Équipements de traitement des minerais : types, applications et principaux fabricants

Les équipements de traitement des minerais jouent un rôle essentiel dans la transformation du minerai extrait en concentrés utilisables, en minéraux industriels, en granulats et en autres produits de valeur. Après son extraction de la mine, le minerai ne peut généralement pas être utilisé directement. Il doit être concassé, criblé, broyé, séparé, concentré et déshydraté afin de récupérer les minéraux de valeur et d’éliminer les matériaux indésirables.

Ce guide présente les principaux types d’équipements de traitement des minerais, leurs fonctions, leurs applications selon les minerais, ainsi que les critères à prendre en compte lors du choix d’un fabricant.

1. Qu’est-ce qu’un équipement de traitement des minerais ?

Les équipements de traitement des minerais désignent les machines utilisées pour préparer, dimensionner, séparer, concentrer, transporter et déshydrater les matériaux contenant des minerais. Ces équipements sont utilisés après l’extraction du minerai et constituent le cœur d’une usine de traitement des minerais.

Il est important de distinguer les équipements de traitement des minerais des équipements miniers généraux :

• Les équipements miniers extraient le minerai du sol, tels que les appareils de forage, les excavatrices et les camions de transport.
• Les équipements de traitement des minerais traitent le minerai extrait en réduisant la taille des particules, en séparant les minéraux, en concentrant les composants de valeur et en éliminant l’eau.
• Les équipements de manutention transportent et stockent les matériaux entre les différentes étapes du traitement.

Un flux de traitement des minerais typique peut être résumé comme suit :

Alimentation → Concassage → Criblage → Broyage → Classification → Séparation → Concentration → Déshydratation → Traitement des résidus

Toutes les usines n’utilisent pas nécessairement toutes ces étapes. Le procédé dépend des propriétés du minerai, du produit recherché, des caractéristiques de libération des minéraux et des exigences en matière de récupération.

Par exemple, le concassage et le broyage réduisent la taille des particules et libèrent les grains de minéraux de valeur. Les équipements de séparation exploitent ensuite les différences de densité, de propriétés magnétiques, de conductivité électrique ou de propriétés de surface afin de séparer les minéraux de valeur de la gangue.

2.Principaux types d’équipements de traitement des minerais

1.Équipements de concassage

Le concassage constitue normalement la première étape de réduction de la taille après l’arrivée du minerai tout-venant dans l’usine. L’objectif est de réduire les grosses roches à une taille adaptée au criblage, au broyage ou à un concassage supplémentaire.

Concassage primaire

Les concasseurs primaires reçoivent les matériaux d’alimentation les plus grossiers. Les options courantes comprennent :

• Concasseurs à mâchoires : adaptés au concassage primaire des roches dures et abrasives. Ils utilisent une mâchoire fixe et une mâchoire mobile pour appliquer une force de compression.
• Concasseurs giratoires : conçus pour le concassage primaire à haute capacité dans les grandes mines. Ils sont souvent choisis lorsque l’exploitation nécessite le traitement continu de très grandes quantités de minerai dur.
• Concasseurs mobiles : combinent des équipements de concassage avec des chenilles ou des roues, permettant à l’installation de se rapprocher du front d’exploitation ou de fonctionner sur des sites éloignés.

Concassage secondaire et tertiaire

Les concasseurs secondaires réduisent la taille du matériau provenant du concasseur primaire. Le concassage tertiaire peut produire la granulométrie finale requise par un circuit de broyage ou une application dans les granulats.

• Concasseurs à cône : couramment utilisés pour le concassage secondaire, tertiaire et parfois quaternaire. Ils conviennent aux matériaux durs et abrasifs et peuvent produire un produit relativement homogène.
• Concasseurs à percussion : utilisent une force d’impact pour fragmenter les matériaux et peuvent également améliorer la forme des particules. Ils sont souvent utilisés pour les matériaux plus tendres ou modérément abrasifs, le calcaire, le béton recyclé et la production de granulats.
• Installations de concassage mobiles : offrent une grande flexibilité lorsque la zone d’exploitation évolue, lorsque plusieurs gisements doivent être traités ou lorsque le transport des matières premières vers une installation fixe serait coûteux.

Le choix du concasseur doit tenir compte de la taille de l’alimentation, de la dureté, de l’abrasivité, de l’humidité, de la capacité requise, du rapport de réduction, de la forme du produit et des conditions de maintenance.

2.Équipements de broyage

Le broyage intervient après le concassage lorsque le minéral de valeur est encore enfermé dans des particules plus grossières. L’objectif est d’obtenir une libération suffisante sans broyer le minerai plus finement que nécessaire. Un broyage excessif augmente la consommation d’énergie, l’usure des corps broyants, la consommation d’eau et les coûts d’exploitation des équipements.

