Oct 13

Analyser la comminution

Les technologies éprouvées conçue pour améliorer l'efficacité du broyage s'établissent alors que le prix de l'énergie augmente et la teneur du minerai diminue

Par Eavan Moore

En 2010, un broyeur semi-autogène (SAG) de 40 pieds (un peu plus de 12 mètres) de 22 mégawatts a établi un record mondial de puissance de broyage lorsque la mine de cuivre d’Esperanza a mis en service cet appareil fabriqué par FLSmidth. Avec des réserves à faible teneur et une haute capacité de production journalière de 90 000 tonnes, le projet Esperanza, qui a commencé il y a trois ans, est certes impressionnant mais ne constitue sans doute pas le meilleur modèle pour les futures mines dans le monde entier. Pour concasser et broyer les tonnages qu’elles souhaitent extraire, les mines devront trouver des solutions autres que de toujours voir plus grand.

« En adoptant une vue simpliste de l’augmentation de la demande et du déclin des teneurs du minerai traité pour les vingt années à venir, il faudra peut-être broyer quatre fois le tonnage que nous traitons actuellement pour extraire la quantité de cuivre dont le monde a besoin », explique Joe Pease, PDG de Xstrata Tech. Il fait remarquer que les prix de l’énergie sont en hausse, la sécurité énergétique est en déclin, et les gisements disponibles sont de plus en plus éloignés et difficiles à extraire, ce qui ne fait qu’augmenter l’énergie nécessaire à l’extraction de ces tonnes.

Si le seul problème était de parvenir à extraire un tonnage supérieur, il suffirait d’augmenter la puissance de broyage dans le circuit de traitement d’un broyeur SAG ou d’un broyeur à boulets. Mais les broyeurs peuvent-ils être plus gros ? « Depuis plus de 10 ans, nous ne dépassons pas les 40 pieds », déclare Steve Morrell, chercheur de longue date en matière de fragmentation et directeur général actuel de SMC Testing Pty Ltd. Les plus gros broyeurs SAG utilisent des entraînements directs, et au vu du nombre de pannes récentes, on hésite à repousser les limites au-delà des 28 mégawatts maximum.

Efficacité énergétique

Le problème imminent n’est pas le tonnage en soi, mais le coût de ce tonnage, lequel est exacerbé par l’inefficacité inhérente aux broyeurs culbuteurs. La majeure partie de l’énergie que consomment les conteneurs pivotants qui projettent des roches et de l’acier sert à générer de la chaleur. Les broyeurs à boulets utilisent moins d’un pour cent de leur consommation d’énergie pour briser les roches.

L’industrie examine (et dans certains cas adopte) des circuits de broyage plus efficaces et à meilleur rendement énergétique qui ne reposent pas uniquement sur une augmentation de la taille des broyeurs culbuteurs. En termes d’utilisation énergétique, il pourrait être plus rentable de préparer le minerai pour le broyeur à boulets en lui faisant subir plusieurs étapes de concassage plutôt que de le faire recirculer dans un broyeur SAG. En adoptant la même approche par étape pour le broyage, on peut diviser ce circuit en un équipement de broyage plus grossier et plus fin afin de récupérer plus efficacement les matériaux disponibles à différentes tailles.

Ces deux dernières décennies, le développement des broyeurs a donné naissance à un équipement plus adapté au concassage et au broyage spécifiques à la taille. Des cylindres de broyage à haute pression (HPGR, de l’anglais high-pressure grinding rolls), que l’on utilise généralement à la dernière étape de concassage, compressent le minerai grossier entre deux cylindres. Ils utilisent 10 à 20 % d’énergie de moins que les broyeurs SAG.

À l’autre extrémité en termes de taille, les broyeurs agitateurs broient des fractions fines à l’aide d’un arbre tournant à l’intérieur d’une coquille stationnaire. Les broyeurs agitateurs réduisent la consommation d’énergie car seuls l’arbre et les disques doivent pivoter, et également car les broyeurs peuvent utiliser de petits corps broyants à grande vitesse qui ont une surface de contact bien plus grande pour le broyage. On les utilise généralement pour rebroyer le minerai une fois qu’il est passé dans un broyeur à boulets.

« Ces technologies sont au cœur des débats depuis de nombreuses années », déclare Walter Valery, vice-président directeur à l’international à Metso Process Technology and Innovation. « Nous avons par exemple proposé il y a plus de 10 ans un schéma de traitement du circuit avec des HPGR suivis de broyeurs agitateurs en conjonction avec le dynamitage à haute intensité comme solution de remplacement à haut rendement énergétique. Cependant, la technologie des HPGR n’est envisagée que depuis peu comme une option possible dans la plupart des études de faisabilité et préfaisabilité. »

Coûts et avantages

Les HPGR et les broyeurs agitateurs ont fait beaucoup de chemin. L’un des deux plus grands fournisseurs de broyeurs agitateurs, Metso Mining and Construction Technology, dispose de 39 installations au total sur le territoire canadien. Paul Cousin, vice-président de la section Métallurgie de la société Mines Agnico Eagle, explique que cette dernière envisage d’utiliser la technologie de broyeurs agitateurs pour rebroyer le minerai provenant de sa mine LaRonde au Québec. Ce qu’il a entendu suggère que les broyeurs produisent un meilleur résultat, offrant non seulement un meilleur rendement énergétique mais également un retour sur investissement.

