine der aus den wärmebehandelten Materialien hergestellten gepulverten Proben enthielt mehr als einige wenige magnetische Teilchen. Die Farben der Pulver waren verschiedene Töne von rotbraun, die mit steigender Temperatur zunehmend dunkler wurden. Die am meisten bemerkbare Vertiefung der Farbe zeigte sich bei de» bei 1149⁰C behandelten Proben . im Vergleich mit dem helleren Ton von rotbraun bei den bei 1O93°C behandelten Proben.

ORlSlNAL 1NS!=^TED 409825/0923

Beispiel 3

Etwa 2,294 m³ des in Beispiel 2 beschriebenen Erzes wurden in ei-

nem mit Brdgas gefeuerten Drehofen einer Versuchsanlage gebrannt, der 3,66 m lLänge, einen Innendurchmesser von 35,6 cm und Einrichtungen zur Veränderung der Neigung, Umdrehungsgeschwindigkeit, Temperatur und Ofenatmosphäre aufwies. Eine Messung des spezifischen Gewichtes einer repräsentativen gepulverten Probe des gebrochenen, gewaschenen und gemahlenen Erzes ergab einen V?ert von 3,66.

Der Anfangsdurchsatz des Materials durch den Drehofen wurde mit einer Temperatur der heißen Zone von 1121⁰G (205O⁰F) j optische Pyrometermessung) bei einer Neigung von 1:24 (i/2 inch/foot)

i/2 Umdrehung pro Minute und einer Zugabegeschwindigkeit von etwa 181,4 kg /std· begonnen. Es wurde eine normale, blaue bis an der Spitze ganz schwach gelbe Flamme mit hinsichtlich der Ofenachse etwas nach oben gerichtetem Brenner verwendet. Die Gas-Luftmischung wurde so eingestellt, daß sie eine stetige Flamme und eine oxydierende Atmosphäre lieferte. Die Verweilzeit des Materials im Ofen betrug 55 Minuten. Das gebrannte Produkt zeigte eine rote bis metallisch graue Farbe, und etwa 20 % der Teilchen waren magnetisch. Bei einer Verringerung der Temperatur der heißen Zone auf etwa 1O93°C (2ooo° F) , gemessen am Bett des Materials im GPen_s nahm der Anteil an magnetischen Teilchen ab. Wenn die Farbe des . Produkts überwiegend rot wurde mit nur gelegentlichen grauen Teilchen war der Anteil an magnetischen Teilchen auf etwa 0,5 % abgefallen. Der Durchsatz des Materials wurde bei weiterer Verringerung der Temperatur auf etwa 1071⁰C (1960° F) jedoch mit: einer auf 1 Umdrehung pro Minute erhöhten Ofenumdrehungsgeschv:h!·· digkeit fortgesetzt. Das ergab eine Verweilz-eit von 38 bis Ί0 Mduu-

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ten. Unter diesen Bedingungen war das Produkt nach der Abkühlung fast vollständig rot und enthielt nur ganz wenige magnetische Teilchen,

Durch die Anwendung verschiedener Ofenfoedingungen wurde gefunden, daß ein gleichbleibend rotbraunes Produkt mit wenigen grauen Teilchen nur mit sehr mageren Brenngas-Luftmischungen erzeugt werden konnte. Die optimalen Temperaturen der heißen Zone, gemessen als Temperatur des Materialbettes, lagen im Bereich von 1038 bis 1O93°C (1900 bis 2000⁰F) ₉ wobei die Durchsatzzeit des Materials 40 Minuten betrug. Es wurde gefunden, daß die Aufrechterhaltung einer oxydierenden Ofenatmosphäre für die Herstellung eines nichtmagnetischen rotbraunen Produkts besonders wichtig ist.

Etwa 1360 kg gebranntes Material wurden unter den angegebenen optimalen Bedingungen hergestellt. Messungen des spezifischen Gewichts an gepulverten repräsentativen Proben lieferten V7erte von 4,29 bis 4,30.

