mai 2016

À vos marques, prêts, pompez !

Les sociétés minières soucieuses de leurs dépenses se tournent vers des matériaux plus résistants et un traitement précoce pour réduire leurs coûts de dénoyage

Par Eavan Moore

Les fournisseurs de systèmes d'exhaure adoptent différentes stratégies pour faire face à la difficulté de pomper l'eau à haute teneur en matière sèche d'une mine | Avec l'aimable autorisation de Technosub

Plus d'un fournisseur de technologies de dénoyage a constaté, ces dernières années, que les mines essaient désormais de pomper les eaux les plus sales. Certaines mines souterraines peuvent rencontrer une géologie changeante à mesure qu'elles atteignent un niveau plus profond ; d'autres ont pris la décision de ne pas prétraiter l'eau avant le pompage pour s'assurer de la rentabilité de leur exploitation. Quelle que soit leur raison, les mines et leurs fournisseurs ont passé la dernière décennie à tenter de résoudre le problème de la haute teneur en matière sèche (de 10 % ou plus) de l'eau.

Des alliages plus résistants

Bill Schlittler, responsable du marché de l'exploitation minière chez Cornell Pump, a constaté l'évolution des matériaux utilisés pour les pompes d'exhaure ; ils sont devenus plus résistants car les clients miniers veulent pouvoir augmenter la pression qu'ils envoient dans la pompe. M. Schlittler expliquait que les matières solides en suspension endommagent davantage les turbines de flottation à large diamètre quand on les fait tourner à grande vitesse que les pompes à plus basse pression. Pour que ces nouvelles pompes soient plus durables, Cornell les a construites à l'aide de matériaux plus solides. 

La série MX de pompes d'exhaure centrifuges, introduites en 2011, peut générer des têtes allant jusqu'à 800 pieds (environ 245 mètres). Les pompes MX sont équipées de volutes en fer ductile ayant subi un traitement thermique et d'une turbine de flottation en acier inoxydable. Cornell a suivi avec sa série de produits MP, qui sont fabriqués avec de l'acier encore plus solide à forte teneur en chrome (27 %). Les pompes de la série MP sont spécifiquement conçues pour supporter des abrasifs grossiers mesurant jusqu'à trois pouces (7,5 cm) de diamètre.

« Nous venons de vendre 20 pompes de la série MP à un grand producteur de cuivre américain pour un circuit fermé de dénoyage que la société a développé en vue de drainer l'eau du corps minéralisé », expliquait M. Schlittler. « La teneur en matières solides atteignait 10 %. » Les pompes d'exhaure de la mine que l'opérateur utilisait auparavant « s'usait en l'espace d'une semaine ».

On utilise depuis longtemps des alliages à haute teneur en chrome dans la construction des pompes à boues, mais c'est seulement ces dix dernières années qu'ils ont été largement adoptés dans les applications de dénoyage.

« Nous avons assisté à un changement impressionnant au niveau de la résistance à l'usure des pompes à commande hydraulique », déclarait Peter Uvemo, directeur des ventes à la société suédoise Grindex, qui se spécialise dans les pompes électriques submersibles. Depuis 2007, toutes les pompes de Grindex sont équipées de sa propre version d'alliage chromé, dont la marque déposée est Hard Iron.

D'après Harvinder Bhabra, directeur des produits à l'international du dénoyage des mines chez Weir Minerals, la société a aussi appliqué davantage sa technologie des matériaux à sa gamme de dénoyage ces quatre ou cinq dernières années. « Notre portefeuille de produits est constamment mis à jour pour nous maintenir à flot avec les demandes de l'industrie. C'est notamment le cas avec nos pompes à amorçage automatique, dans lesquelles nous avons remplacé le fer dur traditionnellement utilisé pour les extrémités d'admission par notre alliage de fer chromé », indiquait-il. « De la même manière, sur nos pompes submersibles, les points potentiellement faibles ont été renforcés à l'aide de matériaux de meilleure qualité dans les pompes utilisées pour les applications d'exhaure, où les matières solides peuvent être plus grosses que prévu. »

