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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO ----- o

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO ----- oOo ----- DEPARTEMENT MINES DEPARTEMENT GENIE INDUSTRIEL MEMOIRE DE FIN D’ETUDES en vue de l’obtention des Diplômes d’Ingénieur des Mines et Génie Industriel ETUDE ET CONCEPTION D’APPAREILS DE BROYAGE ET DE CLASSEMENT EN VUE DE LA CONCENTRATION DES DECHETS DE LA SOCIETE KRAOMITA MALAGASY Présenté par : RAJOELISOA Mbolanoro et ANDRIANKAJA Hery Tsihoarana Soutenu le, 16 Mars 2004, devant le jury composé de : Président : M. RAKOTONIAINA Andrianarisoa, Enseignant département Génie Industriel Rapporteurs : M. RAKOTOARISON Simon, Enseignant département Mines M. RANDRIANANTOANDRO Grégoire, Enseignant département Génie Industriel M. RAVALIARISON William, Directeur d’Etude et des Projets à la KRAOMA Examinateurs : Pr. RANDRIANJA Roger, Chef de Département Mines M. RAKOTONIRIANA René, Enseignant département Génie industriel Promotion 2003 REMERCIEMENTS Nous tenons à adresser nos vifs remerciements à : - Monsieur Benjamin RANDRIANOELINA, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo - Messieurs les Chefs de département Génie Industriel : • Joeliharitahaka RABEATOANDRO, Chef de département Génie Mécanique et Productique • Yvon ANDRIANAHARISON , Chef de département Génie Electrique - Monsieur Roger RANDRIANJA , Chef de département et encadreur Mines - Monsieur Simon RAKOTOARISON, Enseignant et Encadreur Mines - Monsieur William RAVALIARISON, Directeur d’Etudes et de Projets à la KRAOMA et Encadreur Mines - Messieurs les Enseignants au sein du département Génie Industriel : • Andrianarisoa RAKOTONIAINA • Grégoire RANDRIANANTOANDRO qui nous ont prodigué de précieux conseils - Le Président du Jury - Les Membres du Jury - Les enseignants dans les deux départements :Mines et Génie Industriel, qui n’ont pas ménagé leurs efforts pour nous former durant ces cinq années d’études. - Le personnel de la société KRAOMA pour leur contribution matérielle et leur soutien moral dans la réalisation de ce travail. Que les membres de nos familles et proches amis qui, de près ou de loin, nous ont beaucoup aidé trouvent ici toute notre reconnaissance. Enfin, que nos parents dans leur amour intarissable, ont donné les meilleurs d’eux-mêmes, consenti de grands sacrifices, et assez souvent enduré des privations pour que ce mémoire de fin d’études soit un ouvrage réussi, voient ici l’expression de notre profonde gratitude. AVANT – PROPOS La fragmentation des corps solides a fait, depuis longtemps, l’objet d’innombrables recherches théoriques, mais il apparaît maintenant que la question est infiniment plus complexe que n’avaient pu le supposer les premiers chercheurs. Les travaux les plus récents concourent à une remise en cause des concepts du mécanisme de la rupture. L’ amélioration des moyens d’appréciation a permis de mettre en évidence la variété des processus mis en jeu dans la rupture. Certes, la rupture est définie à la fois comme un processus mécanique et cinétique, dans lequel les effets de la division moléculaire entrent pour une forte part. Ceci est dû à la rupture de la force de cohésion interne du corps solide (force de liaison moléculaire). De cette définition, les théories classiques se trouvent donc dépassées. Cependant, dans l’attente d’une théorie générale pleinement satisfaisante et susceptible de tout expliquer, les résultats plus ou moins empiriques accumulés jusqu’à ce jour gardent toute leur valeur, et aide à une bonne compréhension des phénomènes observés de la pratique. Aucun des procédés de fragmentation mécanique actuels ne permet, ni d’obtenir un rapport de réduction illimité, ni d’obtenir autre chose qu’un assortiment de fragments se rapprochant plus ou moins de la dimension idéale désirée. Il est donc impossible d’avoir des fragments, tous à la dimension voulue, bien que le réglage de l’appareil soit parfait. Une fragmentation supposée réalisée de telle sorte qu’aucun des fragments obtenus ne dépasse une dimension préalablement définie, conduit à l’obtention de toute une gamme comprises entre la dite dimension et l’infiniment petit. Les pourcentages de grains de chaque taille produite se répartissent donc selon des courbes bien définies appelées courbes granulométriques, à obtenir expérimentalement avec l’ appareil de fragmentation, pour divers réglages de sa sortie (ou ouverture), entre deux valeurs limites préconisées. Suivant la structure des roches, il arrive toujours à passer un plus ou moins grand nombre de gros morceaux dont le gabarit dépasse beaucoup celui de la grosseur moyenne désirée. Ces morceaux appelés refus sont en général triés et soumis à un second broyage. On s’accorde pour appeler «dimension du produit d’un broyeur», celle dont 80 à 85% en masse de ce produit puissent passer à travers la perforation ou la maille correspondante. Cette dimension est en fonction de l’ouverture du broyeur, mais ne lui est pas forcément égale. Aussi, nous proposons dans cet