Selon la qualité du minerai, un processus de lavage peut être effectué avec la bauxite, qui consiste essentiellement à frotter le minerai et à filtrer afin d'augmenter la qualité d'alumine disponible, c'est-à-dire l'alumine extractible à l'aide du procédé Bayer, et de réduire la teneur en impuretés. Les résidus sont généralement éliminés dans un barrage de résidus sous forme de lisier, qui est un mélange de particules solides et de liquides, composé principalement de kaolinite ultra-fine, ce qui rend l'opération d'assèchement difficile. Pour réduire l'impact environnemental, les sociétés minières étudient des méthodes alternatives pour l'assèchement des résidus, et différentes méthodes d'assèchement sont disponibles dans le monde entier. L'utilisation de nouvelles technologies pour l'eau des résidus a contribué à relever les défis du développement durable avec leur élimination. Les centrifugeuses à décanter sont déjà une option pour les opérations des sables bitumineux canadiens, du minerai d'or au Pérou et du nickel en Nouvelle-Calédonie; elles sont également testées pour le minerai de fer au Brésil. Dans le présent travail, l'assèchement de bauxite à l'aide de la centrifugeuse à décanter a été évalué afin de mieux comprendre le comportement de ces matériaux et d'étudier les effets de divers paramètres de procédé sur la récupération solide et la teneur solide des écoulements, en utilisant trois types différents d'équipement. Les résultats ont indiqué que les centrifugeuses à décanter peuvent être utilisées pour atteindre une concentration élevée de solides dans le gâteau, avec des valeurs allant de 60% à 80% de solides par poids et une grande clarification dans la phase liquide (centrate) de 0 à 6% de solides par poids, les valeurs qui signifient que la phase solide est adaptée à la réutilisation dans le circuit de traitement. En outre, le présent travail permet de mieux comprendre comment les différents contenus solides peuvent affecter le comportement de l'équipement.
Environ 8 % de la croûte terrestre comprend de l'aluminium, le métal le plus abondant au monde. Il est considéré comme un métal de l'avenir en raison de son importance stratégique, et la bauxite est le seul minerai utilisé commercialement pour extraire le métal aluminium [1].
La réserve mondiale de bauxite est d'environ 33.4 milliards de tonnes métriques. Le Brésil compte 3.5 milliards de tonnes métriques de ces réserves, dont 95 % de bauxite métallurgique. Environ 95 % de la production est utilisée pour obtenir de l'aluminium métallique, par le procédé Bayer, suivi du procédé Hall-Héroult [2].
La bauxite est constituée d'oxyde d'aluminium hydraté sous forme minérale de gibbsite, de bohème et de diaspore, avec un nombre important d'impuretés comme la silice, le fer, le titane et d'autres minéraux dans des proportions plus petites. Après l'extraction de bauxite, selon la qualité du minerai, un processus de lavage peut être effectué, dans lequel le minerai de bauxite est décapé et lavé afin d'augmenter sa qualité d'alumine disponible, c'est-à-dire l'alumine extractible à l'aide du procédé Bayer, et de réduire la teneur en impuretés. Parmi les impuretés, le plus nocif pour le procédé Bayer est la silice réactive, c'est-à-dire le minéral qui augmente la consommation de soude caustique, augmente les coûts de production et provoque des préoccupations environnementales en raison de la production de grands volumes de résidus [1,2,3,4].
Selon Hansen et al [5], les matières premières sont essentielles au développement économique et au bien-être des populations, et la société dépend donc de leur offre abondante. La production d'aluminium a une gamme d'impacts, y compris les impacts environnementaux tels que les émissions de gaz à effet de serre, la consommation d'énergie énorme, la pollution par la poussière et les changements dans le paysage et les quartiers en raison de la gestion des résidus produits dans le processus. La figure 1 montre le nombre de publications universitaires sur différents types d'impact, les impacts environnementaux constituant clairement le plus grand nombre de publications, sur la période de 40 ans couverte par la recherche, de 1983 à 2023.
