Memoire Online - L'enrichissement du minerai oxydé à l'usine des Guelbs

République Islamique de Mauritanie Honneur-Fraternité-justice Ministère de l'enseignement supérieur

Seyidna Ali O/ MED O/ HADJ WEISS Mr.Dr. Ahmedou O/ MAHFODH (Université) Mr: Ing. Mohamed El Mokhtar O/ CHEIKH . Chef du service process (SNIM)

GMAB : (Guelb Magnétique: types, A et B); c'est le nom commercial du concentré magnétique de l'usine des Guelb ;

TH : Traitement à Humide: le minerai est apte pour le traitement en voie humide.

Maille de libération : la finesse à la quelle il faut broyer le minerai pour que le concentré obtenu par séparation magnétique dépasse la teneur de 65%;

Plans d'abattages : sections horizontales renseignées au regard des minerais mixtes et des stérile au vu des teneurs en Fer des cuttings des trous d'abattage;

Balisage : détermination de la ligne de contact minerai-stérile, pour éviter la confusion entre le minerai et le stérile lors du chargement.

INTRODUCTION

Le procédé d'enrichissement du minerai de Fer de Guelbs El Rhein est basé sur une séparation magnétique à basse intensité par aimants permanents en milieu sec.

Le choix de ce procédé unique dans le monde est du à la rareté d'eau dans la région de Tiris à l'époque ; les campagnes hydrogéologiques menées les années précédentes ont mis en évidence un potentiel d'eau important et pour cette raison la SNIM a introduit le procédé humide dans le flowsheet de l'usine il s'agit de la séparation gravimétrique par Spirale permettant d'enrichir le minerai oxydé qui a été stocké en verses à coté du concasseur de 1985 à 2000 à cause de l'incompatibilité du procédé sec avec ce minerai faiblement magnétique.

Les verses TH du gisement Guelbs renferment 32 millions de tonnes de minerai oxydé et qui doivent être valorisées et pour cela la SNIM a initié le projet spirale pour faire le meilleur enrichissement de minerai oxydé en faisant une combinaison entre le procédé sec (SM) et la séparation gravimétrique par Spirale :

- La séparation magnétique du minerai oxydé permet de fabriquer un concentré GMAB à 65,0% fe avec un rendement poids de 15% et 42% de mixtes oxydés à traiter par spirale.

- La spirale (séparation gravimétrique; milieu humide) traite les mixtes oxydés pour en fabriquer un concentré oxydé appelé « GFM » à 64 % en Fe avec un rendement de 47%.

La contribution des Spirales dans la production de l'usine est de 400 000 Tonnes de GFM par an ce qui correspond à 9% de la production annuelle de l'usine des Guelbs.

L'unité de spirale a démarré en 2004 et elle donne une grande souplesse pour la production de concentrés malgré que l'atelier de spirale est fortement gêné par le traitement de TS qui prend la quasi-totalité de la marche de l'usine.

La prévision de projet Guelbs est de 6 millions de tonnes de concentrés et jusqu'à nos jours l'usine n'a pas pu dépasser 4,4 millions de tonnes à cause de problèmes techniques rencontrés lors du démarrage de l'usine en 1985 il s'agit de : débit broyeur faible, mauvais traitement de TH par la procédé à sec (SM).

Géologie, Exploitation et de Caractérisations de Minerai , du Guelb Rhein

I-1-Géologie des Guelbs

I-1-1-Morphologie du Guelb El Rhein :

· Le Guelb El Rhein est situé à 30km au Nord de Zouerate (figure 1); se présente sous forme d'une masse noire assez compacte, posée sur les Regs environnants, parfaitement isolée de toute structure, ce Guelb de forme triangulaire s'étend, pour la partie affleurante, sur 1600m de long selon la direction Nord-Sud.

A l'intérieur du Guelb, la moitié Est est traversée par une vallée de prés de 600m de long sur 300m de large, fermée au Nord par verrou de quartzite à magnétite.

Figure 1. Distribution des formations et des gisements de Fer dans la région de Zouérate

I-1-2-Lithologie du Guelbs El Rhein :

Le Guelb est l'un des plus beaux Guelbs du Tiris; résultant des plissements multiples d'un simple banc d'une vingtaine de mètres d'épaisseur de quartzites ferrugineux à 37% de Fer en moyenne. Du point de vue lithologique, il est constitué essentiellement de :

- Quartzites à magnétite: Elles sont de trois types principaux selon les dimensions des grains:

ii- Type B: hétérogène à grains en général de petit dimension, 321 Microns;

iii- Type C: à grain moyen; peu magnétique, sa position topographique indique qu'il est lié à des accidents tectoniques, 395 microns.