Eine repräsentative Probe des für die Drehofenarbeit benutzten Rohmaterials wurde bei 1038° C im Ofen in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise gebrannt. Das spezifische Gewicht des gepulverten Produkts betrug 4,32.

Beispiel 4_m

Etwa 18144 kg (20 Tonnen) Ost-Texas Goethit-Erz wurden auf eine Korngröße von 12,7 uno 3,175 mm gebrochen imd gewaschen. Dieses Erz wurde mit einer Geschwindigkeit von e'ova 1814 leg /Std. in einen Drehofen von r_r"<'2m Durchmesser und ^i?. '3 m Länge eirs-a!:· ■■■■· Die Brenner waren von» Erz weggerichtet - im !¹Ie Berührung eier V.-t-

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BAD

brennungsgase und Flamme mit dem zu brennenden Bisenerz auf ein Mindestmaß zu begrenzen und maximale Oxydation des Sisens zu bewirken. Die Ofentemperatur im Reaktionsbereich betrug etwa 1010⁰C (185O°F ) und die Verweilzeit etwa 35 Minuten.

Ein Anteil der Produktion dieses Laufes wurde abgeschreckt, indem man das gebrannte Material direkt aus dem Ofen in ein Wasserbad fallen ließ, während ein anderer Anteil am Ofenausgang mit Wasser besprüht wurde« Proben beider Anteile wurden getrocknet, und ein spezifisches Gewicht von 4,32 wurde bestimmt unter Verwendung der Piaschenmethode nach LeChatelier gemäß der API-Vorschrift für gepulverten Baryt,

Das abgeschreckte Material wurde getrocknet und in einer 54ⁿ (137,16 cm) Raymond Mühle gemahlene um eine Naß-Sieb-Analyse (APl) von 3,0 Prozent maximaler Rückstand auf einem US-Sieb No. 200 (0,074 mm Maschenweite) und 5₉O % Mindestrückstand auf einem US-Sieb No. 325 (0,044 mm Maschenweite) zu erreichen. Dieses Material war befriedigend zur Verwendung als Beschwerungsmittei für einen Bohrschlamm.

Beispiel 5 ·

Die physikalischen Eigenschaften einer Probe des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten eisenoxidhaltigen Produktes wurden verglichen mit denen einer Probe von Baryt-Beschwerungsmittel für Bohrschlamm. Die Eigenschaften wurden nach bekannten Standardmethoden bestimmt.

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Man erhielt folgende Ergebnisse i

API Behandeltes

_it Standard Baryt _m Eisenerz

4,20 4,21 4,25

höchstens 250 PPM 150 Spur

Calcium
Naß-Sieb-Analyse

a) Durchgang üS-Siefe höclistens $% _m _ßef, Np. 200 (O_tG74na&} - '"

b) Rest attf is-Siefe mindestens
No. 325 Cö} " '

Die vorangehenden Ergebnisse zeigen _f daß das nach dem erfindungsgemäßen Verjfaiirea beliandelte Eisenez-s ein zm? ¥erwendung als BeschwerungsBdttei für Bokrschlaißm befriedigendes eisenoxidhaltiges Produkt lieferte

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines im wesentlichen nicht-magnetischen eisenoxidhaltigen Materials mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2 aus einem Eisenerz mit einem spezifischen Gewicht von etwa 3,6 bis etwa 3#9» gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

a) Brennen des Eisenerzes unter oxydierenden Bedingungen in

der Weise, daß es wenigstens 20 Minuten lang bei einer Temperatur zwischen etwa 927°C und etwa 1121⁰C gehalten wird j

b) Abschrecken des gebrannten Erzes und

c) Gewinnung des abgeschreckten eisenoxidhaltigen Materials,

das im wesentlichen nicht magnetisch ist und ein spezifisches Gewicht von wenigstens 4,2 aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Eisenerz eine solche Korngröße hat, daß es durch ein 12,7 mm Sieb geht und auf einem 3,175 mm Sieb zurückbleibt,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß das Eisenerz eine solche Korngröße hat, daß es durch ein 9,52 mm sieb geht und auf einem 3,175 mm Sieb zurückbleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstufe in einem Drehofen durchgeführt wird, ürr mit wenigstens einem Gasbrenner ausgerüstet ist» dessen Flam.·¹ so gerichtet ist» daß sie nicht auf des Roherz trifft. ,

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5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Drehofen mit Vorrichtungen ausgerüstet ist, die während der Brennstufe einen Zwangsluftstrom liefern.

6. Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen nicht magnetischen Eisenoxids mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2 aus einem rohen Eisenerz mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 3,9 , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen :

a) Zerkleinern des rohen Erzes ;

b) Waschen des zerkleinerten rohen Erzes ;

c) Brennen (Glühen) des gewaschenen Erzes unter oxydierenden Bedingungen, sodaß das Erz wenigstens 20 Minuten bei Temperaturen zwischen etwa 927°C und etwa 1121⁰C gehalten wird ;

d) Abschrecken des gebrannten Erzes ; und

e) Geidnnung des abgeschreckten eisenoxidhaltigen Materials, welches im wesentlichen nicht magnetisch ist und ein spezifisches Gewicht von wenigstens 4»2 aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet,daß das gewaschene Erz bei Temperaturen von etwa 982°C bis etwa 1O93°C gebrannt wird·

8· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das gewaschene Erz etwa 30 bis 45 Minuten lang gebrannt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen nicht magnetischen Eisenoxid-Materials mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4» 2 aus einem rohen Eisenerz mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 3,45» gekennzeichnet durch folgende Ver-

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ORfSiNAL INSPECTED

fahrensstufen :

a) Zerkleinern des rohen Erzes auf eine Korngröße, welche durch ein 9,52 mm Sieb geht und auf einem 3,175 mm Sieb zurückgehalten wird ;

b) Waschen des zerkleinerten rohen Erzes ;

c) Brennen des gewaschenen Erzes bei einer Temperatur von etwa 982°C bis etwa 1093⁰C während etwa 30 bis etwa 45 Minuten in einem Drehofen, der mit Vorrichtungen zur Erzeugung eines Luftstroms und mit wenigstens einem Innenbrenner ausgerüstet ist, der so gerichtet ist, daß ein Auftreffen der Flamme auf das Eisenerz während der Brennstufe vermieden wird ;

d) Abschrecken des gebrannten Materials mit Wasser ;

e) Abtrennen und Gewinnen des abgeschreckten eisenoxidhaltigen Materials von abgesclirecktem Material mit niedrigem spezifischem Gewicht und

f) Mahlen der gewonnenen Eisenoxide auf eine Korngröße, sodaß 97 % des Materials durch ein 0,074 mm Sieb gehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen bei einer Temperatur von etwa 1OJO⁰C bis etwa 1066° C durchgeführt wird. ·

11. Verfahren nach Anspruch 9, oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rohe Erz ein Limoniterz ist*

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rohe Erz ein Goethitera ist..

ORIGINAL INSPECTED

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13. Im wesentlichen xiicht--rragnetjscl^e^ fiisenerzhaltiges Produkt mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, besonders Anspruch 9, mittels folgender Verfahrensstufen :

a) Zerkleinern eines rohen Eisenerzes mit einem spezifischen Gewicht von 3,45j

b) Waschen des zerkleinerten rohen Erzes ;

c) Brennen des gewaschenen Erzes unter oxydierenden Bedingungen, sodaß es wenigstens 20 Minuten bei einer Temperatur zwischen etwa 927°C und etwa 1121⁰C gehalten wird j

d) Abschrecken des gebrannten Erzes und

e) Gewinnung des im wesentlichen nicht-magnetischen eisenoxidhaltigen Produkts mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 4,2,.

14. Produkt des Anspruchs 13, worin das rohe Eisenerz «in Limoniterz ist.

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