Figure 1. Nombre de publications universitaires concernant différents types d'impact dans l'industrie de l'aluminium
Les résidus de bauxite sont habituellement éliminés dans des bassins de résidus sous forme de lisier, qui est un mélange de particules solides et de liquides; cela augmente non seulement le fardeau économique des entreprises de production d'alumine, mais occupe également de grandes quantités de terres, ce qui représente une menace sérieuse pour l'air, le sol et les ressources en eau environnants, et peut causer des accidents de fuite à tout moment, ce qui est l'une des plus grandes sources d'impacts environnementaux concernant le traitement de la bauxite. Pour atténuer ces impacts environnementaux de l'industrie de l'aluminium, plusieurs sociétés minières étudient des méthodes alternatives pour raboiser les résidus avant leur élimination ou leur empilage à sec, mais elles étudient également des méthodes pour l'épaississement des résidus, le stockage des résidus et l'utilisation des résidus
Cette nouvelle approche est très positive en termes de réduction de la demande intensive de grands barrages ou d'étangs et de réduction de leurs impacts environnementaux. Les méthodes utilisées pour l'élimination des résidus ont été développées en raison des pressions environnementales, qui deviennent plus sérieuses avec l'exploration croissante des dépôts de moindre qualité l'utilisation de nouvelles technologies pour l'assèchement des résidus a contribué à relever ces défis et à réaliser un développement durable avec leur élimination centrifugeuses, plus précisément, le type de décanter, est un équipement polyvalent, avec les avantages de la production continue et de l'efficacité élevée de l'assèchement .
La centrifugeuse à décanter est devenue un outil de traitement majeur dans une large gamme d'applications de séparation liquide/solide. C'est un équipement d'assèchement, dont la principale caractéristique est l'utilisation de la force centrifuge, qui agit sur les particules solides d'une intensité beaucoup plus grande que la force gravitationnelle et qui peut être multipliée par l'augmentation de la vitesse de rotation . La figure 2 présente une vue schématique de la centrifugeuse à décanter. Les produits sont un haut contenu solide, un "gâteau", et un produit liquide, appelé "centrate".
Figure 2. Découpe de la centrifugeuse de décanter à cuve pleine
L'efficacité d'une centrifugeuse à décanter est largement liée à la force centrifuge, à la vitesse d'alimentation et au diamètre du déversoir, ainsi qu'aux caractéristiques des particules solides elles-mêmes. Comme les centrifugeuses à décanter peuvent être facilement adaptées à différentes exigences de fonctionnement, elles sont utilisées pour une grande variété d'applications et de branches industrielles différentes, telles que le traitement des eaux usées, le raffinage et l'assèchement de produits pétrochimiques, le traitement des minéraux, et le traitement des huiles végétales et des produits laitiers .
Pour une mise à l'échelle réussie à l'échelle industrielle, des expériences sur une échelle pilote sont recommandées pour déterminer la fonction de transfert correcte et donc cartographier la non-linéarité du système dans les centrifugeuses à décanter. Cela présente l'inconvénient qu'un nombre important d'expériences est souvent nécessaire, ce qui implique une forte demande d'énergie, du personnel et des dépenses de coûts.
Dans un barrage de résidus, les solides sont déposés par sédimentation, de sorte que la force sur les particules est la gravité naturelle de la Terre. Toutefois, lorsque le pourcentage de particules inférieures à 37 µm dans les résidus est d'environ 90%-100% et que le pourcentage de solides (base volumique) dans le lisier est élevé, le taux de sédimentation est très faible en raison de la viscosité élevée de ce type de lisier. Dans ces cas, l'assèchement préalable devient une option intéressante. Les résidus de bauxite s'adaptent dans ce cas, étant donné que dans leur traitement, toute la fraction fine est considérée comme des résidus, et le but de cette recherche est de mieux comprendre le comportement de ségrégation et de décantation des résidus de bauxite.
