Le principe de séparation du séparateur magnétique à gradient élevé est le suivant : dans un champ magnétique uniforme généré par un solénoïde à gaine en fer, on place une matrice magnétique telle que de la laine d’acier ou un treillis métallique déployé. Une fois magnétisée, cette matrice produit un champ magnétique très hétérogène sur sa surface radiale, c'est-à-dire un champ magnétique à gradient élevé.
Construction d'un séparateur magnétique à fort gradient
Le principe de séparation du séparateur magnétique à gradient élevé est le suivant : dans un champ magnétique uniforme généré par un solénoïde à gaine en fer, on place une matrice magnétique telle que de la laine d’acier ou un treillis métallique déployé. Une fois magnétisée, cette matrice produit un champ magnétique très hétérogène sur sa surface radiale, c'est-à-dire un champ magnétisé à gradient élevé. Ainsi, même en présence d'un champ de fond modérément intense, une force magnétique relativement élevée peut être générée. Les matériaux paramagnétiques placés dans un tel champ subissent une force d’attraction magnétique proportionnelle au produit du champ appliqué et du gradient de champ. En exploitant ce champ magnétique non uniforme à gradient élevé, il est possible de séparer des particules fines très faiblement magnétiques, difficiles à séparer à l’aide de séparateurs magnétiques classiques, et la limite inférieure de taille des particules peut être réduite jusqu’à 1 µm, améliorant ainsi les performances de séparation.
Les séparateurs magnétiques à fort gradient se divisent en deux catégories : les modèles électromagnétiques et ceux à aimants permanents. À l'heure actuelle, les modèles électromagnétiques sont principalement fabriqués en Chine. Outre la séparation des minéraux fins faiblement magnétiques, les séparateurs magnétiques à gradient élevé sont également utilisés pour le traitement des eaux usées industrielles : lorsque les eaux usées traversent une matrice telle que de la laine d'acier, les particules magnétiques présentes dans les eaux usées sont adsorbées sur la laine d'acier, ce qui permet de purifier l'eau. C'est pourquoi on les appelle également des filtres magnétiques à gradient élevé.
À l'heure actuelle, les principaux modèles de séparateurs magnétiques à gradient élevé fabriqués en Chine comprennent sept types : DMG, SLon, CHAD, CAD, CRIMM, YG1-15 et SSS-Z. Parmi ceux-ci, le séparateur magnétique à gradient élevé à anneau vertical pulsé SLon est le plus largement utilisé en Chine.
Il s'agit d'un nouveau type d'équipement d'enrichissement en continu à haut rendement qui exploite un champ de forces combiné : force magnétique, force fluidique pulsatoire et gravité. Il convient à la séparation de minéraux fins faiblement magnétiques tels que l’hématite, le minerai de manganèse, l’ilménite et la wolframite, dont la fraction granulométrique de -0,074 mm (-200 mesh) représente 60%à 100% (soit moins de 1 mm), ainsi qu’à la purification de minéraux non métalliques tels que le kaolin, la bauxite et le sable de quartz.
La structure du séparateur magnétique à haut gradient SLon-1500 est illustrée à la figure 13-7. Il se compose principalement d’un mécanisme de pulsation, d’une bobine d’excitation, d’une culasse en fer et d’un anneau rotatif. L’anneau rotatif est assemblé à partir d’une plaque centrale et de deux plaques latérales en acier inoxydable ordinaire, ainsi que de 74 plaques d’écartement trapézoïdales, formant deux rangées pour un total de 74 chambres de séparation. Dans chaque chambre de séparation, un empilement de matrices magnétiques est formé en superposant en alternance des tamis magnétiques en acier inoxydable (1,0 mm × 4 mm × 12 mm) et de tamis à grandes mailles en acier inoxydable ordinaire (0,7 mm × 10 mm × 25 mm). Les fractions de remplissage des tamis magnétiques et des tamis à grandes mailles sont respectivement de 12% et 3,2%.
