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La présente invention est relative à des per- fectionnements à un procède de broyage dans des broyeurs à boulets, à barres, à tubes et autres corps broyants, par application de vitesses supérieures à la vitesse cri- tique.
Jusqu'à présent, on effectuait les broyages en faisant tourner le broyeur à une vitesse correspondant à 60 - 90% de la vitesse critique, qui peut être déter- minée par la formule bien connue suivante :
EMI1.1
76,6 \/D# dans laquelle n = valeur numérique de la vitesse criti- que en tours par minute;
D = diamètre intérieur du broyeur en pieds; d= diamètre des corps de broyage en pieds
Selon une opinion largement admise, lorsque la vitesse du broyeur excède 100 % de la vitesse critique, la capacité de broyage du broyeur est soit sensiblement moinare que dans la gamme'de 60 à 90% de la vitesse critique, soit même inexistante.
La présente invention a pour objet l'applica- tion de vitesses de broyage inconnues jusqu'ici et grâce auxquelles peut être produite une nouvelle action de broyage, qui aux vitesses supérieures à la vitesse cri- tique est concentrée à une zone, appelée dans la suite du présent mémoire "zone de broyage par attrition", cette action de broyage conduisant à un tout nouveau processus de broyage dans les broyeurs à boulets, à barres et au- tres corps byants
La particularité la plus caractéristique de l'invention réside dans le fait que, lorsqu'un broyeur
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tourne à une vitesse, dite "vitesse supercritique", supé- rieure à la vitesse critique, la vitesse périphérique du broyeur et la charge d'éléments de broyage sont choisies de façon que la vitesse sub-critique des corps broyants doit obtenue à une vitesse super-critique du broyeur.
La zone de broyage par attrition est formée entre le revête- ment intérieur du broyeur et la couche extérieure des corps broyants dans un broyeur présentant un revêtement intérieur nelativement lisse. En équipant le broyeur, de tiges de retenue spéciales ou d'autres obstacles pour le glissement, le broyeur formera automatiquement son propre revêtement intérieur avec la matière utilisée com- me corps broyants lorsqu'il tourne à une vitesse super- critique. Dans ce cas, le broyage par attrition est ba- sé sur la différence de vitesse entre la couche de corps bruyants attachée/tournant avec l'enveloppe du broyeur et la seconde couche de corps bruyants voisine de la couche mentionnée en premier lieu.
Les observations suivantes montrent la validité de ltinvention.
Dans les dessins ci-joints : - la figure 1 montre un certain nombre de ca- ractéristiques d'un broyeur à boulets; - la figure 2 montre les principes d'un mode classique de broyage, et - la figure 3 montre les principes du procédé de broyage dans des broyeurs fonctionnant conformément à l'invention.
. La figure 1 montre une série d'essais effectués dans un broyeur à boulets du type semi-technique. Le broyeur présentait un revêtement intérieur assez lisse.
Il a été possible de régler la vitesse du broyeur dans la gamme allant de 50% à 310 de la vitesse critique.
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La vitesse est indiquée en abscisse et l'énergie ou puissance développéé en ordonnée. Comme le montrentles courbes, des maxima de puissance ont été obtenues avec des charges de boulets de 220, 440 660, 880 et 1100 li- vres anglaises dans la gamme des vitesses possibles. La formation des maxima de puissance pré-suppose qu'une par- tie de la charge de boulets ou toute la charge de bou- lets cèderont à la force centrifuge à des vitesses encore plus élevées.
Des maxima de puissance sont, d'autre part, observés avec de plus grandes charges de boulets aux vitesses suivantes :
EMI3.1
<tb> Charge <SEP> de <SEP> boulets <SEP> Vitesse <SEP> au <SEP> maximum <SEP> de
<tb> en <SEP> livres <SEP> puissance <SEP> en <SEP> % <SEP> de <SEP> la <SEP> vitesse
<tb> critique
<tb> @
<tb>
<tb> 1320 <SEP> 197
<tb>
<tb> 1540 <SEP> 160
<tb>
<tb> 1760 <SEP> 150
<tb>
<tb> 1980 <SEP> 122
<tb>
<tb> 2200 <SEP> 108
<tb>
<tb> 2640 <SEP> 93
<tb>
<tb> 3300 <SEP> 87
<tb>
Les courbes pour les deux charges de boulets mentionnées en dernier lieu représentent des diagrammes typiques pour le broyage classique. La charge de 2640 livres anglaises représente une charge de boulets d'envi' ron 50 % du volume du broyeur, qui est considérée ordi- nairement comme la charge la plus avantageuse pour le broyage.