Néanmoins, la prudence inhérente à ce secteur ralentit l’adoption des technologies éprouvées, explique Jonathan Allen, directeur de produits pour les broyeurs agitateurs à Metso. « Tous ceux qui travaillent dans le traitement des minerais connaissent les broyeurs à boulets. Aussi, quand un nouveau fournisseur propose une nouvelle technologie, quelle qu’elle soit, et si seul ce fournisseur la propose, tout le monde vous dira que ce n’est pas une bonne idée. La pénétration du marché prend du temps dans notre industrie. »

À première vue, la technologie HPGR promet une grande efficacité énergétique, mais des évaluations plus holistiques des HPGR viennent jeter un doute sur les économies potentielles qu’impliquent les simples mesures de l’« efficacité énergétique ». Bien que leurs coûts d’exploitation soient moindres et qu’ils génèrent certaines économies en capital (par exemple, vous n’aurez plus besoin de corps broyants en acier), les HPGR requièrent aussi davantage de circuits fermés, et donc des écrans, des convoyeurs et un stockage supplémentaires.

Alan Muir, vice-président à la section Métallurgie d’AngloGold Ashanti, explique que la société envisage l’adoption des HPGR dans tous ces nouveaux projets mais n’a installé qu’un seul circuit de ce type sur le nouveau site de sa mine Tropicana en Australie. « Cette décision a vraiment été motivée par la nature très dure du minerai et le coût extrêmement élevé de la production d’électricité sur site », explique-t-il. Les coûts de l’électricité à Tropicana sont de 27 à 30 centimes de dollars par kilowatt/heure.

Au Canada, l’énergie hydraulique coûte peu, ce qui permet de moins se soucier du coût de l’énergie nécessaire. Environ 90 % des clients de Putland choisissent des broyeurs SAG et à boulets classiques après avoir envisagé d’autres méthodes. Même les projets menés dans le Grand Nord, où l’électricité coûte cher, trouvent que les coûts liés à la garantie, au chauffage, à l’exploitation ou à la maintenance de l’équipement supplémentaire peuvent dépasser les gains énergétiques.

D’après M. Cousin, les HPGR faisaient partie des options envisagées, mais le projet aurifère Meliadine d’Agnico Eagle dans le territoire du Nunavut les a exclu à l’étape d’évaluation. « Nous pensions que les HPGR auraient été bien adaptés sur le plan énergétique en raison du coût élevé de la production d’électricité sur le site », explique-t-il. « Mais nous avons été très surpris de constater que la conception de l’intégralité du circuit de fragmentation, incluant une partie avec des HPGR, ne s’est globalement pas avéré aussi efficace en termes économiques qu’une approche traditionnelle utilisant le broyage à boulets ou SAG. »

Un circuit plus performant

Steve Walters, directeur de la recherche dans le projet CRC ORE financé par l’industrie, insiste sur le fait qu’il ne suffit pas de se concentrer sur le rendement énergétique de l’équipement. « C’est un peu comme si vous évaluiez une machine à laver sans vérifier qu’elle lave effectivement les vêtements », explique-t-il. « On peut toujours élaborer sur l’efficacité des procédés de comminution des HPGR par rapport à celle d’un broyeur SAG, mais là n’est pas la question. L’évaluation de la performance ne doit pas porter uniquement sur l’efficacité de l’activité, mais également sur le rendement utile. »

Et par « rendement », M. Walters n’entend pas « capacité » ; il fait bien référence au métal, l’unité finale marquant la réussite. À l’université de Queensland en Australie, des chercheurs du projet CRC ORE et du Centre de recherche sur les minerais Julius Kruttschnitt (JKMRC) travaillent sur des approches qui traitent moins de roches et récupèrent davantage de métaux ; en d’autres termes, ils cherchent comment faire un minimum de manipulations sur une quantité aussi restreinte que possible de minerai.

Malcolm Powell, président de l’Anglo American Centre for Sustainable Comminution (le centre anglo-américain pour la comminution durable) au JKMRC, suggère que les mines arrêtent de mélanger différentes teneurs de minerai et commencent à séparer les différentes teneurs en différents niveaux à traiter dans différents circuits. Il existe déjà des outils qui permettent de procéder ainsi. Des détecteurs de la teneur totale peuvent distinguer le minerai et certaines exploitations de grande taille ont déjà divers niveaux de minerais, simplement car leur volume de production est trop important pour être traité par un seul broyeur. C’est donc l’occasion idéale d’appliquer ce que M. Powell qualifie de « circuits flexibles », qui répondent à un minerai spécifique par le biais de méthodes de broyage traditionnelles ou innovantes selon le cas.

