Introduction au Broyeur à Boulets
Il y a trois étapes principales dans le traitement des minéraux dans l'industrie minière. Celles-ci sont :
- Comminution (concassage et broyage).
- Enrichissement (séparation et concentration).
- Fusion et raffinage.
Les broyeurs à boulets sont utilisés lors de l'étape de comminution en tant que machines de broyage (réduction de taille). Le but des broyeurs dans l'industrie minière est de réduire la taille du matériau d'alimentation afin de libérer les minéraux de la gangue. Les broyeurs à boulets sont les machines de broyage les plus couramment utilisées dans l'industrie minière.
Le broyage peut être réalisé en une seule étape ou en plusieurs étapes. Plusieurs étapes peuvent inclure un broyeur à barres suivi d'un broyeur à boulets (circuit à deux étapes), ou un broyeur semi-autogène (SAG) suivi d'un broyeur à boulets (circuit à deux étapes). Les petites installations ont tendance à ajouter des étapes de concassage supplémentaires pour n'opérer qu'une seule étape de broyage.
Si un broyeur à boulets utilise peu ou pas d'eau pendant le broyage, c'est un broyeur ‘à sec’. Si un broyeur à boulets utilise de l'eau pendant le broyage, c'est un broyeur ‘humide’.
Un broyeur à boulets typique aura une longueur de tambour qui est 1 ou 1,5 fois le diamètre du tambour. Les broyeurs à boulets avec un rapport longueur/diamètre du tambour supérieur à 1,5 sont appelés broyeurs tubulaires.
Les broyeurs à boulets peuvent être des broyeurs primaires ou secondaires. Les broyeurs primaires sont alimentés par des concasseurs tels que un concasseur à mâchoires. Les broyeurs secondaires sont alimentés par d'autres broyeurs, par exemple un broyeur à barres.
Les broyeurs à boulets sont généralement de type grille (diaphragme) ou débordement.
Composants du Broyeur à Boulets
Les broyeurs à boulets se composent des éléments suivants :
- Entrée – le minerai concassé est alimenté dans le broyeur à boulets par l'entrée. Une vis assure une alimentation constante du broyeur.
- Décharge – le matériau réduit sort du broyeur par la décharge.
Composants du Broyeur à Boulets
- Tambour – le tambour est le carter cylindrique du broyeur à boulets. L'intérieur du tambour est équipé de plaques en alliage d'acier au manganèse (‘blindage’) qui protègent la coque en acier de l'abrasion ; il est également possible d'utiliser du caoutchouc comme blindage plutôt que de l'acier au manganèse.
Vue Intérieure du Broyeur à Boulets (les plaques de blindage sont les formes carrées)
- Couronne – une couronne installée sur la périphérie extérieure du tambour.
- Moteur Électrique – un moteur utilisé pour faire tourner le tambour. La chaîne cinématique du moteur mène à un réducteur puis à une couronne. Le moteur est généralement équipé d'un variateur de vitesse pour contrôler le régime du broyeur à boulets.
- Réducteur – utilisé pour la réduction de vitesse du moteur au broyeur à boulets.
- Boulets – généralement fabriqués en alliage d'acier au manganèse, mais le matériau dépend de ce que le broyeur va broyer (alliage d'acier au chrome et caoutchouc également disponibles). La taille des boulets dépend de la taille du tambour, les tailles typiques des boulets sont de deux à trois pouces de diamètre (des boulets de quatre pouces sont également possibles).
- Paliers - les petits broyeurs à boulets utilisent des paliers à rouleaux cylindriques antifriction. Les grands broyeurs à boulets utilisent des paliers à tourillon.
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Comment Fonctionnent les Broyeurs à Boulets
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La description du processus suivante est basée sur un broyeur à boulets utilisé dans l'industrie minière de roche dure pour libérer les minéraux du minerai, mais le principe de fonctionnement des broyeurs à boulets utilisés dans d'autres industries est le même.
Le minerai concassé est alimenté dans le broyeur à boulets par l'entrée ; une vis (petite vis sans fin) assure une alimentation constante.
