Brevet FR2746329A1 — publié le 19970926

L'invention a pour objet un procédé et une installation à marche continue pour réduire une matière minérale en grains de différentes grosseurs et diviser le produit broyé en plusieurs fractions granulométriques constituées chacune par des grains dont les dimensions sont comprises entre une limite supérieure et une limite inférieure prédéterminées Dans de nombreuses applications on doit produire, à partir d'une matière minérale, des grains dont les dimensions sont comprises dans des limites bien déterminées. Lorsque les grains sont relativement gros (du millimètre à quelques dizaines de millimètres) on sait les produire par concassage et les classer en différentes tranches par criblage. Lorsqu'il faut réduire la matière première en poudre (du micron à quelques dizaines de microns), on effectue un broyage, généralement aprés plusieurs étapes de concassage et de broyage, puis un classement, par exemple au moyen d'un ou plusieurs séparateurs pneumatiques. Pour produire simultanément des grains relativement gros et de la poudre, on doit utiliser au minimum deux appareils de réduction: un concasseur et un broyeur. Le but de l'invention est de permettre la production simultanée de plusieurs fractions de granulométnes différentes, depuis une fraction dont les grains ont une grosseur pouvant allerjusqu'à plusieurs dizaines de mmjusqu'à une fraction dont les grains ont des dimensions de l'ordre du micron à quelques centaines de microns, au moyen d'un seul appareil de fragmentation et d'appareils de classification. Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce que, en partant d'un produit brut dont les morceaux ont des dimensions inférieures ou au plus égales à 150 mm, on le soumet à un broyage par écrasanent en couche de matière, on divise les produits broyés en plusieurs fractions comportant au moins une fraction grossière dont les grains ont une grosseur comprise entre 0,5 mm et plusieurs dizaines de mm et une fraction fine ayant une limite supérieure allant de 300 um à quelques dizaines de Zm, enOsélectionnant les paramètres de l'opération de broyage de telle sorte que, pour toutes les fractions, le débit produit soit supérieur ou au moins égal au débit voulu, et on renvoie à l'alimentation du broyeur les grains dont les dimensions sont supérieures à la limite supérieure de la fraction grossière et éventuellement la totalité ou une partie des fractions dont les grains ont des dimensions comprises entre la limite inférieure de la fraction grossière et la limite supérieure de la fraction fine. L'expression broyage par écrasement en couche de matière désigne les procédés de broyage sus ans lesquels une couche multigranulaire de produit à broyer est comprimée entre deux surfaces avec une pression suffisante pour provoquer la fragmentation des grains qui sont réduits en grains plus petits. Les appareils connus pour la mise en oeuvre de ces procédés sont les broyeurs à meules, les broyeurs verticaux à billes ou galets, les broyeurs à anneau, les presses à cylindres et les broyeurs à cône vibrant. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit dessus caractérisé en ce qu'elle comporte un broyeur effectuant un broyage en couche de matière et au moins deux appareils de classification, l'un de ces appareils étant apte à séparer des produits provenant du broyeur ceux dont la grosseur des grains est supérieure à la limite supérieure de la fraction grossière, qui sont renvoyés à l'entrée du broyeur, et l'autre appareil de classification étant apte à séparer des produits broyés les grains constituant la fraction fine. Dans le cas d'un produit sec, I'un des appareils de classification sera un crible et l'autre pourra être un séparateur pneumatique. Dans le cas d'un procédé en voie humide l'un des appareiis pourra être un cnble ou un appareil de classification hydraulique et l'autre pourra être un hydrocyclone. La description qui suit se réfere aux dessins qui l'accompagnent et dont les 5 figures sont des schémas d'installations pour la mise en oeuvre de l'invention. Le schéma de la figure 1 montre une installation simplifiée et constituée essentiellement par un broyeur 10, un séparateur pneumatique 12 et un crible 14. Le broyeur est, par exemple, un broyeur à anneau du type décrit dans les brevets français n" 90 14004 et 91 