En 2010, la direction de New Dawn Mining, comme celle de plusieurs sociétés minières, cherchait des façons d'augmenter sans trop de dépenses la production de ses mines. La mine aurifère Turk, après presque 80 ans de production intermittente, était le candidat idéal. Elle disposait d'environ 400 000 tonnes de résidus historiques pouvant être broyés plus finement et transformés à nouveau, et le circuit des broyeurs semblait pouvoir offrir un meilleur rendement global avec l'ajout d'un broyeur agitateur.

« La mine Turk est un gisement de minerai contenant du sulfure », explique Ian Saunders, président et directeur général de New Dawn Mining. « On peut libérer l'or et obtenir une récupération acceptable, à condition de disposer de la technologie adaptée pour le transformer à l'état ultrafin à un coût raisonnable. » Ce qui n'est pas toujours réalisable.

Depuis l'acquisition de la mine en 1996, la filiale Casmyn Mining Zimbabwe de New Dawn utilise des broyeurs à boulets classiques, réduisant le minerai particulièrement dur (indice de broyabilité de Bond de 22,5) à 45 microns (P90) au moyen de boulets d'acier de 80 à 100 millimètres. L'utilisation de broyeurs à boulets pour obtenir des particules aussi petites n'est toutefois pas efficace des points de vue énergétique et opérationnel. M. Saunders explique que « toute déviation des paramètres "idéaux" engendre une détérioration rapide du rendement du broyeur. »

Heureusement, une autre technologie de broyage a commencé à s'imposer. Bien que les broyeurs agitateurs existent, sous une forme ou une autre, depuis plusieurs années, les mines hésitent à les adopter en raison des coûts élevés en capitaux et de leur grande consommation d'énergie. Un projet pilote mené à la mine Turk en 2010 a toutefois prouvé qu'un nouveau broyeur agitateur à axe vertical de l'entreprise sud-africaine Deswick pouvait récupérer l'or des résidus de la société à un coût différentiel d'environ la moitié du prix de l'or. New Dawn a commandé en 2011 un appareil de Knelson Milling Solutions, une entreprise commune de Deswik et de l'entreprise canadienne Knelson.

Peu après, ce partenariat a été acquis par FLSmidth. Les nouveaux propriétaires, qui souhaitaient fabriquer et optimiser correctement leurs nouveaux broyeurs, ont proposé de mener une étude d'optimisation sur place en vue de recueillir des données de terrain. New Dawn a accepté, heureuse d'obtenir de l'aide pour profiter d'un rendement optimal de son achat.

Classique ou agitateur ?

Les broyeurs agitateurs sont particulièrement efficaces pour un broyage fin et ultrafin là où le rendement des broyeurs à boulets classiques diminue normalement, à savoir en dessous de 100 microns. La taille de sortie des particules dans un broyeur à boulets dépend en grande partie de la taille des boules d'acier utilisées comme corps broyant. Un gros corps broyant peut transmettre plus d'énergie à la charge d'alimentation, la broyant efficacement, mais les plus petites particules sont difficiles à coincer entre les boules. C'est ce qui limite la taille à laquelle la charge d'alimentation peut être broyée. Même si les plus petits corps broyants coincent plus facilement les plus petites particules, ils ne peuvent transmettre suffisamment d'énergie pour broyer efficacement la charge d'alimentation dans un broyeur à boulets à axe horizontal alimenté par gravité.

Les broyeurs agitateurs, comme le modèle VXP2500 acheté par New Dawn, surmontent ces problèmes en utilisant de plus petits corps broyants en céramique (de deux à quatre millimètres de diamètre) tout en se servant de disques tournants pour transmettre un surplus d'énergie à la formule. Douze disques épais et perforés, dont le diamètre est légèrement plus petit que la paroi intérieure du broyeur, sont répartis le long d'un arbre vertical au centre du broyeur. Les disques tournent dans la boue, brassant le mélange et écrasant la charge d'alimentation entre les corps broyants, et entre les disques et la paroi.

« L'avantage est que nous pouvons intégrer au processus de broyage une énergie par unité de volume beaucoup plus élevée », explique David Rahal, chef de produit pour les appareils de broyage fin chez FLSmidth.

