Le traitement des minerais, également appelé valorisation du minerai ou préparation des minerais, est le processus qui consiste à libérer et à concentrer les minéraux de valeur à partir du minerai tout-venant (ROM). Après son extraction de la mine, le minerai contient généralement un mélange de minéraux de valeur, de gangue, d’argile et d’autres matériaux indésirables. Les équipements de traitement des minerais sont utilisés pour réduire la taille des particules, séparer les matériaux en fonction de leurs propriétés physiques ou chimiques et produire un concentré adapté à un traitement ultérieur ou à une utilisation directe.
Il est important de comprendre les différents types d’équipements de traitement des minerais, car le choix des équipements influence directement l’efficacité du traitement, le taux de récupération des minéraux, la consommation d’énergie, les coûts d’exploitation et la qualité du produit final.
Les équipements appropriés dépendent du type de minerai, de la granulométrie d’alimentation et du produit, des propriétés des minéraux, de la teneur en humidité et en argile, de la capacité requise, de l’objectif de récupération et de l’échelle de l’installation. Les neuf catégories d’équipements suivantes représentent certaines des machines les plus utilisées dans les usines modernes de traitement des minerais.
Les concasseurs sont les principales machines de réduction de taille utilisées dans de nombreuses usines de traitement des minerais. Leur fonction principale est de réduire le minerai tout-venant (ROM) de grande taille en morceaux plus petits pouvant être traités par les équipements de criblage, de broyage et de séparation situés en aval.
Les concasseurs à mâchoires et les concasseurs giratoires sont généralement sélectionnés pour le concassage primaire, tandis que les concasseurs à cône et à percussion sont couramment utilisés aux étapes secondaire ou tertiaire.
Les concasseurs sont utilisés pour une large gamme de matériaux, notamment le minerai de fer, le minerai de cuivre, le minerai d’or, le calcaire, le granite, le basalte et d’autres roches dures.
Par exemple, un circuit typique de traitement des roches dures peut utiliser un concasseur à mâchoires pour réduire d’abord le matériau ROM, puis des concasseurs à cône pour obtenir un produit plus uniforme.
Le choix du concasseur doit tenir compte de la taille de l’alimentation, de la dureté du minerai, de son abrasivité, de la capacité requise et de la granulométrie souhaitée du produit. Les minerais durs et abrasifs peuvent provoquer une usure importante des blindages de concasseur et des autres composants.
Un circuit de concassage correctement conçu réduit la charge imposée aux équipements de broyage et peut ainsi améliorer l’efficacité énergétique globale de l’installation.
Après le concassage, le minerai peut encore être trop grossier pour permettre une libération efficace des minéraux. Les broyeurs réduisent davantage la taille des particules afin que les minéraux de valeur puissent être séparés de la gangue environnante.
Le broyage constitue souvent l’une des étapes les plus énergivores d’une usine de traitement des minerais, ce qui rend le choix du broyeur particulièrement important.
Les broyeurs sont largement utilisés pour le traitement de l’or, du cuivre, du minerai de fer, du plomb-zinc, du nickel et d’autres minerais métalliques.
La granulométrie de broyage requise dépend de la minéralogie et des caractéristiques de libération du minerai. Certains minerais nécessitent un broyage relativement grossier, tandis que d’autres doivent subir un broyage fin ou ultrafin avant la flottation ou d’autres procédés de séparation.
Avantages et points à prendre en compte
Les principaux facteurs de sélection comprennent la capacité du broyeur, la taille de l’alimentation, la granulométrie requise du produit, la dureté du minerai, la consommation d’énergie et les besoins en corps broyants.
Comme le broyage consomme une quantité importante d’énergie, l’amélioration de l’efficacité du broyeur peut avoir un effet majeur sur les coûts d’exploitation d’une installation.
Les équipements de criblage séparent les particules en fonction de leur taille. Les cribles sont couramment installés avant ou après les concasseurs et sont essentiels pour contrôler le matériau entrant dans les différentes étapes d’un circuit de traitement.
Les cribles vibrants sont particulièrement courants dans les installations de granulats et de traitement des minerais, car ils peuvent traiter de grands volumes de matériaux et produire plusieurs fractions granulométriques.
Les cribles sont utilisés pour classer le minerai concassé, éliminer les particules sous-dimensionnées avant le concassage et produire des matériaux de granulométrie spécifique.
Par exemple, dans un circuit de concassage en boucle fermée, un crible peut renvoyer les particules surdimensionnées vers un concasseur à cône, tandis que les matériaux correctement dimensionnés passent à l’étape suivante du traitement.
Le choix du crible dépend de la taille de l’alimentation, de la capacité, de la teneur en humidité, de la forme des particules, de la taille de séparation requise et du nombre de produits souhaités.
Les matériaux humides et collants peuvent provoquer un colmatage ou une obstruction des ouvertures du crible. Des toiles de criblage spéciales ou des systèmes de lavage peuvent donc être nécessaires.
