Processus complet de concassage de pierres et de roches : de la matière première aux granulats

Le concassage des pierres et des roches consiste à réduire de gros blocs provenant de carrières, de mines ou d’autres sources en particules de taille contrôlée. Les matériaux obtenus peuvent être utilisés comme granulats de construction, matériaux de couche de fondation routière, composants du béton et de l’asphalte, sable manufacturé ou alimentation pour un traitement minéral ultérieur.

Une opération de concassage complète comprend normalement l’extraction des matières premières, l’alimentation, le concassage primaire, le concassage secondaire, le criblage, le concassage tertiaire ou fin, ainsi que le criblage final. La configuration exacte dépend du type de roche, de la capacité requise, de la taille d’alimentation et des spécifications des granulats finis.

1. Qu’est-ce que le processus de concassage des pierres et des roches ?

1.1 Définition du concassage des roches

Le concassage des roches utilise une force mécanique pour fragmenter les grosses roches en particules plus petites. Selon l’application, les concasseurs utilisent la compression, l’impact ou d’autres mécanismes de concassage afin de réduire progressivement la taille du matériau d’alimentation.

Le concassage est différent du criblage et du broyage :

• Le concassage réduit la taille des roches grâce à une force mécanique.
• Le criblage sépare les particules en fonction de leur taille, mais ne vise généralement pas à réduire intentionnellement leur taille.
• Le broyage réduit des particules déjà petites en matériaux beaucoup plus fins, généralement pour le traitement des minerais ou des applications spécialisées.

Une installation de production de granulats utilise généralement plusieurs étapes, car tenter de réduire directement de très grosses roches à la taille finale du produit peut entraîner une usure excessive, une consommation d’énergie élevée et une mauvaise forme des particules.

1.2 Pourquoi les roches doivent-elles être concassées ?

L’objectif principal du concassage des roches est de produire des matériaux présentant des tailles de particules et des propriétés contrôlées, adaptées à une application spécifique.

Les objectifs courants comprennent :

• Produire des granulats pour le béton et l’asphalte
• Fabriquer des matériaux de couche de fondation et de sous-fondation routière
• Répondre à des exigences spécifiques en matière de granulométrie
• Produire du sable manufacturé
• Améliorer la manutention et le transport des matériaux
• Préparer les minerais ou minéraux pour un traitement en aval
• Recycler le béton et les déchets de construction

Par exemple, une carrière peut extraire des roches de plusieurs centaines de millimètres, mais avoir besoin de produire séparément des granulats de 5–10 mm, 10–20 mm et 20–40 mm.

1.3 Flux typique du concassage des pierres

Un processus de concassage courant peut être résumé comme suit :

Matières premières → Alimentation → Concassage primaire → Concassage secondaire → Criblage → Concassage tertiaire → Criblage final → Granulats finis

Toutes les installations n’ont pas besoin de toutes ces étapes. Le calcaire tendre, par exemple, peut nécessiter moins d’étapes de concassage que le granite ou le basalte durs. De même, une application simple pour les matériaux de couche routière peut ne pas nécessiter les équipements de concassage fin et de mise en forme nécessaires à la production de sable manufacturé.

2. Extraction et préparation des matières premières

Le processus de concassage commence avant même que le matériau n’atteigne le concasseur. La méthode d’extraction et la préparation de l’alimentation ont une influence directe sur les performances de l’installation.

Extraction en carrière

Les roches dures telles que le granite et le basalte sont généralement extraites par forage et dynamitage. Des trous de forage sont réalisés dans le massif rocheux, les explosifs fragmentent la roche, puis des excavatrices ou des chargeuses enlèvent le matériau abattu.

D’autres matériaux peuvent être obtenus par :

• Excavation mécanique pour les gisements plus tendres
• Dragage pour certains gisements de sable et de gravier
• Excavation et traitement du béton recyclé
• Les matières premières courantes comprennent le granite, le basalte, le calcaire, le grès, le gravier alluvionnaire et le béton recyclé.

Chargement et transport

Les excavatrices et les chargeuses sur pneus chargent généralement les matériaux extraits dans des tombereaux. Selon la configuration de la carrière et les exigences de production, des convoyeurs peuvent ensuite transporter le matériau jusqu’à l’installation de concassage.

Un transport efficace est important, car le concasseur ne peut pas fonctionner en continu si l’approvisionnement en matériau est irrégulier.

Rôle des alimentateurs vibrants à grille

Un alimentateur vibrant à grille est souvent installé avant le concasseur primaire. Il assure une alimentation contrôlée et continue tout en permettant aux fines, à la saleté et à la terre de passer à travers les ouvertures de la grille avant d’entrer dans le concasseur.

Cela peut réduire le concassage inutile, améliorer la régularité de l’alimentation et protéger le concasseur primaire contre un excès de fines.

3. Étape 3 : Concassage primaire

Le concassage primaire constitue la première grande étape de réduction. Son principal objectif est de réduire les roches tout-venant (ROM) de grande taille à une dimension pouvant être traitée efficacement par les équipements en aval.

