Dans les secteurs de l'industrie minière, de la construction et du recyclage, les matières premières proviennent souvent de formes massives et lourdes - les roches. La métamorphose de la masse géologique sauvage est une étape fondamentale, bien qu'initiale, nécessaire pour transformer ces matières premières en agrégats utilisables, en minerais raffinés ou même en déchets nécessitant un traitement ultérieur.
Le concasseur de roches est une puissante machine de la révolution industrielle conçue pour réduire les grosses pierres en petits cailloux, et il est responsable des premières étapes de ce processus.
L'examen et l'analyse des mécanismes de concassage des roches constituent la première étape du processus de prise de décision, contrairement à ce que les gens perçoivent comme étant théorique. Cela vous permettra de choisir l'équipement approprié pour une tâche spécifique et d'inspecter l'efficacité, le coût et la valeur du produit final, qui sont largement influencés par de telles décisions. Dans cet article, je détaillerai le fonctionnement d'un concasseur de roches et je vous donnerai les moyens de prendre la décision, guidée par des principes, de sélectionner la machine appropriée.
Comprendre les concasseurs de roche : Ce qu'ils sont et pourquoi ils sont importants
Un concasseur de pierre est un équipement industriel qui réduit mécaniquement la taille des grosses roches et autres matériaux. Lorsque la pierre, le minerai ou le ciment sont concassés, ils sont transformés en un matériau fin composé de minuscules morceaux, qui peuvent être du sable, du gravier ou d'autres tailles sur mesure nécessaires pour les travaux industriels ou de construction.
De la préparation du minerai dans l'exploitation minière à la récupération du béton et de l'asphalte dans le recyclage, les concasseurs de pierre sont très utiles dans divers domaines. Dans le secteur de la construction, les concasseurs de pierre décomposent de gros morceaux de pierre pour créer des agrégats de construction pour le béton.
Les matériaux fragmentés sont moins chers à transporter ; par conséquent, un broyage efficace augmente les bénéfices et optimise les processus en aval. Ils offrent également un éventail de matériaux d'alimentation initiaux à traiter et des caractéristiques de sortie uniques, alors que la plupart d'entre eux traitent des matériaux grossiers.
Voici un résumé des types les plus courants et de ce qu'ils traitent généralement :
| Type de concasseur | Méthode de concassage primaire | Taille typique du matériau d'alimentation (Approx.) | Gamme de dureté des matériaux (échelle de Mohs approx.) | Matériaux courants traités | Stades appropriés |
|---|---|---|---|---|---|
| Concasseur à mâchoires | Compression | Jusqu'à 1500 mm (alimentation primaire) | 5 - 8 (très dur à dur et abrasif) | Granit, basalte, minerai dur, béton, asphalte | Primaire |
| Concasseur giratoire | Compression | Jusqu'à >1500 mm (grande alimentation primaire) | 5 - 8 (très dur à dur et abrasif) | Minerai minier à haute capacité, roche dure | Primaire |
| Concasseur à cône | Compression | 50 mm - 400 mm (sortie du primaire) | 5 - 8 (dur à moyennement dur et abrasif) | Granit, basalte, minerai, gravier | Secondaire, Tertiaire |
| Concasseur à percussion (HSI) | Impact | Jusqu'à 500 mm (alimentation secondaire/tertiaire) | 3 - 5 (moyennement dur à doux, moins abrasif) | Calcaire, béton, asphalte, roche tendre | Secondaire, Tertiaire |
| Concasseur à percussion (VSI) | Impact / Attrition | 0 mm - 80 mm (sortie du secondaire/tertiaire) | 5 - 8 (dur à moyennement dur et abrasif) | Sable manufacturé, granulats fins, roches abrasives façonnées | Tertiaire, Quaternaire |
| Concasseur à rouleaux | Compression / Cisaillement | 0 mm - 150 mm | 2 - 4 (mou à moyennement dur, friable) | Charbon, phosphate, argile, minerais friables | Secondaire, Tertiaire |
Comment les roches se brisent : Les méthodes de base
Avec une force suffisante, les concasseurs mécaniques sont capables de briser les roches. Le processus doit prendre en compte différents principes mécaniques qui permettent d'atteindre cet objectif :
● Compression : Les roches peuvent être comprimées entre des surfaces solides. En réduisant l'espace entre deux plaques parallèles contenant les roches, les particules de roches subissent une augmentation de la pression jusqu'à ce que leurs liaisons internes se brisent et fracturent le matériau. C'est comme si l'on mettait une noix dans un casse-noix : la coquille (la roche) se brise sous l'effet de la pression. Cette force de compression entraîne la séparation ou le changement d'alignement des molécules de la roche.