09788. ll est constitué par un tambour à axe sensiblement horizontal à l'intérieur duquel est aménagée une piste annulaire sur laquelle un galet, dont l'axe est parallèle à celui du tambour, est pressé par des ressorts ou des vérins. La matière à broyer M est introduite dans le tambour qui tourne à une vitesse suffisamment élevée (vitesse supérieure à la vitesse critique) pour que la matière forme sur toute la piste une couche sur laquelle roule le galet. Les produits broyés sont évacués et amenés au séparateur 12 par un courant d'air ou autre gaz circulant dans le tambour. Le séparateur 12 est du type décrit dans le brevet fiançais n" 90 01673. B comporte un rotor à axe vertical muni de pales sur sa périphérie et entouré par des aubes verticales, fixes mais orientables. Le courant d'air chargé du produit broyé est admis dans le carter du séparateur par le bas, traverse la couronne d'aubes de l'extérieur vers l'intérieur, puis pénètre dans le rotor et est finalement évacué par une ouverture centrale du rotor. Les grains dont les dimensions sont supérieures à une dimension prédéterminée (maille de coupure) sont projetés par la force centrifuge contre les aubes et tombent dans la partie inférieure du carter d'où ils sont évacués par une sortie 16 Les particules dont les dimensions sont inférieures à la maille de coupure sont entraînées par le courant d'air à l'intérieur du rotor et évacuées avec celui-ci par une sortie 17 Elles constituent la fraction fine F3 du produit broyé qui est séparée du courant d'air dans un filtre dépoussiéreur, leurs dimensions peuvent varier, par exemple, de l llm à 100 um Les produits évacués par la sortie 16 du séparateur 12 alimentent le crible 14 Celui-ci est équipé de 2 toiles ou grilles permettant de diviser les produits provenant du séparateur 12 en 3 fractions : les refus constitués par les plus gros morceaux (par exemple supérieurs à 10 mm) qui sont renvoyés à l'alimentation du broyeur, une fraction grossière Fl dont les dimensions sont comprises, par exemple, entre 1 et 10 mm, et une fraction moyenne F2 dont les dimensions sont comprises entre 0,1 et 1 mm. L'installation dont le schéma est représenté sur la figure 2 permet de produire simultanément 6 fractions de granulométries différentes. Elle est constituée par un broyeur à cône vibrant 18 du type décrit dans les brevets français n" 93 03375 et nO 9506964 au nom du demandeur. Le produit brut est amené par un transporteur 20 qui alimente le broyeur à travers un organe diviseur 22 permettant à une partie du produit brut de courtcircuiter le broyeur. Le produit broyé ainsi que la fraction du produit brut court-circuitant le broyeur sont amenés par un élévateur 4 sur un crible 26 à deux toiles ou grilles Les refus du crible, sont renvoyés à l'alimentation du broyeur au moyen d'un transporteur 28. Les produits traversant les deux grilles du crible alimentent un séparateur pneumatique 30, qui peut entre, par exemple, du type décrit dessus en réfërence à la figure 1. La fraction à granulométrie intermédiaire est stockée dans un silo 32. A titre d'exemple, les refus du crible pourront être constitués par des morceaux dont les dimensions sont comprises entre 15 et 30 mm, les grains du produit alimentant le séparateur 30 ayant une grosseur inférieure à 15 mm. Dans le séparateur 30 le produit est séparé en une fraction fine qui est transportée pnauMtiquentjusqu'à un second séparateur à air 34 et une fraction grossière qui alimente un crible 36 à deux toiles ou grilles produisant 3 fractions de granulométries différentes, par exemple de 5 à 15 mrn, de 1,5 à 5 mmetde0,2à 1,5 mm qui sont stockées dans des silos 38, 40 et 42, respectivement. Dans le séparateur 34, la fraction fine est débarrassée des poussières (fraction ultra fine, par exemple inférieure à 0,02 mm) qui sont récupérées au moyen d'un filtre 44 les fractions fines et ultra-fines sont stockées dans des silos 46 et 48. Les silos 32, 38, 40, 42 et 46 sont munis chacun d'un trop plein qui alimente le transporteur 28 permettant de renvoyer à l'entrée du broyeur l'excédent de production, par rapport aux besoins des différentes fractions granulométriques Lorsque les silos doivent travailler à niveau constant, un système de purge latérale à extraction contrôlée placée en fond de silo permet d'évacuer l'excédent de production de