Principe de concentration en spirale

Les concentrateurs en spirale exploitent l'écoulement incliné sur la surface d'une cuve en spirale pour séparation des minéraux. La surface de l'auge hélicoïdale est inclinée à la fois dans le sens longitudinal et latéral (radial). Les particules minérales situées à la surface de l'auge hélicoïdale se déplacent sous l'action combinée de la dynamique des fluides, de la gravité, de la force centrifuge d'inertie et du frottement au fond de l'auge, subissant une stratification et une zonation au cours de ce mouvement. Au sein de la couche de matière, les particules minérales se stratifient en raison des différences de pression gravitationnelle ; les particules les plus lourdes se déposent dans la couche inférieure, les particules les plus légères remontent vers la couche supérieure, et une couche mixte se forme entre les deux. Après la stratification initiale, le matériau, sous l’influence de l’écoulement en spirale et de la circulation latérale (radiale), se déplace vers le bas le long de l’axe central vertical de l’auge tout en se répartissant simultanément en zones sur la largeur de l’auge. Les particules minérales de la couche supérieure se déplacent progressivement vers le bord extérieur sous l’effet de l’écoulement vers l’extérieur de la couche de circulation latérale, tandis que celles de la couche inférieure se déplacent progressivement vers le bord intérieur sous l’effet de la circulation vers l’intérieur au fond et de la composante gravitationnelle. Au cours de la stratification et de la segmentation, en raison de l’effet de stratification par séparation, les particules minérales plus fines et plus lourdes se déposent dans la couche inférieure. Au final, les particules minérales lourdes se répartissent le long du bord intérieur, les particules minérales lourdes fines se concentrant le long du bord le plus intérieur ; les particules minérales légères se répartissent le long du bord extérieur, les particules minérales légères grossières se concentrant le long de la face interne du bord extérieur et les particules minérales légères fines se concentrant le long du bord le plus extérieur. Il est possible d’obtenir différents produits en récupérant les matières séparées à l’aide d’un séparateur ou d’une plaque de séparation. Le réglage de la position du séparateur ou de la plaque de séparation permet d’ajuster le rendement et la teneur des produits.

Les concentrateurs à spirale sont utilisés pour traiter des minerais dont la taille varie entre 3 et 0,02 mm. Le processus de concentration est continu et offre un rendement de séparation similaire à celui des tables vibrantes. Cet équipement présente une structure simple, est facile à utiliser et dispose d'une grande capacité de traitement.

Les équipements de concentration en spirale se divisent en trois catégories : les concentrateurs en spirale, les chutes en spirale et les chutes rotatives en spirale.

2.6.2 Équipement de concentration en spirale

2.6.2.1 Concentrateur en spirale

Sa structure est illustrée à la figure 2-38. Elle a été mise au point avec succès par J.B. Humphreys, aux États-Unis, en 1941. Au cours du demi-siècle qui a suivi, elle a fait l'objet d'améliorations continues au niveau de la forme de la section transversale, de la goulotte d'alimentation, de la goulotte de décharge, de la goulotte d'eau de rinçage et des matériaux de fabrication, et a évolué vers des conceptions à têtes multiples (multicouches).

La cuve de séparation en spirale du concentrateur à spirale est installée verticalement, et sa section transversale se rapproche d’une parabole quadratique ou d’un quart d’ellipse. La cuve de séparation en spirale constitue le principal élément de séparation, et la forme de sa section transversale, son diamètre et son pas sont les principaux paramètres structurels qui influent sur les performances de séparation. Les principaux paramètres de traitement du concentrateur à spirale sont le débit de la boue, la concentration de la boue, la granulométrie du minerai et le volume d’eau de rinçage supplémentaire.

Figure 2-38 Concentrateur en spirale

1 — Mangeoire ;

2 — Goulotte de guidage de l'eau de rinçage ;

3 — Auges en spirale ;

4 — Bride de raccordement ;

5 — Bassin de résidus ;

6 — Cadre ;

7 — Conduite d'évacuation des minéraux lourds

Il est principalement utilisé pour la séparation de minerais contenant du tungstène, de l'étain, du fer, du tantale, du niobium, etc., d'un diamètre compris entre 3 et 0,05 mm, ainsi que de gisements alluvionnaires contenant de l'ilménite, du rutile, du zircon, de la monazite, de l'or et du platine. Pendant le fonctionnement, le débit d'alimentation et la concentration de la boue doivent être stables, et les mauvaises herbes, la sciure de bois et autres impuretés doivent être éliminées au préalable.

2.6.2.2 Convoyeur hélicoïdal Le canal hélicoïdal est une goulotte de tri en forme de spirale installée verticalement. Sa section transversale a la forme d’une parabole cubique, plus large que celle d’un concentrateur à spirale, ce qui offre une zone plus large et plus douce, avec une couche de boue plus fine et une vitesse d’écoulement plus faible, ce qui est avantageux pour la séparation des minerais à grains fins. Contrairement à un concentrateur à spirale, son fonctionnement diffère en ce qu’il n’utilise pas d’eau de rinçage ; le produit est récupéré à l’extrémité de la goulotte, et non par une ouverture située au milieu. Il est principalement utilisé pour la séparation des minerais de fer, de tungstène, d’étain et de titane de 0,2 à 0,02 mm, ainsi que pour le traitement des gisements alluvionnaires contenant de l’ilménite, du rutile, du zircon, de la monazite et de l’or.

Figure 2-39 Goulotte hélicoïdale rotative

1 — Trémie à eau ; 2 — Trémie à minerai ; 3 — Goulotte hélicoïdale ;

4 — Arbre vertical ; 5 — Châssis ; 6 — Réservoir d'eau de lavage ;

7 — Couteau ; 8 — Goulotte de réception ; 9 — Poulie ;

10 — Moteur de régulation de vitesse ; 11 — Goulotte à concentré ; 12 — Goulotte à minerai intermédiaire ; 13 — Goulotte à tailles

2.6.2.3 – Chasse-sable rotatif à spirale

Sa structure est illustrée à la figure 2-39. Elle a été mise au point avec succès par l’Institut de recherche métallurgique du Xinjiang, dans mon pays, en 1977. Le bac de tri en spirale est installé verticalement et tourne autour d’un axe vertical dans le sens de l’écoulement de la boue. Ses caractéristiques techniques sont les suivantes : un diamètre de 936 mm et une vitesse de rotation de 10 à 15 tr/min. La surface de la boîte de tri est équipée de barres en relief ou de rainures. Les barres en relief mesurent 6 à 0 mm de hauteur et 6 mm de largeur, tandis que la rainure en spirale mesure 400 mm de largeur. Elle donne de bons résultats dans le tri des boues de tantale-niobium de 0,8 à 0,076 mm, avec des taux d’enrichissement atteignant 45 à 75, ce qui dépasse de loin ceux des sluices à spirale ordinaires. Cependant, la limite de taille des particules pouvant être récupérées efficacement est relativement grossière, ce qui la rend inadaptée à la récupération de minerais à grains fins.