● L'impact : Avec cette méthode, les roches sont brisées en donnant un coup violent ou une série de coups à grande vitesse pour obtenir des résultats favorables. Au cours de cette partie de la procédure, la roche est brisée comme du verre au niveau des points faibles et des fractures existants. On peut s'imaginer en train de frapper une petite pierre avec un marteau. La pierre se brise sous l'effet de l'impact. Dans l'Antiquité, les marteaux à percussion constituaient une méthode extrêmement innovante qui a établi la norme en matière d'application de l'impact.
● Cisaillement / Attrition : Cela se produit lorsque des forces sont appliquées parallèlement à la surface, entraînant le glissement des couches de matériaux et leur séparation ultérieure, ou lorsque les roches frottent les unes contre les autres ou contre certaines surfaces à l'intérieur des pièces d'usure du concasseur. Cette méthode est particulièrement efficace pour produire des matériaux plus fins et améliorer la forme des particules.
● Broyage : Plus typique des broyeurs, qui sont utilisés comme équipement auxiliaire après le concassage, le broyage est décrit comme une réduction de la taille causée par l'action de frottement et d'abrasion qui convertit le matériau en poussière de roche ou en poudre très fine. Certains concasseurs utilisent l'attrition, qui est une forme de broyage des grosses particules.
Il existe plusieurs classifications de concasseurs en fonction de leur mode de transformation de l'énergie, qui s'appuient généralement sur un ou plusieurs des principes susmentionnés pour réduire la taille des pièces.
Compression des roches : Action des mâchoires et des cônes
La compression est peut-être la méthode la plus intuitive de concassage des roches, et c'est la force principale employée par deux des types de concasseurs les plus courants : le concasseur à mâchoires et le concasseur à cône.
Concasseur à mâchoires :
Les concasseurs à mâchoires comportent une mâchoire fixe et une mâchoire mobile (mâchoire pivotante) pour créer une chambre de concassage en forme de V. Cette zone d'alimentation fixe accueille les grosses roches entrantes. Cette zone d'alimentation fixe accueille les grosses roches entrantes. La mâchoire oscillante, ascendante, ou de basculement, qui fonctionne par l'intermédiaire d'une plaque à genouillère et d'un système d'arbre excentrique, comprime les roches qui sont ajoutées dans la partie supérieure de la chambre. Souvent revêtues de pièces en acier au manganèse résistant à l'usure, les mâchoires s'usent cependant. Les concasseurs à mâchoires reposent sur le mouvement alternatif de la mâchoire mobile. Au cours de chaque cycle de la mâchoire, les roches sont compactées jusqu'à ce qu'elles deviennent des fragments plus petits qui peuvent tomber pour être comprimés davantage dans une autre chambre conique par le mouvement de la mâchoire pivotante. Le mouvement de compression de la mâchoire pivotante se répète jusqu'à ce que le matériau soit suffisamment pulvérisé pour être déchargé par l'espace de sortie variable contrôlé au bas des mâchoires, défini par le réglage du côté fermé (CSS). L'un des concasseurs à mâchoires Blake, conçu et breveté par Eli Whitney Blake, illustre ce principe avec son point de pivot supérieur qui produit une action de broyage "plongeante" centrée sur l'apex, par opposition à l'action de broyage "ascendante" centrifuge du pivot inférieur de Dodge.
Concasseur à cône :
Généralement utilisés aux stades secondaire et tertiaire du concassage, les concasseurs à cône effectuent également des tâches de compression, mais de manière plus raffinée et continue. Il se compose d'un manteau de cône (la partie mobile du broyeur) et d'un revêtement de bol à surface concave (la partie qui reste stationnaire). La partie stationnaire entourant le cône, également appelée bol, contient un arbre central. Un arbre excentrique actionne le manteau qui fait simultanément tourner l'arbre, ce qui a pour effet de modifier constamment l'espace entre celui-ci et le bol, l'espace se déplaçant en fonction de la rotation de l'arbre. Au départ, le matériau est introduit par l'ouverture supérieure du cadre et est aspiré dans l'espace entre le bol et le manteau où il est broyé. Le matériau peut tomber plus bas lorsque le manteau s'éloigne, mais cette étape ne permet pas de vider la chambre. Grâce à la compression et à l'écoulement cycliques, les matériaux sont poussés vers le haut par l'ouverture inférieure jusqu'à ce qu'ils soient suffisamment finement broyés pour être utilisables. Le cône est en quelque sorte un mortier et un pilon mécanisés, qui broie en continu et permet d'obtenir un rendement plus faible que celui traditionnellement obtenu avec les concasseurs à mâchoires.
