Différents types de concasseurs pour l’industrie minière

Étapes de concassage dans les opérations minières

Les opérations minières utilisent généralement plusieurs étapes de concassage pour réduire progressivement la taille des matériaux. Chaque étape joue un rôle spécifique dans le circuit global de comminution.

Concassage primaire

Le concassage primaire est la première étape, où les matériaux ROM (Run of Mine) de grande taille sont réduits à une taille pouvant être traitée par les équipements en aval. Les tailles d’alimentation à ce stade peuvent dépasser 1 mètre, selon la mine.

Cette étape privilégie :

• Une capacité élevée
• Une conception robuste pour traiter des matériaux durs et abrasifs
• La capacité d’accepter de grandes tailles d’alimentation sans prétraitement

Les concasseurs primaires sont généralement installés près du front de taille ou en fosse afin de réduire les coûts de transport. Le produit obtenu est encore relativement grossier mais nettement plus facile à manipuler.

Concassage secondaire

Le concassage secondaire prend le produit issu de l’étape primaire et le réduit davantage à une taille plus homogène. Cette étape commence à préparer le matériau pour un concassage ultérieur ou un traitement direct.

Les principaux objectifs incluent :

• Réduire la taille des particules pour faciliter la manutention
• Améliorer l’uniformité
• Préparer l’alimentation pour les concasseurs tertiaires ou les broyeurs

Les concasseurs secondaires fonctionnent dans des conditions plus contrôlées que les concasseurs primaires, avec des réglages plus fins et une alimentation plus régulière.

Concassage tertiaire et au-delà

Les étapes de concassage tertiaire, quaternaire et même quinaire sont utilisées lorsque des produits très fins ou précisément calibrés sont requis.

Ces étapes se concentrent sur :

• La production de particules plus petites et uniformes
• L’obtention de formes spécifiques (souvent cubiques)
• Le respect de distributions granulométriques strictes

Cela est particulièrement important dans des applications telles que la production de granulats ou l’optimisation des processus de récupération en aval dans les usines de traitement des minéraux.

Principaux types de concasseurs

Il existe une grande variété de concasseurs, chacun adapté à des étapes spécifiques, à des propriétés de matériaux et à des besoins opérationnels particuliers. Le choix repose sur des mécanismes de compression, d’impact ou d’attrition.

Concasseurs à mâchoires

• Les concasseurs à mâchoires sont les machines principales du concassage primaire.
• Ils sont particulièrement efficaces pour les matériaux volumineux, durs et abrasifs.
• Leurs avantages incluent une conception simple, une grande fiabilité, une tolérance aux matériaux sales ou collants, ainsi qu’un coût d’investissement relativement faible. Les tailles d’alimentation typiques peuvent atteindre 1 500 mm, avec un produit final de 50 à 300 mm.

Concasseurs giratoires

Les concasseurs giratoires sont également utilisés pour le concassage primaire, notamment dans les mines à très forte capacité.

Ils offrent une capacité plus élevée, une granulométrie plus constante et une meilleure gestion des matériaux en plaques. Ils permettent des rapports de réduction plus élevés et des coûts d’exploitation plus faibles dans les grandes installations. Cependant, ils sont plus coûteux, nécessitent des fondations solides, tolèrent moins bien les matériaux collants et sont plus difficiles à entretenir. Ils conviennent aux roches dures sèches à légèrement humides non collantes.

Concasseurs à cône

Les concasseurs à cône sont essentiels pour les étapes secondaires et tertiaires. Les systèmes de réglage hydraulique permettent des ajustements faciles et une libération en cas de matériaux non broyables.

Ils traitent efficacement les roches de dureté moyenne à élevée, produisent un meilleur cubage que les concasseurs à mâchoires et offrent de bons rapports de réduction. Les modèles modernes intègrent des systèmes d’automatisation. Ils sont polyvalents mais sensibles à la surcharge ou à une mauvaise répartition de l’alimentation, et peuvent subir une usure importante des revêtements dans les minerais très abrasifs.

Concasseurs à percussion

• Les concasseurs à percussion excellent dans la production de formes cubiques et conviennent mieux aux matériaux plus tendres ou moins abrasifs.
• Ils sont adaptés aux étapes secondaires ou tertiaires où la forme est essentielle (ex. granulats).
• Leurs limites incluent une usure plus élevée avec les minerais abrasifs et une efficacité réduite avec les matériaux humides ou collants.

Concasseurs à rouleaux

Ils assurent une réduction contrôlée et sont utiles pour les minerais tendres, le charbon ou lorsque la production de fines doit être minimisée. Ils offrent un calibrage précis mais une capacité plus faible et sont sensibles aux inclusions dures.

Brise-matériaux / alimentateurs concasseurs

Les sizers sont des machines à basse vitesse et couple élevé, équipées d’arbres rotatifs munis de dents ou de pics. Ils traitent les matériaux ROM à forte teneur en argile ou collants et produisent une granulométrie contrôlée avec peu de fines. Les alimentateurs-briseurs combinent alimentation et fragmentation initiale, courants dans les mines de charbon souterraines ou les roches tendres.

Broyeurs à marteaux / Concasseurs à marteaux

Les broyeurs à marteaux utilisent des marteaux oscillants sur un rotor à grande vitesse pour produire un concassage par impact et attrition. Ils permettent une réduction fine et conviennent aux matériaux non abrasifs ou moyennement abrasifs nécessitant une forte réduction en une seule étape. Ils génèrent davantage de fines et subissent une usure importante sur les minerais abrasifs.

