octobre 2015

Une mesure de contrôle

De meilleurs instruments et un effort en matière d’efficience produisent de grands changements dans la façon de diriger les usines de traitement

Par Alexandra Lopez-Pacheco

Quand les cours des produits de base étaient vigoureux et tendaient à la hausse, les sociétés minières pouvaient se permettre des inefficiences mineures dans leurs usines. Des gisements à faible teneur, la baisse des prix des métaux et des pressions économiques venant de toutes parts font en sorte que c’est rarement le cas aujourd’hui. « Nous devons faire mieux à moindre coût », a déclaré Philip Thwaites, responsable du contrôle des processus à XPS Consulting & Testwork Services et défenseur de longue date d’un meilleur contrôle des processus. « Si nous ne sommes pas efficients, nous ne serons plus dans la course. Or, notre industrie peut être de beaucoup plus efficiente. »

Une partie du problème vient du fait que, dans le passé, l’industrie minière a pris du retard par rapport aux autres secteurs comme l’industrie pétrolière dans la mise en œuvre de processus automatisés et d’instruments de mesure – une grosse erreur. Selon M. Thwaites, les mesures sont la pierre angulaire du contrôle et de l’efficience. « Si vos techniques de mesure sont faibles, voire inexistantes, vous ne pouvez exercer un bon contrôle », a-t-il expliqué.

Mais ceci est en train de changer. De plus en plus de sociétés minières sont conscientes des techniques de mesure améliorées et sont en faveur du contrôle, de l’automatisation et des technologies de prochaine génération.

Qui plus est, des progrès importants ont eu lieu récemment en matière d’instruments automatisés. Ils mesurent des paramètres cruciaux dans le circuit et l’équipement de traitement, permettant aux opérateurs de surveiller et d’ajuster le contrôle des processus au besoin. En particulier, les instruments de mesure liés à la granulométrie dans le circuit de broyage, aux variables dans la flottation et à la masse du lit de l’épaississeur ont fait d’immenses progrès.

Analyse granulométrique dans le circuit de broyage

Dans le passé, l’analyse granulométrique après le broyage n’était pas effectuée souvent, voire jamais, parce qu’il fallait envoyer un trop grand nombre d’échantillons à un laboratoire. Pourtant cette mesure est essentielle pour évaluer l’efficience et le rendement de l’usine. Le surbroyage gaspille de l’énergie et le sous-broyage fait en sorte que des particules ne sont pas libérées ou sont trop grosses, ce qui en retour réduit l’efficacité de la flottation et fait en sorte que des minéraux sont perdus dans les résidus. « Souvent la capacité de broyage aussi s’avère être le goulot d’étranglement de la production », a souligné Jari Moilanen, directeur de la gamme de produits d’automatisation de Outotec, qui se spécialise dans la technologie des processus. « Donc, si vous pouvez traiter un tonnage plus important en le broyant juste comme il convient, non seulement vous économisez de l’énergie et réduisez l’emploi et le coût des produits chimiques, ce qui a un impact environnemental, mais vous augmentez aussi votre capacité. »

Il n’est pas facile d’y réussir de son propre chef, selon Jari Moilanen. Du fait que le corps minéralisé peut présenter de nombreuses variations, les opérateurs ont besoin d’une technologie de mesure qui réagit immédiatement aux variations du flux d’alimentation à des fins de contrôle. La technologie de mesure doit correspondre exactement à la technique de mesure du laboratoire et elle doit être assez solide pour permettre une optimisation et un contrôle continus du broyage.

À ce chapitre, on a fait des progrès. Aujourd’hui, il est possible de surveiller la granulométrie de façon fiable et en temps réel à l’usine. Les analyseurs granulométriques PSI de Outotec, par exemple, utilisent la technologie de la diffraction laser. Toutes les trois minutes, l’analyseur prélève automatiquement des échantillons dans le flux de traitement et envoie un rayon laser au travers des échantillons. Quand le rayon lumineux atteint une particule, il diffracte légèrement. Sur la base de cette diffraction, la taille et la distribution des particules peuvent être calculées immédiatement. Comme il s’agit d’une technologie où il n’y a pas de contact, la poussière n’a pas d’effet sur l’analyseur. Plus importants encore, des mesures constantes, une analyse rapide des échantillons et des ajustements automatisés permettent d’obtenir un équilibre de broyage optimal, a souligné M. Moilanen.

