Les séparateurs à tambour magnétique permanent sont largement utilisés pour l'enrichissement du minerai de magnétite, la préconcentration des particules grossières et l'élimination des résidus, la concentration avant filtration, la récupération des milieux lourds magnétiques, la préconcentration de la charge destinée à la séparation magnétique humide à haute intensité, ainsi que l'élimination du fer et la purification de minéraux non métalliques tels que le sable de quartz, en fonction des variations de l'intensité du champ magnétique, de la configuration du système magnétique et de la structure du tambour.

Un séparateur à tambour magnétique permanent se compose d'un système magnétique, d'un tambour, d'une cuve de séparation, d'un dispositif d'entraînement, ainsi que de dispositifs d'alimentation, de décharge et de trop-plein. La disposition du système magnétique et le nombre de pôles magnétiques ont une influence déterminante sur les performances de séparation. En fonction du diamètre du tambour, le nombre de pôles magnétiques varie généralement entre 4 et 7, les polarités alternant sur la périphérie. Le tambour sert à attirer et à transporter les particules magnétiques, ainsi qu’à empêcher la boue de pénétrer dans le système magnétique. Le tambour et ses couvercles d’extrémité sont fabriqués à partir de matériaux non magnétiques présentant une résistivité électrique élevée et une bonne résistance à la corrosion. La cuve de séparation est généralement en acier inoxydable austénitique et revêtue de caoutchouc ou de matériaux synthétiques afin d’éviter l’usure. Le tambour est généralement entraîné par un motoréducteur ou un moteur de série Y via un réducteur.

Les blocs d’aimants permanents sont généralement fabriqués à partir de ferrite de strontium et de ferrite de baryum. Ces dernières années, des matériaux d’aimants permanents à base de terres rares, tels que l’acier magnétique au néodyme-fer-bore (NdFeB), ont également été adoptés pour la fabrication de ces blocs ; bien que ces derniers soient plus coûteux, ils offrent d’excellentes propriétés magnétiques et nécessitent des quantités moindres. À l’heure actuelle, on utilise couramment des systèmes magnétiques composites combinant des blocs d’aimants permanents en ferrite et des blocs d’aimants permanents à base de terres rares, ce qui améliore considérablement les performances des séparateurs (par exemple, en multipliant par plus de deux l’intensité du champ magnétique) et élargit leur champ d’application. Ces dernières années, des systèmes magnétiques composés exclusivement de blocs d’aimants permanents à base de terres rares ont été utilisés pour atteindre des intensités de champ magnétique et des performances encore plus élevées, comme en témoignent les séparateurs à tambour à aimants permanents entièrement à base de terres rares de la série NCT.

Selon le mode de fonctionnement, les séparateurs à tambour à aimants permanents sont disponibles en trois configurations de cuve, comme le montre la figure 13-2, à savoir : le type à courant parallèle (S), le type à contre-courant (N) et le type semi-contre-courant (B).

Fig. 13-2 Trois configurations de séparateurs magnétiques à tambour à trois cuves
(a) Type à courant parallèle ; (b) Type semi-à contre-courant ; (c) Type à contre-courant

Le séparateur magnétique à courant parallèle convient aux minerais de plus de 6 mm ; le séparateur à contre-courant convient aux minerais de moins de 2 à 3 mm ; et le séparateur semi-contre-courant convient aux minerais de moins de 0,3 mm. Lorsque la teneur en magnétite de la charge est faible, c'est-à-dire lorsque le rendement en résidus dépasse 50%, ces trois types de cuves offrent des performances métallurgiques similaires. Lorsque la teneur en fer magnétique de la matière première est élevée, c'est-à-dire lorsque le rendement en résidus est inférieur à 30%, le type à courant parallèle surpasse nettement les types à contre-courant et semi-contre-courant. En production réelle, la configuration de cuves appropriée peut être choisie en fonction des caractéristiques du minerai et du schéma de traitement.

Hormis les différences notables au niveau de la conception de la cuve, les autres composants des séparateurs magnétiques à tambour à aimants permanents sont pour l'essentiel similaires à ceux des séparateurs magnétiques classiques. La figure 13-3 illustre la structure d'un séparateur magnétique à tambour fonctionnant en semi-contre-courant.