Objectif du concassage primaire

Le concassage primaire doit :

• Réduire les grosses roches issues du dynamitage ou de l’excavation à des dimensions gérables.
• Créer une alimentation adaptée aux concasseurs secondaires, aux convoyeurs et aux cribles.
• Établir une première étape de réduction stable et à haute capacité.
• Empêcher les roches surdimensionnées de perturber le flux de l’installation.

Les concasseurs à mâchoires sont largement utilisés pour le concassage primaire, car ils acceptent de grandes tailles d’alimentation et fonctionnent par compression entre une mâchoire fixe et une mâchoire mobile. Les concasseurs giratoires sont souvent choisis pour les opérations de concassage de roches dures à très haute capacité, tandis que les concasseurs à percussion primaires peuvent convenir à certains matériaux tendres à moyennement durs ou aux applications de recyclage.

Le concassage primaire traite généralement l’alimentation la plus grossière de l’installation. Selon l’application et le choix des équipements, il peut réduire les grosses roches de carrière en un produit intermédiaire adapté au traitement secondaire.

4. Étape 4 : Concassage secondaire

Le concassage secondaire intervient après le concassage primaire lorsque le matériau nécessite encore une réduction, un contrôle granulométrique plus précis ou une amélioration de sa forme.

Pourquoi le concassage secondaire est-il nécessaire ?

Le concassage secondaire est utilisé pour :

• Réduire davantage les pierres déjà concassées par le concasseur primaire.
• Produire des granulats de tailles mieux contrôlées.
• Préparer le matériau pour le criblage, le concassage tertiaire ou le stockage final.
• Améliorer la forme des particules pour les produits utilisés dans le béton, l’asphalte et la construction routière.
• Réduire la quantité de matériaux surdimensionnés devant circuler dans l’installation.

Les concasseurs à cône sont couramment utilisés pour les roches dures et abrasives telles que le granite et le basalte, car ils assurent un concassage par compression et peuvent produire un matériau homogène. Les concasseurs à percussion sont souvent utilisés lorsque le concassage par impact est approprié, notamment pour les roches plus tendres, le béton recyclé ou les applications où la forme des particules est une priorité.

Une étape secondaire reçoit généralement le matériau issu du concassage primaire, le réduit davantage et l’envoie vers un crible. Le matériau correctement dimensionné peut contourner les étapes de concassage supplémentaires, tandis que les éléments surdimensionnés sont dirigés vers le concassage tertiaire ou renvoyés vers le concasseur dans un circuit fermé.

5. Étape 5 : Criblage et classification des matériaux

Le criblage sépare les matériaux concassés en fonction de leur taille. Il s’agit de l’une des étapes les plus importantes du contrôle qualité dans une installation de concassage, car il détermine si le produit final répond aux spécifications du client.

Les cribles vibrants utilisent un ou plusieurs étages équipés de surfaces de criblage présentant des ouvertures de dimensions définies.

Lorsque le matériau concassé se déplace sur la surface vibrante :

• Les particules plus petites passent à travers les ouvertures.
• Les particules plus grosses restent sur la surface et sont évacuées à l’extrémité de l’étage.
• Chaque étage de criblage crée une fraction granulométrique distincte.
• Les matériaux surdimensionnés peuvent être renvoyés vers un concasseur pour une réduction supplémentaire.

Le criblage remplit trois fonctions essentielles :

• Séparer les matériaux par taille : Il crée des produits granulaires distincts.
• Éliminer les matériaux sous-dimensionnés : Les particules fines peuvent être dérivées avant d’entrer inutilement dans un concasseur.
• Contrôler la recirculation : Les matériaux surdimensionnés sont renvoyés au concassage jusqu’à ce qu’ils atteignent la taille cible.

Par exemple, un crible peut séparer des fines de 0–5 mm, des granulats de 5–10 mm, des granulats de 10–20 mm et des matériaux surdimensionnés. La fraction surdimensionnée peut être renvoyée vers un concasseur à cône ou un VSI dans une configuration en circuit fermé. Le criblage est nécessaire, car le concassage seul ne garantit pas que chaque particule aura la taille souhaitée.

6. Étape 6 : Concassage tertiaire et concassage fin

Le concassage tertiaire constitue la dernière étape de réduction dans de nombreuses installations de production de granulats. Il est utilisé lorsque le matériau issu du concassage secondaire reste trop gros ou lorsque l’installation doit produire des produits de petite taille, uniformes et de haute qualité.

Quand le concassage tertiaire est-il nécessaire ?

Une étape tertiaire est généralement nécessaire pour :

• Les spécifications de granulats de petite taille.
• La production de sable manufacturé.
• La production de granulats cubiques de haute qualité.
• Les granulats destinés à l’asphalte et au béton soumis à des exigences strictes concernant la forme.
• L’alimentation fine destinée au traitement des minerais.
• Les opérations nécessitant une forte proportion de matériaux de 0–10 mm ou de 0–5 mm.