Afin de permettre une libération optimale des minéraux dans la flottation, la granulométrie doit être faite dans le flux de produits du circuit de broyage qui alimente la flottation. Normalement, le meilleur point d’échantillonnage est le flux de surverse de l’hydrocyclone après le broyage secondaire. S’il y a plusieurs circuits de broyage parallèles, il est nécessaire de mesurer le produit final de chaque circuit de broyage. L’analyse PSI500i est disponible en configurations de 1, 2 et 3 flux.

Mesures à la phase de flottation

« Les cellules de flottation existent depuis plus de 100 ans et depuis, l’automatisation qui aurait permis au processus de flottation de se dérouler de façon très efficace s’est avérée minimale », selon Robert Stirling, directeur général de FloLevel Technologies.

Mesurer les niveaux de flottation pour obtenir la meilleure récupération possible à teneur élevée représente un exercice d’équilibre difficile. L’objectif consiste à créer juste la bonne épaisseur de mousse à la surface, ce que PhilipThwaites compare à la mousse dans un verre de bière. « Plus la colonne de mousse est volumineuse, plus elle sera propre, ce qui signifie une teneur plus élevée en concentrés minéraux », explique-t-il. « Plus la colonne de mousse est petite, plus la teneur est faible, mais la récupération est plus élevée. À chaque seconde, la cellule de flottation reçoit du nouveau minerai. Parfois la densité change et parfois la teneur change, mais le flux change constamment. »

La difficulté réside dans le fait que les variables qu’il faut surveiller pour atteindre l’équilibre optimal entre la récupération et la teneur sont en constante évolution à cause des caractéristiques toujours changeantes de la teneur de tête du minerai de la bouillie et des conditions dans la cellule de flottation. Des produits chimiques à l’eau et au débit d’air utilisés pour contrôler la vélocité et la densité afin d’obtenir une séparation optimale, la gestion de la mousse est dynamique. Les tests manuels auxquels on a généralement recours dans les usines de traitement peuvent être imparfaits de par leur nature, à l’image de celui que les métallurgistes effectuent toutes les quatre heures ou à peu près pour déterminer la densité des solides en suspension. « Ils pèsent le contenu sur une balance près de la cellule de flottation pour déterminer la proportion de solides. Puis ils se rendent dans la salle de contrôle pour faire des ajustements à l’ajout d’eau, etc. », explique M. Stirling. « Entretemps, la concentration de solides en suspension a encore changé pendant qu’ils se rendaient à la salle de contrôle. »

Le niveau de la pulpe en flottation s’est avéré difficile à mesurer directement et les techniques traditionnelles de mesure mécanique telles que les flotteurs posent aussi des problèmes; des solides peuvent par exemple recouvrir les flotteurs, ce qui en modifie la flottabilité et la précision.

« La difficulté pour l’industrie c’est d’obtenir des mesures correctes et précises – chaque seconde », déclare M. Thwaites. « Nous avons aussi besoin de savoir si [le niveau de flottation] est contrôlé et s’il a tendance à baisser ou à augmenter. »

La surveillance en temps réel du niveau de flottation, effectuée sur chaque banc de cellules de flottation, constitue manifestement la solution, mais l’utilisation d’un instrument de mesure approprié présente ses propres difficultés. L’accumulation de particules sur les instruments de mesure et la question d’aller dans la cellule de flottation pour prendre des mesures de la colonne de mousse en sont des exemples particuliers. Un produit a permis de résoudre ces problèmes. Il s’agit du XPSFloatMC qui utilise la technologie des ultrasons pour obtenir des mesures très précises du niveau de la pulpe en flottation. Le flotteur de forme conique de l’appareil, dont la base est plate, repose sur l’interface de la pulpe et de la mousse, ce qui permet des calculs exacts de la colonne de mousse. « Il contrebalance le niveau exact de la pulpe, qu’on ne peut pas mesurer visuellement ou directement », explique M. Thwaites. En raison de l’absence de contact, l’appareil a peu de parties mobiles et uniquement une faible surface angulaire, ce qui minimise les accumulations. Un XPSFloatMC adapté coûte normalement autour de 6 000 $ par banc.