Cette étude vise à évaluer les résultats des centrifugeuses de décanter pour l'assèchement des résidus de bauxite provenant des gisements de bauxite dans la région sud-est de l'État de Minas Gerais, au Brésil, dans l'intention de développer et d'optimiser un système d'assèchement des résidus de bauxite. Pour décrire sa formation géologique en bref, le minerai provient de la ceinture à tendance ne qui commence à São João Nepomuceno et continue à Espera Feliz, avec des interruptions principalement dans les vallées des rivières Pomba et Muriaé.
La présente étude est pertinente non seulement en raison de la pression gouvernementale et sociale croissante concernant les barrages de résidus, mais aussi en raison des incitations environnementales pour utiliser des méthodes alternatives pour l'assèchement des résidus et, en outre, pour atténuer une pénurie de la littérature sur les sujets de l'assèchement des résidus de bauxite et l'utilisation de centrifugeuses de décanter pour l'assèchement des résidus.
2. Défis dans le retraitement de traînée
Le retraitement des résidus présente plusieurs défis :
- Séparation des particules fines : les résidus contiennent des particules fines, ce qui rend difficile la séparation des minéraux précieux des déchets à l'aide de méthodes conventionnelles.
- Gestion de l'eau : le retraitement des résidus génère de grandes quantités de lisier qui doivent être déshydratées efficacement afin de minimiser l'utilisation de l'eau et d'assurer la conformité réglementaire.
- Préoccupations environnementales : les résidus sont souvent acides ou contiennent des produits chimiques nocifs, qui nécessitent un traitement efficace avant leur élimination ou leur réutilisation.
Une centrifugeuse à décanter répond à ces défis en offrant un égouttage et une séparation efficaces des particules fines, en réduisant le volume de déchets et en optimisant la récupération de l'eau.
Des essais expérimentaux ont été réalisés avec des résidus de l'usine de lavage de bauxite dans trois centrifugeuses à décanter de différents fabricants et tailles. La séparation des phases dépend de la conception du décanter et de différentes variables opérationnelles, y compris la force centrifuge exercée sur l'alimentation, la profondeur du bassin, la vitesse différentielle et le débit.
Pour les besoins de la mise à l'échelle, les essais devraient être effectués dans une usine pilote en suivant les étapes de la figure 4.
L'usine pilote est composée des équipements principaux suivants :
-
Un broyeur de type sizer, avec une ouverture de 50 mm ;
-
Une rampe de lisier qui utilise la technologie de jet haute pression pour favoriser la désagrégation des particules d'argile sur les particules de bauxite;
-
Une grille avec tamis de 1 mm ;
-
Centrifugeuse à décanter.
Les trois centrifugeuses à décanter testées avaient différentes variables opérationnelles, comme la vitesse de rotation de la benne, la vitesse différentielle et la longueur totale, comme le montre le tableau 1.
Tableau 1. Géométries de centrifugeuses testées dans le présent travail.
Des échantillons d'aliments pour animaux, de gâteaux et de centrate ont été prélevés aux points illustrés à la figure 5.
Le débit d'alimentation de la centrifugeuse à décanter (point 1) est essentiel pour fermer l'équilibre de masse. Les informations sur les débits et les densités à ce stade sont essentielles et enregistrées à chaque prélèvement aliquote. Pour l'échantillonnage du débit, le protocole suivant a été suivi :
-
Prélever le lisier à l'alimentation de la centrifugeuse, en prenant 1 aliquote de 2.5 l toutes les 20 minutes de fonctionnement, avec au moins 3 aliquotes par essai;
-
Durée de fonctionnement minimale de 1 h en ligne droite par condition.
La collecte de l'échantillon de gâteau (point 3) est l'étape la plus difficile à réaliser, et la précision de la représentation dans cette expérience est une incertitude majeure dans cette étude. Pour l'échantillonnage du débit, le protocole suivant a été suivi :
-
Prélever au sommet du tas d'argile déshydraté pour obtenir une aliquote de 10 kg toutes les 20 min de fonctionnement, avec au moins 3 aliquotes par essai;
-
Durée de fonctionnement minimale de 1 h en ligne droite par condition.
