Présentation
EnglishRÉSUMÉ
L’opération de fragmentation répond à chaque fois à une utilisation industrielle spécifique, d’où la multiplicité des technologies, en fonction des critères attendus de production, de rendement et de qualité. De l’appareil qui casse la matière rocheuse en bloc, à celui qui déchiquette des métaux ou broie une poudre, il existe au final peu de points techniques en commun. Cet article expose un ensemble assez large de technologies classiques, de la fragmentation grossière, à la fine, en passant par l’ultrafine à sec, et l’ultrafine en milieu humide.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur honoraire - Ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM) INPL-CNRS UMR 7569
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Jacques YVON : Docteur ès Sciences - Professeur à l’ENSG, Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) - Directeur du Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), INPL-CNRS UMR 7569
INTRODUCTION
Les appareils de fragmentation sont adaptés à des besoins industriels spécifiques ; leurs technologies diffèrent selon le domaine d’utilisation. Ainsi, on ne peut imaginer un même appareil capable à la fois de diviser la matière en gros blocs et de la réduire en grains fins. De même, un appareil, conçu pour concasser ou broyer des matériaux rocheux caractérisés par une rupture fragile, ne conviendra pas pour déchiqueter des métaux ou pour défibrer et broyer des végétaux. Cependant, pour toutes les industries, la préoccupation commune à laquelle devra répondre l’appareil de fragmentation et son intégration dans un ensemble de production, sera la valeur d’usage du matériau fragmenté. À cette préoccupation s’ajouteront d’autres préoccupations plus spécifiques à l’industrie considérée.
Dans l’industrie minière, en plus de la nécessité de libérer suffisamment les minéraux à concentrer, il faut assurer un débit de matière important, obtenir une efficacité des opérations de fragmentation compte tenu des investissements toujours très lourds et des coûts opératoires élevés, résultant de la dépense énergétique, de l’usure, etc. Par exemple, pour ces raisons on a assisté depuis plus de 50 ans à un grignotage constant de l’emploi des broyeurs à boulets par celui des broyeurs autogènes et des broyeurs à impact.
Pour le broyage des déchets métalliques, on a dû imaginer des déchiqueteurs très résistants au choc et à l’usure, assurant des débits élevés, pouvant traiter un matériau de composition extrêmement variable.
Le broyage en cimenterie fait appel à des technologies permettant d’éviter une très grande usure et une dépense énergétique élevée, tout en réalisant des débits de matières importants.
Aux précédents emplois pour lesquels domine la préoccupation de mettre en œuvre des appareils capables de traiter des grandes masses de matières, on peut opposer les applications pour lesquelles on recherche des appareils capables en priorité de fournir un matériau broyé de qualité, à haute valeur ajoutée. Dans les industries des charges minérales, de la céramique, il s’ajoute, aux impératifs de finesse, des impératifs de distributions granulaires très étroites, de morphologie particulière pour les grains, de caractéristiques superficielles bien contrôlées.
Dans les industries alimentaires et pharmaceutiques, la technologie des appareils sera tout à fait particulière : la finesse demeure un critère très important, mais l’appareil de broyage devra être facilement démontable et nettoyable et fournir un produit très homogène. En revanche, le débit ne sera pas un paramètre primordial, dans la plupart des cas.
Le présent dossier, qui expose un ensemble assez large de technologies classiques, est complété par un dossier des applications aux minerais métalliques Fragmentation appliquée aux minerais métalliques et un autre dossier traitant des applications aux minéraux industriels et à des substances diverses Fragmentation- Applications aux substances industrielles.
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Présentation
1. Introduction
Les modes de fragmentation classiques consistent à soumettre le solide à fragmenter à une contrainte créée par des forces de contact. Le champ de contraintes résultant est généralement anisotrope et fonction de paramètres intrinsèques du matériau, du nombre et de la direction des forces, de la vitesse de déformation.
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La technologie des appareils de fragmentation tient compte des paramètres suivants.
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Paramètres intrinsèques du matériau
Ils déterminent son comportement lors de la déformation. Le champ de contraintes, auquel on soumet le solide, joue sur les discontinuités pour initier et propager des fissures dont la distribution détermine la dimension, la forme des fragments et la nature des surfaces nouvellement créées.
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Énergie requise pour fracturer le matériau
Elle est dégagée par le champ de contraintes.
La distribution des types de liaisons dans un solide massif, entre les entités cristallines d’un minéral ou à l’intérieur même d’un édifice monocristallin, induit une anisotropie dont dépend la réponse aux sollicitations mécaniques. Comme la fragmentation résulte de la conversion, en énergie de surface, d’énergie élastique stockée dans un volume, il existe une limite inférieure de taille pour laquelle le volume ne peut plus emmagasiner l’énergie nécessaire à vaincre la cohésion. On observe donc des sauts d’énergie entre les différentes échelles de rupture, qui s’analysent en termes d’initialisation et de propagation [8] ou Fragmentation- Aspects théoriques. Entre les domaines définis par les sauts d’énergie efficace, on relève des domaines d’inefficacité où l’énergie est dépensée en pure perte, voire en nuisances, et dont la part (97,3 %) dans le bilan énergétique d’un broyeur à boulets pour broyage fin est la suivante :
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perte par frottement...
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ABOUZEID (A.Z.M.), FUERSTENAU (D.W.) - Mixture grinding in the high-pressure roll mill - . Proc. of the XXIth IMPC, Rome, A4, pp. 60-68 (23-27 July 2000).
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(2) - ATKINSON (T.) - Crushing innovations - . E/MJ, pp. 55-56 (sept. 1996).
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(3) - BARRATT (D.), SHERMAN (M.) - Selection and sizing of autogenous and semi autogenous mills - . In Mineral Processing Plant Design, Practice and Control. Ed. SME, vol. 1, pp. 755-782 (2002).
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(4) - BEERKIRCHER (G.), O’BRYAN (K.), KING LIM - Selection and sizing of secondary and tertiary cone crushers - . In Mineral Processing Plant Design, Practice and Control, Ed. SME, vol. 1, pp. 621-627 (2002).
-
(5) - BECKER (P.) - Phosphates and phosphoric acid - . Edts. Marcel Dekker Inc., Fertilizer science and technology series, vol. 3, pp. 260-275 (1983).
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(6) - BLANC (E.C.) - Technologie...
ANNEXES
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