Des concasseurs à cône, des concasseurs à percussion à arbre vertical (VSI), des concasseurs à percussion à arbre horizontal et des concasseurs fins spécialisés peuvent être utilisés. Le VSI est particulièrement courant dans les systèmes de production de sable manufacturé. Le concassage tertiaire permet d’obtenir des dimensions finales plus petites et un matériau plus homogène, mais il augmente également l’usure, la consommation d’énergie et l’importance d’un criblage efficace.

Toutes les installations n’ont pas besoin d’un concassage tertiaire. Une installation de calcaire produisant des matériaux pour les couches routières peut utiliser uniquement un alimentateur, un concasseur primaire, un crible et un système de stockage. En revanche, une installation de roches dures fournissant des granulats pour le béton et du sable manufacturé peut nécessiter plusieurs étapes de concassage et plusieurs étages de criblage.

7. Étape 7 : Criblage final et classification des granulats

Le criblage final sépare les matériaux concassés en produits finis qui peuvent être stockés, vendus ou directement fournis à un projet de construction.

Les produits possibles comprennent :

• Sable fin ou sable manufacturé.
• Granulats de 5–10 mm.
• Granulats de 10–20 mm.
• Granulats de 20–40 mm.
• Matériaux surdimensionnés destinés à la recirculation ou à une utilisation séparée.

Les dimensions exactes varient selon le pays, les normes locales, les exigences des clients et l’utilisation finale. Par exemple, un producteur de béton peut demander une fraction étroite de 10–20 mm, tandis qu’un entrepreneur routier peut avoir besoin d’un matériau de base à granulométrie étagée contenant à la fois des granulats grossiers et des fines.

Après le criblage final, les convoyeurs transportent chaque produit vers des stocks dédiés. Le maintien de stocks séparés évite la contamination entre les différentes granulométries. Un système de stockage bien conçu facilite également le chargement régulier des camions et réduit la ségrégation, phénomène au cours duquel les grosses particules roulent vers l’extérieur du tas tandis que les fines s’accumulent près du centre.

8. Schéma complet du processus de concassage des pierres et des roches

Un processus complet de concassage des pierres et des roches peut être représenté comme suit :

Carrière/Mine → Forage et dynamitage → Chargement et transport → Trémie → Alimentateur → Concasseur primaire → Concasseur secondaire → Crible → Concasseur tertiaire/VSI → Crible final → Stocks

Installation de concassage de base

Pour les applications relativement simples, une configuration de base peut être suffisante :

Alimentateur → Concasseur à mâchoires → Crible → Granulats finis

Cette configuration convient lorsque le produit requis est relativement grossier et que le matériau d’alimentation ne nécessite pas de mise en forme importante ni de concassage fin.

Installation de concassage en plusieurs étapes

Pour les matériaux plus durs, les granulats de meilleure qualité ou plusieurs granulométries de produits, une configuration plus complexe peut être utilisée :

Alimentateur → Concasseur à mâchoires → Concasseur à cône → Crible → Concasseur à cône/VSI → Crible final

Cette configuration offre plusieurs possibilités de réduction granulométrique et de classification. Le crible peut séparer les matériaux correctement dimensionnés des particules surdimensionnées et renvoyer ces dernières dans le circuit de concassage.

Conclusion

Le processus de concassage des pierres et des roches est une séquence coordonnée comprenant l’extraction, l’alimentation, le concassage, le criblage, la classification et le stockage. Le concassage primaire traite les grosses roches tout-venant, le concassage secondaire assure une réduction granulométrique supplémentaire, le criblage sépare les produits et un concassage tertiaire ou par VSI peut être ajouté lorsque des granulométries plus fines ou une meilleure forme des particules sont nécessaires.

La configuration idéale de l’installation dépend de la matière première, de la taille d’alimentation, de la dureté, de l’abrasivité, de la capacité requise, des granulométries cibles et des spécifications locales des produits. Un circuit de concassage bien conçu équilibre ces facteurs afin que chaque machine réalise l’étape appropriée du processus de réduction granulométrique et de classification.

FAQ

1. Quel est le processus complet de concassage des pierres et des roches ?

Expliquez la séquence typique allant de l’extraction et de l’alimentation des matières premières au concassage primaire, au concassage secondaire, au criblage, au concassage tertiaire facultatif et au criblage final.

2. Quels équipements sont nécessaires pour une installation complète de concassage de pierres ?

Présentez la trémie, l’alimentateur, le concasseur primaire, le concasseur secondaire, les cribles, les convoyeurs, le concasseur tertiaire facultatif, le système de contrôle des poussières et les équipements électriques/de commande.

3. Comment choisir un concasseur de pierres pour un projet spécifique ?

Suivez un processus de sélection basé sur : matériau → taille d’alimentation → capacité → taille de sortie → forme des particules → étapes de concassage → budget.

4. Quelles granulométries de granulats une installation de concassage de roches peut-elle produire ?

Expliquez que la production peut comprendre du sable manufacturé, des granulats fins, des granulats moyens, des granulats grossiers et plusieurs granulométries personnalisées selon la configuration des cribles.