Le broyage des roches : Comment les concasseurs à percussion brisent-ils les roches ?
Les concasseurs à percussion constituent une méthode de classification granulométrique totalement différente, car ils utilisent un impact à grande vitesse plutôt qu'une compression régulière. Les matériaux moins abrasifs comme le calcaire ou les agrégats qui doivent être cubiques sont mieux traités avec la compression par impact. Les deux principaux types de broyeurs sont les broyeurs à impact à arbre horizontal (HSI) et les broyeurs à impact à arbre vertical (VSI).
HSI :
Dans les impacteurs à axe horizontal (HSI), un rotor muni de barres de frappe ou de marteaux est fixé à son bord. Le rotor tourne rapidement et le matériau de départ placé dans la chambre de broyage est frappé avec une action rotative lourde par ces barres, ce qui envoie le matériau en direction des plaques d'impact ou des tabliers situés autour des parois de la chambre. La roche se brise sur les plaques et une nouvelle réduction se produit lorsque le matériau broyé rencontre à nouveau le rotor ou d'autres particules. C'est comme si des poings très puissants attaquaient la roche qui arrive. L'espacement entre les barres de soufflage et les plaques d'impact, qui détermine la taille de sortie, est souvent réglable.
VSI :
Les impacteurs à axe vertical (VSI) utilisent l'impact, mais ils fonctionnent selon un principe différent. Le matériau est placé au centre d'un rotor à grande vitesse qui l'accélère vers l'extérieur en direction de sabots ou de pointes résistants à l'usure. Le matériau est exceptionnellement éjecté du rotor à une vitesse fulgurante. Dans la chambre de broyage qui l'entoure, on frappe soit un lit de roche stationnaire (broyage pierre sur pierre, ce qui signifie que la nouvelle roche est écrasée contre le matériau précédemment broyé), soit des enclumes résistantes à l'usure (broyage pierre sur acier). En raison de l'immense vitesse de l'impact, la roche est vouée à se briser, en particulier au niveau des points de tension naturels. Les VSI tournent avec une action centrifuge qui ressemble un peu à une centrifugeuse qui projette le matériau vers l'extérieur. Cette méthode est excellente pour produire des produits cubiques et est souvent utilisée dans les étapes tertiaires ou quaternaires, ou pour la fabrication de sable.
Au-delà de l'impact : D'autres façons de broyer la pierre
Bien que la compression et l'impact soient les principes de base, d'autres variations ou combinaisons d'autres types de concasseurs sont utilisées pour s'adapter à des matériaux spécifiques.
Les concasseurs giratoires fonctionnent selon le même principe que les concasseurs à cône, à la différence près qu'ils sont beaucoup plus grands et qu'ils sont principalement utilisés pour le concassage primaire dans les opérations à grande échelle, souvent directement sous les pelles minières. Ils sont équipés d'une tête conique massive qui tourne autour de l'arbre principal à l'intérieur d'un revêtement de surface concave fixe. Leur construction robuste permet de traiter des matériaux grossiers provenant de mines à ciel ouvert. Comme les pelles primaires, ils traitent des matériaux de taille énorme.
Les concasseurs à cylindres, qu'ils soient à simple, double ou triple cylindres, atteignent ces objectifs principalement en utilisant les forces de compression et de cisaillement. Le matériau de départ est aspiré dans l'espace situé entre une ou plusieurs paires de rouleaux cylindriques contrarotatifs et est broyé à mesure que les rouleaux rotatifs exercent une pression croissante. Ils sont utiles pour le broyage de matériaux tels que le charbon, les minerais tendres et certains minéraux fragiles par nature, pour lesquels la production de fines n'est pas souhaitable ou doit être contrôlée.
Le processus de broyage étape par étape
Une machine individuelle ne permet pas d'obtenir une réduction de taille dans les opérations à grande échelle. Au lieu de cela, la réduction de la taille se fait par une série d'étapes de broyage. Cette procédure en plusieurs étapes permet d'optimiser l'efficacité, d'améliorer le contrôle de la gamme de tailles de sortie et de protéger les équipements en aval.
● Primaire Broyage : Au cours de cette première étape, le concassage primaire est chargé de traiter les matériaux du "Run Of Mine" (ROM) qui sont excavés ou dynamités. L'objectif de cette étape est de réduire les roches extrêmement grosses, qui constituent souvent la taille maximale des matières premières, à une taille gérable par les concasseurs secondaires. Les matériaux grossiers sont traités efficacement par des machines de concassage primaire telles que les concasseurs à mâchoires et les concasseurs rotatifs.