Fig. 13-3 Structure du séparateur à tambour à aimants permanents (type semi-à contre-courant)
1 — Tambour ; 2 — Système magnétique ; 3 — Réservoir ; 4 — Plaque conductrice magnétique ; 5 — Support ; 6 — Tuyau de pulvérisation d’eau ; 7 — Trémie d’alimentation ; 8 — Tuyau d’évacuation de l’eau chargée de minerai ; 9 — Plaque de base ; 10 — Dispositif de réglage de la déclinaison magnétique ; 11 — Support.

Il existe de nombreux fabricants de séparateurs à tambour à aimants permanents en Chine. Chacun d’entre eux, s’appuyant sur son propre savoir-faire, a apporté des améliorations et des ajustements à des degrés divers en ce qui concerne le circuit magnétique, l’intensité du champ, le gradient, le nombre de pôles, l’angle d’enroulement, la profondeur d’action du champ magnétique et les matériaux des pôles du système magnétique, ainsi que le système d’entraînement, la disposition et la configuration des roulements, et la structure de la cuve. Il en résulte une grande variété de séries et une gamme complexe de modèles et de spécifications. Toutefois, les dimensions de base — le diamètre et la longueur du tambour — sont restées inchangées. Par conséquent, les séries, modèles, spécifications et paramètres techniques des séparateurs à tambour à aimants permanents qui constituent actuellement la norme et sont largement utilisés en Chine sont répertoriés dans le tableau 13-1.

Tableau 13-1 Paramètres techniques du séparateur à tambour à aimants permanents de type BX

Suite du tableau 13=1

①10e = 79,58 A/m.

Principaux paramètres de fonctionnement des séparateurs à tambour à aimants permanents

En conditions réelles de production, les principaux paramètres influant sur les performances des séparateurs à tambour à aimants permanents sont notamment : la vitesse de rotation du tambour, l’angle de décalage des pôles magnétiques, l’écartement de travail, l’écartement au niveau de la sortie du concentré et le débit. À ce jour, il n'existe aucune méthode de calcul précise pour ces paramètres, et la seule approche consiste à les explorer et à les tester en continu dans le cadre de la pratique industrielle afin de déterminer les paramètres de fonctionnement les plus adaptés.

13.2.2.1 Vitesse de rotation du tambour

La vitesse de rotation du tambour influe directement sur la force centrifuge exercée sur les particules minérales présentes à la surface du tambour. Lorsque la vitesse de rotation augmente, certaines particules retenues, dont l’attraction magnétique est plus faible, sont évacuées vers les résidus, ce qui tend à augmenter à la fois la teneur du concentré et celle des résidus, tandis que le taux de récupération du fer diminue légèrement, bien que ces variations ne soient pas très marquées. Compte tenu de l’amélioration de la qualité du concentré et du débit, la variation de la vitesse de rotation du tambour doit rester modérée.

13.2.2.2 Angle de décalage des pôles magnétiques

L'angle de décalage des pôles magnétiques influe directement sur la largeur de la zone de balayage. À mesure que l’angle de décalage augmente, la zone de séparation se rétrécit et la durée de séparation diminue. Il en résulte une légère augmentation de la teneur du concentré et des résidus, ainsi qu’une tendance à la baisse du taux de récupération du fer, mais ces variations sont relativement faibles et permettent tout de même d’obtenir des performances métallurgiques satisfaisantes. Pour la plupart des séparateurs à tambour à aimants permanents fabriqués en Chine, le système magnétique est bien conçu, avec un circuit magnétique rationnel, et l’angle de décalage peut être réglé dans une large plage comprise entre 5° et 25° en fonction des propriétés des différents minerais.

13.2.2.3 Écart de fonctionnement

L'écart de travail désigne la section transversale minimale entre le tambour et la plaque de fond de la cuve, dans la zone de lavage, à travers laquelle la boue peut s'écouler ; il est généralement exprimé en hauteur de section transversale. Cet espace détermine la capacité de traitement du séparateur : un espace plus grand augmente le débit mais entraîne des pertes de résidus plus importantes ; à l'inverse, un espace plus petit réduit le débit et affecte la production. En fonction des conditions spécifiques, cet espace est généralement fixé entre 35 et 60 mm.