Etant donné que la partie supérieure du diagram- me relatif à la charge de 2640 livres, par exemple, est proche de la valeur limite de 100 %, au moins la partie extérieure de la charge de boulets commencer à céder à la force centrifuge à la vitesse critique. Cet essai-
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montre que, dans un broyeur, dans lequel la charg boulets correspond à environ 50 % de son volume, la cou- che de boulets extérieur, située contre un revêtement intérieur assez lisse se meut également à une vitesse très voisine de la vitesse périphérique du broyeur. Si le revêtement intérieur n'est pas lisse, la couche exté- rieure de boulets n'a pas la possibilité de glisser par rapport au revêtement et les deux doivent se déplacer à la même vitesse.
Sur la base de ce qui a été dit, le broyage s'effectue dans les broyeurs classiques par cascade ou cataracte des corps broyants principalement à la pointe de la charge de boulets, comme montré à la figure 2 et, dans une certaine mesure dans la masse croulante elle- ,ême Aucun broyage ou tout au moins aucun broyage ap- préciable ne se produit entre la couche extérieure de corps broyants et le revêtement intérieur du broyeur.
Sur la base des essais relatifs à la présente invention, un broyage est possible dans une large gamme de vitesses super-critiques dans un broyeur présentant un revêtement intérieur assez lisse, panle fait que, tandis que le broyeur tourne avec ses revêtements inté- rieurs à une vitesse super-critique, la vitesse à laquel le la charge de boulets et syécialement couche exté- rieure libre se meut est une vitesse sub-critique. La vitesse supérieure du broyeur et le poids de la charge de boulets sont en relation telle que plus la charge de bou- lets est faible, plus il est possible d'augmenter la vi- tesse du broyeur.
En opérant de cette manière, il.est possible de réaliser une zone de broyage par attrition, - ce qui ont inconnu et d'ailleurs non désiré dans la pratique habituelle entre le revêtemetn intérieur du broyeur et'
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la couche extérieure de boulets, comme montré à la figu- re 3.
La zone d'attrition est basée sur la différen- ce de vitesse entre le revêtement intérieur et la couche extérieure de boulets. Plus la vitesse du broyeur est élevée dans la gamme de vitesses super-critiques, plus grande est également la différence entre les vitesses en question. Si la vitesse du broyeur n'est que légèrement supérieure à 100% de la vitesse critique, la proportion. de broyage par attrition ne constitue qu'une partie de l'entièreté de l'effet de broyage. Aux vitesses élevées- le broyage s'effectue presque exclusivement sous forme d'un broyage par attrition.
Le procédé de broyage suivant la présente in- vention a été illustré dans ce qui précède par l'emploi de boulets en fer ou alliages de fer dans un broyeur à boulets. Il est évident que la présente invention cou- vre le broyage en général dans la gamme des vitesses su- per-critiques dans des broyeurs à boulets, à barres, à tubes et à autres corps broyants. Le procédé n'est pas limité à un type particulier de matière à broyer. Il est,également applicable à la production de pulpe de bois broyée ou de pulpe de noeuds broyée dans l'indus- trie du bois.
On sait que la méthode de broyage autogène a trouvé de nombreuses applications au cours des années récentes. La méthode de broyage autogène peut être dé- finie comme étant un procédé de broyage dans lequel la matière à broyer et les corps broyants sont constitués essentiellement de la même substance solide. La métho- de de broyage autogène à des vitesses super-critiques, conformément à la présente invention, est applicable non seulement avec des rocs et minerais se présentant dans
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la nature, mais également avec des produits industriels artificiels) tels que par exemple le clinker de ciment, etc... Ainsi, pour le broyage fin de ciment, on peut utiliser du clinker de ciment initial comme corps broyant, la matière à broyer étant dans ce cas constituée par du clinker grossièrement broyé.
Des variantes ou modifications entre les métho- des autogènes et les méthodes non autogènes de broyage sont possibles dans le cadre de la présente invention à des vitesses super-critiques. Ainsi, des corps broyants constitués par des morceaux de matières naturelles ou artificielles, métalliques ou non ou par des mélanges de telles matières peuvent être utilisés pour le broyage par voie humide ou sèche de n'importe quelle matière qui est ou peut être broyée selon la pratique de broyage habituelle.
