Étude de faisabilité sur le broyage du marbre à l'aide d'un broyeur Raymond et applications de la poudre obtenue

1. Présentation générale du projet

Le marbre est une roche métamorphique issue de roches préexistantes soumises à des températures et à des pressions élevées. Il est principalement composé de calcite, de calcaire, de serpentine et de dolomite, le carbonate de calcium (CaCO₃) en constituant le composant principal, représentant généralement plus de 50%. Les ressources en marbre sont largement répandues et faciles à traiter. Avec le développement économique, la demande nationale et internationale en poudre de marbre n'a cessé de croître. L'utilisation de broyeurs Raymond pour broyer le marbre constitue un moyen efficace de transformer les ressources en marbre (y compris les déchets issus de l'exploitation minière et de la transformation) en matières premières industrielles à forte valeur ajoutée.

2. Analyse des matières premières

2.1 Propriétés fondamentales du marbre

• Composant principal: Carbonate de calcium (CaCO₃), généralement >90%
• Dureté Mohs: 3–4 (bien en deçà de la limite supérieure de 7 fixée par l'échelle de Raymond)
• Densité: 2,6–2,8 g/cm³
• Couleur: blanc, blanc grisâtre, rouge clair, vert clair, etc. ; la blancheur peut atteindre 85–93, voire plus
• Teneur en humidité: généralement <1% (ce qui répond à l'exigence du broyeur Raymond de <6%)

2.2 Sources d'approvisionnement en matières premières

Les matières premières utilisées pour le polissage du marbre sont abondantes et comprennent notamment :

1. Blocs de marbre bruts provenant des carrières – après le concassage primaire, elles peuvent être acheminées directement vers le broyeur
2. Chutes et déchets de bordures provenant des usines de transformation du marbre – générés lors de la découpe et du polissage ; environ 70% de ressources en marbre sont transformées en résidus ou en déchets au cours de l'extraction et de la transformation
3. Déchets de démolition de constructions en marbre – déchets de marbre issus de la démolition d'anciens bâtiments

L'utilisation de déchets de marbre pour le broyage permet non seulement de recycler les ressources, mais aussi de réduire la pollution environnementale, ce qui s'inscrit dans la stratégie nationale en faveur d'une économie circulaire verte.

3. Principe de fonctionnement du broyeur Raymond et son adéquation

3.1 Principe de fonctionnement

L'usine Raymond (broyeur à rouleaux à pendule) est un broyeur vertical à disques fixes principalement utilisé pour le broyage de divers minerais non métalliques. Le processus se déroule comme suit : les matériaux de grande taille sont concassés par un concasseur jusqu’à la taille requise, puis acheminés par un élévateur à godets vers une trémie de stockage, d’où un alimentateur vibrant électromagnétique achemine le matériau de manière uniforme et continue vers la chambre de broyage. Entraîné par le dispositif de transmission, l’arbre central fait tourner le châssis en forme de fleur de prunier et l’ensemble de rouleaux, générant une forte force centrifuge qui presse les rouleaux fermement contre l’anneau de broyage. Le matériau est ramassé par une lame de charrue et acheminé entre les rouleaux et l’anneau, où il est broyé par roulement, compression et impact. La poudre broyée est transportée par un flux d’air vers le haut jusqu’au classificateur, où un classificateur turbo sépare les fines. Les particules répondant aux exigences de finesse sont acheminées vers un collecteur à cyclone pour être récupérées, tandis que les particules surdimensionnées sont renvoyées vers le broyeur pour être rebroyées.