En 2015, Weir a ajouté une pompe à sa gamme à turbines verticales Floway, qu'elle utilise généralement dans des applications à l'eau claire, et l'a doté de la capacité à traiter les matières solides fines atteignant jusqu'à 15 % en poids. « Pour une pompe à turbine verticale, c'était quelque chose que l'on ne pouvait envisager il y a encore quelques années », indiquait M. Bhabra. La pompe à boue à turbine verticale comprend des cloches en fer dotées d'un revêtement résistant à l'abrasion, un arbre à revêtement dur, une conception de palier brevetée et un joint pour arbre tournant qui supporte l'usure résultant de l'abrasion.

Technosub, une société qui propose des solutions de pompes à haute pression pour un dénoyage à débit faible à moyen, a résolu un autre problème pour certains clients.  « Nous avons développé un alliage spécial pour les mines en Arctique où les travaux se font dans le pergélisol, et pour lesquels les alliages à haute teneur en chrome n'offrent pas les meilleurs résultats », indiquait Patrick Martel, vice-président du génie et des innovations chez Technosub. « Les équipes rencontrent de gros problèmes avec la corrosion car leurs pompes aspirent de l'eau hypersaline. La cristallisation à l'intérieur de la pompe crée de gros problèmes. »

Il a fallu environ deux ans pour développer un acier inoxydable à double microstructure pouvant résister à la corrosion. En 2012, Technosub a commencé à vendre des pompes dotées du nouvel alliage à ses clients de la région Arctique. En 2015, la société a commencé à vendre son produit à des mines de potasse de Saskatchewan qui devaient également pomper de l'eau hypersaline corrosive.

Le traitement de l'eau

L'innovation la plus prisée de Technosub n'est cependant pas une pompe. Le traitement est une étape essentielle dans le processus de dénoyage d'une mine ; en effet, toute eau évacuée doit être absolument inoffensive pour l'environnement. Technosub a passé cinq années à travailler sur un système de clarification simple pour éliminer les matières solides dans l'eau. Dans ce système de traitement, baptisé le MudWizard (le génie de la boue), l'opérateur n'a qu'à insérer environ une fois par semaine dans un distributeur une tablette remplie d'un réactif de floculation ayant la forme d'un palet de hockey. « Ce système est si simple que tout le monde travaillant sous terre peut l'utiliser », indiquait M. Martel. « L'eau s'écoule dans ce distributeur et un système de décantation est installé à l'autre extrémité. La pompe aspire ensuite l'eau claire jusqu'à la surface et la fait recirculer par le biais de notre système d'exhaure, puis le concentré solide est envoyé vers une zone d'élimination où elle sera asséchée. »

Les 15 ou 20 mines qui ont installé le MudWizard envoyaient jusqu'ici leurs matières solides dans des albraques pour la sédimentation, lesquelles devaient ensuite être nettoyées. D'après M. Martel, l'inconvénient de ce système si on l'utilise ainsi est qu'il monopolise un équipement de production que l'on peut utiliser ailleurs, et qu'il endommage cet équipement avec de l'eau sale. En outre, les pompes subissent des dommages car les albraques ne font souvent pas partie des priorités en matière d'entretien.

Le système de décantation de Technosub, au contraire, requiert moins d'entretien. Il n'utilise pas non plus d'électricité. La pression de la pompe qui l'alimente enclenche le processus de sédimentation, et le palet de clarification le poursuit. Ce palet est lui-même fabriqué à base de fécules de pomme de terre et de maïs non toxiques.

Le moment auquel il faut traiter l'eau est une question à plusieurs réponses. David Willick, directeur commercial de GE Mining pour l'Amérique du Nord, a clairement établi sa préférence.