Lors de la mise en oeuvre de la présente inven- tion, il existe une relation entre la vitesse du broyeur, d'une part, et la charge de corps broyants, le frottement entre la charge et le revêtement intérieur du broyeur, ainsi que la masse des corps broyants individuels, d'au- tre part, en sorte que la vitesse du broyeur peut être élevée en diminuant la charge de corps broyants, en dimi- nuant ledit fortement par exemple par emptage de la ma- ' tière à broyer dans une pulpe plus ou moins diluée, en diminuant la quantité de matière à broyer ou en augmen- tant son degré de finesse et/ou en augmentant la masse des corps broyants individuels dans certaines limites.
Il a été vérifié en pratique qu'en raison du faible poids spécifique des corps broyants, la capacité des broyeurs autogènes opérant dans la gamme des vitesses sub-critiques habituelles est rarement supérieure à la moitié de celle des broyeurs à boulets d'acier corres-
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pondants et est même ordinairement d'un tiers ou moins de cette dernière capacité. En conséquence, dans les installations dans lesquelles un broyage autogène a été mis en oeuvre avec l'idée de remplacer les boulets en fer par des galets de minerais, on a été obligé de dou- bler au moins le nombre de broyeurs et/ou d'augmenter leurs dimensions, en augmentant leur diamètre ou leur longueur.
Il a été découvert à présent que la capacité originelle d'un broyeur à boulets de fer classique utili- sé, par exemple, pour un broyage fin peut être récupérée dans une mesure désirée, soit partiellement, soit entiè- rement, la capacité originelle pouvant même être dépas- sée, même dans des applications pratiques du méthode de broyage autogènes, en augmentant la vitesse du broyeur depuis la gamme des vitesses sub-critiques appliquées antérieurement jusqu'à une valeur désirée dans la gamme des vitesses super-critiques.
De cette manière, il est possible d'obtenir économiquement résultat très in- téressant, parce qu'il est possible d'obtenir, par exem- ple, le même résultat avec les broyeurs originels sans utiliser de corps broyants métalliques coûteux, en fai- sant usage comme corps broyants de galets de minerai con- cassé tamisés ou non et obtenus à bas prix. La capacité ,du broyeur, de même que le résultat du broyage peuvent être simultanément affectés par un changement du diamètre ou de la longueur du broyeur.
La valeur de cette caractéristique particulière de l'invention peut être démontrée par les essais sui- vants :
Essai 1
De la pierre calcaire concassée a été broyée à raison de 2100 livres anglaises par heure d'abord dans
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un broyeur à barres du type semi-techain Le produit a été soumis à un broyage fin dans un broyeur à boulets opérant à 70 % de la vitesse critique et avec une charge de boulets de 24 % ce broyeur étant en circuit fermé avec un classeur mécanique.
Lorsqu'un fonctionnement en régi- me a été atteint, on a analysé le produit de départ (c'est-à-dire le produit déchargé du broyeur à barres) et le produit final (sortant du classeur) en vue de déter- miner les calibres de leurs particules :
Produit de départ, % Produit final, % -------------------- ----------------
EMI8.1
<tb> - <SEP> 35 <SEP> mailles <SEP> 77,5 <SEP> 100,0
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> 64,8 <SEP> 99,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 65 <SEP> " <SEP> 53,3 <SEP> 97,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 100 <SEP> " <SEP> 45,5 <SEP> 91,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 150 <SEP> " <SEP> 34,3 <SEP> 73,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 200 <SEP> " <SEP> 27,7 <SEP> 58,8
<tb>
Essai 2
De la pierre calcaire a été broyée de la ma- nière décrite ci-dessus,
si ce n'est que les boulets ont été remplacés par des galets de pierre calcaire à raison de 48 % du volume de broyeur. La vitesse du broyeur a été augmentée jusqu'à 230 % de la vitesse critique. Les résultats obtenus étaient les suivants :
Produit de départ % Produit,
EMI8.2
<tb> - <SEP> 35 <SEP> mailles <SEP> 79,4 <SEP> 99.9
<tb>
<tb> - <SEP> 48 <SEP> " <SEP> 67,6 <SEP> 99,6
<tb>
<tb> - <SEP> 65 <SEP> " <SEP> 55,7 <SEP> 96,2
<tb>
<tb> - <SEP> loo <SEP> " <SEP> 46,6 <SEP> 84,8
<tb>
<tb> - <SEP> 150 <SEP> " <SEP> 36,2 <SEP> 67,8
<tb>
<tb> - <SEP> 200 <SEP> " <SEP> 29,1 <SEP> 54,
1
<tb>
Une comparaison entre les résultats obtenus indique que la quantité de nouvelle matière de calibre
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inférieur à 48 mailles dans l'essai 2 était de 92%et la quantité de nouvelle matière de calibre inférieur à 65 mailles était de 91,8% de celles obtenues dans l'essai 1.
