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Le concassage constitue la premiere etape de la comminution. Son objectif n’est pas la liberation des mineraux, mais simplement la reduction de dimension afin de faciliter la manipulation ulterieure du minerai. II est normalement fait a sec en deux ou trois etapes. L’alimentation provient de la mine et a une dimension pouvant aller jusqu’a 1.5 m. Des fois on utilise aussi le concassage comme etape intermediaire dans certains circuits de broyage autogene.
La premiere etape de concassage, qui reduit cette alimentation a 10-20 cm, opere avec le meme horaire que la mine et dans la plupart des cas elle se fait sous terre. Cette operation se fait toujours en circuit ouvert. Le concassage secondaire est toujours accompli au concentrateur, c’est-a-dire en surface. Le produit final, qui servira d’alimentation au circuit de broyage, a une dimension allant jusqu’a 0.5 a 2 cm. L’operation se fait generalement en plus d’une etape et en circuit ferme. Des tamis vibrants sont normalement places en amont des concasseurs afin d’eliminer le materiel assez fin, qui reduirait la capacite de l’appareil, pouvant meme l’etouffer.
Comme mentionne deja, le concassage peut se faire en circuit ferme ou ouvert; le choix depend fondamentalement du produit final desire. Si le concasseur alimente un broyeur a barres ou correspond a une etape intermediaire, le circuit peut etre du type “ouvert”. Si par contre, le circuit produit une alimentation pour des broyeurs a boulets, il est convenable d’operer en circuit ferme, ou le produit du concasseur est decharge sur un tamis dont le surdimensionne est recycle vers le concasseur. Une autre raison pour operer un circuit de concassage en boucle fermee est la plus grande flexibilite qu’on obtient.
Le concasseur peut travailler a une ouverture de decharge plus grande, produisant ainsi moins de fines particules, tandis que la dimension du produit final est controlee avec l’ouverture du tamis. Ceci est plus important encore quand le materiel est collant ou humide. Finalement, un circuit ferme compense automatiquement pour l’usure du blindage de l’appareil, ce qui autrement se traduirait par une deterioration de la qualite du produit.
L’alimentation d’un concasseur primaire provient normalement d’un tremie tampon qui garantit une alimentation constante. L’operation se fait avec le meme schema horaire que la mine, c’est-a-dire sur les deux quarts de travail correspondant au hissage et au transport, le troisieme etant reserve au forage et sautage. La capacite du circuit de concassage doit alors etre plus elevee que celle du concentrateur (150%) pour permettre a celui-ci d’operer sur 24 heures. II est evident qu’on a plus d’avantages a stocker des produits fins du concasseur pour une operation 24/24 du concentrateur, qu’a stocker des produits grossiers de la mine pour l’operation 24/24 du concasseur. En plus, ce schema horaire permet d’operer le concasseur en periodes horspointe ce qui rend l’operation plus economique.
Concasseurs Primaires
Ce sont des machines de travail lourd, utilisees pour reduire la taille des morceaux a une dimension facile a manipuler. Elles sont operees generalement en circuit ouvert avec ou sans grille pour eliminer le sous-dimensionne. II existe trois types d’appareils:
- concasseurs a machoires,
- concasseurs giratoires, et
- concasseurs a impact (usage plutot limits).
Concasseurs a Machoires
Ils consistent en deux plaques de metal, qui s’ouvrent et se ferment comme des machoires. Ces plaques sont placees en angle (aigu), une des machoires etant pivotante, l’autre fixe. Le materiel alimente entre les machoires est alternativement ecrase et relache par leur mouvement de va-et-vient, jusqu’a ce qu’il sorte par l’extremite inferieure (plus etroite). Dependant du type de pivotement de la machoire libre, on trouve trois modeles de concasseurs. Dans le concasseur Blake, le pivot est a l’entree (surface d’alimentation fixe), ce qui permet une ouverture de decharge variable (moins de problemes d’engorgement ou “bourrage”). Le concasseur Dodge pivote sur la decharge ce qui donne une surface d’alimentation variable mais une ouverture de decharge fixe (meilleur controle de la dimension de produit final).