« Nous l'appréhendons comme un système, et non pas un produit », indiquait-il. « Avant de la pomper, créez un environnement dans l'eau qui protégera le système de pompage. Si des matières solides, de l'eau corrosive ou autres sont présents dans cette eau, traitez-la avant de l'aspirer avec votre pompe. »
Weir Floway Pumps on Multiflo Barges
D'après Harvinder Bhabra de Weir Minerals, les exploitations demandent de plus en plus de récupérer l'eau des bassins de décantation des résidus | Avec l'aimable autorisation de Weir Minerals

Les occasions à saisir

GE a mis en pratique ce principe lorsqu'il a remplacé un système d'exhaure problématique dans une mine à Sudbury, en Ontario. L'entretien des pompes volumétriques d'origine était très exigeant et fréquent ; la solution fournie par GE fonctionne à 100 % depuis son installation en 2014, ce qui permet à l'exploitant minier d'économiser plus de 1 million $ par an en coûts d'exploitation.

D'après M. Willick, c'est l'association de plusieurs éléments qui rend possibles ces économies. Tout d'abord, l'eau de la mine s'écoule par un tamis de séparation des matières solides avant de pénétrer dans le système de pompe. Ensuite, les pompes installées sont des pompes centrifuges multicellulaires que GE utilisait déjà dans ses sections pétrolière et gazière. Troisièmement, étant donné que la pression combinée d'une installation multicellulaire peut atteindre jusqu'à 6 000 livres par pouce carré (soit environ 2,7 kilogrammes par 6,45 cm²), on pouvait pomper de 1 700 mètres sous terre à la surface en une seule manœuvre, ce qui évitait ainsi d'installer plusieurs stations de pompage à différents niveaux.

Comme l'expliquait M. Willick, les clients de GE ont commencé à s'habituer à ce système il y a à peine un ou deux ans. Dans un contexte si instable où les prix des matières premières sont au plus bas, optimiser la performance d'un système a beaucoup séduit, ce qui n'était pas le cas lorsque les objectifs de production occupaient une place plus importante que les coûts opérationnels.

« Il y a quelques années, si une solution n'était pas développée dans le secteur minier, on la reléguait souvent au rang de non utilisable dans cette industrie », indiquait M. Willick. « Aujourd'hui, les exploitants se rendent compte qu'ils doivent procéder différemment et donc commencer à se tourner vers d'autres industries ; cette étude de cas en est un exemple classique. »

GE cherche aussi à trouver le moyen de déployer des innovations d'industries adjacentes dans le secteur minier. M. Willick cite l'exemple des matériaux avancés et des nanorevêtements utilisés dans les turbines destinées à la production d'électricité, qui pourraient servir à prolonger la durée de vie des turbines de flottation des pompes. « Il nous suffit d'aller puiser dans le GE Store pour obtenir l'expertise technique et les solutions », expliquait M. Willick. « Nous appliquons les connaissances et l'expérience d'autres industries à de nouvelles applications. » 

L'avenir de l'exhaure

Il faudrait également faire preuve d'un brin d'innovation pour résoudre un problème émergent ; à une époque où les préoccupations environnementales obligent les mines à utiliser à bon escient leurs ressources en eau, comment peut-on au mieux utiliser toutes ces eaux usées ? Technosub et Weir font partie des fournisseurs qui collaborent avec les mines pour faciliter la recirculation de l'eau que les pompes aspirent.

« Plutôt que de se contenter de pomper l'eau dans le bassin de décantation des résidus comme nous le faisions jusqu'ici et de la laisser se déposer, il faut répondre à la demande croissante de réutiliser cette eau sous une forme ou une autre », expliquait M. Bhabra de Weir. « Nous collaborons étroitement avec les sociétés minières lorsque nous leur fournissons des pompes qui sont conçues pour le dénoyage, à la seule différence qu'elles ne se contentent pas de dénoyer dans le sens propre du terme, mais de renvoyer le contenu aspiré dans la mine pour une réutilisation dans le procédé. En plus des pompes que nous fabriquons, nous fournissons désormais des systèmes de pompage flottants, des barges équipées de pompes qui se déplacent dans le bassin de décantation des résidus, aspirent l'eau et la renvoient dans la mine. »

Pour le climat sec des mines du nord du Chili, Weir a fourni plusieurs pompes à turbine verticale qui renvoient l'eau dans les mines de plusieurs kilomètres du site ; c'est ce que l'on appelle le renoyage, plaisantait M. Bhabra.

Traduit par Karen Rolland


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