13.2.2.4 Écart au niveau de la sortie du concentré

L'écart au niveau de la sortie du concentré est déterminé par la capacité de production. Un écart inadapté affecte l'évacuation du minerai : s'il est trop grand, la teneur des résidus augmente et la capacité de traitement diminue ; s'il est trop petit, l'évacuation du concentré devient difficile. En fonction de la quantité de concentré, cet écart est généralement compris entre 15 et 25 mm, la valeur typique étant de 20 mm.

13.2.2.5 Débit

Le débit d'un séparateur à tambour à aimants permanents peut être déterminé à partir des données de production réelles, ou estimé à partir de la capacité unitaire par mètre de longueur de tambour, à l'aide de la formule de calcul suivante (équation 13-1) :

Q = K · q · L (13-1)

Où :
Q — débit de minerai sec du séparateur magnétique, en tonnes par heure ;
K — coefficient, généralement fixé à 0,85 ;
q — débit par mètre de longueur de tambour, t/(m·h) ;
L — longueur du tambour, m.

Installation et mise en service à titre d'essai de séparateurs à tambour à aimants permanents

13.2.3.1 Installation de séparateurs à tambour à aimants permanents
Voici les détails :

(1) Lors de l'installation, il convient de manipuler l'équipement avec précaution, de le tenir à l'écart de tout objet en fer, d'éviter les chocs et de prévenir toute déformation.

(2) Le jeu *a* entre le tambour et la cuve, ainsi que le jeu *b* entre le tambour et l'orifice de décharge, doivent être conformes aux spécifications indiquées dans les documents de conception (voir fig. 13-4).

Fig. 13-4 Séparateur magnétique à tambour
1 — Ouverture d'alimentation ; 2 — Tambour ; 3 — Système magnétique ; 4 — Conduite d'eau de lavage du minerai ; 5 — Ouverture de décharge ; 6 — Déversoir de trop-plein ; 7 — Sortie réglable des résidus ; 8 — Orifice de trop-plein ;
a — Jeu entre le tambour et le réservoir ;
b — Jeu entre le tambour et l'ouverture de décharge ;
α—Angle de réglage de la position du système magnétique.

(3) Les tolérances admissibles pour l'installation du séparateur magnétique à tambour ainsi que les méthodes de contrôle doivent être conformes aux dispositions figurant dans le tableau 13-2.

13.2.3.2 Essai de fonctionnement du séparateur à tambour à aimants permanents

La mise en service à titre d'essai du séparateur à tambour à aimants permanents doit répondre aux exigences suivantes :

(1) L'essai de fonctionnement à vide doit durer au moins 2 heures.

(2) Avant la mise en service à titre d'essai, le corps de la cuve et tout matériau qui y adhère doivent être soigneusement nettoyés.

(3) Le mécanisme d'entraînement doit fonctionner sans se bloquer ni émettre de bruit anormal.

(4) Aucune fixation ni pièce de raccordement ne doit être desserrée.

(5) La température des paliers lubrifiés ne doit pas dépasser 70 °C, et celle des roulements ne doit pas dépasser 80 °C.

Tableau 13-2 Tolérances admissibles pour l'installation des séparateurs magnétiques à tambour

13.2.4 Fonctionnement des séparateurs à tambour à aimants permanents

13.2.4.1 Mise en service et arrêt

Les procédures de mise en service et d'arrêt sont les suivantes :

(1) Inspection avant démarrage. Vérifiez que l'équipement est en bon état, que tous les boulons sont bien serrés, qu'il n'y a pas d'obstacles au niveau des éléments de transmission, puis effectuez 2 à 3 tours à la main avant de démarrer.

(2) Séquence de démarrage. Mettez les équipements en marche dans l'ordre, de l'aval vers l'amont, conformément au flux du processus. Une fois que le réservoir séparateur est rempli d'eau propre, démarrez le moteur, puis alimentez-le en minerai.