Pour les broyeurs à boulets humides et secs, le broyeur à boulets est chargé à environ 33% avec des boulets (entre 30-45%). La pulpe (minerai concassé et eau) remplit un autre 15% du volume du tambour de sorte que le volume total du tambour est chargé à 50%. La pulpe est généralement composée de 75% de solides (minerai concassé) et 25% d'eau ; la pulpe est également connue sous le nom de ‘bouillie’.
Un moteur électrique est utilisé pour faire tourner le broyeur à boulets. À mesure que le broyeur à boulets tourne, les boulets ‘adhèrent’ à la surface intérieure du tambour en raison de la force centrifuge créée à l'intérieur du tambour. À un certain angle, le poids des boulets surmonte la force centrifuge qui les maintient contre le tambour et ils commencent à retomber vers la ligne centrale du broyeur à boulets (cette zone est connue sous le nom de ‘pointe’). De cette manière, le minerai est réduit en taille par attrition (le minerai frottant contre d'autres morceaux de minerai) et par impact (les boulets impactant le minerai).
Le minerai se déplace progressivement à travers le broyeur puis sort par le port de décharge. Le port de décharge peut être couvert par une grille pour empêcher le minerai surdimensionné de sortir du broyeur, ou il peut ne pas avoir de grille (broyeur à boulets de type débordement).
À mesure que les boulets s'usent en raison de l'abrasion, ils sont remplacés par de nouveaux boulets (‘boulets neufs’).
Si des tailles de particules importantes sont récupérées du broyeur à boulets, le processus est connu sous le nom de ‘broyage grossier’. Si des tailles de particules plus petites sont récupérées du broyeur à boulets, le processus est connu sous le nom de ‘broyage fin’.
Remarque
Si des galets durs sont utilisés à la place des boulets en acier, le broyeur est appelé ‘broyeur à galets’.
Si des barres sont utilisées à la place des boulets en acier, le broyeur est appelé ‘broyeur à barres’.
Machines en Circuit Fermé ou Ouvert Machines
Les broyeurs à boulets peuvent fonctionner en circuit fermé ou en circuit ouvert. Les circuits fermés renvoient une certaine quantité de la sortie du broyeur à boulets au broyeur pour une réduction de taille supplémentaire. Un système fermé typique broie le minerai entre deux à trois fois.
Les hydro-cyclones installés directement après le broyeur à boulets garantissent que seul le matériau surdimensionné est renvoyé au broyeur à boulets. D'autres types de classificateurs peuvent être utilisés (râteau et spirale), mais l'hydro-cyclone est maintenant l'un des plus courants.
Vitesse Critique
La vitesse critique est définie comme le point où la force centrifuge appliquée à la charge du broyeur est égale à la force de gravité. À la vitesse critique, la charge du broyeur adhère à la surface intérieure du broyeur et ne bascule pas.
La plupart des broyeurs à boulets fonctionnent à environ 75% de la vitesse critique, car cela est déterminé comme étant la vitesse optimale. La véritable vitesse optimale dépend du diamètre du tambour. Les diamètres de tambour plus grands fonctionnent à moins de 75% de la vitesse critique tandis que les diamètres de tambour plus petits fonctionnent à plus de 75% de la vitesse critique.
Notes Générales
Indépendamment du type de machine de broyage utilisée, le broyage est un processus à faible efficacité et intensif en énergie. Pour cette raison, l'étape de broyage d'une usine de traitement des minéraux peut représenter jusqu'à 40% des coûts d'exploitation totaux.
En règle générale, plus le diamètre du tambour du broyeur à boulets est grand, plus le processus de broyage sera efficace. Cette règle générale s'arrête cependant une fois que le diamètre du tambour atteint environ 4m (13,1 pieds).
Les broyeurs à boulets sont généralement conçus avec un facteur/rapport de réduction maximum de 60:1 bien qu'il soit possible d'atteindre des rapports de réduction allant jusqu'à 70:1.
La commande électrique d'un broyeur à boulets doit être capable de gérer des charges où le broyeur à boulets est chargé jusqu'à 45% avec des boulets.
Ressources Supplémentaires
https://www.911metallurgist.com/blog/ball-mills