Finalement, le concasseur universel pivote sur un point intermediaire ce qui donne une surface d’alimentation et une ouverture de decharge variable.
La figure suivante presente le mode de fonctionnement du concasseur Blake. La valeur du deplacement de l’ extreme inferieur de la machoire est appelee la course (throw). Le materiel descend entre les plaques au fur et a mesure qu’il est reduit en dimension, comme resultat de la compression entre les plaques en mouvement Du materiel frais est continuellement alimente pour remplacer celui qui descend le long des plaques. La dimension du produit decharge depend du reglage (set) du concasseur, l’ouverture maximale de la sortie. Pour eviter des engorgements pres de la sortie certains modeles ont une decharge arrondie.
Dans le modele Dodge, la machoire libre pivote sur l’extreme de sortie, done l’ouverture de decharge est de grandeur fixe. Ceci permet un controle plus etroit de la dimension du produit. Pour eviter des engorgements, l’alimentation doit etre plus controlee. Ce modele a des applications plutot a l’echelle de laboratoire ou l’on requiert un controle plus strict de la dimension du produit.
Les concasseurs a machoires sont des equipements de travail intense (heavy-duty), dont la construction doit etre tres robuste. Ils sont faits en acier (cast steel) et munis de blindages en acier au manganese. Les plaques peuvent etre lisses ou ondulees, ces dernieres meilleures pour des minerais durs ou abrasifs. L’angle entre les machoires est inferieur a 26° car un angle plus grand produirait du glissement qui reduit la capacite et augmente l’usure.
Les concasseurs a machoire sont specifies par la surface d’alimentation, c’est-a-dire, la largeur (width) des plaques et l’ouverture entre les plaques ouvertes (gape). Par exemple, un concasseur de 1830 mm · 1220 mm a une largeur de 1830 mm et une ouverture d’entree de 1220 mm. La vitesse de ces concasseurs diminue avec la taille de l’appareil (100-350 rpm).
Le critere pour choisir la vitesse est de fournir aux particules assez de temps pour descendre le long des plaques avant d’etre ecrasees a nouveau. Leur capacite est plutot limitee, 725 t/h pour une machine 2130 mm · 1680 mm avec un reglage de 203 mm (la machine la plus grande). En bas de 545 t/h, ce type de concasseur est plus performant que les concasseurs giratoires, qui a leur tour, sont plus economiques au dela de 725t/h. Par contre, ils ont l’avantage de leur relative simplicite a installer sous-terre (plus faciles a transporter en morceaux).
Concasseurs Giratoires
Ils sont principalement utilises en surface. Ils consistent en un axe comportant un element de broyage conique, la noix (head), assis sur une cavite excentrique. Le tout est suspendu par son extreme superieur, le croisillon (spider), et peut pivoter autour de ceci, balayant ainsi un chemin conique a l’interieur de la chambre de concassage, le bol ou la cuve (bowl). Le deplacement maximal se produit a la decharge ce qui evite (ou diminue) les possibilites d’engorgement. L’ecartement maximal a l’extreme de decharge s’appelle le “reglage”.
Un concasseur giratoire peut etre considere comme l’equivalente de plusieurs machoires en distributes parallelement autour d’un axe central, et en consequence son operation (decharge) n’est pas cyclique comme dans le cas des concasseurs a machoires. On peut donc obtenir une plus grande capacite avec ce type de concasseurs. Les particules ayant deja une dimension inferieure au reglage du concasseur sont normalement enlevees (scalped) de l’alimentation afin d’eviter le bourrage de l’appareil et une perte de capacite.
Il existe des concasseurs allant jusqu’a 1830 mm d’ouverture d’entree (gape) avec un reglage de 200 mm, pouvant traiter jusqu’a 3000 t/h de minerai mesurant jusqu’a 1370 mm. On specifie ces concasseurs par l’ouverture d’entree et le diametre du cone a la decharge.
Comparer Concasseurs Primaires
Les principales considerations lors du choix du type de concasseur primaire sont la dimension maximale du minerai alimente et la capacite requise.
