Brevet FR2405748A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne les procédés du traitement des matériaux fragiles et, plus précisément, le procédé et le dispositif pour le broyage de matériaux3 en particulier, des minerais des métaux ferreux et non ferreux. L'invention peut être utilisée dans différentes branches d'industrie où se fait le traitement des matières premières, par exemple3 dans l'industrie minière, dans la métallurgie des métaux non ferreux, dans la sidérurgie, dans l'industrie chimique, etc. Les processus de broyage et de concassage de matériaux fragiles ont une très large application dans plusieurs branches d'industrie utilisant des matières premières minérales et les traitant par différents procédés et en recourant à divers équipements. La technologie du broyage de matériaux3 la plus largement connue à présent, est le procédé de leur autoréductjop dus un volume clos quelconque, par exemple, dans un tambour tournant. A L.l sation de ce procédé on fait monter des blocs du matériau dans ce volume clos à une certaine hauteur et les laisse tomber en bas sous l'action des forces de gravité pour y subir la réduction. Sur la base de ce principe plusieurs installations ont été mises au point, notamment celles décrites dans le brevet des Etats Unis d'Amérique nO 3.070.059 et le brevet allemand n" 966.765. t'inconvénient du procédé d'autoréduction du matériau réside dans le fait qu'il est caractérisé par une faible production spécifique et par un bas rendement. Ceci s'explique parce que le matériau doit être monté à une hauteur déterminée pour lui conférer une énergie suffisante pour la réduction. Il est également déjà connu un procédé de broyage du matériau, mis en vitesse dans un rotor centrifuge en cuvette et dirigé vers les plaques de choc pour sa réduction. Ce procédé est mis en oeuvre dans le dispositif décrit dans le brevet allemand nO 1.607 562. Toutefois ce procédé aussi est entaché d'inconvénients. Ce sont notamment une haute capacité d'absorption de l'énergie et une usure considérable des ensembles et des pièces de la construction subissant les charges de choc. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients susmentionnés. L'invention a pour objet de mettre au point un procédé de broyage du matériau en continu grace aux charges dynamiques intenses ainsi que de créer un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé dans lequel la réduction est obtenue sans concours des boulets et des plaques de choc. Le but visé est atteint du fait que dans ce nouveau procédé de broyage en amenant en collision mutuelle ses composants dans un volume clos3 selon l'invention, on forme à partir du matériau amené en continu une colonne cylindrique verticale dont la partie inférieure est mise en rotation à l'aide d'un rotor ayant la forme d'un cOne tronqué et dont la vitesse angulaire est telle que la pression de la composante verticale de la force centrifuge est supérieure à la pression exercée par le poids de la colonne formée, ce qui aboutit à la création d'une zone horizontale active de broyage, dans laquelle il existe une action dynamique agissant sur le matériau à broyer et un gradient variable de la vitesse circonférentielle de ses composants. Il est utile d'imposer la vitesse circonférentielle sur la périphérie du rotor dans la gamme comprise entre 10 et 70 m/s pour assurer l'action dynamique exercée sur le matériau dans la zone active de broyage. I1 est aussi judicieux que la pression dans la colonne, au niveau de la surface supérieure du rotor, soit maintenue dans la gamme comprise entre 0,05 et 0,15 MPa. La présente invention prévoit un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant un corps cylindrique vertical à l'intérieur duquel est monté coaxialement un arbre sur lequel sont fixés un rotor en forme de cuvette et un dispositif de commande, selon ltinvention, au-dessus du rotor se trouve monté concentriquement à l'arbre un cylindre creux relié avec le corps par des cloisons verticales divisant le volume de travail du corps en chambres contigus, tandis que le rotor proprement ditest disposé par rapport aux cloisons du corps de façon à former entre eux une zone horizontale pour le broyage actif du matériau, dans ce cas, la cavité intérieure de ce rotor se compose des sections et, dans la partie inférieure de chaque section, est percé un trou servant à amener l'agent de transport dans la zone de broyage actif. Il est utile que les sections des rotors soient -formées par des cloisons verticales assurant la mise en vitesse du matériau dans le rotor. I1 est judicieux que sur la périphérie de la zone de broyage actif une saillie annulaire conique soit fixée au corps. Une telle conception du dispositif permet de réaliser la désintégration intense du matériau, en dépensant, à cet effet, la quantité minimale d'énergie. L'essence de l'invention consiste en ce qui suit. Le matériau figure 1) est amené en continu dans le dispositif dont le rotor est entrainé en rotation par un mécanisme de commande pour mettre en rotation la partie inférieure de la colonne cylindrique verticale a formée dans le dispositif. Le matériau contenu dans le rotor conique subit l'action des forces centrifuges dont la valeur est fonction de la vitesse angulaire, de la masse d'un bloc isolé et de la distance séparant ce bloc de l'axe de rotation. 