Équipement de concentration de minéraux : guide de sélection pour la flottation, l'épaississement et le broyage

Choisissez l'équipement de concentration de minéraux en fonction de la minéralogie du minerai, de la taille des particules d'alimentation et du coût réel par tonne de concentré, et non en fonction du prix d'achat de la machine. Une banque de flottation à air pulsé vous offre une mousse stable sur les grandes cellules, une machine à auto-aération économise de l'énergie sur les petites tâches et un concentrateur à entraînement central avec un couple de râteau correctement sélectionné protège votre équilibre hydrique dès le premier jour de fonctionnement. Ce guide vient du point de vue d'un fabricant qui a construit des lignes de flottation, de broyage, de classification, de mélange et d'épaississement pour des projets de cuivre, d'or, de zinc, de phosphate, de potasse et de lithium. Il explique ce que chaque groupe d'équipement doit réaliser, quelles erreurs de sélection augmentent les coûts d'exploitation et ce qu'il faut vérifier avant de passer une commande.

Quoi équipement de concentration minérale doit effectivement atteindre

Une usine de concentration n’a qu’une seule tâche : rejeter la gangue et valoriser le précieux minéral en un concentré qu’une fonderie, un circuit de lixiviation ou un marché direct peut accepter. L'équipement utilisé dans cette ligne ne détermine pas seulement la qualité finale et la récupération. Il définit la consommation d'eau, la consommation de réactifs, la demande d'énergie et le nombre d'opérateurs nécessaires pour maintenir la stabilité de l'usine.

L’ensemble du schéma se comporte comme une chaîne. Le broyage définit la taille de la libération. La classification stabilise la taille des particules à l’avenir. Le conditionnement prépare la surface minérale à la collecte. La flottation effectue la séparation proprement dite. L'épaississement et la déshydratation récupèrent l'eau et densifient le lit de concentré. Si un maillon est conçu avec une mauvaise tolérance, le reste de la chaîne en paie le prix. Un épaississeur sous-dimensionné pour le flux de résidus obligera l’usine à réduire l’alimentation. Une machine de flottation dotée du mauvais type de turbine développera un écart de stabilité de la mousse que les changements de réactifs ne pourront pas corriger.

Ces points expliquent pourquoi les propriétaires d'usines devraient définir le minerai sur toute la durée de vie de la mine, et non sur la teneur moyenne. Les équipements dimensionnés pour la moyenne sont souvent trop petits dans la première période riche en argiles ou en fines, et c'est précisément à cette période qu'arrivent les conditions d'exploitation les plus difficiles.

Les cinq groupes d'équipements dans une usine de concentration

Bien que chaque schéma de traitement soit différent, une usine de concentration typique contient les mêmes cinq groupes d'équipements. Comprendre la fonction de chaque groupe aide un acheteur à comparer les offres qui ressemblent normalement à de longues listes de noms de machines et de numéros de modèle.

Au-delà de ces cinq éléments, des équipements d'alimentation tels qu'un alimentateur à canaux ou un alimentateur à disques contrôlent l'entrée du minerai dans le premier étage du broyeur. Cela semble mineur, mais une alimentation irrégulière provoque des surtensions dans le circuit de broyage, qui ruinent la stabilité de la flottation.

Sélection des machines de flottaison : débit d'air, mécanisme et fonction

La flottation est le principal outil de séparation dans la plupart des usines de concentration. La machine doit disperser l'air, suspendre les particules minérales, créer une zone de mousse suffisamment stable pour transporter le minéral jusqu'à la laverie et continuer à pomper de l'énergie dans une plage raisonnable.

Les machines à auto-aération aspirent l’air dans la pulpe grâce à la turbine rotative. Ils n'ont pas de ventilateur, moins de tuyauterie et un fonctionnement simple, et ils fonctionnent bien dans les cellules de petite et moyenne gamme de volumes. SF, BF et JJF appartiennent tous à cette classe. Les machines à air pulsé comme XCF/KYF et CLF reçoivent l'air d'un ventilateur basse pression. Le résultat est des réservoirs plus profonds, une répartition de l'air plus uniforme et une couche de mousse qui reste stable même lorsque la qualité de l'alimentation change rapidement. Dans les grandes banques de déchets et de charognards, cette stabilité vaut le coût supplémentaire du ventilateur.