Les concasseurs giratoires sont normalement choisis pour des grandes capacites. Les concasseurs a machoires sont choisis quand le facteur limitant est la dimension de l’alimentation. Pour la meme dimension de particules alimentees (maximum) et le meme rapport de reduction, un concasseur giratoire ayant l’ouverture necessaire a une capacite entre 4 et 5 fois plus grande qu’un concasseur a machoires ayant la meme ouverture.
Donc si on requiert une ouverture donnee (mais pas plus de capacite) un concasseur giratoire fonctionnerait a charge reduite, donc inefficacement du point de vue economique. Taggart suggere le critere suivant: si le tonnage (t/h) est inferieur a 0.115 – (gape en pouces)² on devrait utiliser un concasseur a machoires, si non on doit choisir un concasseur giratoire.
Les couts de capital et d’entretien des concasseurs a machoires sont un peu moindres mais la difference peut etre compensee avec les couts d’installation inferieurs des giratoires. La facilite de morcellement des concasseurs a machoires (pour leur transport et installation a l’interieur des mines) est aussi un argument a considered Finalement le type de materiel a etre traite est aussi important: les concasseurs a machoires se pretent mieux a traiter des minerals argileux ou plastiques, tandis que les giratoires sont prefers pour des materiaux durs et/ou abrasifs.
Concasseurs Secondaires
Ce sont des appareils a construction beaucoup plus legere que les concasseurs primaires. La dimension de l’alimentation est de l’ordre de 10 a 15 cm. Les systemes d’alimentation sont aussi beaucoup plus simples. Ils operent aussi en sec et leur but est encore de reduire la dimension des particules pour faciliter leur manipulation ulterieure. Une troisidme etape de concassage peut exister dans des cas ou le concassage est plus avantageux que le broyage a barres.
Concasseurs a Cone
Sans doute l’appareil le plus utilise actuellement n’est qu’une version modifiee du concasseur giratoire dans laquelle l’axe du concasseur, plus court, n’est pas suspendu mais supporte. Ci-dessous on montre une comparaison de forme de la noix et le bol de ces deux appareils.
Ces appareils ont une tres grande capacite pouvant aller jusqu’a 1100 t/h pour un reglage de decharge de 19 mm. Ils sont specifies par le diametre de leur cone (de 560 mm a 3.1 m). La vitesse d’operation est aussi beaucoup plus elevee, ce que fait que les particules sont soumises a une serie d’impacts tres frequents plutot qu’a une compression lente. Le rapport de reduction obtenu dans ce type de concasseurs varie entre 3:1 et 7:1. Dans ces appareils le reglage correspond a l’ecartement minimum a la base du cone.
Il existe deux types de concasseur a cone (Symons): le standard, pour le concassage secondaire (produisant des particules entre 5 et 60 mm), et le tete courte (short head), pour le concassage fin ou tertiaire (produit entre 3 et 20 mm). Le reglage de la decharge est facilement varie ou ajuste pour compenser l’usure du blindage.
Types de Concasseurs de Pierre
Il existe d’autres types d’appareils de concassage, dont le Gyradisc (variation du concasseur a cone), qui produit des particules tres fines done utilises pour le concassage tertiaire ou quaternaire. Dans le traitement du charbon on utilise beaucoup les concasseurs a rouleaux et les concasseurs par impact. En general, ces appareils sont utilises pour des materiaux mous et friables, leurs caracteristiques sont presentees au tableau a page 71.
Circuits de Concassage
La figure suivante montre le rheogramme typique d’une usine de concassage produisant une alimentation pour un circuit de broyage. Il consiste en une etape de concassage primaire (giratoire) en circuit ouvert, suivie de deux etapes de concassage accompli sur des concasseurs type cone (standard et tete courte). Le concasseur secondaire travaille aussi en circuit ouvert avec un systeme de grilles pour enlever prealablement (scalping) le trop-fin. Le concassage tertiaire possede aussi des tamis a “scalper” mais il travaille en circuit ferme, les particules trop grossieres de la decharge etant recyclees vers le concasseur.
Des fois le circuit de concassage a pour but secondaire de produire des galets pour le broyage autogene, tel que montre a la figure suivante.
