Métallurgie de traitement des minéraux

Traitement des minéraux, art de traiter les minerais bruts et les produits minéraux afin de séparer les minéraux précieux des stériles ou gangue. C'est le premier processus que la plupart des minerais subissent après l'extraction afin de fournir un matériau plus concentré pour les procédures de métallurgie extractive. Les principales opérations sont la fragmentation et la concentration, mais il existe d'autres opérations importantes dans une usine moderne de traitement des minéraux, notamment l'échantillonnage et l'analyse et l'assèchement. Toutes ces opérations sont décrites dans cet article.

Échantillonnage et analyse

Un échantillonnage et une analyse de routine des matières premières en cours de transformation sont entrepris afin d'obtenir les informations nécessaires à l'évaluation économique des minerais et concentrés. De plus, les usines modernes disposent de systèmes de contrôle entièrement automatiques qui effectuent une analyse en continu du matériau lors de son traitement et effectuent des ajustements à tout moment afin de produire le concentré le plus riche possible au coût d'exploitation le plus bas possible.

Échantillonnage

L'échantillonnage consiste à retirer d'un lot donné de matière une portion représentative de l'ensemble mais de taille pratique pour l'analyse. Cela se fait à la main ou à la machine. L'échantillonnage manuel est généralement coûteux, lent et imprécis, de sorte qu'il n'est généralement appliqué que lorsque le matériau n'est pas adapté à l'échantillonnage de la machine (minerai visqueux, par exemple) ou lorsque les machines ne sont pas disponibles ou trop coûteuses à installer.

De nombreux dispositifs d'échantillonnage différents sont disponibles, notamment des pelles, des échantillonneurs de tuyaux et des échantillonneurs automatiques de machines. Pour que ces machines d'échantillonnage fournissent une représentation précise de l'ensemble du lot, la quantité d'un seul échantillon, le nombre total d'échantillons et le type d'échantillons prélevés sont d'une importance décisive. Un certain nombre de modèles d'échantillonnage mathématique ont été conçus afin d'arriver aux critères appropriés pour l'échantillonnage.

Une analyse

Après qu'un ou plusieurs échantillons ont été prélevés sur une quantité de minerai passant à travers un flux de matériaux tel qu'un tapis roulant, les échantillons sont réduits en quantités appropriées pour une analyse plus approfondie. Les méthodes analytiques comprennent la taille chimique, minéralogique et des particules.

Analyse chimique

Même avant le XVIe siècle, des schémas complets de dosage (mesure de la valeur) des minerais étaient connus, utilisant des procédures qui ne diffèrent pas sensiblement de celles employées à l'époque moderne. Bien que les méthodes conventionnelles d'analyse chimique soient utilisées aujourd'hui pour détecter et estimer les quantités d'éléments dans les minerais et les minéraux, elles sont lentes et pas suffisamment précises, en particulier à de faibles concentrations, pour convenir parfaitement au contrôle du processus. En conséquence, pour atteindre une plus grande efficacité, une instrumentation analytique sophistiquée est de plus en plus utilisée.

En spectroscopie d'émission, une décharge électrique est établie entre une paire d'électrodes, dont l'une est constituée du matériau analysé. La décharge électrique vaporise une partie de l'échantillon et excite les éléments de l'échantillon pour émettre des spectres caractéristiques. La détection et la mesure des longueurs d'onde et des intensités des spectres d'émission révèlent les identités et les concentrations des éléments dans l'échantillon.

En spectroscopie de fluorescence X, un échantillon bombardé de rayons X dégage un rayonnement X fluorescent de longueurs d'onde caractéristiques de ses éléments. La quantité de rayonnement X émis est liée à la concentration des éléments individuels dans l'échantillon. La sensibilité et la précision de cette méthode sont médiocres pour les éléments de faible numéro atomique (c.-à-d., Peu de protons dans le noyau, comme le bore et le béryllium), mais pour les scories, les minerais, les sinters et les boulettes où la majorité des éléments se trouvent dans le plage de numéros atomiques plus élevée, comme dans le cas de l'or et du plomb, la méthode a été généralement appropriée.