En optimisant un broyeur agitateur pour une utilisation précise, une modification relativement mineure à la conception peut cependant faire intervenir toute une série de facteurs qu'il faudra prendre en compte. En plus de la dureté et de la grosseur de la charge d'alimentation, plusieurs paramètres en rapport étroit influencent le rendement de broyage d'un broyeur agitateur. Le diamètre du disque, le débit de l'alimentation, la vitesse périphérique des disques, le type de corps broyants et le niveau de remplissage des corps jouent tous un rôle dans le rendement global, tout comme les relations entre chacune de ces variables. Ces éléments influencent tous la quantité d'énergie nécessaire et les coûts d'exploitation.

Tester les limites

Un logiciel statistique a servi à mettre au point une matrice d'essai en vue d'étudier les compromis entre la production et le coût. Des paramètres ont été établis pour chaque valeur mesurée (chaque combinaison unique de diamètre de disque, de débit d'alimentation, et ainsi de suite), et on a laissé le broyeur se stabiliser pendant 30 minutes. Une fois le broyeur stabilisé, l'alimentation et le rejet ont été échantillonnés 4 fois à intervalles de 15 minutes à l'aide de la technique de granulométrie par diffraction laser Malvern Mastersizer pour déterminer la taille des particules. La moyenne des quatre échantillons a été déterminée pour chaque valeur mesurée, et une analyse statistique des résultats a été réalisée pour isoler l'effet de chaque paramètre sur la consommation précise d'énergie (énergie utilisée par quantité transformée).

Malgré quelques problèmes logistiques propres aux domaines peu développés, les ingénieurs de FLSmidth ont obtenu la majorité des informations recherchées. L'étude indiquait entre autres que les disques de plus grande taille étaient en fait moins efficaces (trop de puissance était transférée à la paroi du broyeur). Par conséquent, New Dawn a réduit la taille des disques à la mine Turk de 950 mm à 920 mm, et FLSmidth a aussi depuis réduit le diamètre des disques dans d'autres installations.

De plus, comme il n'existe pas de différence notable en termes d'efficacité de broyage entre les différentes vitesses périphériques, le broyeur de la mine Turk fonctionne maintenant à une vitesse périphérique réduite à dix mètres par seconde (m/s) afin de réduire l'usure et la consommation d'énergie. Le broyeur utilise aussi des corps broyants plus légers, ou moins denses, permettant ainsi le remplissage du broyeur à un volume plus élevé, ce qui augmente le débit.

Plus d'options, plus de valeur

Grâce à tous les changements recommandés par l'étude, le broyeur agitateur de la mine Turk produit maintenant environ 400 g d'or par jour à partir des résidus retraités sur une production totale d'à peu près 1,45 kg. M. Saunders s'attend à ce que le programme de retraitement dure environ 36 à 48 mois avant que les stocks de résidus historiques ne soient écoulés. Ensuite, New Dawn a l'intention d'affecter le broyeur au circuit de broyage principal de la mine. En modifiant les principaux broyeurs à boulets pour un broyage plus grossier et en laissant le broyeur agitateur effectuer le broyage plus fin dans lequel il excelle, l'usine devrait arriver à la fois à augmenter le débit d'alimentation et l'efficacité du broyage.

« L'ajout du broyeur agitateur [au circuit de broyage principal] pourrait augmenter la capacité de 60 à 70 % sans coûts en capitaux supplémentaires », indique M. Saunders. « Cela transforme radicalement la conjoncture économique de la mine. »

Entre-temps, les données réelles qu'a recueillies FLSmidth servent à perfectionner les modèles de l'entreprise et à améliorer sa compréhension de la conception et de l'optimisation des broyeurs agitateurs. Certaines des tendances découvertes, comme l'effet du diamètre des disques, peuvent être immédiatement appliquées à d'autres sites. D'autres pourraient cependant nécessiter une optimisation sur place. M. Saunders semble perplexe quant au fait que les entreprises ne sont pas plus nombreuses à s'intéresser aux technologies émergentes. « Au vu de la qualité [déclinante] des corps minéralisés, l'élément différenciateur [en termes de valeur] entre les entreprises de nos jours est représenté par celles qui acceptent de sortir des sentiers battus et qui étudient ces technologies novatrices, malgré le risque qu'elles ne fonctionnent pas. »

Traduit par SDL