AngloGold Ashanti adopte cette approche pour ces projets en développement. « Tout mélanger par le biais d’un circuit unique n’est sans doute pas une solution optimale », reconnaît M. Muir. « L’astuce consistera à développer des circuits qui ont une flexibilité suffisante pour s’adapter à différents types de minerais et pour maintenir un traitement optimal même lorsque le minerai change. »

Les connaissances quant aux corps minéralisés sont essentielles à cette approche, et c’est l’une des raisons pour laquelle elle n’a pas été adoptée plus facilement, explique M. Pease. Selon lui, savoir ce que l’on peut faire avec le minerai représente environ 80 % du travail nécessaire. Ainsi, chaque circuit aura besoin de moins d’équipement puisqu’il aura été conçu avec une précision clinique. Mais la nature individuelle des essais et le schéma de traitement en résultant peuvent se révéler rebutants pour des comités de direction réticents à prendre des risques.

Intégrer le site minier

Les solutions les plus économiques n’utilisent pas toujours les nouvelles technologies. Sur le site de la mine Meadowbank au Nunavut, M. Cousin explique qu’Agnico Eagle a envisagé de rejeter le traitement d’une fraction plus dure de minerai, mais a conclu que cela ne pourrait être justifié.

Chaque mine peut par contre, comme beaucoup le reconnaissent, améliorer la communication entre silos. Il s’agit d’un aspect critique des stratégies proposées par MM. Pease et Walter, lesquelles impliquent de commencer les travaux le plus tôt possible : optimiser la productivité pour produire de meilleures matières, utiliser la préconcentration et le concassage pour réduire les travaux effectués par des équipements de broyage requérant plus d’énergie, et produire la plus haute teneur possible dans le concentré étant donné que la fusion utilise bien plus d’énergie pour éliminer les mêmes impuretés. À Agnico Eagle, l’équipe des opérations admet désormais que les mailles de sondage peuvent augmenter les coûts sur le plan de l’extraction minière, mais réduire les coûts d’exploitation de l’équipement de comminution.

Le bon côté du ralentissement économique

Durant le dernier boom minier, à une époque où les qualifications nécessaires étaient difficiles à trouver et où les services coûtaient chers, la reconception des circuits de fragmentation avait été reléguée au second plan pour donner la priorité à la mise en route des projets. Les difficultés financières que connaissent aujourd’hui les sociétés minières font qu’elles privilégient l’exploitation de ce dont elles disposent avec une efficacité optimisée.

Grant Ballantyne, chercheur universitaire au JKMRC, a constaté des changements d’attitude en 18 mois. Au cours d’un atelier organisé par la Coalition for Eco-Efficient Comminution (CEEC, la coalition pour la comminution éco-efficace) en 2012, alors que le prix des métaux augmentait et avait atteint un plateau, les participants ont accordé une grande importance à la capacité comme moteur financier de leurs choix en matière de comminution. Lors d’un autre atelier de la CEEC en juillet 2013, les 16 participants (des vendeurs et des entreprises d’exploitation et de génie) sont venus dans l’espoir de trouver des solutions pour augmenter l’efficacité et la productivité. « On remarque que de plus en plus d’efforts sont déployés pour améliorer l’efficacité opérationnelle », explique-t-il.

Mais M. Walters n’est pas convaincu que le ralentissement économique inspirera l’innovation. « L’industrie minière est sur le point de changer », dit-il. « Certaines mines ont commencé à adopter une approche légèrement plus flexible quant à la façon de gérer leurs minerais, mais on les compte sur les doigts de la main. Ainsi, étant donné le changement de dynamique dans ce secteur, la question principale est de savoir si elles se cantonneront à ce qui est, à leurs yeux, sans risque, ou si elles évolueront vers une option plus efficace mais qui génèrera également plus de profits. »

L’avenir de la comminution

À quoi ressemblera un circuit standard dans dix ans ? D’après M. Pease, « la norme sera qu’il n’y a pas de normes. Je pense que le problème aujourd’hui réside dans le fait qu’en raison du manque de ressources, on conçoit du matériel standard. Il faudrait que les équipements soient conçus en fonction de ce que requiert le corps minéralisé. Ainsi, la norme tiendra tout d’abord compte de la quantité de fragmentation qui est faite dans la mine ; elle pensera à ce qui peut être fait au niveau de la préconcentration afin d’éliminer très grossièrement la gangue dès le début ; elle envisagera ensuite un schéma de broyage et de flottation par étape afin de minimiser l’énergie requise pour le broyage. Elle utilisera un minimum d’énergie pour le broyage sur un tonnage aussi faible que possible. Ce genre d’approche standard engendrera, selon moi, des équipements plus petits et plus efficaces. »

Traduit par Karen Rolland

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