novembre 2013

Des partenaires pour la pelletisation

Vale et des universités cherchent à perfectionner l'optimisation des broyeurs à boulets

Par Alexandra Lopez-Pacheco

Les temps sont durs pour l'industrie des minéraux, et l'optimisation de l'équipement en vue d'augmenter l'efficacité et d'économiser de l'énergie devient essentielle dans un contexte où la devise est devenue « faire plus avec moins ». C'est du moins l'avis de Luís Marcelo Tavares, professeur agrégé en exploitation minière et métallurgie à l'Universidade Federal do Rio de Janeiro (LTM/UFRJ) au Brésil, et responsable du groupe de recherche du Laboratório de Tecnologia Mineral de l'université. « La communauté minière se doit de nous donner des réponses quant aux teneurs plus faibles, aux centrales plus grandes et aux efforts déployés pour atteindre une plus grande durabilité en minimisant l'usage de l'énergie et de l'eau. Ces enjeux requièrent des compétences qui vont du plus profond des connaissances théoriques à leur application sur le plan hautement pratique. Cependant, à l'échelle internationale, très peu de groupes sont parvenus à la taille minimale et à la base de compétences requises pour avoir un impact mesurable. »

Il y a deux ans, la société minière brésilienne Vale, qui entretient une relation de longue date avec le Laboratório de Tecnologia Mineral, a décidé d'aborder ce problème en donnant à certains de ses employés la possibilité de suivre un cursus de maîtrise. Patrícia Faria, ingénieur spécialiste des procédés de fabrication à Vale S/A, en faisait partie. La société a contacté M. Tavares, qui a sauté sur l'occasion et a immédiatement proposé son alma mater, l'université de l'Utah. Il a accepté d'être l'un des directeurs de thèse de Patrícia Faria quand elle a commencé sa maîtrise, dont la recherche portait sur l'optimisation des broyeurs à boulets. « J'ai tout de suite compris que Patrícia réunissait les bons éléments pour ce projet ambitieux : un grand investissement personnel, une forte capacité intellectuelle et de très bonnes aptitudes en relations humaines. Ces derniers se sont révélés être des éléments importants pour parvenir à concilier deux directeurs de thèse sur deux continents différents (pour l'instant) et également pour négocier le soutien nécessaire à ses travaux d'essai, en ligne ou non, dans l'usine de pelletisation », déclare M. Tavares.

« La pelletisation a gagné en importance », explique M. Tavares pour montrer l'importance des travaux de recherche de Mlle Faria. « Dans une usine de pelletisation, on accorde souvent beaucoup d'attention à la qualité du produit en contrôlant et en optimisant la formation de boulettes crues (ou « vertes ») et à leur induration. Dans la préparation des matières premières des boulettes, on s'assurera surtout que le broyage génère un produit uniforme. Cependant, on a constaté que, très souvent, ces circuits de broyage ne sont pas optimisés et ne permettent donc pas de réduire les coûts et d'augmenter la capacité de production. »

Mlle Faria a tenté d'identifier les meilleurs moyens d'optimiser un broyeur à boulets existant afin de réaliser des économies d'énergie, d'augmenter la production et d'améliorer la qualité des boulettes de minerai de fer. Elle a passé la majeure partie de l'année dernière au Brésil à évaluer la documentation existante et à chercher la meilleure méthode d'optimisation. « La plupart du temps, les travaux en laboratoire industriel sur l'optimisation était jusqu'ici directement ou indirectement basés sur l'indice de broyabilité de Bond », déclare Mlle Faria, qui travaille chez Vale depuis 2010. « On s'est énormément basé sur cette approche, bien que d'après certains chercheurs, cette méthodologie est utile pour les nouvelles conceptions mais pas pour l'optimisation des broyeurs en activité. »

Rompre l'indice de Bond

La recherche de Mlle Faria l'a mené à conclure que l'indice de broyabilité de Bond ne tenait pas compte de deux éléments fondamentaux : le transport du broyeur et la classification de la taille du cyclone. « L'indice de Bond part du principe que le transport par cinétique du broyage dans le broyeur et la classification des processus sont caractérisés par un seul paramètre, à savoir l'indice de broyabilité de [Bond] », affirme Mlle Faria.

