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Une société minière mexicaine optimise son exploitation grâce à six décanteurs

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Une grande société minière mexicaine devait améliorer la récupération des eaux de process afin d'alimenter en eau recyclée son circuit de flottation destiné à la séparation et à l'extraction des matériaux.

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Partout dans le monde, on exploite des gisements miniers pour en extraire les minéraux indispensables. La croissance démographique, les nouvelles technologies et la volonté d’améliorer notre climat poussent les mines à fournir davantage de minéraux pour alimenter le monde d’aujourd’hui. Les procédés de traitement des minéraux utilisent l’eau comme milieu pour faciliter le mélange, la lixiviation, le transport ou la transformation des minéraux contenus dans le minerai. À l’échelle mondiale, l’eau est l’une de nos ressources les plus précieuses, et l’industrie minière prend très au sérieux sa responsabilité de réutiliser l’eau et de la restituer à son état naturel.

Contexte
Cette grande entreprise minière est le leader mondial de l’extraction des produits fluorés qui jouent un rôle fondamental dans l’amélioration de la vie quotidienne à travers un vaste éventail d’applications, notamment dans la construction, les batteries, les polymères, les réfrigérants, les dispositifs médicaux et les principes actifs pharmaceutiques, entre autres.

L’entreprise propose des solutions pour divers marchés grâce à une large gamme d’applications : Metspar, Acidspar, acide fluorhydrique, anhydrite, trifluorure d’aluminium, réfrigérants, propulseurs médicaux, stockage d’énergie et propulseurs techniques. Ces produits conviennent à un large éventail d’applications, notamment les traitements médicaux, la réfrigération commerciale, l’automobile, la construction et les services publics.

En tant que premier producteur mondial de spath fluor, représentant plus de 20 % de l’offre mondiale, et produisant environ 10 % de l’offre mondiale d’acide fluorhydrique, ses produits sont utilisés par des sites de production au Mexique, au Royaume-Uni, aux États-Unis et au Japon. La structure «de la mine au marché» garantit une chaîne d’approvisionnement sûre pour les clients, couvrant un large éventail d’applications et de secteurs.

Le défi
L’exploitation minière basée au Mexique n’arrivait pas à obtenir les résultats de production requis en utilisant des épaississeurs et des hydrocyclones conventionnels. L’entreprise extrait un produit dans un site où l’eau nécessaire à son fonctionnement est très limitée. La solution la plus judicieuse consiste à recycler l’eau. Cependant, dans le cadre de ce processus, elle avait recours à de vastes bassins de décantation. Au fil d’environ 25 ans, un volume important de matières très fines s’est accumulé dans le circuit d’eau, matières qui se déposaient très difficilement de manière naturelle.

La société minière devait trouver une solution, en partie parce qu’elle supportait des coûts considérables (1 million de dollars par mois) pour l’achat d’eau. Cette eau alimentait le processus et permettait de poursuivre la production, mais elle a fini par manquer d’espace de stockage pour les volumes d’eau non conforme aux spécifications et chargée en particules fines. Le produit de valeur était traité de différentes manières. Les vitesses de sédimentation des solides étaient inacceptables et irrégulières dans les épaississeurs gravitaires et les hydrocyclones. En général, une partie des matières, à savoir les fractions les plus grosses et les plus denses, se déposait à des vitesses acceptables, mais les vitesses de sédimentation des fractions fines permettaient à ces dernières de quitter le système encore en suspension. Au fil du temps, cette situation a généré d’énormes volumes d’eau qui ne pouvaient être ni réutilisés ni rejetés. Il fallait une solution capable de faciliter l’extraction des particules à sédimentation rapide et de capturer les fines en un seul passage, avec un débit élevé : une solution unique et techniquement avancée, offrant une grande flexibilité de réglage, mais aussi une construction robuste dotée de solutions avancées de protection contre l’usure pour résister aux conditions difficiles de l’exploitation minière.

La solution
La société minière s’est associée à Flottweg pour trouver la solution. Tant l’équipe de la mine que celle de Flottweg ont prélevé des échantillons détaillés tout au long du processus, qui ont été envoyés aux laboratoires de Flottweg en Allemagne pour une analyse approfondie. Les ingénieurs de procédés ont examiné les besoins spécifiques de la mine ainsi que les paramètres de l’installation et du procédé, puis ont calculé une série de résultats attendus dans diverses conditions.

Les efforts conjoints de l’équipe d’ingénierie de la mine et de Flottweg ont abouti à l’installation d’une centrifugeuse décanteuse Z92 à taille réelle sur le site minier au Mexique. Sous la supervision des techniciens hautement qualifiés de Flottweg, présents sur site et en liaison étroite avec leurs homologues en Allemagne, la société minière a pu atteindre le plus haut niveau d’efficacité et de productivité. Flottweg a fourni une centrifugeuse à faible encombrement permettant de récupérer en continu et efficacement les eaux de traitement précieuses et de réduire la charge en solides entraînés. Depuis, plusieurs machines ont été ajoutées afin d’étendre les capacités de traitement pour la récupération de l’eau. Après une période pilote couronnée de succès, l’équipement d’essai Flottweg (modèle Z92) a été converti en installation permanente en 2019.