Pendant la séparation, l'anneau tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. La boue est acheminée depuis la trémie d'alimentation et traverse l'anneau en passant par l'interstice de l'arc en fer supérieur. Les particules magnétiques présentes dans la boue sont adsorbées à la surface de la matrice magnétique et transportées par l’anneau vers la zone non magnétique supérieure, où elles sont éliminées par l’eau de rinçage avant d’être acheminées vers la trémie de concentré. Les particules non magnétiques s’écoulent le long de l’interstice du joug en fer inférieur vers la trémie de résidus, d’où elles sont évacuées.
Fig. 13-7 Structure du séparateur magnétique à gradient élevé SLon-1500
1 — Mécanisme de pulsation ; 2 — Bobine d'excitation ; 3 — Joug en fer ; 4 — Anneau rotatif ; 5 — Trémie d'alimentation ; 6 — Eau de rinçage ; 7 — Conduite d’eau de rinçage du concentré ; 8 — Trémie à concentré ; 9 — Trémie à intermédiaires ; 10 — Trémie à résidus ; 11 — Réservoir de niveau de liquide ; 12 — Mécanisme d’entraînement de l’anneau ; 13 — Châssis ;
F — Aliments ; W — Eau propre ; C — Concentré ; M — Fines ; T — Résidus.
Les caractéristiques de cette machine sont les suivantes : l'anneau tourne verticalement, le concentré est évacué dans le sens inverse, et elle est équipée d'un mécanisme de pulsation (utilisé pour éliminer le coincement mécanique). Elle offre les avantages suivants : un taux d'enrichissement élevé, un rendement élevé, une large gamme de tailles de particules pouvant être séparées, une résistance au colmatage de la matrice, une utilisation et un entretien pratiques, ainsi qu'une grande adaptabilité.
Les caractéristiques et les paramètres techniques de cette machine sont présentés dans le tableau 13-6.
Tableau 13-6 Principaux paramètres techniques des séparateurs magnétiques à gradient élevé et à pulsations annulaires verticales SLon
| Modèle | Granulométrie des aliments (max.) /mm | Concentration de l'alimentation /% | Débit de boue /m³·h⁻¹ | Capacité de traitement du minerai sec /t·h⁻¹ | Intensité nominale du champ magnétique de fond /T | Puissance nominale / kW | Course pulsatoire /mm | Fréquence de pulsation /r·min⁻¹ | Poids de la machine / t |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SLon‑500 haute intensité | 1.0 | 10–40 | 0.5–1.0 | 0.05–0.25 | 1.0 | 13.5 | 0–50 | 0–400 | 1.5 |
| SLon‑750 haute intensité | 1.0 | 10–40 | 0.1–2.0 | 0.1–0.5 | 1.0 | 22 | 0–50 | 0–400 | 3 |
| SLon‑1000 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 12.5–20 | 4–7 | 1.2 | 28.6 | 0–30 | 0–300 | 6 |
| SLon‑1250 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 20–50 | 10–18 | 1.0 | 35 | 0–20 | 0–300 | 14 |
| SLon‑1500 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 50–100 | 20–30 | 1.0 | 44 | 0–30 | 0–300 | 20 |
| SLon‑1750 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 75–150 | 30–50 | 1.0 | 62 | 0–30 | 0–300 | 35 |
| SLon‑2000 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 100–200 | 50–80 | 1.0 | 74 | 0–30 | 0–300 | 50 |
| SLon‑2500 haute intensité | 1.3 | 10–40 | 200–400 | 100–150 | 1.0 | 94 | 0–30 | 0–300 | 105 |
| SLon‑1500 à intensité moyenne | 1.3 | 10–40 | 75–150 | 30–50 | 0.4 | 16 | 0–30 | 0–300 | 15 |
| SLon‑1750 à intensité moyenne | 1.3 | 10–40 | 75–150 | 30–50 | 0.6 | 38 | 0–30 | 0–300 | 35 |
| SLon‑2000, intensité moyenne | 1.3 | 10–40 | 100–200 | 50–80 | 0.6 | 42 | 0–30 | 0–300 | 40 |
| SLon‑2500 à intensité moyenne | 1.3 | 10–40 | 180–450 | 80–150 | 0.4 | 63 | 0–30 | 0–300 | 60 |
13.5.2 Installation et mise en service à titre d'essai d'un séparateur magnétique à gradient élevé
13.5.2.1 Installation d'un séparateur magnétique à fort gradient
Voici les détails :
(1) Le mécanisme pulsatoire du séparateur magnétique à gradient élevé SLon génère certaines forces de vibration horizontales et verticales tout en entraînant la boue dans un mouvement de va-et-vient ; par conséquent, la machine doit être installée sur une fondation solide.