chaque fraction et d'assurer la régulation de niveau. Les excédents de chaque fraction sont, dans ce cas aussi, recyclés à l'alimentation du broyeur Le silo de stockage de la fraction ultra-fine 48 n'est pas pourvu d'un trop plein ni d'un système de purge et un régulateur de niveau provoque l'arrêt de l'installation lorsque le niveau des produits atteint une limite supérieure. Un système de régulation permet de maintenir à une valeur prédéfinie le débit total traversant le broyeur en agissant sur le débit d'alimentation en produit brut. Ce système peut comporter une trémie de gavage du broyeur maintenue à niveau ou poids constant ou des moyens de mesure du débit total recyclé à l'alimentation du broyeur. Par ailleurs, le réglage des paramètres déterminant les conditions de marche du broyeur ouverture de sortie, fréquence des vibrations, force de fragmentation et le réglage du débit du produit brut court-circuitant le broyeur permettent d'optimiser la distribution granulométrique du mélange produit broyé-produit brut alimentant le crible 26, de façon a minimiser le débit des produits recyclés à l'entrée du broyeur. L'installation représentée sur la figure 3 illustre une application de l'invention à la préparation des fractions de coke pour la fabrication des anodes utilisées pour la production de l'aluminium par électrolyse; ; elle permet de produire quatre fractions de coke de granulométries différentes. Cette installation ne diffère de celle de la figure 2 que par la suppression du second séparateur à air 34 et l'utilisation, à la place du crible 26 d'un crible 26' à une seule toile ou grille. A partir du coke soutiré des silos 50 et 52 et dont les morceaux n'excèdent pas 30 mIn, cette installation permet de produire en continu quatre fractions formées de grains dont les dimensions sont comprises entre 5 et 1,5 et 5 mm, 0,2 et 1,5 mm et inférieures à 0,2 mm et qui sont stockées dans les silos 38', 40', 42' et 48', respectivement. Dans l'installation de la figure 4, le broyeur 54 est un broyeur à anneau du type décrit ci-dessus en réfërence à la figure 1. Le broyeur alimente, au moyen d'un élévateur à godets 24", un cnble 26" dont les refus sont ramenés à l'entrée du broyeur par un transporteur à bande 28" Le passant du crible alimente un séparateur pneumatique 30" La fraction fine extraite pneumatiquement du séparateur 30" est débarrassée des poussières (fractions ultrafines) dans un second séparateur pneumatique 34" , cette fraction ultra-fine est séparée du courant d'air au moyen d'un filtre 44" et stockée dans un silo 48" tandis que la fraction fine (refus du séparateur 34") est stockée dans un silo 46" Les refus du séparateur 30" sont amenés à un crible 56 à deux grilles ou toiles. Les refus du crible sont déchargés sur le transporteur 28", la fraction intermédiaire est stockée dans un silo 32n et la fraction à granulométrie inférieure, qui a traversé les 2 grilles du crible 56 alimente un second crible 58 où elle est divisée en trois nouvelles fractions qui sont stockées dans des silos 38", 40" et 42", respectivement. Cette installation peut ètre utilisée, par exemple, pour la préparation de charges minérales. En équipant le crible 26" d'une grille à mailles de 10 mm, le crible 56 de deux toiles à mailles de 1 et 2 mm et le crible 58 de deux toiles à mailles de 0,3 et 0,5 mm, on pourra produire, avec cette installation six fractions dont les grosseurs de grains seront comprises entre 1 et 2 mm, 0,5 et 1 mm, 0,3 et 0,5 mm, 0,1 et 0,3 mm, 0,02 et 0,10 mm et inférieures à 0,02 mm, respectivement. Les silos, à l'exception du silo 48" sont munis de tropplein permettant de renvoyer au broyeur les excédents de production de chaque tranche, au moyen du transporteur 28". Un système de régulation du débit d'alimentation du broyeur permet de l'adapter aux besoins. Le réglage des paramètres du broyeur -force appliquée sur le galet, temps de sjour- permet d'optimiser la distribution granulométrique du produit broyé de façon à ce qu'elle réponde aux besoins. Contrairement aux installations décrites ci-dessus qui travaillent sur des matières sèches, l'installation dont le schéma est donné sur la figure 5 permet de traiter des matières humides. Ene comprend un broyeur 60, par exemple un broyeur à cône vibrant, travaillant en voie humide, un crible à deux grilles 62, deux