Dans nos propres installations, la combinaison XCF/KYF est un choix courant pour les grandes tâches de dégrossissage et de récupération. La cellule à palette simple face XCF s'associe à la cellule KYF du même volume, et les deux partagent une alimentation en air et un blanchisseur. Cet agencement raccourcit la longueur de la berge, simplifie la disposition du sol et réduit la surface lavée à nettoyer.

Machine de flottation XCF/KYF pour les travaux de mouture grossière et plus grossière Cette paire combinée de cellules d'aspiration XCF et de cellules à courant continu KYF partage une alimentation en air et un lavage, offrant une faible consommation d'énergie et une suspension fiable pour les grosses particules lourdes. Voir le produit →

Lorsque le minerai transporte un produit de broyage grossier, les cellules BF ou CLF sont souvent meilleures car elles maintiennent les particules lourdes et grossières en suspension sans créer de lit de sable. L'une des premières questions à poser à un fournisseur est de savoir si la cellule proposée a déjà traité ce type de minerai et cette gamme de granulométries.

Épaississants : récupération d’eau et contrôle de sousverse

Le concentrateur à entraînement central est le cheval de bataille de la déshydratation en concentration minérale. Le lisier pénètre dans le puits d'alimentation central, les solides se déposent au fond, un râteau rotatif entraîne le lit décanté vers la décharge centrale et le trop-plein s'écoule sur le bord. Le grand chiffre à surveiller est le couple de râteau. Un râteau surchargé de façon chronique use la boîte de vitesses, plie l'arbre et finit par arrêter l'usine.

Le dimensionnement d'un épaississeur est normalement exprimé en charge de solides : tonnes de solides secs par mètre carré de surface de réservoir et par jour. Pour un flux de concentré ou de résidus qui se dépose bien, 0,5 à 1,5 t/m²/jour est une fourchette pratique. Pour les résidus argileux fins, ce chiffre peut être bien inférieur, parfois inférieur à 0,3, et la consommation de floculant devient le facteur déterminant.

La densité de sous-versement est le deuxième nombre. Dans les usines de métaux communs, 55 à 65 % de solides en poids sont courants pour un épaississeur alimentant un filtre et 45 à 55 % pour une alimentation de barrage à résidus. La pompe et les tuyaux doivent être dimensionnés en fonction de la viscosité réelle du sous-verse, en particulier lorsque le minéral est fortement floculé et que le lit se comporte comme un solide mou. Obtenir la bonne densité de sous-verse détermine également la quantité d’eau que vous récupérez. Avec un trop-plein propre et un lit bien contrôlé, l’usine peut restituer régulièrement 70 à 85 % de son eau de traitement. Dans les projets de potasse de lacs salés, où la saumure est à la fois le milieu et le liquide précieux, une petite erreur dans le bilan hydrique se transforme en une perte de production importante. La conception de l'épaississeur doit tenir compte de la densité et de la température de la saumure dès le premier calcul.

Concentrateur central pour une récupération efficace de l'eau Cet épaississeur augmente les matières solides de 20 à 30 % à 40 à 70 %, avec un mécanisme de râteau de levage et une protection contre le couple pour gérer le sous-versement à haute densité et récupérer l'eau de traitement. Voir le produit →

Broyage et classification : la taille des particules décide de tout en aval

Aucune cellule de flottation ne peut récupérer un minéral non libéré. Le broyage est l'étape qui crée la distribution granulométrique. Le broyeur à boulets à grille humide est un choix standard dans les petites et moyennes usines car il alimente le classificateur en pâte dense et gère une charge de circulation élevée avec un bon contrôle de la taille de décharge.

Le classificateur à spirale fonctionne en circuit fermé avec le broyeur à boulets. Le sable surdimensionné retourne au broyeur pour un autre passage ; le débordement passe à la flottation. Pour l'alimentation par flottation, l'objectif est souvent que 60 à 75 % dépassent 74 microns, mais le bon chiffre provient des tests de libération et non d'un défaut. Un minerai à gros grains peut être parfaitement libéré à 80 % au-delà de 150 microns ; un minerai à grains fins ou disséminés pourrait nécessiter 80 % passant 45 microns. Un broyage plus fin que la libération coûte de l'énergie sans gain de récupération, et le surbroyage crée une fine boue qui consomme des réactifs et entraîne une baisse de la qualité du concentré.