(2) Si le lieu d'installation est proche du niveau du sol, il est recommandé de prévoir des fondations en béton armé.
(3) Si le site d’installation se trouve sur un plancher surélevé, il est recommandé d’utiliser comme fondation des poutres en I soudées pour former un châssis plan. Ce châssis doit être aussi long que possible dans le sens de la course de sortie du vérin afin d’augmenter la résistance aux vibrations. Le châssis doit être posé au sol, et les points de contact entre celui-ci et le sol doivent être situés aussi près que possible des poutres et poteaux porteurs principaux de l'installation ; le châssis doit être fixé aux poutres ou poteaux principaux à l'aide de boulons et d'écrous. Pour les modèles supérieurs au SLon-2000, des colonnes de soutien dédiées, allant du rez-de-chaussée à l’étage supérieur, sont fournies ; les modèles inférieurs au SLon-750 ne nécessitent aucune fondation particulière.
(4) Les équipements auxiliaires (redresseurs, cribles vibrants et filtres à eau) ne nécessitent aucune fondation particulière. Afin de faciliter le raccordement électrique, le redresseur peut être surélevé de 15 à 20 cm au-dessus du sol ou de la plate-forme, selon le cas.
(5) Les points d'appui de tous les boulons de fondation de la machine principale doivent se trouver sur un même plan horizontal. Les boulons de fondation doivent être serrés au maximum ou fixés par soudure, et ne doivent pas être desserrés. Lors du montage de la machine principale, les rainures d'étanchéité entre les plaques en croissant et les têtes de pôles magnétiques supérieures et inférieures doivent être enduites d'une colle étanche ou d'une colle à base de silicate de sodium.
(6) Lors de l'installation, il convient de veiller à ce qu'aucune limaille de fer ni aucune impureté ne pénètre dans le séparateur magnétique.
13.5.2.2 Essai de fonctionnement d'un séparateur magnétique à fort gradient
Les étapes de mise en service du séparateur magnétique à gradient élevé sont les suivantes :
(1) Avant la mise en service à titre d'essai, déplacez la sortie de la conduite d'alimentation du séparateur magnétique SLon vers l'extérieur afin d'empêcher les scories de soudure et les limaille de fer de pénétrer dans le séparateur ; alimentez ensuite le système en eau et en minerai, vérifiez que les particules grossières présentes dans la conduite ont bien été évacuées, puis replacez la sortie à l'intérieur.
(2) Après l'installation, faites fonctionner la machine à vide pendant plusieurs heures. La séquence de mise en service est la suivante : alimentation en eau, vérification de l'intégrité et de l'étanchéité de toutes les conduites d'eau de refroidissement, démarrage de l'anneau, démarrage de la pulsation, démarrage de l'excitation, puis démarrage du crible vibrant. Au bout d’une à deux heures, si aucune anomalie n’est constatée, arrêtez temporairement la pulsation, puis alimentez la machine en minerai et en eau de rinçage jusqu’à ce que le niveau de liquide dans le réservoir atteigne la surface de débordement. Redémarrez ensuite avec précaution la pulsation (car la charge de pulsation n’est maximale que lorsque le niveau de liquide atteint la surface de débordement du réservoir). Si l’ensemble de la machine ne présente ni oscillation ni vibration significative, l’équipement peut fonctionner normalement.
