Essais de Broyage et Concassage de Minéraux : Procédures et Analyse

UNIVERSITÉ CATHOLIQUE DU NORD

FACULTÉ DE GÉNIE ET SCIENCES GÉOLOGIQUES

Département de Génie Métallurgique

Laboratoire N°2

ESSAIS DE BROYAGE

Objet : Laboratoire de Mécanique Préparation Minérale

Professeur : Ordenes Figueroa Juan

Assistant : Rudy Godoy

Introduction

Le broyage est une opération mécanique de réduction de la taille, résultant d'une consommation d'énergie indirecte. Il est généralement considéré que la relation énergie-réduction de taille ne définit pas correctement le processus de réduction de taille. La relation entre l'alimentation et le produit d'un équipement de réduction est une approximation et ne peut pas être directement déterminée. Les effets des variables opérationnelles, telles que le taux d'alimentation en solides, l'équipement de réduction de taille, etc., sont des facteurs qui nécessitent une meilleure compréhension.

La conception des machines de réduction de taille change nettement à mesure que la taille des particules est modifiée.

Lorsque la particule est grande, l'énergie de rupture pour chaque particule est élevée, mais l'énergie par unité de masse est faible.

Avec une diminution de la taille de la particule, l'énergie de rupture par particule diminue, mais l'énergie par unité de masse augmente plus rapidement. Par conséquent, les concasseurs doivent être grands et structurellement plus robustes, tandis que les broyeurs doivent être capables de disperser l'énergie sur une grande surface.

Objectifs

• Vérifier les opérations de comminution.
• Déterminer les raisons de la réduction de capacité et d'équipement.
• Comparer les équipements de concassage et de broyage.

Notions de Base

Broyage Primaire

Dans la plupart des opérations, le programme principal de concassage est le même que celui de l'exploitation minière. Lorsque le concassage primaire a lieu sous terre, cette opération relève normalement de la responsabilité du département minier. Lorsque le concasseur primaire est en surface, il est d'usage de confier le concassage et le traitement du minerai au service de traitement et de manutention du minerai, à partir de ce point et pour les opérations successives de transformation des minéraux. Les concasseurs primaires sont généralement conçus pour fonctionner à 75% du temps disponible, principalement en raison de perturbations causées par une puissance insuffisante pour le concasseur et des retards mécaniques au niveau du concasseur. Ce sont aussi des machines qui permettent de réduire la taille du minerai brut (tout-venant) à une taille appropriée pour le transport et le stockage. Ils fonctionnent toujours en circuit ouvert, avec ou sans grilles.

Les deux machines principales sont les concasseurs à mâchoires et les concasseurs giratoires.

Ce type de concasseur doit être capable de traiter les blocs de taille maximale pouvant sortir de la mine, selon la méthode d'exploitation.

L'orifice d'entrée est appelé « la bouche » et l'orifice de décharge « la gorge ». En général, la taille de la bouche est fixe, mais la taille de la gorge varie périodiquement au cours de l'opération.

Lorsque la « gorge » est à sa position d'ouverture maximale, on parle de « position ouverte » (Sa). Quand elle est à sa position de fermeture minimale, on parle de « position de fermeture » (So).

Figure 1. Concasseur à mâchoires

Broyage Secondaire

Le matériau alimenté à ces équipements est généralement inférieur à 15 cm de diamètre, de sorte que l'équipement est plus léger que le précédent. De plus, le matériau est plus facile à manipuler et à transporter, et ne nécessite pas de grands systèmes d'alimentation pour les concasseurs.

Le but de cette étape est de préparer le matériau pour le broyage. Dans les cas où la réduction de taille est assurée plus efficacement par concassage, une étape de concassage tertiaire peut être intégrée avant l'entrée au broyage.

L'équipement principal utilisé à cette étape est le concasseur à cône.

Il est similaire aux concasseurs giratoires, la principale différence est que l'arbre est plus court et n'est pas suspendu, mais est monté sur des roulements au niveau de la tête pivotante ou du cône (Figure 2).

Comme il ne nécessite pas une grande ouverture, la zone de broyage peut être augmentée pour la décharge, avec un angle plus grand dans le cône de rotation, tout en maintenant le même angle entre les pièces du concasseur.