- Les éboulis de quartzites à magnétite: Ces éboulis recouvrent pratiquement tout le Guelb ;

- Quartz blanc: à l'affleurement, ces roches ont la même situation que les leptynites ;

I-1-3-La minéralisation

Le minerai principal constitué de magnétite, dure de couleur allant du gris au noir. Il reste cependant pauvre en Fer et nécessite un enrichissement basé sur les propriétés magnétiques du minerai. Par un procédé de séparation à basse intensité en voie sèche ; pour obtenir un concentré marchand appelé : GMAB ; titrant : 66%Fe ,21%Fe++ et 7% SiO2.

L'existence d'un conglomérat renfermant des galets de magnétite permet d'avancer un âge antérieur à la transgression infracambrienne de la mer. En outre les datations effectuées sur roches totales de la série de Tiris, par G. Bronner et J.J.Chauvel (1991), (méthode Rb/Sr) donnent un même âge de 2700 #177; 61 Ma; c'est-à-dire Archéen. Ces auteurs en concluent que ces formations issues d'un socle Archéen ou les formations ferrifères sont intiment liées à des roches volcaniques.

I-2-1-Description et qualité du minerai du gisement du Guelb :

Le gisement du Guelb El Rhein est constitué de quartzite à magnétite encaissée dans les leptynites et pégmatites.

Le complexe leptyno-amphibolique est d'âge archéen (2.8 Ga); l'intensité variable des contraintes et du métamorphisme a conduit à la formation de trois bancs de minerai à magnétite de puissances différentes. La partie supérieure de chaque banc est coiffée d'un minerai oxydé.

Pour ne pas avoir un écart considérable entre les prévisions des réserves et les réalisations : il est indispensable de connaître le nombre exacte de bancs minéralisés qui joue un rôle très important lors de l'estimation des réserves.

Le tout venant du gisement titre 37% de Fe comme teneur moyenne; donc on est devant un minerai naturellement pauvre et nécessitant un enrichissement par séparation magnétique à basse intensité vu l'importance de son caractère magnétique.

v L'implantation des trous d'abattage par le topographe selon les coordonnées topographiques ;

v La détermination des caractéristiques minéralurgiques du minerai foré (Laboratoire du suivi industriel);

La SNIM exploite trois mines à ciel ouvert à Zouerate, qui sont reliées entre elles par une voie ferroviaire jusqu'au port minéralier de Nouadhibou.

I-2-2-La qualité du minerai du Guelb El Rhein:

Le tout-venant (quartzite à magnétite) ayant une teneur en Fer > à 28% est considéré comme un minerai (d'après teneur de coupure), celui à teneur inférieure à 28 %Fe est rejeté en stérile. Le degré d'oxydation

(Fe ²⁺/Fe) est le paramètre permettant de séparer le minerai oxydé de celui magnétique :

- Les degrés d'oxydation: Fe²⁺ (le pourcentage de susceptibilité magnétique)

Suivant cette classification on distingue les qualités suivantes (Figure 2) :

Les minerais oxydés TH1,TH2 sont mis en verse à la mine sachant qu'ils nécessitent un traitement par séparation gravimétrique humide. Les minerais KX et KM sont considérés comme stériles à cause de leur finesse.

Figure 2: Détermination de la qualité minière de Trous d'abattage, Guelbs Rhein

I-2-3-L'élaboration d'un croquis de volée, la foration:

Le gradin destiné à l'exploitation fait l'objet d'un découpage en plusieurs volées et chaque volée est divisée en panneaux.

Juste après les travaux d'ouverture et de terrassement; c'est le rôle du topographe qui vient pour implanter les trous d'abattage selon la maille: 7m x 8m ou 8m x 9m ; il reporte la disposition des rangées sur un plan en précisant: les limites du front, la maille,

La sur-profondeur, et le numéro de la volée précédé par celui du gradin, et les coordonnées.

La représentation de toutes ces informations sur un plan constitue ce qu'on appelle: le croquis de la volée qui sera utilisé ultérieurement par le géologue lors de l'échantillonnage des trous d'abattage.