(3) Au cours des premiers jours de fonctionnement à titre d'essai, vérifiez le serrage de la matrice magnétique toutes les deux heures. Si vous constatez un desserrage, arrêtez immédiatement la machine pour ajouter de la matrice ou resserrer les boulons. La matrice nouvellement installée a tendance à se desserrer facilement au cours des premiers jours ; cette situation s'améliorera progressivement après plusieurs réglages.
13.5.3 Fonctionnement d'un séparateur magnétique à fort gradient
13.5.3.1 Préparation avant la mise en service
Voici les détails :
(1) Vérifiez si la matrice magnétique est desserrée et si les goupilles de la tige de pression sont cassées ou manquantes. Pour les matrices à tige, vérifiez si les boulons de serrage sont desserrés. Si vous constatez un problème, il convient de le résoudre en premier lieu.
(2) Vérifiez s'il y a des morceaux de fer épars ou d'autres débris à proximité des pièces en rotation du séparateur ; retirez-les le cas échéant.
13.5.3.2 Paramètres de fonctionnement
Les paramètres de fonctionnement comprennent : le courant d'excitation (A), la course de pulsation (mm), la fréquence de pulsation (tr/min), le débit de la boue (m³/h) et le débit d'eau de rinçage (m³/h). Les plages de réglage de ces paramètres doivent être déterminées en fonction des exigences correspondantes en matière d'enrichissement.
13.5.3.3 Séquence de fonctionnement
Voici les détails :
(1) Démarrage : Ouvrir la vanne d'eau → Alimentation électrique → Anneau → Pulsation → Excitation → Crible vibrant → Alimentation en minerai.
(2) Arrêt : Arrêt de l'alimentation en minerai → Crible vibrant → Coupure de l'excitation (après 2 min) → Pulsation → Anneau → Alimentation électrique → Vanne d'eau.
(3) Arrêt d'urgence : Couper l'alimentation → Arrêter l'alimentation en matière → Arrêter les autres unités.
Après la mise hors tension lors de l'arrêt, la machine doit fonctionner au ralenti pendant au moins 2 minutes afin d'évacuer les matières fortement magnétiques accumulées dans le séparateur avant de couper l'alimentation en eau et de procéder à l'arrêt définitif.
13.5.3.4 Précautions d'utilisation
Voici les détails :
(1) L'arrêt de l'anneau pendant l'alimentation en minerai peut facilement entraîner un colmatage de la matrice ; en règle générale, il est interdit d'arrêter l'anneau pendant l'alimentation. En cas d'urgence, coupez d'abord l'alimentation électrique, puis arrêtez immédiatement l'alimentation. Dans tous les cas, l'alimentation doit être interrompue lorsque la machine s'arrête.
(2) Vérifiez une fois par poste si la matrice magnétique est desserrée, si les goupilles de la tige de pression sont cassées ou manquantes et, pour les matrices à tige, vérifiez si les boulons de serrage sont desserrés. Si vous constatez un problème, arrêtez immédiatement la machine afin d'éviter une usure excessive de la matrice ou un coincement de l'anneau.
(3) Vérifiez régulièrement que le niveau du liquide se trouve à la même hauteur que la surface de trop-plein du réservoir de niveau.
(4) Vérifiez régulièrement si la pression d'alimentation en eau est normale ; la pression de l'eau de refroidissement du redresseur doit être maintenue dans une plage comprise entre 0,03 et 1 MPa.
(5) Vérifiez régulièrement si le débit et la température de l'eau de refroidissement sont normaux ; la température de l'eau à la sortie ne doit pas dépasser 70 °C.
(6) Vérifiez régulièrement si l'unité de pulsation et l'anneau fonctionnent normalement, et si la tension et le courant d'excitation se situent dans les plages requises.