Les principales machines de broyage comprennent :

• Broyeurs à boulets : utilisent des boulets en acier comme corps broyants et sont largement utilisés dans les systèmes de broyage en circuit fermé.
• Broyeurs à barres : utilisent des barres en acier et peuvent être utiles lorsqu’un broyage relativement grossier et uniforme est requis.
• Broyeurs SAG : utilisent une combinaison de particules de minerai et de boulets de broyage. Ils sont couramment employés dans les grandes usines de traitement de roches dures.
• Broyeurs verticaux : broient les matériaux par compression, abrasion et attrition grâce à une configuration verticale qui peut réduire les besoins en surface au sol dans certaines applications.

Les circuits de broyage sont souvent associés à des hydrocyclones ou à d’autres classificateurs. Les particules grossières retournent au broyeur pour un broyage supplémentaire, tandis que les particules suffisamment fines passent à l’étape de séparation.

Équipements de criblage et de classification

Le criblage et la classification séparent tous deux les particules selon leur taille, mais ils utilisent des principes différents.

Le criblage utilise une surface de criblage physique comportant des ouvertures d’une taille déterminée. Les particules surdimensionnées restent sur le crible, tandis que les particules sous-dimensionnées passent à travers. Les équipements courants comprennent les cribles vibrants, les cribles à tambour et les cribles de scalpage.

La classification sépare généralement les particules fines dans l’eau ou dans l’air selon leur comportement de sédimentation, leur densité et leur taille. Les hydrocyclones, les classificateurs à spirale et les classificateurs à vis sont des exemples courants.

Le criblage est souvent utilisé après le concassage pour contrôler la granulométrie du produit et recycler les matériaux surdimensionnés. La classification est particulièrement importante dans les circuits de broyage, car elle permet d’envoyer les particules fines suffisamment libérées vers la concentration tout en renvoyant les particules grossières pour un broyage supplémentaire.

Équipements de séparation et de valorisation

Les équipements de valorisation améliorent la qualité du minerai en séparant les minéraux de valeur de la gangue. Aucune méthode de séparation unique ne convient à tous les matériaux. Le choix dépend des propriétés physiques et chimiques du minéral.

Séparation gravimétrique

Les équipements gravimétriques séparent les particules présentant des densités différentes. Ils sont souvent utilisés pour les minéraux lourds grossiers ou libérés, notamment dans certaines applications concernant l’or, l’étain, le tungstène, le chrome et les sables minéraux.

Les machines courantes comprennent :

• Tables à secousses.
• Jigs.
• Concentrateurs à spirale.
• Concentrateurs centrifuges.

Séparation magnétique

Les séparateurs magnétiques éliminent les minéraux magnétiques ou faiblement magnétiques des matériaux non magnétiques. Ils sont largement utilisés dans le traitement du minerai de fer et peuvent également servir à éliminer les contaminations ferreuses des minéraux industriels.

Les séparateurs magnétiques humides sont généralement utilisés avec des boues à base d’eau, tandis que les séparateurs magnétiques secs traitent une alimentation relativement sèche.

Flottation

La flottation sépare les minéraux en fonction des différences de propriétés de surface. Des réactifs rendent hydrophobes certaines particules minérales afin qu’elles puissent s’attacher aux bulles d’air et remonter à la surface sous forme de mousse.

Les cellules de flottation mécaniques et les cellules de flottation en colonne sont couramment utilisées pour le cuivre, le plomb, le zinc, le nickel, le phosphate, le charbon et d’autres minerais. Les circuits de flottation peuvent comprendre des étapes de dégrossissage, de récupération et de nettoyage afin d’améliorer le taux de récupération et la teneur du concentré.

Séparation en milieu dense

La séparation en milieu dense utilise un fluide ou une suspension présentant une densité contrôlée. Les particules plus légères que le milieu flottent, tandis que les particules plus lourdes coulent. Cette méthode est utilisée dans certaines applications de traitement du charbon, des diamants, du lithium et d’autres minerais, notamment lorsque l’alimentation contient des particules présentant des différences importantes de densité.

Équipements de lavage, d’attrition et de déshydratation

Certains minerais contiennent de l’argile, des saletés collantes, des revêtements ou d’autres contaminants qui peuvent perturber le concassage et la séparation. Les équipements de lavage et d’attrition peuvent éliminer ces matériaux avant la poursuite du traitement.

Les laveurs à tambour rotatif lavent et désagrègent les minerais collants.

Les laveurs à palettes utilisent une action de lavage énergique pour traiter les matériaux fortement liés à l’argile.

Les laveurs par attrition nettoient les surfaces des particules grâce à un frottement intense entre les particules.