La foration est le premier maillon de la chaîne de production minière. Elle s'effectue à l'aide des perforatrices équipées d'outil en forme de trépan ayant des dents armées d'alliages durs; lors de la rotation du trépan, les dents détruisent les roches du fond du trou. les cuttings (débris) sont évacués à la surface par l'air comprimé soufflé au fond du trou.

I-2-4-Echantillonnage des trous d'abattage:

Pour avoir une idée sur la qualité du minerai à abattre; on est obligé d'échantillonner les trous d'abattage en vue de les analyser ce qui va nous permettre de déterminer la qualité du minerai par l'intermédiaire de la teneur en Fer, de la coupure granulométrique et du degré d'oxydation.

Une fois l'échantillon analysé on dessine le plan d'abattage qui est utilisé souvent pour entamer les travaux de tir permettant l'accès au minerai charge.

Sur le même plan on mentionne le tonnage foré en précisant la qualité du minerai et celle du stérile.

I-2-5-Détermination du tonnage foré :

I-2-6-Détermination des caractéristiques minéralurgiques des , échantillons à l'usine pilote:

L'usine pilote est une unité d'enrichissement, à l'échelle semi-industrielle, dont le rôle primordial est d'effectuer les essais préliminaires sur les différents minerais du fer de Tiris (y compris Guelb El Rhein), et la détermination du dimensionnement d'une unité d'enrichissement à l'échelle industrielle (l'actuelle usine des Guelb).

L'usine est doté d'un laboratoire physique qui constitue une unité de traitement des échantillons des trous d'abattage, de la recherche minière, des concentrés chargés (Kédiat), et des échantillons de l'usine du Guelb.

Le traitement d'échantillon des trous d'abattage à l'usine pilote permet de connaître les caractéristiques minéralurgiques du minerai qui sera abattu et envoyé ultérieurement à l'usine.

Ce traitement consiste à déterminer: Fe (tout venant), degré d'oxydation(Fe⁺²/Fe) et la maille de libération(c) de chaque trou. Les échantillons des trous d'abattage sont acheminés dans des sacs de 5 kg après leur séchage au soleil ou à l'étuve si l'échantillon est très humide, chaque échantillon subit la préparation suivante :

L'échantillon est divisé en 4 parties en le passant sur un diviseur à riffles (DJ6).

Ce broyage est effectué dans un broyeur à cylindres dit Moritz, si le pourcentage de la fraction est supérieur 1 mm dépasse 3%, on retourne ce refus pour être rebroyé.

Le produit broyé fait l'objet d'un quartage visant à préparer un échantillon de 2 kg divisé en deux,1 kg pour l'archivage et l'autre kilo est divisé en 5 lots (chacun de 200 grammes) à analyser comme suit:

broyage humide suivi de la séparation magnétique humide à basse intensité dans le tube Davis, si le concentré de cette séparation titre entre 64,5 et 65,5 % Fe; l'échantillon est libéré et on effectue son analyse granulométrique afin de déterminer sa maille de libération; dans le cas contraire, on applique un troisième temps de broyage.

Le tube Davis est un appareil de séparation magnétique à basse intensité dans l'eau (milieu humide).

Ce lot analysé, dans le tube Davis permet de déterminer la teneur du concentré à 0 minutes (vient juste après le broyage Moritz; pris comme référence).

Ce test permet la récupération de la quantité de magnétite contenue dans un échantillon, il est conçu pour une petite quantité; dans ce cas le poids de l'échantillon à analyser est de 60 grammes.

Cette analyse consiste à broyer l'échantillon à 80u, dans un vibro-broyeur à disques (porphyrisation), l'échantillon qui va subir l'analyse du fer bivalent a la balance satmagan et l'analyse du fer surtout un poids de 10 grammes.

Satmagan est une balance magnétique pour déterminer la concentration Fe²⁺. Charger une capsule coutenant l'échantillon à analyser est introduite dans l'appareil. La valeur déterminée par l'appareil est reportée sur la courbe d'étalonnage qui donne la concentration en Fe²⁺ de l'échantillon.

Satmagan sert aussi à la détermination du degré d'oxydation par l'intermédiaire d'une porphyrisation à 80u suivi du passage sur la balance satmagam (Fe²⁺), l'autre partie du lot est utilisée pour la teneur Fe (tout venant) déterminée par le laboratoire de chimie.