2 C = muu r, où C est la force centrifuge agissant sur un bloc séparé du matériau dont la masse est égale m et qui se trouve à une distance r de l'axe de rotation et uv est la vitesse angulaire. Pour des valeurs constantes du m et du r la valeur de la force centrifuge est directement proportionnelle au carré de la vitesse angulaire, tandis que sa composante verticale est égale à C. tua , oùa est l'angle entre la paroi du rotor et le plan horizontal. Lorsque a = 450, la composante verticale de la force centrifuge est numériquement égale à sa valeur absolue. En choisissant la vitesse de rotation angulaire du rotor telle que la pression de la composante verticale de la force centrifuge, à proximité de la paroi extérieure du rotor, dépasse la pres sonde la colonne formée a, on assure un renouvellement continu de la matière dans la zone active b. L'action dynamique exercée sur le matériau se trouvant dans la zone active b est engendrée par le rotor tournant qui transmet les impulsions de force aux blocs de matériau se déplaçant avec des vitesses différentes. Les blocs, pénétrant de la partie inférieure de la colonne dans les sections du rotor, sont mis en vitesse par des cloisons verticales du rotor et ensuite poussés dans la zone active ayant déjà une énergie cinétique égale à m 2 où m est la masse du bloc, W est la vitesse circonférentielle du bloc, laquelle est égale au produit de la vitesse angulaire du rotor par le rayon de rotation du bloc. Vu que le bloc, poussé par des forces centrifuges dans la zone active > est projeté dans la masse de matériau, il dépense son énergie cinétique pour la réduction du matériau et lui conférer une impulsion de force provoquant son mouvement dans la zone active. La force centrifuge agissant sur le matériau contenu dans le rotor est directement proportionnelle au rayon, sa valeur minimale est constatée à proximité de l'axe de rotation et la valeur maximale, sur la périphérie du rotor, Aussi les particules et les blocs du minerai sont-ils poussés, depuis Itaxe de rotation, vers la périphérie du rotor et montent vers le haut en assurant le renouvellement continu de la matière dans la zone active de broyage. Le régime de broyage du matériau dans la zone active est caractérisé par sa vitesse circonférentielle dans la zone active et par la pression qu'il subit de la part de la colonne. En imposant au rotor une vitesse circonférentielle à sa périphérie dans la gamme comprise entre 10 et 70 m/s, on arrive à exercer une action dynamique sur le matériau se trouvant dans la zone active de broyage. La valeur optimale de la vitesse circonférentielle pour un matériau caractérisé par certaines propriétés physiques et mécaniques, est choisie sur la base des données obtenues par voie expérimentale lors de la mise au point des paramètres du processus. On maintient la pression de la colonne, au niveau de la surface supérieure du rotor, dans la gamme comprise entre 0,05 et 0,15 MPa, ce qui correspond à la hauteur de la colonne de 2,5 à 7,5 m constituée par un matériau ayant la densité moyenne égale à 2.103. Pour un matériau peu résistant la limite inférieure de la pression de la colonne peut être réduite jusqu'à 0,02 MPa. Ainsi donc, l'invention décrite augmente l'efficacité du processus technologique du broyage de matériau et en même temps abaisse considérablement la capacité d'absorption de l'énergie spécifique du broyage par suite de l'action des charges dynamiques intenses exercées sur le matériau à broyer et transmises par les particules et les blocs de matériau des uns aux autres. De plus, on voit sensiblement diminuer la consommation spécifique de l'acier, du fait que le dispositif est privé des boulets et des plaques de choc, ainsi que faciliter les conditions de travail des éléments de la construction qui se mettent en contact avec la matière à broyer. Est aussi diminuée la quantité de métal nécessaire pour la fabrication du dispositif de broyage et est simplifié son schéma cinématique, ce qui conditionne l'élévation du rendement du dispositif. Il est aussi à noter que le travail du dispositif susmentionné n'est accompagné que par un bruit industriel insignifiant. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation du procédé, mis en oeuvre sur un dispositif concret de broyage de matériaux et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 explique le principe du broyage, selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de broyage, selon l'invention ; et - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Le dispositif (figures 2 et 3) pour le broyage de matériaux comprend un corps vertical cylindrique 1 en acier à l'intérieur duquel sont montés, coaxialement à ce dernier,un arbre 2 et des ensembles à palier 3 et 4. L'arbre 2 porte un rotor 5 en cuvette ayant la forme d'un cAne tronqué. Des cloisons verticales 6 séparent la cavité intérieure du rotor 5 en sections. La partie inférieure de chaque section est percée d'un trou 7 servant à amener dans cette section de rotor 5 un agent de transport (liquide, gaz) sous pression en provenance d'un collecteur 8. Dans la partie supérieure l'arbre 2 est relié, à l'aide d'un accouplement 9, à la commande 10 qui entrain en rotation le rotor 5. Au-dessus du rotor est monté, concentriquement à l'arbre 2 > un cylindre creux 11 relié au corps 1 par l'intermédiaire des cloisons verticales 12 qui divisent le volume de travail