En règle générale, on peut donc dire que la cap&citë d'un broyeur augmente à mesure que croit sa vi- tesse et à mesure que croît le poids spécifique effectif des corps broyants et ce jusqu'à un certain maximum.
Une certaine capacité désirée peut être obtenue à une vitesse plus faible dans un broyeur du type à grille que dans un broyeur du type à trop-plein, si/es autres condi- dions sont équivalentes.
La présente invention a pour objet supplémen- raire une nouvelle modification de la méthode de broyage autogène aux vitesses super-critiques, cette modifica- tion consistant à utiliser, comme corps ou milieu broyant, un produit grossier séparé d'une matière minérale se présentant dans la nature et dont le poids spécifique est nettement supérieur au poids spécifique de la matière originelle dont elle a été séparée.
La capacité de base des broyeurs autogènes est relativement faible par suite du faible poids spécifique des corps broyants. Il a été découvert à présent que, dans maints cas, la capacité d'un broyeur peut être aug- mentée non seulement en accroissant la vitesse du broyeur, mais également en utilisant, comme corps broyants, un concentrat grossier de calibre désiré, au lieu de galets de minerai représentant la composition moyenne totale du minerai. Un tel concentrat, dont le poids spécifique est sensiblement supérieur à celui du minerai, peut être produit par triage à la main, par criblage, par flotta- tion ou par d'autres moyens.
Ce concentrat grossier peut être avantageusement utilisé comme corps broyant par exemple pour le broyage fin du reste du minerai-
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lorsque celui-ci a été réduit à la finesse approprier dans un broyeur à barres ou par d'autres moyens.
En variante du procédé décrit ci-dessus, un produit séparé d'un minerai ou d'une roche particulière peut être utilisé pour broyer un autre minerai, une autre roche ou un autre produit. Son effet broyant peut être amélioré encore en le mélangeant avec un autre concen- trat similaire de son poids spécifique plus élevé ou avec des corps broyants métalliques. Comme les broyeurs fonctionnent à des vitesses super-critiques, le mode automatique de garnissage peut à nouveau être appliqué.
Tout ce qui a été dit précédemment est vrai pour le broyage à des vitesses super-critiques en géné- ral. La nouvelle action de broyage dans la zone d'at- trition constituera sans doute la méthode la plus effi- cace de broyage fin qui peut être développée. Comme indiqué précédemment, les forces abrasives dans la zone d'attrition deviendront énormes aux vitesses super-cri- tiques élevées à cause de la grande différence de vites- se entre le revêtement intérieur du broyeur et la couche extérieure de corps broyants. Une vitesse de rotation élevée sera particulièrement appropriée pour un broyage fin.
La présente invention concerne également une modification spéciale très importante qui a rapport au broyage de matières grossières, spécialement de produits obtenus par concassage.
La première phase du broyage, dénommée broyage grossier, est souvent exécutée dans un broyeur à barres fonctionnant en circuit ouvert à une vitesse sub-criti- que, le produit étant broyé au degré de finesse final dans un circuit de broyage fin séparé.
Dans certains cas, le broyage de minerai con-
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cassé grossier a été exécuté en appliquant la méthode autogène de broyage de façon que, dans des broyeurs fonc- tionnant dans la gamme des vitesses sub-critiques la for- ce d'impact nécessaire pour briser la matière est obte- nue en munissant l'enveloppe et les parois d'extrémité d'un broyeur court mais de grand diamètre d'un revête- ment intérieur spécial qui, conjointement avec l'étroite gorge formée entre les parois du broyeur et avec l'aide de gros corps broyants, développe une force de levage suffisante pour élever les corps broyants jusqu'à la partie supérieure du broyeur, pendant qu'il tourne.