(7) Si la pression de l'eau de refroidissement est trop faible ou s'il y a un court-circuit dans le circuit d'excitation, le dispositif de protection du redresseur coupera automatiquement l'alimentation d'excitation et la sonnerie d'alarme retentira. Si l'alarme retentit pendant le fonctionnement, vérifiez si la pression de l'eau est trop faible ou s'il y a un court-circuit dans le circuit d'excitation. Une fois le dépannage effectué, appuyez sur le bouton de réinitialisation et relancez l'excitation. Si le problème ne peut être résolu rapidement, la machine doit être arrêtée.
13.5.3.5 Principaux facteurs influant sur les performances de l'enrichissement
Voici les détails :
(1) Si le niveau de liquide est trop bas, la pulsation perd de son efficacité, ce qui entraîne une baisse significative de la teneur du concentré et une augmentation de celle des résidus. Les méthodes permettant de relever le niveau de liquide sont les suivantes : 1) Fermer légèrement la vanne des résidus ; 2) Augmenter le débit d'alimentation ; 3) Augmenter le débit d'eau de rinçage.
(2) L'augmentation de l'amplitude ou de la fréquence des pulsations, dans certaines limites, peut améliorer la teneur du concentré sans que le taux de récupération ne varie sensiblement ; toutefois, une amplitude ou une fréquence trop élevée entraînera une augmentation de la teneur des résidus.
(3) Plus l'intensité du champ magnétique est élevée, plus la teneur des résidus est faible, mais la teneur du concentré peut diminuer légèrement.
(4) Si la matrice est bouchée ou encrassée, les performances de traitement seront considérablement réduites ; il convient donc de la nettoyer sans tarder.
13.5.3.6 Calendrier d'entretien et de lubrification
Voici les détails :
(1) Nettoyez régulièrement le corps de la machine afin de maintenir celui-ci et son environnement propre.
(2) Les fentes d'admission d'air doivent être nettoyées une fois par équipe afin d'éviter tout encrassement.
(3) Le calendrier de lubrification figure dans le tableau 13-7.
Tableau 13-7 Système de lubrification pour le séparateur magnétique SLon et le crible cylindrique
| Équipement | Points de graissage | Schéma de lubrification, référence | Nombre de points de graissage | Huile de lubrification (entièrement versée à la main) | Date limite pour faire le plein et changer l'huile | |
| nom | note | |||||
| Séparateur magnétique à fort gradient | Roulement pivotant de l'arbre principal | 1 | 2 | beurre | ZG-5 | Un mois (continue comme ça) |
| Grands et petits engrenages | 2 | 1 | huile pour engrenages | HL-30 | Un mois (continue comme ça) | |
| Moteur à anneau rotatif | 3 | 2 | beurre | ZG-5 | Deux ans (vidange) | |
| Réducteur à bague rotative | 4 | 1 | Huile moteur | N° 40 | Tous les six mois (vidange) | |
| Boîte à course pulsatoire | 5 | 1 | Huile moteur | Numéro 40 | Tous les trois mois (vidange d'huile) | |
| Moteur à pulsations | 6 | 2 | beurre | ZG-5 | Deux ans (vidange) | |
Suite du tableau 13-7
| Équipement | Point de lubrification | Schéma de lubrification, référence | Nombre de points de graissage | Huile de lubrification (entièrement versée à la main) | Date limite pour le plein et la vidange d'huile | |
| nom | note | |||||
| Tamis cylindrique | moteur électrique | 1 | 2 | beurre | ZC-5 | Deux ans (vidange) |
| réducteur de vitesse | 2 | 1 | Huile moteur | N° 40 | Tous les six mois (vidange) | |
| Grands et petits engrenages | 3 | 1 | huile pour engrenages | HL-30 | Un mois (continue comme ça) | |
| Surface du rouleau d'appui du cylindre | 4 | 2 | beurre | ZG-5 | Une semaine (allez) | |
| Roulement à rouleaux simplifié | 4 | 4 | beurre | ZG-5 | Un demi-an (vidange) | |
Entretien d'un séparateur magnétique à gradient élevé
13.5.4.1 Machine principale
Voici les détails :
(1) Roulements de l'arbre principal de la couronne tournante. L'arbre principal est équipé d'un joint d'étanchéité pour empêcher la boue et l'eau de pénétrer dans les logements de roulements. L'arbre tournant à très faible vitesse, l'usure des roulements est minime. À condition d'ajouter chaque mois une tasse de graisse dans chaque logement de roulement, la durée de vie des roulements peut atteindre plusieurs années. Cependant, si la lubrification n'est pas assurée régulièrement et que les roulements fonctionnent à sec, leur durée de vie sera considérablement réduite, et leur remplacement s'avère également fastidieux.