Un autre pas a été franchi par FloLevel Technologies. Le système de la société FloLevel est autonettoyant, il mesure la hauteur de la pulpe et de la mousse et peut mesurer les variables du processus, la densité de la mousse et la concentration de solides en suspension dans chaque cellule de flottation. Cette technologie utilise des transducteurs – appareils qui convertissent une forme d’énergie en une autre forme – pour émettre des impulsions sonores séquentielles très puissantes dans la cellule de flottation et les recevoir en retour. Les différents signaux provenant de la mousse et de la pulpe permettent à la technologie de suivre l’interface entre les deux. Bien qu’ils soient immergés dans la bouillie et dans la mousse, les transducteurs FloLevel s’autonettoient par ultrasons. Selon M. Stirling, les opérateurs ont besoin d’un système FloLevel pour chaque banc de cellules et le coût varie suivant la gamme d’applications et de contrôles.

LevelSense de Outotec mesure le niveau de la bouillie et l’épaisseur de la mousse au moyen de la tomographie par impédance électrique, une technologie mise au point à l’origine pour l’imagerie médicale. L’instrument se compose d’une sonde, à laquelle sont attachées des électrodes de mesure, qui est immergée dans la cellule de flottation et qui balaye les différentes conductivités autour d’elle. Elle calcule où la bouillie, la mousse et l’air se rencontrent et interagissent ainsi que la densité et la hauteur de la mousse. Aucune partie n’étant mobile, LevelSense requiert généralement peu ou pas d’entretien. Les instruments LevelSense sont normalement utilisés dans chaque cellule de flottation.

Les niveaux des épaississeurs

Comme pour la flottation, l’optimisation de l’épaississeur est une question d’équilibre de l’équipement avec le traitement. Du débit de l’alimentation, en passant par la sousverse (extraction), le niveau et la masse du lit, jusqu’au dosage du floculant et la clarté de la surverse, il y a de nombreux composants et plusieurs points de mesure. « La meilleure façon d’optimiser un épaississeur consiste à avoir le plus d’informations et de mesures possible », a indiqué Rick Hemingway, de Endress + Hauser Canada, dont la société propose un ensemble intégré qui optimise tous les points de mesure importants. Les niveaux du lit de l’épaississeur sont particulièrement importants; sans un bon contrôle du floculant et sans mesures de la masse et de la hauteur du lit, l’épaississeur ne fonctionnera pas correctement. « Si vous mettez trop de matière et si l’extraction n’est pas faite à un niveau approprié, vous risquez d’arrêter le fonctionnement des racleurs et de devoir fermer l’usine pour nettoyer, ce qui représente un travail horrible et coûteux », a ajouté M. Thwaites.

Turbimax d’Endress + Hauser fournit des mesures constantes de la séparation des liquides et des sédiments dans les lits de l’épaississeur au moyen de capteurs de niveau à ultrasons immergés. Le temps nécessaire aux signaux ultrasons générés par Turbimax pour qu’ils rebondissent quand ils rencontrent des particules solides est utilisé pour calculer les niveaux du lit.

Hawk Measurement Systems, qui propose également une gamme d’appareils automatisés de mesure intégrés pour une optimisation de l’épaississeur, a mis au point le système sonar ORCA, que l’on fixe à la paroi supérieure de l’épaississeur. « Il peut pénétrer jusqu’au niveau du lit compacté sans interférence de matière d’une densité plus faible », a mentionné Steve Stone, vice-président des ventes et du marketing à Hawk Measurement. Le système mesure également les matières d’une densité plus faible au-dessus du lit et la clarté de l’eau au niveau supérieur. Le sonar ORCA a en effet la capacité d’émettre deux fréquences différentes, une pour mesurer les interfaces à densité légère et l’autre pour les interfaces à forte densité.

Boucler la boucle avec de bonnes mesures

Chaque usine de traitement a des centaines de points de mesure possibles qui ne peuvent tout simplement pas être surveillés, mesurés et contrôlés manuellement avec efficacité, bien que chacun d’eux soit crucial pour l’efficience générale de l’usine. « Vous pourriez facilement avoir 500 boucles de régulation dans une grosse usine – aussi essayons-nous d’effectuer toutes les mesures de façon continue afin d’exercer un bon contrôle », a indiqué M. Thwaites. « Le travail de l’opérateur consiste alors à fixer des niveaux optimaux, ou à superviser les systèmes de contrôle avancé et l’équipement, mais son travail devient beaucoup plus compliqué si les mesures et les contrôles ne fonctionnent pas correctement ou s’ils n’existent pas du tout. Tout est interconnecté, interactif et c’est un contrôle à variables multiples, mais si vous ne mesurez pas chaque élément, vous ne serez pas en mesure de gérer efficacement le contrôle du circuit et l’usine. »

Traduit par CNW


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