Parallèlement à cette conversion, des plans ont été élaborés pour permettre la mise en place à grande échelle de six (6) décanteurs, facilitant ainsi le traitement de l’ensemble des résidus de l’exploitation. Deux machines supplémentaires ont été installées et mises en service un an plus tard, puis trois autres ont été mises en service l'année suivante — ce qui porte à six le nombre de décanteurs actuellement en service et fonctionnant efficacement.

Trois objectifs avaient été fixés :

Récupérer autant d’eau que possible pour la réutiliser dans l’exploitation.
Réduire le volume global de matières fines grâce à l’eau réutilisée.
Éliminer les solides générés par l’exploitation minière. Cela implique l’extraction souterraine de roche qui remonte à la surface et est ensuite broyée en une matière très fine. Cette matière est ensuite placée dans un réservoir contenant un tanin spécial qui permet aux produits de valeur de flotter. Il reste alors un résidu d’autres matériaux broyés, appelé « résidus miniers ».

Fonctionnement de la technologie
Les forces de rotation développées à l’intérieur du décanteur accentuent les forces gravitationnelles exercées sur les fluides traversant l’appareil. La force appliquée peut accélérer les vitesses de sédimentation de plusieurs centaines, voire milliers de fois par rapport à des conditions statiques.
La conception modulaire de cette centrifugeuse décanteuse permet un réglage adapté afin d’optimiser toutes sortes de tâches de séparation. Les décanteuses Flottweg utilisées pour cette application de récupération des eaux minières offrent une multitude de réglages qui permettent d’affiner les résultats selon les besoins. Ces réglages comprennent la vitesse du bol sur une large plage permettant de déterminer les forces de séparation appliquées, les variations de vitesse de la spirale de transport des solides afin d’optimiser leur acheminement, ainsi que des déversoirs de sortie d’eau à réglage mécanique permettant de définir les niveaux de fluide à l’intérieur de la machine.

Ces trois caractéristiques permettent d’adapter les résultats obtenus en fonction du fonctionnement. Les vitesses du bol et de la vis d’alimentation peuvent être configurées, grâce à un système d’automatisation intégré, pour s’ajuster aux variations du flux d’alimentation entrant, ce qui permet à la machine de continuer à fournir un résultat standardisé. D’autres décanteurs spécialisés peuvent être équipés d’une turbine réglable. Normalement, le liquide clarifié s’écoule du décanteur sans pression vers la chambre de collecte en aval. Il est toutefois possible de transporter le liquide clarifié à l’aide d’une turbine. Le fluide sort dans un système fermé sous forme de flux à basse pression. Cette variante permet d’ajuster le niveau de liquide en temps réel, sans avoir à réajuster la hauteur des déversoirs, offrant ainsi une fonctionnalité d’optimisation supplémentaire pour affiner les performances de séparation. Une version améliorée intègre un dispositif électronique de positionnement de la roue, permettant de régler la roue réglable.

Résultats
La mine de Mexico s’étend sur plus de 1 000 acres et constitue le plus grand gisement souterrain de spath fluor au monde. La majeure partie du matériau provient de gisements minéraux souterrains de grande taille. Depuis l’installation des décanteurs, les coûts d’exploitation et de consommation d’eau ont considérablement diminué. L’utilisation de ces équipements a permis de réduire les coûts d’au moins un tiers, et d’autres solutions Flottweg sont en cours de développement pour réduire encore davantage ces coûts.

La société minière affirme que les machines fonctionnent exactement comme promis, avec des résultats de plus en plus positifs. Ses objectifs consistent à améliorer en permanence la qualité de l’eau de retour et à mettre en place un processus de récupération de l’eau non conforme provenant des réservoirs de stockage contaminés. La société a décidé d’investir un temps et des ressources considérables pour améliorer sa gestion de l’eau. « Flottweg nous a proposé des technologies qui semblaient au départ très prometteuses, même si nous étions sceptiques quant à leur efficacité. Je pense que leur principal argument de vente a été la manière dont elles nous ont aidés à optimiser à la fois le fonctionnement des centrifugeuses et les processus qui les entourent », a déclaré un représentant de la société. « La clé du succès a été d’accepter l’offre de Flottweg de nous louer son équipement afin que nous puissions l’utiliser et bénéficier d’un service technique visant à démontrer non seulement la facilité d’utilisation de l’équipement, mais aussi l’effet d’entraînement qu’il aurait sur notre système. Ainsi, la réussite de ce projet tenait à la fois à l’aspect technique, mais aussi et surtout à l’aspect service. La proposition de Flottweg de tester le matériel sur site a joué un rôle essentiel. Je pense que c’était le point le plus important. Et cela nous a permis de découvrir une synergie vraiment significative qui nous a aidés à obtenir des résultats dépassant de loin nos attentes. »

Auteur :

Terry Ostrom est responsable du secteur minier et des industries minérales chez Flottweg Separation Technology, Inc. Il possède une vaste expérience dans le domaine des équipements de traitement, notamment les pompes, les systèmes de réactifs et les centrifugeuses. Cette expertise, combinée à son expérience en ingénierie des procédés miniers, fait de lui la personne idéale pour accompagner ce secteur.