hydrocyclones 64 et 66 et un classificateur hydraulique 68 ; des tuyauteries relient ces appareils entre eux et des pompes assurent la circulation des produits. Le produit brut M est amené à l'entrée du broyeur sous forme de pulpe ou en morceaux dans ce dernier cas de l'eau est ajoutée au produit brut dans le broyeur. Le produit broyé est amené sur le crible 62. Le refus du crible est renvoyé à l'alimentation du broyeur. Le produit ayant traversé les deux grilles du crible est envoyé à l'entrée de l'hydrocyclone 64. La fraction du produit formée des grains qui ont traversé la grille supérieure du crible 62 mais qui sont plus gros que les mailles de la grille inférieure, est soumise à un égouttage etlou une filtration pour éliminer une partie de l'eau qui est généralement recyclée. Cette fraction constitue la fraction grossière F1 et une partie peutetre renvoyée à l'alimentation du broyeur 60 La sousverse de l'hydrocyclone 64 alimente le classificateur hydraulique 68, tandis que sa surverse est envoyée à l'entrée de l'hydrocyclone 66 La surverse et la sousverse de l'hydrocyclone 66 constituent deux fractions fines F3 et F3' qui sont soumises, séparément, à une filtration ou à une décantation pour éliminer l'eau qui est recyclée. La surverse de l'hydrocyclone 66 pourra éventuellement être traitée au moyen d'une centrifugeuse 70 donnant deux fractions ultrafines F4 et F4'. Dans le classificateur hydraulique 68, la sousverse de lthydrocyclone 64 est divisée en deux fractions intermédiaires F2 et F2' qui sont également soumises à une filtration pour en éliminer l'eau. Une partie de la sousverse du classificateur 68 pourra cependant hêtre renvoyée à l'alimentation du broyeur 60. II est bien entendu que les installations décrites ci-dessus ne sont que des exemples, non-limitatifs, d'application de l'invention et que de nombreux autres schémas peuvent être adoptés sans sortir du cadre de riwention telle que définie par les revendications. RE,ENDICATlONS 1 Procédé pour réduire par broyage une matière minérale en grains de différentes grosseurs et diviser le produit broyé en plusieurs fractions constituées chacune par des grains dont les dimensions sont comprises entre une limite supérieure et une limite inférieure prédéterminées, caractérisé en ce que, en partant d'un produit brut dont les morceaux ont des dimensions inférieures ou au plus égales à 150 mm, on le soumet à un broyage par écrasement en couche de matière, on divise les produits broyés en plusieurs fractions comportant au moins une fraction grossière dont les grains ont une grosseur comprise entre 0,5 mm et quelques dizaines de mm et une fraction fine ayant une limite supérieure alliant d'environ 300 um à quelques dizaines de ,um, en sélectionnant les paramètres de l'opération de broyage de telle sorte que, pour toutes les fractions, le débit produit soit supérieur ou au moins égal au débit voulu, et on renvoie à l'alimentation du broyeur les grains dont les dimensions sont' supérieures à la limite supérieure de la fraction grossière et éventuellement la totalité ou une partie des fractions dont les grains ont des dimensions comprises entre la limite inférieure de la fraction grossière et la limite supérieure de la fraction fine. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un seul appareil de fragmentation (10, 18, 18', 56) effectuant un broyage en couche de matière, et au moins deux appareils de classification, l'un de ces appareils (14, 26, 26', 26") étant apte à séparer des produits provenant du broyeur ceux dont la grosseur des grains est supéneure à la limite supérieure de la fraction grossière, qui sont renvoyés à l'entrée du broyeur, et l'autre appareil de classification (12, 30, 30', 30") étant apte à séparer des produits broyés les grains constituant la fraction fine. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier appareil de classification est un crible. 4. Installation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier appareil de classification est un classificateur hydraulique. 5. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le classificateur apte à séparer la fraction fine est un séparateur pneumatique. 6. Installation selon la revendication 2 ou 4, caractérisée en ce que le classificateur apte à séparer la fraction fine est un hydrocyclone ou un appareil centriflge