3.2 Adaptation au marbre

Le marbre répond parfaitement aux conditions d'exploitation des broyeurs Raymond :

4. Déroulement du processus

4.1 Processus de production complet

Minerai de marbre / déchets
       ↓
Concasseur à mâchoires (concassage primaire jusqu'à ≤ 30 mm)
       ↓
Élévateur à godets
       ↓
Trémie de stockage
       ↓
Alimentateur vibrant électromagnétique (alimentation uniforme)
       ↓
Broyeur Raymond (broyage)
       ↓
Classificateur Turbo (classification)
       ↓
Poudre fine conforme → Séparateur à cyclone → Conditionnement
Particules trop grosses → Retour au broyeur pour un nouveau broyage
       ↓
Filtre à poches à impulsions (efficacité de rétention ≥ 99,91 TP3T)

4.2 Description de chaque étape

(1) Concassage

Les gros blocs de marbre (généralement > 300 mm) sont broyés à l'aide d'un concasseur à mâchoires jusqu'à une granulométrie inférieure à 30 mm afin de respecter les exigences de taille d'alimentation du broyeur Raymond. Pour les chutes de marbre dont la taille est déjà comprise entre 15 et 50 mm, l'étape de concassage peut être omise.

(2) Transport et stockage

Le matériau broyé est acheminé par un élévateur à godets vers une trémie de stockage, qui sert de réservoir tampon pour assurer une alimentation continue.

(3) Alimentation

Un alimentateur vibrant électromagnétique achemine le matériau de manière uniforme et dosée depuis la trémie vers la chambre de broyage. La stabilité du débit d'alimentation a une incidence directe sur la qualité du produit et les performances de l'équipement.

(4) Broyage

Le matériau est broyé par laminage, compression et choc entre les rouleaux et la bague de broyage. Les paramètres clés du broyage comprennent la pression des rouleaux et la vitesse de l'arbre principal, qui doivent être réglées en fonction de la finesse souhaitée.

(5) Classification

La poudre broyée est entraînée vers le haut par un courant d'air jusqu'au classificateur. Le classificateur turbo sépare les fines : celles qui répondent aux critères de finesse sont retenues, tandis que les particules trop grosses sont renvoyées vers le broyeur. La précision de la classification détermine directement la qualité du produit.

(6) Collecte et conditionnement

La poudre traitée est acheminée par air vers le cyclone afin d'y subir une séparation gaz-solide. La poudre finie ainsi recueillie est évacuée par la sortie de poudre et acheminée vers l'unité de conditionnement. Le conditionnement peut se faire en sacs d'une tonne ou en petits sacs, selon les exigences du client.

(7) Système de dépoussiérage

L'ensemble du système est équipé d'un filtre à manches à impulsions, offrant un rendement de rétention supérieur à 99,91 TP3T. Le circuit de classification de l'air circule en boucle entre le ventilateur, le séparateur à cyclone, les conduits et le ventilateur. Les émissions de poussière sont minimes, ce qui permet de maintenir l'atelier propre et respectueux de l'environnement.

5. Choix du matériel

5.1 Configuration de l'équipement principal

5.2 Choix du modèle de broyeur Raymond

5.3 Option pour Broyage ultrafin (Facultatif)

Pour la production de poudre de marbre ultra-fine (800 mesh ou plus fine), on peut opter pour un broyeur à anneaux à haute finesse :

5.4 Caractéristiques du système

La ligne de broyage Raymond se caractérise par une structure tridimensionnelle compacte, un faible encombrement et une forte intégration des systèmes. De la préparation des matières premières au broyage, en passant par le conditionnement final, elle constitue un système de production autonome. La poudre obtenue présente une finesse homogène, avec un taux de passage au tamis de 99%.

6. Contrôle de la qualité et de la finesse des produits

6.1 Plage de réglage de la finesse

Les broyeurs Raymond permettent de produire de la poudre de marbre dont la finesse est réglable dans une plage comprise entre 80 à 600 mesh (0,18–0,038 mm). Certains modèles améliorés peuvent atteindre 800 mesh. Lorsqu'on utilise un broyeur à anneaux à haute finesse, la finesse peut être réglée entre 325 et 2 500 mesh, la finesse du produit atteignant D97 ≤ 5 μm en un seul passage.