Elle a cependant découvert que le modèle d'équilibre de population est plus exact. « Il permet de simuler le broyeur industriel dans un broyeur de laboratoire avec une grande précision », fait-elle remarquer. « Ceci est très important pour l'optimisation étant donné que je peux mener des expériences afin de déterminer les conditions optimales pour un broyeur industriel à partir d'un très petit broyeur à batch de 10 pouces, et ce en laboratoire. Si j'obtiens des résultats satisfaisants, je pourrais alors les appliquer en grandeur nature dans un broyeur industriel. Il s'agit donc d'un moyen économique de simuler les meilleures conditions à appliquer au broyeur industriel sans engendrer les pertes potentielles que l'on rencontrerait si l'on menait ces tests dans le broyeur industriel, tant au niveau de l'énergie que de la production. »

M. Tavares explique qu'il est rare d'avoir recours au modèle d'équilibre de population pour améliorer le broyage dans le contexte du broyage des matières premières des boulettes, et certainement pas avec le degré de précision que Mlle Faria a adopté. « L'une des raisons pour laquelle on n'a pas recours à ce modèle s'explique par le manque d'ingénieurs qualifiés ainsi que par le besoin de correctement calibrer les modèles à différents niveaux avant de les valider à une échelle industrielle », fait-il remarquer. « C'est seulement après cet exercice que l'on peut mettre en œuvre en toute confiance cette technologie dans l'usine et adopter des méthodes permettant de réaliser la calibration du modèle afin de rendre compte des variations dues à la broyabilité du minerai. »

Des résultats à grande échelle

Mlle Faria a passé l'année qui s'est écoulée à rassembler des données complètes dans un broyeur industriel à Vale, au Brésil. Elle a mesuré la composition granulométrique des matières premières et, à l'aide du modèle d'équilibre de population, a pu prévoir la composition granulométrique du produit après broyage et celle du produit en excès dans le cyclone.

Elle met maintenant à profit les résultats de sa recherche et les données qu'elle a collectées au laboratoire de l'université de l'Utah pour simuler les améliorations pouvant être apportées à un broyeur à l'échelle industrielle. Son objectif est de tester méticuleusement chaque paramètre, tels que la concentration en matières solides, la vitesse du broyeur, la taille optimale des boulets et la charge des boulets, ainsi qu'une série d'autres variables hypothétiques afin de déterminer les conditions opérationnelles exactes nécessaires à l'optimisation du broyeur industriel.

En janvier, Mlle Faria retournera au Brésil et mettra en pratique ses résultats. « La validation des simulations à l'aide de données précises provenant d'installations industrielles est indispensable dans son étude », affirme M. Tavares. « La collecte de données pertinentes n'est souvent pas la tâche la plus insignifiante, sachant que très peu d'installations comprennent les efforts et le soin requis pour mener une bonne étude industrielle. Ce point sera particulièrement critique dans le suivi de ses travaux une fois qu'elle sera de retour au Brésil, lorsqu'elle travaillera à l'application de modèles plus avancés de comminution à l'installation. »

En définitive, les travaux de recherche sont déjà une réussite en ce qu'ils ont donné la possibilité à Mlle Faria de considérablement approfondir ses connaissances et son appréhension du domaine. « J'apprends ce qui se cache derrière la théorie et la méthodologie », déclare-t-elle. « Il existe un logiciel dans le commerce pour l'optimisation. Il présente selon moi certaines restrictions, mais le plus important est que si je me sers de ce logiciel au travail pour l'optimisation, je ne connais pas la théorie à son origine. Mes travaux de recherche sont bien plus enrichissants et ce sont des connaissances sur lesquelles je peux m'appuyer et que je peux partager. »

Traduit par Karen Rolland

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