Figure 2. Concasseur à cône

Un concasseur à cône est caractérisé par le diamètre de son cône en pieds. Cela varie de 2 à 7 pieds (environ 60 à 210 cm), avec une capacité de 1,10 t/h pour un réglage de décharge de 19 mm (3/4").

Ces concasseurs fonctionnent à une vitesse de rotation supérieure. Cela permet au matériau de passer plus rapidement grâce à un meilleur écoulement de matière à travers la grande ouverture créée par le déplacement du cône.

Ces équipements peuvent avoir un taux de réduction entre 3:1 et 7:1, et même plus élevé pour certains matériaux spécifiques.

Ils sont constitués de deux types : à tête longue et à tête courte (ou standard), ce dernier étant caractérisé par un cône plus raide, favorisant une réduction plus fine de la taille du produit.

Concassage Tertiaire

Si le minerai a tendance à être glissant et dur, l'étape de concassage tertiaire peut être remplacée par un broyage grossier dans des broyeurs à barres. Habituellement, ces étapes sont accompagnées de phases de classement correspondantes pour éviter la production excessive de fines et augmenter la capacité de l'équipement.

Mouture (Fraisage)

La dernière étape du processus de broyage. Elle est réalisée dans des cylindres en rotation, connus sous le nom de broyeurs (mills). Il en existe plusieurs types, classés selon leur forme et leur moyen de broyage. Pour effectuer leur travail, ces machines de rectification sont alimentées avec des éléments abrasifs ou des cailloux.

Ceci peut être effectué à sec ou par voie humide. On parle de mouture sèche lorsque le minerai est acheminé dans cet état. Si de l'eau est ajoutée, formant ainsi une pâte, on parle de mouture humide.

Contrairement au concassage, la mouture est un processus aléatoire, où la particule et le milieu de broyage doivent entrer en contact pour que le broyage ait lieu.

Figure 3. Broyeur à boulets

Rapport de Réduction

Défini comme le rapport entre la taille du matériau entrant dans un équipement (alimentation) et la taille du matériau sortant de l'équipement (produit), selon l'équation suivante :

R(r) = F80

P80

Où :

• F80 : Ouverture de maille qui laisse passer 80% de l'alimentation.
• P80 : Ouverture de maille qui laisse passer 80% du produit.

Capacité de Traitement

Définie comme la quantité de minerai pouvant être traitée par un concasseur ou un broyeur. Elle est mesurée en kg/min, tonnes/heure, tonnes/jour, etc.

Procédure

• Tout d'abord, le matériau doit être homogénéisé par conage et quartage pour obtenir un échantillon représentatif de 500 g pour l'analyse granulométrique initiale.
• Deuxièmement, faire passer la totalité de l'échantillon par le concasseur à mâchoires primaire. Il faut enregistrer le temps nécessaire pour que le matériau soit concassé. Ensuite, homogénéiser le matériau et prélever un échantillon représentatif de 500 g pour l'analyse par tamisage.
• Troisièmement, le minerai restant doit passer par le concasseur secondaire. Là aussi, il faut enregistrer le temps nécessaire pour concasser le matériau et prélever un échantillon représentatif de 500 g pour l'analyse par tamisage.
• Quatrièmement, l'excédent de matériau doit être passé par le concasseur tertiaire et la procédure ci-dessus répétée pour enregistrer le temps et prélever un échantillon représentatif de 500 g.
• Cinquièmement, le produit final du concassage tertiaire sera divisé en 2 échantillons de 1 kg pour un broyage à sec et un broyage humide. Ces opérations seront réalisées dans des broyeurs à boulets.

Figure 4. Diagramme des tests de réduction de taille

Rapport

• Compiler les analyses granulométriques de concassage et de broyage.
• Calculer le P₈₀ de chaque étape de réduction de taille, la variance et l'écart type.
• Tracer les courbes de distribution de taille pour les alimentations et les produits, à la fois pour le concassage et le broyage.
• Calculer le taux de réduction à toutes les étapes.
• Calculer la capacité de traitement de chacun des concasseurs.
• Comparer les résultats de mouture, y compris le déschlammage. Ces données permettront d'établir les différences entre la mouture humide et sèche. L'objectif est d'obtenir 60% de particules inférieures à 200 mesh (Tyler).