6.2 Types de produits en fonction de leur finesse

7. Applications de la poudre de marbre broyée

La poudre de marbre (composée principalement de carbonate de calcium, CaCO₃) se caractérise par une blancheur élevée, une bonne pureté, des propriétés chimiques stables ; elle est en outre non toxique et inodore. La poudre de marbre broyée (carbonate de calcium broyé, GCC) est largement utilisée dans les domaines suivants :

7.1 Industrie des matières plastiques

La poudre de marbre est utilisée comme charge dans les produits en plastique afin d'augmenter leur volume, d'améliorer leurs propriétés de mise en œuvre (ajustement de la viscosité et de la rhéologie) et de réduire les coûts. Différents degrés de finesse sont utilisés dans le PVC, le PE et d'autres produits en plastique. L'industrie des plastiques est l'un des plus grands consommateurs de carbonate de calcium, représentant une part importante de la demande en aval.

• Finesse: 250–300 mesh
• Applications: Charge pour profilés en PVC, tuyaux, composés pour câbles, films plastiques, etc.

7.2 Peintures et revêtements

La poudre de marbre est utilisée comme charge pour améliorer le pouvoir couvrant, la durabilité et les propriétés d'application. Elle est principalement utilisée dans les peintures murales d'intérieur et d'extérieur, les matériaux d'étanchéité et les revêtements industriels.

• Finesse: 325 à 800 mesh
• Applications: Peintures au latex, poudres de mastic, revêtements imperméables, peintures pour marquage routier, etc.

7.3 Industrie papetière

Utilisée comme charge dans la fabrication du papier, la poudre de marbre améliore la blancheur, l'opacité et l'imprimabilité du papier. L'industrie papetière est l'un des principaux consommateurs de GCC.

• Finesse: mailles de 325 à 1 250
• Applications: Le pré-enduction, la finition et le remplissage à la pâte dans la fabrication du papier.

7.4 Matériaux de construction

La poudre de marbre trouve de nombreuses applications dans le domaine des matériaux de construction :

• Pierre artificielle agglomérée: Fabriqué à partir de déchets et de poudre de marbre, avec de la résine organique comme liant, par un procédé de mélange sous vide et de moulage par vibration à haute pression. Hezhou, dans le Guangxi, a mis en place une chaîne industrielle écologique : “ exploitation minière – pierre naturelle – poudre GCC – pierre artificielle ”.
• Adjuvant pour béton: Le remplacement de 5%–40% de ciment par de la poudre de marbre issue de déchets améliore la résistance à l'abrasion, la résistance à la compression et la résistance à la flexion.
• Poudre de mastic: En tant que charge destinée à améliorer la maniabilité et à réduire les coûts.
• Revêtements imitation pierre: La poudre de marbre peut représenter entre 60% et 70% de la formulation.

7.5 Industrie du caoutchouc

La poudre de marbre est utilisée comme charge dans les produits en caoutchouc afin d'améliorer leurs propriétés de mise en œuvre et leurs caractéristiques mécaniques.

• Finesse: 250–400 mesh
• Applications: Matériaux de remplissage pour pneus, tuyaux, bandes transporteuses, joints d'étanchéité, etc.

7.6 Adhésifs et produits d'étanchéité

La poudre de marbre est utilisée pour ajuster la viscosité, augmenter le volume et réduire les coûts dans les adhésifs et les mastics.

• Finesse: 200 à 600 mesh
• Applications: Produits d'étanchéité pour le bâtiment, mastics silicone, adhésifs époxy, etc.

7.7 Autres applications

• Cosmétiques et soins personnels: La poudre de marbre ultra-fine, qui se caractérise par une blancheur et une pureté élevées, est utilisée dans les cosmétiques, les dentifrices, etc.
• Agroalimentaire et pharmaceutique: Utilisé dans la fabrication du chewing-gum, du chocolat et des excipients pharmaceutiques.
• Additifs alimentaires: Comme complément alimentaire à base de calcium.
• Agents de désulfuration: La poudre de marbre est une solution efficace et économique pour la désulfuration des gaz de combustion.
• Amendements pour sols: Le caractère alcalin de la poudre de marbre neutralise les salissures acides.
• Médias filtrants pour le traitement des eaux usées: Utilisé comme filtre neutralisant pour les eaux usées acides.