● Secondaire Broyage : La production provenant du concasseur primaire est traitée au cours de cette étape. Le concassage secondaire utilise également des concasseurs plus serrés et plus hauts puisque la taille du matériau a déjà été réduite. Ces broyeurs commencent par définir l'ordre préliminaire de la granulométrie de la production en réduisant davantage la taille. Les impacteurs à axe horizontal et les concasseurs à cône sont couramment utilisés à ce stade.
● Concassage tertiaire : Le concassage tertiaire est l'étape qui suit l'étape secondaire si l'on a besoin d'un matériau finement broyé ou de formes de particules spécifiques. Les concasseurs tertiaires typiques sont les concasseurs à cône à tête courte et les impacteurs à arbre vertical qui utilisent des niveaux élevés de rotation de la centrifugeuse d'impact pour projeter simultanément le matériau à des vitesses élevées.
Des machines de séparation sont présentes entre chaque pré-concassage pour trier le matériau qui a été concassé et qui a atteint la dimension préférée pour libérer le matériau du concasseur et des processus suivants, améliorant ainsi l'efficacité, réduisant l'usure et rationalisant le transport de l'opération.
Choisir son broyeur : Pourquoi l'expertise est utile
Il est important de comprendre le fonctionnement des différents concasseurs de roches, les principes qui sous-tendent leur fonctionnement et la manière dont ils s'intègrent dans des flux de travail à plusieurs étapes. Mais cette compréhension devient un défi lorsqu'il s'agit de sélectionner la machine de concassage appropriée pour un projet spécifique.
Pour faire le bon choix, il faut évaluer soigneusement de nombreux aspects : les caractéristiques des différents matériaux que vous envisagez de broyer (dureté, abrasivité, teneur en humidité, distribution des tailles d'alimentation), votre capacité de production prévue, les restrictions du site, les frais d'exploitation (en particulier les frais d'entretien tels que le remplacement des pièces d'usure comme l'acier au manganèse et la consommation d'énergie), le budget, ainsi que la forme et la taille des particules de sortie. Un concasseur à percussion de précision est voué à l'échec lorsqu'il tente de broyer du granit abrasif, tandis que le calcaire est un calcaire à percussion favorable, qui finit par devenir un calcaire tendre favorable à la compression. Les concasseurs primaires optimisés pour un débit élevé ne seront pas en mesure de broyer finement les agrégats nécessaires à la production d'asphalte, qui nécessite l'action d'un VSI et un impact précis ciblant la forme et les dimensions à grande vitesse. Il faut également tenir compte de la zone de déchargement variable et de son importance pour le contrôle de la production et le transport vers les processus en aval.
JXSC : fabricant professionnel de concasseurs de roche
C'est là que l'expérience de JXSC en tant que fabricant d'équipements de traitement des minerais apporte une valeur ajoutée. Nous ne nous contentons pas de proposer des machines ; nous proposons des machines dotées de concasseurs à mâchoires, de concasseurs à cône, de concasseurs à percussion et de tous les autres types mentionnés dans cet article, ainsi que des décennies d'expérience de projets multimatériaux à l'échelle mondiale et de compréhension de l'utilisation pratique. Nous comprenons votre objectif de production et nous connaissons les caractéristiques des matériaux de départ pour vous recommander une solution de concassage personnalisée. Il s'agit des types de concasseurs appropriés, de l'ordre optimal des étapes de concassage (si des concasseurs quaternaires sont nécessaires) et des configurations précises pour une efficacité idéale et une optimisation de la taille finale des granulés, de la robustesse du transport et du processus, et de la rentabilité.
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Conclusion
Le concassage des roches en morceaux plus petits et plus faciles à gérer, que ce soit par compression, impact, cisaillement ou même broyage, est une application captivante de l'avantage mécanique et de la force mécanique, car les concasseurs de pierre spécialisés à mâchoires, à cônes et à impact sont capables de fonctionner comme des concasseurs primaires, secondaires, tertiaires et même quaternaires.
Il est essentiel de comprendre chaque type de broyeur.
Le choix de la machine de concassage la plus appropriée n'est pas une tâche facile. Il faut tenir compte du matériau de départ, de la granulométrie souhaitée, de la capacité requise, des conditions du site et même de la méthode utilisée pour transporter le matériau à un stade ultérieur du processus.
C'est là que JXSC peut vous aider. Avec des années d'expérience dans les principes de concassage, les pièces d'usure en acier au manganèse, la dynamique des arbres excentriques et les contrôles de la zone de décharge variable, nous nous assurons que chaque client bénéficie de la meilleure option possible adaptée à son projet de manutention.
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