La déshydratation élimine l’eau des concentrés, des résidus ou des produits intermédiaires. Elle peut réduire les coûts de transport, faciliter la manutention des concentrés, favoriser le recyclage de l’eau et réduire le volume de boue envoyé vers le stockage des résidus.

Les principaux équipements de déshydratation comprennent :

• Épaississeurs : font décanter les solides et produisent un sous-écoulement plus dense tout en récupérant l’eau clarifiée.
• Filtres-presses : appliquent une pression afin de produire un gâteau de filtration relativement sec.
• Filtres sous vide : utilisent des différences de pression pour éliminer continuellement l’eau des solides filtrables.
• Filtres céramiques : utilisent des médias céramiques poreux pour séparer l’eau des concentrés minéraux fins.
• Pompes : transfèrent les boues, les sous-écoulements des épaississeurs, l’eau de procédé et les résidus.
• Sécheurs : éliminent l’humidité supplémentaire lorsqu’un produit final à faible teneur en eau est requis.

Une usine moderne peut combiner des systèmes d’épaississement, de filtration et de récupération de l’eau afin de réduire les besoins en eau douce et d’améliorer la gestion des résidus.

3.Applications selon le minerai et l’industrie

Traitement du minerai d’or

Les usines de traitement de l’or utilisent généralement le concassage et le broyage pour libérer les minéraux contenant de l’or. Selon le minerai, le schéma de traitement peut comprendre une concentration gravimétrique, une flottation, un épaississement et une filtration.

Les concentrateurs gravimétriques peuvent récupérer l’or libre grossier, tandis que la flottation peut être utilisée pour l’or associé aux sulfures. Le circuit approprié dépend de la taille des grains d’or, de l’association minérale, de la teneur en argile et de la présence de minéraux sulfurés.

Traitement du minerai de fer

Les usines de minerai de fer utilisent généralement le concassage, le criblage, le lavage, la séparation magnétique et la filtration. Le concassage et le criblage produisent une alimentation de granulométrie adaptée, tandis que le lavage peut réduire la présence d’argile et de contaminants contenant de la silice.

La séparation magnétique est largement utilisée lorsque les minéraux de fer présentent des propriétés magnétiques appropriées. La filtration peut produire un concentré plus sec destiné au stockage ou au transport.

Traitement du minerai de cuivre

Un schéma de traitement typique du sulfure de cuivre peut comprendre le concassage, le broyage, la classification, la flottation, l’épaississement et la filtration du concentré. Le broyage libère les minéraux contenant du cuivre, tandis que la flottation les sépare de la gangue.

Le concentré est épaissi et filtré avant son expédition ou son traitement métallurgique ultérieur. Les minerais de cuivre oxydé peuvent nécessiter un procédé différent, tel que la lixiviation, selon leur minéralogie.

Traitement du minerai de lithium

Le traitement du minerai de lithium peut comprendre le concassage, le broyage, la séparation en milieu dense, la flottation, la séparation magnétique et la déshydratation. Le circuit choisi dépend de la présence du lithium dans des minéraux de roche dure tels que le spodumène ou dans d’autres types de gisements.

La séparation en milieu dense peut rejeter les roches stériles de faible ou de forte densité à une granulométrie relativement grossière, tandis que la flottation peut valoriser les minéraux de lithium finement libérés.

Traitement du charbon

Les usines de préparation du charbon utilisent couramment le criblage, la séparation en milieu dense, les spirales, la flottation et la déshydratation. Le charbon grossier peut être séparé à l’aide d’équipements en milieu dense, tandis que le charbon fin peut nécessiter des spirales ou la flottation.

Les cribles de déshydratation, les centrifugeuses, les épaississeurs et les filtres contribuent à réduire l’humidité avant le transport ou la vente du charbon.

Minéraux industriels

Les usines de traitement des minéraux industriels peuvent utiliser le lavage, la classification, la séparation magnétique, le séchage et un contrôle précis de la granulométrie. Le procédé requis dépend des spécifications du produit final. Par exemple, les fabricants peuvent avoir besoin d’éliminer les contaminations ferreuses, de contrôler la taille des particules, de réduire la teneur en argile ou de produire une poudre sèche.

Granulats et sable manufacturé

Les installations de production de granulats et de sable manufacturé utilisent généralement des équipements de concassage, de criblage, de mise en forme, de lavage et de récupération des fines. Les concasseurs à cône et les concasseurs à percussion réduisent et façonnent les roches, tandis que les cribles vibrants classent les produits.

Les concasseurs à axe vertical peuvent être utilisés pour façonner les particules et produire du sable manufacturé. Les systèmes de lavage peuvent éliminer les fines et les impuretés excédentaires, tandis que les hydrocyclones et les cribles de déshydratation contribuent à récupérer les matériaux fins commercialisables.