du corps en une série de chambres contiguës. Le rotor 5 est disposé par rapport aux cloisons 12 du corps 1 de façon à former entre eux une zone b pour le broyage actif de la matière. Sur la périphérie de la zone de broyage actif du matériau une saillie annulaire conique 13 est fixée au corps 1 pour interdire le contact de la surface supérieure extérieure du rot or avec des blocs du minerai à broyer. Le dispositif fonctionne de la manière suivante le rotor 5 est mis en action par un moteur électrique, tandis que dans le volume de travail du corps 1 est amené sans discontinuer, à travers une tubulure 14, un matériau à broyer comprenant de gros blocs et des menus du minerai. La plus grande partie du volume de travail du corps 1 est constamment remplie du matériau formant une colonne cylindrique verticale qui est chargée par un alimentateur (n'est pas représenté sur le dessin) et dont une partie est constamment évacuée sous forme d'une pulpe ou d'un mélange gazeux du volume de travail à travers le canal d'évacuation 15. Dans la zone horizontale b entre la surface supérieure du rotor 5 et les cloisons verticales 12 du corps I > il se produit un broyage intense du matériau, suivi du déplacement relatif rapide des couches et des blocs se heurtant et se déplaçant les uns par rapport aux autres. La couche active à broyer est constamment renouvelée du fait que, sous l'action de la force centrifuge, ses tronçons extérieurs en surmontant le poids de la colonne formée montent vers le haut, tandis que les tronçons de la couche active intérieure descendent en remplissant les endroits libérés dans les sections du rotor en rotation. Les particules de matériau broyé sont entrainées par le courant ascendant de l'agent de transport et évacuées du volume de travail sous forme de pulpe ou mélange gazeux. La quantité de matériau évacuée correspond à celle nouvellement amenée et la hauteur de la colonne du matériau reste à un niveau pratiquement invariable3 imposé par les conditions du processus technologique. Pour assurer la circulation continue de matériau et le renouvellement constant de la couche active, la pression créée par la force centrifuge sur la périphérie de la cuvette du rotor doit être supérieure à la pression exercée par la colonne verticale, ce qui est assuré par une vitesse angulaire respective du rotor 5. Dans le présent dispositif la majeure partie de l'énergie amenée est consommée pour la réduction du matériau dans la zone active entre le rotor en rotation et les cloisons verticales du corps. Aussi, la consommation spécifique de l'énergie nécessaire pour le broyage est-elle sensiblement inférieure à celle des broyeurs de minerai qui sont caractérisés par de grosses consommations de l'énergie pour l'élévation, le déplacement et la déformation des boulets' durevêtement ou des plaques de choc. Avec le plus grand succès la présente invention peut être mise en oeuvre dans les fabriques d'enrichissement et dans les usines d'agglomérés lors du traitement des minerais des métaux ferreux et non ferreux. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées au procédé, qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, et au dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de broyage de matériau par la méthode de collision mutuelle de ces composants dans un volume clos, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on forme à partir du matériau amené en continu une colonne cylindrique verticale dont la partie inférieure est mise en rotation à l'aide d'un rotor en forme d'un cône tronqué dont la vitesse angulaire est telle que la pression de la composante verticale de la force centrifuge est superieure à la pression exercée par le poids de la colonne formée, ce qui aboutit la création d'une zone horizontale active de broyage dans laquelle existe une action dynamique agissant sur le matériau à broyer et un gradient variable de la vitesse circonférentielle de ses composants. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse circonférentielle sur la périphérie du rotor est choisie dans la gamme comprise entre 10 et 70 m/s. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de la colonne du matériau, au niveau de la surface supérieure du rotor, est maintenue dans la gamme comprise entre 0,05 et 0,15 MPa. 4. Dispositif de broyage de matériau, selon la revendication 1, comprenant un corps cylindrique vertical b l'intErieur duquel est monté coaxialement un arbre sur lequel sont fixés un rotor en cuvette et un dispositif de commande, ce dispositif de broyage étant caractérisé en ce que, au-dessus du rotor, se trouve monté concentriquement un cylindre creux relié au corps par des cloisons verticales divisant le volume de travail du corps en chambres contiguës, tandis que le rotor proprement dit est disposé par rapport aux cloisons du corps de façon à former entreellesune zone horizontale de broyage actif, la cavité inférieure dudit. rotor étant alors composé des sections et la partie inférieure de chaque section est traversée par un trou servant a amener l'agent de transport dans la zone de broyage actif. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections du rotor sont délimitées par des cloisons verticales. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur la périphérie de la zone de broyage actif du matériau,une saillie annulaire conique est fixée au corps.