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RÉSUMÉ
La fragmentation des minerais métalliques regroupe les opérations de concassage et de broyage. Elles ont pour objectif de libérer les espèces minérales constitutives du matériau polycristallin, afin d’effectuer des séparations visant à obtenir un concentré marchand, un métal ou un composé métallique. La fragmentation est une opération si coûteuse en investissement, en énergie et en maintenance, que ces postes peuvent conditionner le choix et l’assemblage des appareils et/ou mettre en cause la pertinence même de la mise en œuvre.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur honoraire - Ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM) - INPL-CNRS UMR 7569
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Jacques YVON : Docteur ès Sciences - Professeur à l’ENSG, Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) - Directeur du Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), - INPL-CNRS UMR 7569
INTRODUCTION
La fragmentation est une opération si coûteuse en investissement, en énergie et en maintenance, que ces postes peuvent conditionner le choix et l’assemblage des appareils et/ou mettre en cause la pertinence même de la mise en œuvre.
En fragmentation, la réduction de la consommation énergétique n’est pas le seul but à rechercher ; d’autres objectifs sont aussi importants :
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la répartition granulaire, largement influencée par le type mais aussi par la précision de coupure du séparateur (ou système de classification) associé à l’appareil de fragmentation ; le séparateur consomme aussi de l’énergie et cette consommation est inversement proportionnelle au carré de la dimension de coupure ; cependant, certains types d’appareils conduisent à des produits dont les distributions granulaires sont assez étroites ;
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la maille de libération ; lorsqu’il s’agit de minerais, on cherche à libérer au moins une espèce minérale dans des conditions compatibles avec les opérations de concentration ; la sélectivité pouvant être imparfaite, on peut préparer un préconcentré qui, lui-même, sera rebroyé et soumis à une autre opération séparative ; cette séquence présente l’avantage de n’effectuer le broyage fin que sur une quantité réduite de matière, ce qui limite la dépense énergétique et la proportion des particules ultrafines, dont la gestion est toujours délicate ;
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la morphologie des grains, fonction du mode de fragmentation ; cet aspect conditionne, d’une façon générale, la rhéologie des poudres et des pulpes ;
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la réactivité de surface ; on évoque le plus souvent la tendance à l’amorphisation qui est associée à l’augmentation de la solubilité ; on doit aussi mentionner une variation de l’affinité de l’unité d’aire pour certains adsorbants : augmentation ou diminution, selon les cas.
Pour plus de renseignements sur les aspects théoriques et technologiques de la fragmentation, le lecteur consultera les dossiers et .
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1. Caractérisation des matériaux
Dans le respect de nos sources bibliographiques et pour ne pas perturber l’écriture d’équations expérimentales, nous conservons les unités utilisées : le pouce (′′), ou inch (in) ; le pied, ou foot (ft) ; la tonne courte, ou short ton (sht) ; et la livre (lb).
Rappelons cependant que :
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•[nbsp ]1 pouce = 1 inch = 2,54 cm
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•[nbsp ]1 pied = 1 foot = 30,48 cm
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•[nbsp ]1 sht = 0,907 t
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•[nbsp ]1 livre = 0,4536 kg
La détermination de certaines propriétés physiques des matériaux à fragmenter permet un choix judicieux des appareils de fragmentation. Ces propriétés sont caractérisées par des indices tels que l’indice de friabilité de Hardgrove, l’indice énergétique de Bond, l’indice d’aptitude à l’agglomération de Papadakis, l’indice d’abrasion (cf. [J 3 050], référence [1]). Ils sont déterminés à partir d’essais bien définis sur des échantillons moyens prélevés sur les matériaux à fragmenter.
1.1 Indice de Hardgrove
La méthode a été développée pour le charbon. Le test est mené dans un broyeur vertical à billes, à piste de broyage fixe (cf. [J 3 051], référence [2]). Les billes, au nombre de huit, ont un diamètre de 25,4 mm. L’anneau qui exerce la pression de broyage sur les billes est solidaire d’un arbre rotatif. Un échantillon de 50 g et de granularité comprise entre 1,19 et 0,59 mm (tamis 16 et 30 meshs) est broyé pendant 60 révolutions de l’anneau rotatif. Il est ensuite tamisé à travers une maille d’ouverture 74 µm (tamis 200 meshs) et la masse du passant m (en g) permet de déterminer l’indice Hardgrove H i à partir de la relation :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BLAZY (P.), YVON (J.), JDID (E.A.) - Fragmentation. - Aspects théoriques Fragmentation- Aspects théoriques. Bases documentaires « Opérations unitaires – Génie de la réaction chimique » (2006).
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(2) - BLAZY (P.), JDID (E.A.), YVON (J.) - Fragmentation. - Technologie Fragmentation- Technologie. Bases documentaires « Opérations unitaires – Génie de la réaction chimique » (2006).
-
(3) - BLAZY (P.), JOUSSEMET (R.) - Concentration par gravité. - Différentes technologiesConcentration par gravité- Différentes technologies. Bases documentaires « Opérations unitaires – Génie de la réaction chimique » (2005).
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(4) - BLANC (E.C.) - Technologie des appareils de fragmentation et de classement dimensionnel. - Tome 1 : Concasseurs et granulateurs, Éditions Eyrolles (1974).
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(5) - BARRATT (D.J.), SHERMAN (M.) - Selection and sizing of autogenous and semi-autogenous mills. - In « Mineral Processing Plant Design. Practice...
ANNEXES
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Coûts d’investissement
Les tableaux à donnent le coût d’investissement moyen des différents types de concasseurs et de broyeurs.
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Coûts de fonctionnement
Le tableau donne la consommation énergétique moyenne des concasseurs à mâchoires et à cônes.
Le tableau est un exemple de la part de la fragmentation dans l’ensemble des frais de fonctionnement des installations de concentration dans l’industrie minière.
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