Comment choisir le bon concasseur pour votre exploitation minière

Le choix du concasseur optimal (ou de la combinaison de concasseurs) est une décision multidisciplinaire impliquant la géologie, l’ingénierie des procédés, la maintenance et l’économie. Les principaux facteurs incluent :

Propriétés du matériau

• Dureté : Mesurée sur l’échelle de Mohs (1–10). Les matériaux tendres (ex. calcaire, Mohs ~3) conviennent aux concasseurs à percussion ou à rouleaux. Les matériaux durs (granite, quartzite, minerai de fer — Mohs 6–7+) nécessitent des concasseurs à compression comme les mâchoires, giratoires ou cônes. Les minerais extrêmement durs peuvent nécessiter une sélection soigneuse des revêtements.
• Abrasivité : Une forte teneur en silice augmente l’usure. Les minerais abrasifs favorisent les concasseurs à compression robustes avec des revêtements en manganèse ou alliages ; les concasseurs à percussion peuvent nécessiter un entretien fréquent.
• Teneur en humidité et collant : Les minerais humides ou argileux peuvent obstruer les concasseurs à percussion ou à cône. Les concasseurs à mâchoires et certains sizers gèrent mieux les matériaux collants. Une forte humidité peut nécessiter un séchage ou des alimentateurs spécifiques.
• Friabilité et résistance : Les minerais cassants se fragmentent facilement par impact ; les minerais durs et ductiles nécessitent une compression prolongée.

Capacité requise (tonnes par heure)

Le débit détermine la taille et le type de concasseur. Les concasseurs giratoires offrent souvent la plus grande capacité pour les très grandes mines (milliers de tph). Les concasseurs à mâchoires conviennent bien aux opérations moyennes à importantes. Il faut toujours considérer la capacité tampon, la variabilité de l’alimentation et les goulets d’étranglement du circuit.

Taille et forme du produit final souhaité

Les produits primaires grossiers permettent des circuits simples. Les étapes ultérieures exigent un contrôle plus strict. Une forme cubique est essentielle pour les granulats (réduction des vides dans le béton/asphalte) et peut améliorer la lixiviation. Les concasseurs à percussion et VSI surpassent généralement les concasseurs à compression pour la forme.

Conditions du site

• Ciel ouvert vs souterrain : Les mines à ciel ouvert privilégient les installations fixes ou semi-mobiles de grande taille (giratoires/mâchoires). Les opérations souterraines nécessitent des équipements compacts à faible hauteur libre, souvent des mâchoires ou des sizers.
• Mobilité : Les installations sur chenilles ou portables conviennent aux opérations plus petites ou mobiles ; les installations fixes maximisent la capacité dans les mines à longue durée de vie.
• Climat et logistique : Les sites éloignés ou soumis à des conditions extrêmes influencent la maintenance et la gestion des pièces de rechange.

Intégration dans le circuit de concassage et les équipements en aval

• Le concasseur doit s’intégrer dans le schéma de procédé. Il faut considérer les circuits ouverts ou fermés, l’efficacité du criblage, les capacités des convoyeurs et la compatibilité avec les broyeurs ou autres équipements.
• Le coût total de possession (CAPEX, pièces d’usure, énergie, arrêts, main-d’œuvre) est souvent plus important que le prix d’achat initial.
• Autres considérations : rapport de réduction par étape, sécurité, conformité environnementale et support du fournisseur.

FAQ

1. Quels sont les principaux types de concasseurs utilisés dans l’exploitation minière ?

Les plus courants sont les concasseurs à mâchoires, giratoires, à cône, à percussion, à rouleaux/sizers et, dans certains cas, les HPGR et VSI. Les mâchoires et giratoires sont généralement utilisés en primaire ; les cônes et percussion dominent le secondaire/tertiaire.

2. Quel concasseur est le meilleur pour le concassage primaire ?

Pour les minerais durs et abrasifs (cuivre, fer, or), les concasseurs à mâchoires ou giratoires sont généralement utilisés. Les broyeurs à marteaux ou concasseurs à percussion conviennent mieux aux matériaux plus tendres et moins abrasifs.

3. Quelle est la différence entre un concasseur à mâchoires et un concasseur à cône ?

Les concasseurs à mâchoires utilisent une action de compression et sont principalement destinés au concassage primaire de très grosses roches. Les concasseurs à cône utilisent un mouvement giratoire dans une chambre et sont utilisés en secondaire/tertiaire pour produire un produit plus fin et plus homogène.

4. Quand utiliser un concasseur giratoire plutôt qu’un concasseur à mâchoires ?

Les concasseurs giratoires sont privilégiés dans les très grandes mines à haut débit où une capacité continue et élevée est essentielle ; les concasseurs à mâchoires sont plus simples et plus courants dans les installations plus petites ou mobiles.

5. À quoi servent les concasseurs HPGR et VSI dans l’exploitation minière ?

Les HPGR sont utilisés pour un broyage fin économe en énergie et en pré-broyage dans certaines usines de métaux de base et de diamants. Les VSI (concasseurs à axe vertical) sont utilisés pour le façonnage et la production de sable ou de granulats de haute qualité en étapes tertiaires/quaternaires.

6. Comment le choix du concasseur influence-t-il le traitement en aval ?

Un bon choix de concasseur réduit la production de fines, assure une taille maximale constante et diminue l’usure des cribles et broyeurs. Un mauvais choix peut augmenter la consommation d’énergie, les coûts de maintenance et créer des goulets d’étranglement.

7. Les concasseurs sont-ils uniquement utilisés dans l’exploitation minière ?

Non ; les mêmes types de concasseurs sont utilisés dans les carrières, les granulats, le recyclage et la construction, mais l’exploitation minière exige généralement des équipements plus robustes pour traiter des minerais plus durs et des débits plus élevés.