Ces deux lots sont considérés comme des échantillons témoins à archiver pour parer aux éventuelles contestations ou pertes.

La détermination de la maille de libération est faite uniquement pour les échantillons libérés, c'est-à-dire, ceux qui ont une teneur entre 64,5 et 65,5% Fe, après leur séparation magnétique humide dans le tube Davis.

Pour déterminer la maille de libération, on passe l'échantillon sur une tamiseuse Rottalbe contenant une colonne de tamis ( 800u, 630u, 500u,400u, 315u, 250u, 200u, 160u) durant 15 minutes pour assurer des vibrations nécessaires au tamisage. On pèse par la suite le poids obtenu sur chaque tamis et en faisant le cumul poids de cette opération, on précise le tamis qui retient 10% du produit et laisse passer 90%; cette dimension sera la maille de libération de l'échantillon analysé.

I-2-7-Travaux de tir:

La préparation des roches à l'extraction est le processus qui consiste à détruire le massif rocheux, par les moyens techniques, en morceaux de dimensions nécessaires et admissibles pour un travail efficace de l'usine d'enrichissement du minerai de Fer du Guelb El Rhein.

Le tir par trou de mine consiste à placer du Nitrate fuel dans une poche au fond du trou (booster); la charge d'explosif occupe 83% de la profondeur du trou, le restant constitue le bourrage qui est fait avec les cutting de foration. Ces charges continues détruisent bien la partie inférieure du gradin mais dans sa partie supérieure il se forme des blocs hors-gabarits nécessitant un débitage secondaire. Dans le cas des trous humides; l'explosif est mis dans une gaine de protection en contact avec le détonateur.

Le boute feu assure la surveillance et l'exécution des travaux de tir ainsi que la sécurité du site minier.

I-2-8-Balisage:

Après l'abattage des roches, une opération de balisage doit être faite pour éviter la confusion qu'elle pouvait y avoir entre la minerai et le stérile lors du chargement.

Le balisage consiste à mettre des bornes alignées et blanchies de la chaux (CaO) sur les points de contact minerai-stérile, en prenant en considération le pendage des tas qui influe fortement sur la ligne de disposition du contact, car parfois on voit une ligne droite constituant le contact et lorsqu'on change la position d'observation, on aura du stérile qui a été couvert par le minerai tout au long de la ligne du pendage, dans d'autres cas on constate cette situation avec l'avancement du chargement.

I-2-9-Le chargement:

Les travaux d'extraction et de chargement représentent l'extraction des roches du massif vierge ou préalablement ameubli et leur chargement dans les engins de transport (camions).

Pour le chargement ex-front des pelles électriques sont employées à cette tache. Ces pelles travaillent en combinant le cavage et le levage du godet dans les matériaux. Ensuite le godet chargé est orienté en rotation jusqu'au dessus de la benne du camion ou il est vidé.

Ceci représente un cycle pur et qui ne comprend pas les attentes des camions, il permet de déterminer le rendement de la pelle lorsqu'elle est saturée (rendement maximal).

En général, pour des pelles puissantes, comme les PH 2800, l'ensemble de ces temps est inférieur à une minute.

A l'aide d'une pelle électrique munie d'un excavateur à godet; on grignote le produit (minerai ou stérile) en le déversant dans le camions de transport (capacité: 120 à 170 tonnes).

Si c'est le TS1 ou TS2 on l'envoie directement au concasseur (dans le cas de l'indisponibilité de ce dernier, on décharge le minerai dans les verses-minerais).

Et si c'est les roches encaissantes ou (KM, KX) qui sont des stériles; les camions les acheminent vers les verses-stériles.

II-1-Bref aperçu de l'usine et de son historique :

Le flowsheet de l'usine (figure 3) a été extrapolé à partir des études métallurgiques à l'échelle semi-industrielle ; et ces dernières ont prévu une production annuelle de 6 millions de tonnes de concentré de GMAB; si on observe l'historique de la production de l'usine depuis son démarrage (1985) jusqu'à nos jours qui est de 4,2 millions de tonnes; on voit clairement que ceci est loin des premières estimations.

II-2-Concassage

L'installation dans laquelle est effectuée le concassage primaire est l'une des parties vitales de l'usine du Guelb du fait qu'elle se trouve en tête du circuit et qu'elle reçoit parfois d'énormes blocs (hors gabarits).