(2) Pignons d'entraînement de la bague rotative. Les pignons d'entraînement, grands et petits, de la couronne rotative sont fabriqués en acier de haute qualité. Lors de l'installation du réducteur, il convient de veiller à régler le jeu d'engrènement des pignons. Si l'on constate que les pignons ne sont pas suffisamment lubrifiés ou si l'on observe un frottement au niveau de la racine des dents, il faut ajuster le jeu d'engrènement. Avec un jeu et une lubrification adéquats, la durée de vie des engrenages peut atteindre plusieurs années. Il convient d’ajouter de l’huile pour engrenages une fois par mois.
(3) Anneau rotatif. Il est nécessaire de vérifier régulièrement si la matrice magnétique est desserrée et si les goupilles de la tige de pression se sont détachées. Pour les matrices à tiges, vérifiez régulièrement si les boulons de serrage sont desserrés. Une matrice desserrée peut facilement entraîner la rupture du tamis et le grippage de l'anneau, et l'absence de goupilles ou de boulons peut également provoquer le grippage de l'anneau. Effectuez une inspection 1 à 2 fois par jour et corrigez rapidement tout problème afin d'éviter le grippage de l'anneau et la rupture du tamis.
Afin d'éviter tout dommage matériel dû à un grippage de la bague, la courroie trapézoïdale reliant le moteur à bague au réducteur ne doit pas être trop tendue ; en cas de grippage, la courroie doit pouvoir patiner, ce qui permet de protéger les autres composants essentiels.
(4) Partie pulsatoire.
(5) Vanne de résidus. La vanne de refoulement du séparateur magnétique SLon doit à la fois réguler le débit et résister aux chocs pulsatoires de la boue, ce qui entraîne une usure relativement rapide. Les vannes industrielles classiques ne ont qu'une durée de vie de 1 à 3 mois. C'est pourquoi le fabricant a mis au point une vanne de régulation du débit spécialement conçue pour résister à l'usure, dont la durée de vie est environ dix fois supérieure à celle des vannes classiques.
13.5.4.2 Redresseur
La bobine primaire du transformateur situé sous le redresseur doit rester sèche. Il convient donc de vérifier régulièrement l'étanchéité de tous les tuyaux en caoutchouc et de leurs raccords ; en cas de fuite, celle-ci doit être réparée sans délai. Si la bobine primaire est humide, elle doit être séchée à l'air libre ou à l'aide d'un ventilateur, puis le courant d'excitation doit être réglé sur la plage basse. La plage haute ne peut être utilisée qu'une fois la bobine complètement sèche.
13.5.4.3 Crible vibrant
Voici les détails :
(1) Vérifiez régulièrement si le rouleau d'appui inférieur tourne ; le rouleau d'appui supérieur ne doit pas nécessairement tourner. Le rouleau d'appui inférieur supporte le poids du crible vibrant, tandis que le rouleau d'appui supérieur empêche le crible d'endommager les engrenages en cas de surcharge. Dans les modèles plus récents, le rouleau d'appui supérieur a été supprimé.
(2) Appliquez régulièrement du lubrifiant sur tous les points de graissage.
(3) Vérifiez régulièrement si la grille est bouchée ; si c'est le cas, nettoyez-la en la tapotant avec un tuyau en caoutchouc ou remplacez-la.
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