Broyeur à boulets à grille humide pour le broyage en circuit fermé Ce broyeur alimente le classificateur en pâte dense et gère des charges de circulation élevées avec une capacité 15 % supérieure à celle des broyeurs à débordement, adaptés aux tests de libération. Voir le produit →

Le classificateur doit également maintenir la taille des coupes en fonction des variations de dureté de l'alimentation. En pratique, nous recommandons un contrôle d'écran à chaque équipe pendant les premières semaines après la mise en service. Les opérateurs peuvent alors corréler de petits changements dans la taille du trop-plein avec la récupération par flottation avant que l'écart ne devienne grave.

Cuves de mélange : l’étape de conditionnement sous-estimée

Le temps de conditionnement est l'une des variables de processus les moins coûteuses à modifier et l'une des causes les plus courantes d'un problème de flottation lorsqu'il est incorrect. Les réactifs ont besoin de temps pour réagir avec la surface minérale. Un réservoir de mélange de boue fournit ce temps avant que la pâte n'entre dans la première cellule de flottation. Un réservoir de mélange d'agents dissout et homogénéise les doses de réactifs ; s'il est trop faible, la concentration en réactif fluctue et les cellules de flottation en aval deviennent impossibles à contrôler.

Deux points de conception comptent le plus. Le premier concerne les zones mortes. Un grand réservoir doté d'une petite turbine semble se mélanger, mais le cœur du volume de pulpe peut rester non traité et ensuite court-circuiter avec l'alimentation de flottation. La seconde est la puissance absorbée par unité de volume. Trop peu de puissance donne une suspension incomplète ; trop crée un fort cisaillement qui peut dépouiller les couches de réactifs ou briser les bulles. L'expérience de l'usine montre que ce problème est plus fréquent que ce que pensent les opérateurs, car le réservoir semble actif alors que le fond et les coins gardent la pulpe stagnante.

Le réservoir de mélange à haute concentration XBN est une variante conçue pour des densités de pâte que les réservoirs de mélange ordinaires ne peuvent pas gérer. Il maintient les solides en mouvement et évite les pics de concentration locaux qui modifient le rapport réactif/solides pendant la flottation. Pour les usines traitant des pâtes de lixiviation à haute densité, cette unité mérite d’être étudiée avant de sélectionner un réservoir générique.

Comment le type de minerai modifie la liste des équipements

Les équipements de concentration minérale ne peuvent être sélectionnés sans connaître le comportement chimique et physique du minerai. Deux usines qui font flotter du cuivre se ressemblent sur le papier, mais si l'une traite des sulfures massifs et l'autre du minerai d'oxyde-carbonate, le fonctionnement de la machine de flottation, la cible de broyage et le système de déshydratation changent tous. Le tableau ci-dessous résume la logique typique de six familles de minerais communes.

Le tableau n'est pas un manuel de conception. Cela rappelle que la même catégorie d'équipement apparaît partout, mais le point de fonctionnement à l'intérieur de cette catégorie doit être fixé par le minerai. C'est pourquoi nos ingénieurs demandent une description minéralogique complète, et pas seulement une qualité de métal, lorsqu'un client demande un devis.

Où vont les coûts d’exploitation et comment les réduire

L’énergie constitue le coût contrôlable le plus important auquel sont confrontés les propriétaires d’usines de concentration. Mesurée au niveau de l’équipement, une répartition typique de l’énergie électrique ressemble à ceci.

La réduction du nombre absolu commence par la taille de l'alimentation de broyage. Un produit de broyage 10 mm plus fin peut réduire la demande énergétique du broyeur à boulets d'environ 5 à 8 % car le broyeur n'utilise plus sa charge pour réparer l'erreur de la dernière étape de broyage. Ensuite, les mesures suivantes sont pratiques pour une installation existante :

• Installez des entraînements à fréquence variable sur les turbines des machines de flottation et faites-les fonctionner à la vitesse la plus basse qui maintient les particules en suspension.
• Maintenez la profondeur de mousse à la valeur de conception. Tirer de la mousse avec une alimentation en air trop énergique augmente l'énergie par tonne et abaisse la qualité.
• Ajoutez un collecteur de mousse pour accélérer la mousse minéralisée dans la lessive sans augmenter le débit d'air.
• Automatisez le contrôle du sous-versement de l’épaississeur. Un lit stable signifie moins de floculant par tonne de solides secs et un débit d'eau de retour plus stable.
• Surveillez la taille du dépassement du classificateur. Un produit hors sol coûte de l’énergie et des réactifs de broyage, et il produit un concentré plus difficile à déshydrater.