L'objet complémentaire de la présente inven- tion est la correction des erreurs de base en rapport avec le broyage grossier autogène. La méthode autogè- ne de broyage grossier suivant la présente invention se caractérise essentiellement par une réduction des dimen- sions par impact grâce à une combinaison de facteurs telle que, lorsque le broyeur fonctionne dans la gamme des vitesses super-critiques, la relation entre la gran- deur maximum ou la masse maximum des corps broyants et celles de la matière à broyer, d'une part, et la relation entre la masse maximum des corps broyants et la vitesse super-critique du broyeur, d'autre part, sont choisies de façon que l'effet d'impact des corps tombants coïncidé avec l'effet de broyage désiré pendant toute l'opération de broyage.
La force d'impact des corps tombants dans le procédé de broyage grossier suivant la présente inven- tion peut être augmentée ou réduite non seulement en ré- glant la grandeur des corps broyants et des morceaux à broyer, mais également en modifiant le diamètre du bro- yeur et la vitesse super-critique de rotation de celui- ci. Les broyeurs convenant le mieux pour un broyage
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grossier autogène seront de préférence, très grands et la relation entre le diamètre et la longueur du broyeur pourrait différer de celle des broyeurs à barres classi- ques.
Dans un cas typique de broyage grossier par le procédé suivant la présente invention, les corps broyants représentent une gamme de pièces de dimensions relative- ment faibles, qui peuvent être séparées, par exemple, dans le circuit de broyage, à l'aide de grilles, de tamis ou d'autres dispositifs. La matière à broyer représente du produit concassé tamisé ou non, dont la grosseur maxi- mum est inférieure à celle des corps broyants.
Contrairement à ce qui se passe dans la pra- tique courante, la capacité maximum des broyeurs pour broyage grossier sera atteinte dans la gamme des vitesses super-critiques. Simultanément, une zone d'attrition sera créée entre le revêtement intérieur du broyeur et la couche extérieure de corps broyants, comme on l'a ex- pliqué plus haut, laquelle zone augmentera davantage la capacité de broyage du broyeur, spécialement dans la gamme des fractions fines.
Un avantage supplémentaire très important des broyeurs autogènes pour broyage grossier fonctionnant à des vitesses super-critiques, conformément à la présente invention, est naturellement la possibilité d'utiliser un revêtement intérieur se formant automatiquement sen- siblement de la manière décrite précédemment.
Tout comme le broyeur à barres ordinaire peut être actionné à une vitesse sub-critique dans des cas spéciaux pour la production d'un produit final en circuit ouvert ou fermé, par voie humide ou sèche, la méthode autogène de broyage grossier conforme à la présente in- vention peut être utilisée dans la gamme des vitesses
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super-critiques similairement pour la production de ma- tières finement divisées. Le résultat global le meilleur sera toutefois obtenu tout au moins dans des opérations à grande échelle, dans lesquelles le broyage grossier et le broyage fin seront exécutés en stades séparés, chaque fois dans les conditions convenant le mieux pour le type particulier de broyage.
La méthode autogène de broyage grossier décrite plus haut peut aussi être appliquée en pratique, en uti- lisant des corps broyants dun minerai particulier, d'une roche particulière, d'un produit séparé de ceux-ci, de pierres se présentant dans la nature, de produits arti- ficilestels que du clinker de ciment, des scories, etc.; ainsi que leurs mélanges pour broyer un autre minerai, une autre roche ou une autre matière dans la gamme des vitesses super-critiques. Bien que l'addition de corps broyants métalliques ne soit pas nécessaire ni même es- sentielle pour le processus de broyage lui-même, certains avantages supplémentaires peuvent résulter de leur utili- sation dans des cas spéciaux.
Dans des cas où du fer provenant des corps broyants métalliques ou du revêtement intérieur exerce des effets préjudiciables dans une des phases subséquen- tes de traitement de la matière broyée, par exemple, au cours de la flottation, dans certains traitements de la- vage ou dans des matières céramiques, l'avantage addi- tionnel résultant de Inapplication du procédé autogène de broyage ou de variantes du celui-ci, dans lesquels on emploie des corps broyants non métalliques, peut être substantiel et peut même, dans certains cas, être écono- miquement décisif.
Le broyeur utilisé pour la mise en oeuvre de
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la présente invention peut être cylindrique ou légèrement conique. Il peut aussi comporter des parties cylindri- ques ou coniques.
REVENDICATIONS 1. Procédé de broyage dans des broyeurs à boulets, à barres, à tubes ou à autres corps broyants fonction- nant à des vitesses super-critiques, caractérisé en ce qu'on choisit la vitesse périphérique du broyeur et la charge de corps broyants de façon qu'une vitesse sub-cri- tique de la charge de corps broyants soit obtenue à une vitesse super-critique du broyeur.