Les classificateurs séparent les particules fines en fonction de leurs caractéristiques de sédimentation ou de leur comportement hydraulique. Ils sont particulièrement importants dans les circuits de broyage, car ils déterminent quelles particules sont suffisamment fines pour passer à la séparation minérale et lesquelles doivent subir un broyage supplémentaire.
Les hydrocyclones sont particulièrement courants dans les circuits de broyage modernes. Ils utilisent des forces centrifuges pour séparer les particules grossières et fines présentes dans une pulpe.
Les classificateurs sont largement utilisés dans les usines de traitement de l’or, du cuivre, du fer, du plomb-zinc et d’autres minerais, notamment lorsque le broyage doit être contrôlé avec précision.
Une configuration courante consiste à faire fonctionner un broyeur à boulets en circuit fermé avec des hydrocyclones. Les particules fines débordent du cyclone vers l’étape suivante du traitement, tandis que les particules grossières retournent au broyeur.
Les classificateurs permettent de maintenir une granulométrie de broyage constante et d’éviter le surbroyage inutile. Les principaux facteurs à prendre en compte sont la densité de l’alimentation, la pression, la distribution granulométrique, le diamètre du cyclone et la taille de coupure requise.
Une classification correcte peut améliorer la récupération en aval tout en réduisant la consommation d’énergie inutile.
Les équipements de séparation gravimétrique concentrent les minéraux principalement en fonction des différences de densité. Cette méthode est particulièrement efficace lorsque les minéraux de valeur sont nettement plus lourds ou plus légers que la gangue environnante.
La séparation gravimétrique est couramment utilisée pour l’or, l’étain, le tungstène, la chromite, les minéraux de fer et certains autres minéraux lourds.
Par exemple, un circuit gravimétrique peut récupérer de l’or libre relativement grossier avant la flottation ou d’autres méthodes de concentration. Les concentrateurs en spirale sont également largement utilisés pour le traitement des sables minéralisés et d’autres matériaux contenant des minéraux de valeur denses.
La séparation gravimétrique présente généralement l’avantage d’utiliser des équipements relativement simples et, dans de nombreuses applications, moins de réactifs chimiques que la flottation.
Cependant, son efficacité dépend fortement de la différence de densité entre les minéraux de valeur et la gangue, ainsi que de la taille des particules. Les particules très fines peuvent être difficiles à récupérer efficacement avec des équipements gravimétriques conventionnels.
Les séparateurs magnétiques utilisent des champs magnétiques pour séparer les minéraux magnétiques ou sensibles au magnétisme des matériaux non magnétiques. Ils peuvent également éliminer les métaux ferreux indésirables des flux de traitement des minerais.
Les séparateurs à faible intensité sont couramment utilisés pour les minéraux fortement magnétiques, tandis que les équipements à haute intensité peuvent traiter des matériaux faiblement magnétiques.
La séparation magnétique est particulièrement importante dans le traitement du minerai de fer, où la magnétite peut être séparée de la gangue non magnétique. Elle est également utilisée pour la chromite, l’ilménite, les minéraux de manganèse et les minéraux industriels.
Des séparateurs magnétiques peuvent également être installés pour éliminer les éléments ferreux indésirables des systèmes de convoyage et protéger les équipements situés en aval.
La séparation magnétique ne nécessite pas nécessairement de réactifs chimiques et peut être efficace pour les minéraux présentant des propriétés magnétiques adaptées.
Le choix de l’équipement dépend de la susceptibilité magnétique, de la taille des particules, de la teneur en humidité, de la capacité d’alimentation et de l’efficacité de séparation requise.
Les équipements de flottation par mousse séparent les minéraux en fonction des différences de leur chimie de surface. Il s’agit de l’une des principales méthodes de concentration pour de nombreux minerais finement disséminés.
Dans un circuit de flottation, des bulles d’air sont introduites dans une pulpe minérale. Avec les réactifs appropriés, certaines particules minérales deviennent hydrophobes et s’attachent aux bulles, remontant à la surface sous forme de mousse. Les autres particules restent dans la pulpe.
La flottation est largement utilisée pour le cuivre, le plomb, le zinc, le nickel, le molybdène, le phosphate et d’autres minerais. Elle est particulièrement utile lorsque les minéraux de valeur sont trop fins pour être séparés efficacement par gravimétrie.
Par exemple, une usine de traitement du sulfure de cuivre peut utiliser le concassage et le broyage, suivis de la flottation, pour produire un concentré de cuivre.
Avantages et points à prendre en compte
La flottation peut atteindre une sélectivité et une récupération élevées lorsque la minéralogie et le schéma de réactifs sont bien maîtrisés. Cependant, elle nécessite un contrôle précis de facteurs tels que le pH, le dosage des réactifs, le débit d’air, la densité de la pulpe, la taille des particules et le temps de séjour.