L'énergie n'est pas le seul coût d'exploitation. Les pièces d'usure, les agents de broyage de l'acier et les réactifs de flottation sont tous sensibles au choix de l'équipement. Une turbine de flottation pour minerai abrasif est généralement meilleure à une vitesse de pointe légèrement inférieure. Un entraînement du râteau de l'épaississeur avec le réglage correct du couple évite l'usure par cisaillement. Une spirale de classificateur qui fonctionne selon la bonne inclinaison envoie la bonne taille à la flottation au lieu d'envoyer du sable qui enterre le fond de la cellule. Chacun de ces points apparaît dans le relevé mensuel des coûts de l’usine.

Maintenance : des défauts qui obligent à arrêter la production

L'équipement de concentration fonctionne dans une boue contenant 30 à 70 % de solides en poids. L'abrasion et le tartre sont les principaux ennemis, et dès qu'une panne se produit, l'alimentation des plantes s'arrête. Les tableaux ci-dessous sont un résumé pratique des défauts que les ingénieurs de terrain constatent le plus souvent sur les machines de flottation et d'épaississement.

L'inventaire des pièces détachées fait partie de la maintenance. Pour une petite usine, transporter un ensemble complet de turbine-stator pour chaque modèle de flottation, un ensemble de patins d'usure de râteau épaississeur et des pièces de rechange en caoutchouc standard pour le classificateur constitue généralement le bon équilibre entre coût et sécurité.

Quoi recent plant projects show

Les choix d’équipements sont différents lorsqu’ils sont rattachés à un projet réel. Dans un Projet de pyrite de cuivre et d'or d'un million de tonnes par an dans l'Anhui , la ligne combine un broyeur à boulets à grille humide, un classificateur en spirale et des machines de flottation XCF/KYF dans des bancs plus grossiers et récupérateurs. Les minéraux de cuivre et d'or sont enfermés dans la pyrite à un grain moyennement grossier, de sorte que la conception maintient la mouture primaire à un point où la pyrite n'est pas trop broyée et où l'or récupérable n'est pas bloqué dans une fraction visqueuse.

Un autre exemple est celui d'un projet de potasse au Laos, construit autour de grands équipements de mélange et d'épaississement. L'usine fonctionne en saumure saturée, c'est pourquoi les marges de corrosion et un diamètre d'épaississeur conservateur faisaient partie de la logique de sélection. La famille d'équipements est la même que celle d'une usine de cuivre, mais les valeurs de conception en matière de matériaux, de couple d'entraînement et de traitement de l'air sont complètement différentes.

Le schéma est clair : chaque usine qui réussit commence à partir du minerai et remonte jusqu’à la machine. Les détails sur comment choisir un équipement de concentration de minéraux en fonction du type de minerai sont traités dans un article technique distinct.

Une checklist pratique avant de commander

Les acheteurs qui examinent cette liste de contrôle avant de comparer les devis économisent plus d'argent en un mois d'exploitation de l'usine que ce qu'ils négocient habituellement sur le prix de l'équipement.

Le dernier élément est plus important que ce que la plupart des acheteurs pensent. Un fournisseur capable de coordonner le broyeur à boulets, le classificateur, les machines de flottation et l'épaississeur sur une seule ligne d'ingénierie réduit les erreurs d'interface. Les tailles de bride, les hauteurs de lavage, les exigences en matière de tête de pompe et les signaux de commande sont tous connectés. Lorsque chaque machine provient d’une source différente, le propriétaire de l’usine devient par défaut l’intégrateur.

Questions fréquemment posées sur les équipements de concentration de minéraux

Les équipements de concentration minérale cessent d'être une liste de noms de machines dès qu'ils sont connectés à un corps minéralisé et à un concentré cible. La bonne usine commence par les caractéristiques du minerai, passe par le broyage, la classification, le conditionnement, la flottation et l'épaississement, et se termine par une décision d'achat qui comprend les coûts d'exploitation et le support après-vente. Si vous planifiez un nouveau concentrateur ou améliorez un concentrateur existant, fournissez d'abord les données d'alimentation et laissez la sélection de l'équipement suivre le minerai. C'est la différence entre une usine qui semble correcte sur le papier et une usine qui maintient sa reprise au cours du troisième mois d'exploitation continue.