8. Protection de l'environnement et sécurité

8.1 Lutte contre la poussière

Le système de broyage Raymond fonctionne sous dépression et est équipé d'un système de dépoussiérage à impulsions. Le filtre à manches à impulsions atteint un rendement de dépoussiérage supérieur à 99,91 TP3T. Le circuit de classification pneumatique étant intégré, les émissions de poussière sont très faibles, ce qui permet de maintenir l'atelier propre. Les systèmes électriques sont commandés de manière centralisée, et le broyeur peut fonctionner pratiquement sans surveillance.

8.2 Lutte contre le bruit

Le châssis principal du broyeur peut être équipé de dispositifs d'amortissement des vibrations afin de réduire le bruit et les vibrations. La structure de base monobloc est robuste et offre une bonne résistance sismique.

8.3 Mesures de sécurité

• Des dispositifs de protection contre les surcharges et d'arrêt d'urgence sont installés.
• Les installations électriques sont équipées d'une protection par mise à la terre.
• Conception antidéflagrante du système de collecte de la poudre (la poudre de marbre étant ininflammable et non explosive, le risque est faible).

9. Analyse économique et des investissements

9.1 Estimation des investissements

Le coût d'investissement d'une ligne de broyage à broyeur Raymond pour marbre varie en fonction du modèle de l'équipement, de sa capacité, de son niveau d'automatisation et des équipements auxiliaires :

Les prix des équipements varient considérablement en fonction de leur configuration. À titre indicatif, le modèle HC1300 coûte entre 400 000 et 500 000 RMB environ, le HC1500 entre 100 000 et 200 000 RMB environ, et le broyeur ultrafin HCH1395 entre 600 000 et 700 000 RMB environ. Il s'agit de prix indicatifs ; les devis définitifs dépendent des configurations spécifiques et des négociations avec les fournisseurs.

Les coûts supplémentaires comprennent la construction de l'usine, la mise à niveau du réseau électrique, l'installation et la mise en service, et représentent généralement entre 30% et 50% de l'investissement total.

9.2 Analyse des coûts d'exploitation

Les principaux coûts d'exploitation comprennent :

• Électricité: La puissance totale varie entre 85 et 680 kW ; l'électricité représente le principal poste de coût d'exploitation.
• Remplacement des pièces d'usure: Les rouleaux et les bagues sont fabriqués à partir de matériaux résistants à l'usure et ont subi un traitement de surface, mais il s'agit néanmoins de pièces d'usure courantes.
• Travail: Un niveau élevé d'automatisation permet de réduire les besoins en main-d'œuvre.
• Entretien: Les ensembles de rouleaux sans entretien permettent de réduire le temps et les coûts d'entretien.

9.3 Avantages économiques

• Faible coût des matières premières: L'utilisation des chutes de marbre permet de réduire considérablement le coût des matières premières.
• Forte valeur ajoutée des produits: La poudre de marbre (GCC) fait l'objet d'une forte demande sur le marché : la consommation intérieure en Chine s'élevait à environ 23,96 millions de tonnes en 2024 et devrait continuer à progresser jusqu'en 2030.
• Soutien politique: L'État encourage le développement de la GCC ultra-fine (≤ 5 μm) et sa large utilisation dans les matériaux de construction, la protection de l'environnement, les plastiques, le caoutchouc, les revêtements, etc.
• Perspectives générales du marché: Le marché mondial du carbonate de calcium était évalué à $25,72 milliards de dollars américains en 2024 et devrait atteindre $41,35 milliards de dollars américains d'ici 2033.

10. Analyse et atténuation des risques