Le coût et les exigences de manipulation des réactifs de flottation doivent également être pris en compte lors de la conception de l’usine.
Les équipements de lavage et d’attrition éliminent l’argile, la saleté, les boues et autres impuretés de surface présentes dans l’alimentation minérale. Cette étape peut améliorer considérablement l’efficacité des opérations ultérieures de concassage, de criblage et de séparation.
Les laveurs utilisent l’eau et une action mécanique pour désagréger l’argile et éliminer les contaminants présents à la surface des particules de valeur.
Le lavage est particulièrement utile pour l’or alluvionnaire, le sable et le gravier, le calcaire, le minerai de fer et d’autres matériaux contenant une quantité importante d’argile ou d’impuretés collantes.
Par exemple, un tambour laveur rotatif peut être installé avant le criblage dans une usine de traitement de l’or alluvionnaire afin de désagréger les matériaux liés par l’argile et de libérer les particules de valeur.
Le lavage peut améliorer l’efficacité du criblage et les performances des opérations de séparation en aval. Cependant, il nécessite une alimentation en eau fiable et produit une pulpe qui doit ensuite être traitée.
La quantité et le type d’argile, l’humidité de l’alimentation, la taille des particules et la disponibilité de l’eau doivent donc être évalués avant de sélectionner les équipements de lavage.
Après le traitement humide et la séparation, les concentrés et les résidus contiennent souvent de grandes quantités d’eau. Les équipements de déshydratation éliminent l’excès d’eau de la pulpe afin de produire un produit solide plus facile à manipuler et de récupérer l’eau de procédé.
Les épaississeurs augmentent la concentration en solides de la pulpe en permettant aux particules de se déposer, tandis que les filtres utilisent la pression ou le vide pour éliminer davantage d’eau.
Les équipements de déshydratation sont utilisés aussi bien pour les concentrés minéraux que pour les résidus. La déshydratation des concentrés permet d’obtenir un produit transportable, tandis que la déshydratation des résidus peut réduire la consommation d’eau et améliorer leur gestion.
Par exemple, une usine peut utiliser un épaississeur suivi d’un filtre-presse afin de produire un concentré relativement sec destiné au stockage ou à l’expédition.
Les principaux facteurs à prendre en compte comprennent les caractéristiques de la pulpe, la taille des particules, la concentration en solides, l’humidité finale requise, le débit et les exigences de récupération de l’eau.
La déshydratation peut également jouer un rôle important dans la réduction des pertes d’eau et l’amélioration des performances environnementales globales d’une usine de traitement.
Les neuf types d’équipements de traitement des minerais présentés ci-dessus couvrent les principales étapes d’un schéma typique de valorisation du minerai :
Concassage → Broyage → Criblage → Classification → Séparation gravimétrique → Séparation magnétique → Flottation → Lavage/Attrition → Déshydratation
Chaque machine remplit une fonction spécifique, mais les équipements doivent fonctionner ensemble comme un système de traitement intégré. Les concasseurs préparent le minerai pour le broyage, les cribles et les classificateurs contrôlent la granulométrie, les équipements de séparation concentrent les minéraux de valeur et les systèmes de déshydratation produisent des concentrés et des résidus faciles à gérer.
Les principales étapes sont l’alimentation, le concassage, le broyage, le criblage, la classification, la concentration ou la séparation et la déshydratation. Certaines usines comprennent également le lavage du minerai, la lixiviation, le séchage, l’agglomération et le traitement des résidus.
Le choix du meilleur équipement dépend de la taille de l’or, de son degré de libération et de son association avec d’autres minéraux. Les options courantes comprennent les concentrateurs centrifuges, les jigs, les tables à secousses, les rampes en spirale, les cellules de flottation, les séparateurs magnétiques pour les minéraux associés et les systèmes de lixiviation.
Les usines de traitement du minerai de fer utilisent couramment des concasseurs, des cribles, des broyeurs, des hydrocyclones, des séparateurs magnétiques, des équipements de flottation, des épaississeurs et des filtres. Les minerais de magnétite se prêtent souvent bien à la séparation magnétique, tandis que les minerais d’hématite peuvent nécessiter des méthodes de concentration supplémentaires.
Une usine de traitement du cuivre typique peut utiliser des concasseurs, des cribles, des broyeurs, des hydrocyclones, des cellules de flottation, des épaississeurs et des filtres à concentré. Le schéma de traitement exact dépend de la présence du cuivre sous forme de minerai sulfuré, oxydé ou mixte.
Oui. Les installations de production de granulats utilisent couramment des alimentateurs, des concasseurs à mâchoires, des concasseurs à cône, des concasseurs à percussion, des cribles, des convoyeurs et des équipements de lavage. Toutefois, la production de granulats vise généralement à obtenir des matériaux de construction correctement dimensionnés, tandis que le traitement des minerais se concentre davantage sur la récupération et la concentration des minéraux de valeur.
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