(3) Séquence d'arrêt. La séquence d'arrêt est l'inverse de la séquence de démarrage, c'est-à-dire qu'elle se déroule de l'amont vers l'aval.

13.2.4.2 Fonctionnement

Les conditions d'exploitation sont les suivantes :

(1) Vérifiez régulièrement l'état d'usure de la coque du tambour. Si la couche résistante à l'usure est usée ou s'est détachée, il convient de la réparer ou de la remplacer sans délai.

(2) Si des morceaux de fer ou des débris tombent dans le réservoir, ils doivent être retirés immédiatement.

(3) L'élévation de température des roulements et des moteurs ne doit en principe pas dépasser 70 °C.

(4) La chaîne d'entraînement doit être correctement tendue ; remplacez-la sans tarder en cas d'usure importante.

(5) Tous les points de graissage doivent être suffisamment graissés.

(6) La pression d'eau au niveau de chaque conduite d'eau ne doit pas être inférieure à 0,12 MPa.

13.2.5 Entretien des séparateurs à tambour à aimants permanents

13.2.5.1 Contenu de la maintenance

La structure du séparateur à tambour à aimants permanents est simple. L'entretien est généralement effectué en fonction du degré d'usure et des dommages constatés.

13.2.5.2 Méthodes d'entretien

Les méthodes d'entretien sont les suivantes :

(1) Système magnétique. Le système magnétique est le composant le plus important du séparateur ; il se compose de la plaque de raccordement de l’arbre principal, des plaques de culasse et des blocs magnétiques. Les blocs magnétiques sont fabriqués en ferrite de strontium Y30BH et fixés sur les plaques de culasse. L'ensemble du système magnétique est encapsulé et protégé par de l'acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti afin d'empêcher les blocs magnétiques de se détacher ou d'être endommagés. Cependant, en raison d'un fonctionnement à long terme, les blocs magnétiques peuvent tout de même se fissurer. Dans ce cas, il convient de retirer l'ensemble complet et de le remplacer par un neuf, plutôt que de ne remplacer que le bloc défectueux.

(2) Tambour. Le tambour du séparateur à tambour à aimants permanents est généralement fabriqué à partir d’une tôle d’acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti d’une épaisseur de 3 à 5 mm, en fonction du diamètre du tambour. La protection du tambour influe considérablement sur la durée de vie du séparateur. Pour prévenir l’usure, les fabricants recouvrent la surface du tambour d’une feuille de caoutchouc renforcée de tissu hautement résistante à l’usure, d’une épaisseur de 6 mm, dont la couche inférieure (2 mm) est collée au tambour en acier inoxydable à l’aide d’une couche adhésive, et la couche extérieure (4 mm) est en caoutchouc résistant à l’usure. Au cours de la production, si une usure locale est constatée sur la feuille de caoutchouc, celle-ci doit être réparée sans délai à l’aide de rustines en caoutchouc. Si l’usure est importante, la feuille entière doit être remplacée.

(3) Réservoir. La cuve est fabriquée à partir de tôles d’acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti, assemblées par soudage à l’arc sous argon ou sous protection de CO₂ afin de garantir la qualité des soudures et d’éviter toute fuite pendant le fonctionnement. Le fond du réservoir présente une structure en arc afin d’éviter l’accumulation de matière et de réduire les chocs au niveau du fond. La forme et les dimensions du réservoir ont une incidence directe sur les performances de séparation ; par conséquent, lors de l’exploitation et de la maintenance, sa forme, ses dimensions et son état d’usure doivent faire l’objet d’une inspection rigoureuse, et tout problème doit être réparé sans délai.

(4) Pièces de transmission. La transmission du séparateur à tambour à aimants permanents se compose d’un motoréducteur et d’un entraînement par chaîne à rouleaux. Le moteur d’entraînement est équipé d’un disjoncteur de surintensité, ce qui réduit le risque de problèmes majeurs pendant la production. À long terme, la chaîne à rouleaux a tendance à s’allonger et doit être réparée ou remplacée en temps opportun.