Analyse minéralogique

Une séparation réussie d'un minéral précieux de son minerai peut être déterminée par des tests de liquides lourds, dans lesquels une fraction unique d'un minerai broyé est suspendue dans un liquide de gravité spécifique élevée. Les particules de moindre densité que le liquide restent à flot, tandis que les particules plus denses coulent. Plusieurs fractions différentes de particules de même densité (et donc de composition similaire) peuvent être produites, et les précieux composants minéraux peuvent ensuite être déterminés par analyse chimique ou par analyse microscopique de sections polies.

Analyse de taille

Les minéraux broyés grossièrement peuvent être classés en fonction de leur taille en les passant à travers des tamis ou des tamis spéciaux, pour lesquels diverses normes nationales et internationales ont été acceptées. Une ancienne norme (désormais obsolète) était la série Tyler, dans laquelle les grilles de fil étaient identifiées par la taille du maillage, mesurée en fils ou ouvertures par pouce. Les normes modernes classent désormais les tamis en fonction de la taille de l'ouverture, mesurée en millimètres ou en micromètres (10 ^-6 mètres).

Les particules minérales inférieures à 50 micromètres peuvent être classées par différentes méthodes de mesure optique, qui utilisent des faisceaux lumineux ou laser de différentes fréquences.

Comminution

Afin de séparer les composants précieux d'un minerai des stériles, les minéraux doivent être libérés physiquement de leur état imbriqué par broyage. En règle générale, la fragmentation commence par broyer le minerai en dessous d'une certaine taille et se termine par le broyer en poudre, dont la finesse ultime dépend de la finesse de dissémination du minéral souhaité.

Dans les temps primitifs, les concasseurs étaient de petits pilons et mortiers actionnés à la main, et le broyage était effectué par des meules tournées par des hommes, des chevaux ou des forces hydrauliques. Aujourd'hui, ces procédés sont réalisés dans des broyeurs et broyeurs mécanisés. Alors que le concassage se fait principalement dans des conditions sèches, les broyeurs peuvent être exploités à la fois secs et humides, le broyage humide étant prédominant.

Écrasement

Certains minerais se trouvent dans la nature sous forme de mélanges de particules minérales discrètes, comme l'or dans les lits de gravier et les ruisseaux et les diamants dans les mines. Ces mélanges nécessitent peu ou pas de concassage, car les objets de valeur sont récupérables en utilisant d'autres techniques (par exemple, la décomposition des placers dans les rondelles à billes). Cependant, la plupart des minerais sont constitués de masses rocheuses dures et dures qui doivent être broyées avant que les précieux minéraux puissent être libérés.

Afin de produire un matériau concassé pouvant être utilisé comme aliment du moulin (100 pour cent des pièces doivent avoir moins de 10 à 14 millimètres ou 0,4 à 0,6 pouce de diamètre), le concassage se fait par étapes. Au stade primaire, les appareils utilisés sont principalement des concasseurs à mâchoires avec des ouvertures pouvant atteindre deux mètres. Ceux-ci concassent le minerai à moins de 150 millimètres, ce qui est une taille appropriée pour servir d'alimentation pour l'étape de concassage secondaire. À ce stade, le minerai est broyé dans des broyeurs à cône à moins de 10 à 15 millimètres. Ce matériau est l'alimentation du broyeur.

Broyage

Dans cette étape du processus, le matériau broyé peut être encore désintégré dans un broyeur à cylindres, qui est un récipient cylindrique construit à des rapports longueur / diamètre variables, monté avec l'axe sensiblement horizontal et partiellement rempli de corps de broyage (par exemple, des pierres de silex, billes de fer ou d’acier) qui tombent, sous l’effet de la gravité, en faisant tourner le récipient.

Un développement spécial est le moulin autogène ou semi-autogène. Les broyeurs autogènes fonctionnent sans corps de broyage; au lieu de cela, la partie la plus grossière du minerai se broie simplement et les fractions plus petites. Aux broyeurs semi-autogènes (qui se sont répandus), 5 à 10 pour cent de corps de broyage (généralement des sphères métalliques) sont ajoutés.

Concassage / broyage

Encore un autre développement, combinant les processus de concassage et de broyage, est le broyeur à cylindres. Il se compose essentiellement de deux cylindres montés sur des arbres horizontaux et entraînés dans des directions opposées. Les cylindres sont pressés ensemble sous haute pression, de sorte que la fragmentation a lieu dans le lit de matériau entre eux.