ouvrage un prototype de broyeur à cylindre percuteur et mâchoire oscillante permettant de combiner deux modes de fragmentations : «la percussion et la compression», et un crible vibrant petit modèle à arbre balourdé. Nous avons essayé, dans cette étude, la conception d’un appareil universel à des carrières de mines ou aux gisements miniers, pour le broyage par voie sèche des roches concentrées ou des résidus. Par la forme choisie, le mode d’action des organes de broyage, cet appareil pourra nous donner une amélioration dans la granulométrie du produit, c’est à dire de le conférer une structure plus homogène du point de vue dimension des grains. Toutefois, la certitude de cette proposition reste encore à prouver par les résultats déduits des essais granulométriques lorsque l’appareil sera réalisé. 4 INTRODUCTION Lorsque les engins d’exploitation apportent à l’atelier de concassage ou à l’usine de concentration le minerai de la mine, la richesse contenue dans les blocs transportés n’est pas toujours apparente. Heureusement, les renseignements fournis par les laboratoires d’analyses sont concluants : la qualité du minerai est suffisante pour que le chantier soit économiquement exploitable. De plus, le volume du gisement a été considéré comme assez grand pour une durée acceptable de l’exploitation. Enfin, on imagine bien que l’on puisse, à partir de ces blocs, extraire la petite portion désignée minéral utile. Pourtant, en regardant les gros blocs à leur arrivée au concentrateur, on ne voit pas toujours très bien ce qu’on peut en tirer. C’est le cas actuel de la société KRAOMITA MALAGASY qui possède un énorme gisement exploitable de chromite à Andriamena. Bien que celle-ci ait déjà fait preuve d’une extraction considérable de minerai de chromite durant ses années d’existence, elle connaît aujourd’hui l’importance de ses déchets répartis dans chaque unité de traitement : unité de concassage, unité milieu dense, la laverie, la déphosphoration, ainsi que les déchets brutes du stock intermédiaire. Elle a envisagé d’extraire de ces déchets les substances utiles qui pourraient encore présenter un certain intérêt sur le plan économique. C’est juste là qu’intervient la minéralurgie, qui est l’ensemble des étapes, des méthodes et des techniques permettant d’extraire des blocs de la mine le minéral utile qui y est contenu. En d’autres mots, la minéralurgie permet de valoriser, de bonifier le minerai tel qu’il sort de la mine. Cela peut s’accomplir seulement après avoir réduit les gros blocs, grâce aux méthodes de préparation : concassage, tamisage (criblage), broyage, classification (hydrocyclone), etc…, à une dimension telle que l’on puisse ensuite séparer efficacement les uns des autres, les substances utiles des substances inutiles. Cette séparation permet d’obtenir un concentré de valeur maximale et le moins possible de pertes. Depuis, la KRAOMA a décidé de collaborer avec l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo particulièrement le département Mines, qui de son côté a proposé à ses élèves ingénieurs quelques sujets de mémoire de fin d’études concernant le traitement de ces déchets. Aussi, pour l’étude, la conception et la réalisation complète des appareils nécessaires pour cette phase préparatoire en minéralurgie, une étroite collaboration vient d’avoir lieu entre ce département Mines et le département Génie Industriel. Le département Industriel de l’ESPA a pour mission de former des « ingénieurs managers », capables d’élaborer, puis de réaliser et de gérer un projet, voire une entreprise. 5 Pour notre cas, l’intitulé de ce sujet de mémoire est le suivant : « ETUDE ET CONCEPTION D’ APPAREILS DE BROYAGE ET DE CLASSEMENT EN VUE DE LA CONCENTRATION DES DECHETS DE LA SOCIETE KRAOMITA MALAGASY ». Nous avons divisé la présente étude en trois parties : - La première partie présentera les généralités et rappels bibliographiques concernant la fragmentation, le criblage et les caractéristiques des déchets de chromite. - La deuxième partie concernera totalement l’étude et la conception des deux appareils : appareils de broyage et de classement. - La troisième partie présentera enfin les études expérimentales. 6 PREMIERE PARTIE : GENERALITES ET RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES 7 CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LA CHROMITE A. Aperçu de la société KRAOMITA MALAGASY 1. Présentation de la société KRAOMA Actuellement, la KRAOMITA MALAGASY "KRAOMA" est la seule entreprise qui exploite le minerai de chrome à Madagascar. • Raison Sociale • Année de création • Nombre d'employés • Capital souscrit • Adresse • Téléphone • Télécopie • Fax • E-mail • Activités • KRAOMITA MALAGASY : KRAOMA • 1966 • 500 • 1,540 milliards FMG • BP 936 - Antananarivo rue Andrianaivoravelona - Ampefiloha • 22 243 04 / 22 346 88 • 22 234 • 22 246 34 • kraoma@bow.dts.mg • Extraction, traitement /enrichissement et exportation de minéral de chrome Source KRAOMA Tableau I.A.1 uploads/Industriel/ andriankaja-heryt-rajoelisoambolanoro-espa-ing-04 1 .pdf