essentiel du broyage fin, le broyeur à boulets réduit le minerai en fines particules, libérant ainsi les minéraux cibles et facilitant les procédés de séparation ultérieurs tels que la flottation et la séparation magnétique. Cet article décrit sa structure et son principe de fonctionnement afin d'illustrer son utilisation dans le traitement des minerais.
1. Structure de base des broyeurs à boulets miniers
Chaque broyeur à boulets horizontal se compose de cinq ensembles principaux, chacun ayant des fonctions uniques pour un broyage stable :
1.1 Plaques de cylindre et de chemise
Le cylindre constitue l'enveloppe principale pour le minerai et les billes d'acier. Sa paroi intérieure est revêtue de chemises résistantes à l'usure en acier à haute teneur en manganèse ou en caoutchouc. Ces chemises protègent le cylindre des chocs et des frottements et soulèvent les billes d'acier pour assurer un broyage efficace.
1.2 Médias de broyage (billes d'acier et cylindres en acier)
Des billes en acier au carbone ou en acier allié de différents diamètres sont chargées dans le cylindre. Les grosses billes génèrent une force d'impact pour le broyage grossier du minerai, tandis que les petites billes assurent le broyage fin par friction. Le taux de remplissage et la granulométrie déterminent directement l'efficacité du broyage.
1.3 Système de transmission
Il comprend des moteurs d'entraînement, des réducteurs et des trains d'engrenages. Les deux principaux types de transmission sont la transmission par engrenages périphériques et la transmission centrale, qui font tourner le cylindre à une vitesse faible et constante.
1.4 Base du broyeur à boulets
Le socle est constitué d'une structure en acier soudé, comprenant des points de fixation pour tous les composants essentiels. Il est équipé de boulons réglables et de trous d'ancrage pour éliminer les vibrations et les défauts d'alignement.
1.5 Pièces de support auxiliaires
Cet ensemble comprend des paliers lisses, des systèmes de lubrification automatique, des structures d'étanchéité à la poussière et des regards pour l'inspection régulière et le remplacement du revêtement.
2. Principe de fonctionnement de base des broyeurs à boulets
2.1. Transmission de puissance et préparation au démarrage
Le moteur de forte puissance entraîne le réducteur et l'ensemble d'engrenages, transmettant un couple de rotation stable au cylindre du broyeur. Les systèmes de lubrification avant démarrage assurent une lubrification adéquate de tous les paliers afin de réduire le frottement, permettant ainsi au cylindre de tourner de manière régulière à une vitesse de fonctionnement prédéfinie (généralement entre 65 % et 80 % de la vitesse critique théorique).
2.2 Mouvement de levage des matériaux et des supports
Lors de la rotation du cylindre, des revêtements internes ondulés ou lisses entraînent les billes d'acier broyantes et les particules de minerai entrantes vers le haut, le long de la paroi interne du cylindre. La hauteur de remontée dépend de la vitesse de rotation, de la forme du revêtement et du débit de remplissage (un volume de remplissage typique représente 30 à 45 % de l'espace intérieur du cylindre).
2.3 Deux mécanismes de concassage du noyau
Mécanisme 1 : Écrasement par impact dû à la chute du milieu
Lorsque les billes d'acier dépassent l'angle de repos, elles suivent des trajectoires paraboliques et s'écrasent violemment sur le minerai grossier au fond du cylindre. Cette force d'impact élevée brise les gros blocs de minerai en fragments plus petits, assurant ainsi le broyage grossier initial.
Mécanisme 2 : Attrition et broyage par cisaillement dus au frottement du milieu
Les billes qui n'atteignent pas leur hauteur de chute maximale glissent le long de la surface du revêtement en cascade. Le frottement relatif entre les billes d'acier, les particules de minerai et la surface du revêtement broie davantage les fragments de taille moyenne en une fine poudre, provoquant ainsi la dissociation des monomères minéraux.
2.4 Décharge de matériaux gradués
Dans les broyeurs à billes à grille, les plaques de grille internes bloquent les particules trop grosses tout en laissant passer la suspension fine de qualité pour une évacuation forcée. Dans les broyeurs à billes à débordement, la suspension déborde automatiquement lorsque le niveau de liquide atteint le déversoir, contrôlant ainsi la finesse finale des particules pour les étapes de séparation ultérieures.
Lors du broyage humide, l'eau se mélange au minerai pour former une boue qui s'écoule par l'orifice de sortie. Le broyage à sec, quant à lui, est réalisé sans eau et sert principalement à la production de poudres minérales non métalliques. Après broyage, les minéraux précieux sont entièrement séparés de la gangue, impureté inutile, et prêts pour les étapes de séparation ultérieures.
3. 4 facteurs internes clés qui influencent les résultats du broyage
- Granulométrie des billes d'acier : 3 à 4 diamètres différents (grosses, moyennes et petites billes) pour s'adapter à différentes granulométries. Les grosses billes concassent les gros cailloux ; les petites billes affinent les grains fins.
- Débit d'alimentation en minerai : Un débit trop rapide provoque un engorgement et un débit grossier ; un débit trop lent entraîne des collisions de billes vides et une usure inutile du média.
- Concentration de la suspension : maintenue entre 65 % et 78 % de fraction massique de solides pour le broyage humide. Une suspension trop épaisse ralentit le mouvement des particules ; une suspension trop fluide réduit le temps de rétention par friction.
- Degré d'usure des revêtements : Les revêtements neufs offrent une excellente capacité de levage. Les revêtements usés et aplatis ne permettent plus de soulever les billes à la hauteur idéale, ce qui réduit l'efficacité du broyage de 20 % ou plus.
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