Enfin, l'échantillon de débit central (point 2) est un autre flux essentiel pour fermer l'équilibre de masse. Les informations sur les débits et les densités à ce stade sont essentielles et enregistrées à chaque prélèvement aliquote. Pour l'échantillonnage du débit, le protocole suivant a été suivi :
-
Prélever du lisier à la sortie de pompage clarifiée, prélever une aliquote de 7 l toutes les 20 min de fonctionnement, avec au moins 3 aliquotes par essai;
-
Durée de fonctionnement minimale de 1 h en ligne droite par condition.
Pour déterminer la densité du lisier, on a utilisé l'échelle Marcy basée sur l'équation (1). On a supposé que les densités du minerai et du liquide étaient respectivement de 2.5 g/cm3 et de 1.0 g/cm3.
L'échelle Marcy est composée d'une balance et d'un conteneur en acier inoxydable d'un volume de 1000 cm3 (figure 6), et est un équipement pratique et largement utilisé dans les opérations des usines de traitement des minéraux, servant à mesurer la densité de lisier, solides, et liquides avec des lectures rapides, sans avoir besoin d'utiliser des graphiques ou abacus, ou effectuer des calculs .
Paramètre technique :
Modèle |
Paramètre technique |
puissance du moteur |
cote du contour (mm) |
Poids de la machine
(KG) |
| (Diamètre)mm |
Vitesse de rotation
tr/min |
Longueur mm |
Facteur de séparation
G |
capacité
M3/h |
KW moteur principal |
Moteur d'étau
KW |
Dimensions :
L×P×H |
|
| LW250×1000 |
250 |
3600 |
1000 |
1813 |
1-3 |
7.5/11 |
4/5.5 |
2065×1050×800 |
1100 |
| LW360×1200 |
360 |
3500 |
1200 |
2467 |
3-8 |
11/18.5 |
7.5/11 |
2600×1500×850 |
1900 |
| LW360×1500 |
360 |
3500 |
1500 |
2062 |
3-8 |
11/18.5 |
7.5/11 |
2800×1400×850 |
2000 |
| LW420×1750 |
420 |
3200 |
1750 |
2406 |
4-20 |
30/37 |
11/18.5 |
3120×1580×1050 |
3000 |
| LW450×1600 |
450 |
3200 |
1600 |
2578 |
5-25 |
30/45 |
11/22 |
3780×1050×1180 |
3500 |
| LW450×1800 |
450 |
3200 |
1800 |
2578 |
5-25 |
30/45 |
11/22 |
3985×1050×1180 |
3600 |
| LW450×2000 |
450 |
3000 |
2000 |
2266 |
5─25 |
30/45 |
11/22 |
4320×1050×1180 |
3800 |
| LW500×1800 |
500 |
3000 |
1800 |
2517 |
10-30 |
37/55 |
15/22 |
4200×1110×1200 |
4300 |
| LW500×2100 |
500 |
3000 |
2100 |
2517 |
10-30 |
37/55 |
15/22 |
4500×1110×1200 |
4500 |
| LW550×1800 |
550 |
3000 |
1800 |
2769 |
10-35 |
45/55 |
18.5/22 |
4380×1160×1230 |
4800 |
| LW550×2200 |
550 |
2800 |
2200 |
2412 |
10-35 |
45/55 |
18.5/30 |
4780×1160×1230 |
5000 |
| LW650×1750 |
650 |
2000 |
1750 |
1454 |
20-50 |
75/90 |
30/37 |
4576×1300×1250 |
6000 |
| LW650×2000 |
650 |
2000 |
2000 |
1454 |
20-50 |
75/90 |
30/37 |
4900×1300×1250 |
6200 |
| LW800×2000 |
800 |
1800 |
2000 |
1450 |
40-100 |
90/110 |
45/55 |
6052×1460×2100 |
10000 |
| LW1000×2350 |
1000 |
1600 |
2350 |
1432 |
50-140 |
110/132 |
55/75 |
6850×1860×2300 |
12800 |
D'autres pièces montrent la centrifugeuse à décanter :
Processus productif
Atelier
Fournisseur Audité 