4.Principal fabricant chinois d’équipements de traitement des minerais : ZENITH

ZENITH est un fabricant et une entreprise d’ingénierie basée en Chine qui fournit des équipements de concassage, de broyage, de traitement des minerais et des équipements d’usine associés. Selon ses documents officiels, l’entreprise est spécialisée dans le concassage industriel, le broyage des poudres, les équipements de traitement des minerais et les équipements associés.

La gamme d’équipements de ZENITH comprend :

• Concasseurs à mâchoires
• Concasseurs à cône
• Concasseurs à percussion
• Broyeurs
• Cribles vibrants
• Alimentateurs vibrants
• Convoyeurs à bande
• Équipements de fabrication de sable
• Équipements de lavage
• Installations mobiles de concassage et de criblage

Pour les projets de traitement des minerais, l’élément essentiel n’est pas simplement l’achat d’une machine individuelle. Un fournisseur approprié doit être capable d’évaluer les caractéristiques du matériau et de développer des combinaisons d’équipements adaptées à la capacité requise, à la taille d’alimentation, à la granulométrie du produit, au taux de récupération et au procédé en aval.

Pour les acheteurs qui évaluent un fournisseur d’équipements de traitement des minerais, les facteurs importants comprennent :

• Les essais sur le minerai et la conception du procédé.
• La compatibilité des équipements sur l’ensemble du schéma de traitement.
• La capacité requise et la granulométrie finale du produit.
• La consommation d’énergie et les coûts des pièces d’usure.
• Les exigences en matière de récupération de l’eau et de gestion des résidus.
• L’installation, la mise en service et le service après-vente.
• La disponibilité des pièces de rechange et du service technique.

ZENITH peut donc être pris en considération lors de la comparaison des fournisseurs d’équipements de traitement des minerais, notamment pour les projets nécessitant des solutions intégrées de concassage, de broyage, de criblage, de transport et d’autres équipements de traitement associés.

5.Conclusion

Les équipements de traitement des minerais constituent le lien entre le minerai extrait et un produit minéral commercialisable. Les équipements utilisés dépendent fortement des caractéristiques du minerai et du produit final recherché.

Une usine typique peut combiner des alimentateurs, des concasseurs, des cribles, des broyeurs, des classificateurs, des séparateurs gravimétriques ou magnétiques, des équipements de flottation, des épaississeurs, des filtres, des pompes et des convoyeurs. Le concassage et le broyage se concentrent sur la réduction de la taille et la libération des minéraux, tandis que les équipements de valorisation exploitent les différences de densité, de magnétisme ou de propriétés de surface.

Lors du choix des équipements, les acheteurs doivent évaluer les caractéristiques du minerai, la capacité, la taille de l’alimentation et du produit, les exigences de récupération, la consommation d’énergie, la consommation d’eau, les besoins en maintenance, le niveau d’automatisation, la disponibilité des pièces de rechange et les capacités d’ingénierie du fabricant. Choisir un fournisseur d’équipements capable de proposer une solution de traitement intégrée peut être tout aussi important que de sélectionner les machines individuelles.

FAQ

1.Quelle est la différence entre le concassage et le broyage ?

Le concassage réduit les grosses roches à des tailles intermédiaires par compression ou impact ; le broyage réduit davantage les particules à des tailles fines, souvent pour favoriser la libération des minéraux, à l’aide de corps broyants ou de broyeurs agités.

2.Comment fonctionnent les séparateurs magnétiques dans le traitement des minerais ?

Ils exploitent les différences de susceptibilité magnétique pour séparer les minéraux ferromagnétiques ou paramagnétiques de la gangue non magnétique, avec des modèles humides ou secs et de faible ou de forte intensité.

3.Quel est le rôle des équipements de déshydratation ?

Ils éliminent l’eau des concentrés et des résidus afin de produire des solides faciles à manipuler, de récupérer l’eau de procédé, de réduire les coûts de transport et de répondre aux exigences environnementales en matière d’élimination des déchets, notamment à l’aide d’épaississeurs, de filtres et de centrifugeuses.

4.Existe-t-il des solutions mobiles ou modulaires pour le traitement des minerais ?

Oui. Les concasseurs mobiles, les cribles mobiles et, de plus en plus, les usines modulaires de valorisation améliorent la flexibilité pour les sites éloignés, les opérations temporaires ou les extensions réalisées par phases.

5.Quelle quantité d’énergie le traitement des minerais consomme-t-il généralement ?

La fragmentation, qui comprend le concassage et le broyage, représente souvent la majeure partie de la consommation énergétique d’une usine. Une conception efficace du circuit et des technologies telles que les broyeurs à cylindres haute pression (HPGR) ou les broyeurs agités peuvent réduire considérablement la consommation.