Les concassés ont une granulométrie composé entre 0-250mm. En conséquence ; la taille et la structure de cet atelier tiennent compte :

- De la l'impérieuse nécessite d'avoir un grizzly en tête du concasseur pour éliminer les fragmentations de ferrailles et les blocs non admissibles (blocs hors gabaries);

Le concassage est effectué par un concasseur giratoire de (60" x 89"); son alimentation est inférieure à 1500 mm.

Le choix de ce concasseur ne vient pas du hasard; mais d'une comparaison très logique entre les différents types de concasseurs primaires (giratoire et mâchoire); ce qui a donné les résultats suivants :

- A pleine charge; le concasseur giratoire à un débit 3,5 fois plus qu'un concasseur à mâchoires.

- La tonne par unité d'énergie et par heure est plus forte pour le giratoire que pour le concasseur à mâchoire;

- La lubrification (la lubrification comprend une cuve d'huile d'une capacité de 2800 litres assurant le mouvement de l'ensemble) est meilleure sur le giratoire.

Ce concasseur comprend une noix (Photo N°1) composée de quatre rangées de concaves, une supérieure, deux médianes et la dernière inférieure qui reposent sur une nappe d'huile.

La marche du concasseur est commandée par un ordinateur installé dans la cabine du concasseur; le démarrage du concasseur nécessite une temporisation d'une minute ; c'est-à-dire que le concasseur démarre après une minute de l'ordre de démarrage donne par l'opérateur.

Le concasseur peut en moyenne recevoir 17 camions/ heure comme valeur moyenne, avec une rotation de deux camions toutes les trois minutes.

Ce stockage permet l'homogénéisation des concassés devant alimenter l'usine afin d'éviter toute difficulté lors au broyage dûe à l'hétérogénéité des produits d'alimentation.

. Parc Nord: La roue-pelle du parc Nord; déverse le concassé sur le convoyeur à bande qui alimente la goulotte

. Parc Sud: la roue-pelle se déplace sur le parc Sud pour verser le produit sur le convoyeur relié au convoyeur à bande qui alimente directement la trémie principale de l'usine d'une capacité de 2000 tonnes.

La roue-pelle a un godet de dents en alliages durs, qui fonctionnent d'une façon continue; elle est mise en mouvement électrique par un moteur de 5000 volts; le débit nominal de la roue-pelle est de 2500-3000t/h.

Dans ce cas; on utilise le stocker qui alimente l'usine directement en envoyant les concassés vers la goulotte assurant l'alimentation de la trémie principale de l'usine.

II-3-Le Broyage

Le minerai repris par les roues-pelles arrive à une grande trémie principale à deux compartiments d'une capacité totale de 2000 tonnes et ensuite par 2 extracteurs; l'extracteur verse le produit sur le convoyeur à bande dont le débit normal est de 900 t/h pour le TS1 et 650 t/h pour le TS2 et 1300 t/h pour le TH.

Le broyage autogène ou semi-autogène assuré par deux broyeurs à boulets, type Aerofall (photo2) ligne A et B, chacun permettant de broyer les concassés jusqu'à une granulométrie de 0 à 12,5mm.

Pour aboutir à un débit optimum de ces broyeurs; il a été recommandé de les faire tourner dans les conditions suivantes:

- Une ouverture de ventelles de 75% permettant de balayer toutes les particules broyées;

· Usure blindage (il existe a l'intérieure du broyeur des blindages de viroles, des flasques, et des tourillons);

La décharge du broyeur est répartie entre le classificateur vertical et l'alimentation du criblage.

Au niveau du classificateur se déroule une séparation gravimétrique. La sous-verse se dirige vers le criblage; tandis que la sur-verse (0-500um) non retenus par le classificateur verticale sont entraînés par le courant d'air vers une batterie de 6 cyclones de chaque ligne pour qu'elle fasse l'objet d'une deuxième séparation gravimétrique. La sous-verse (100 à 500um) est envoyée par le convoyeur vers la séparation magnétique; par contre la sur verse (0-100um) des cyclones prend le chemin des filtres électrostatiques. Après filtration la sous verse (exhaure) est acheminée vers le stérile, en attendant le projet de séparation magnétique humide, et la sur verse est rejetée dans l'air par la cheminée du ventilateur.

II-4-Le Criblage

Après le broyage (0-12,5mm), le crible est alimenté par les sorties de broyeurs Aerofall (A, B) et la sortie de presses à rouleaux.

Le minerai est envoyé vers le criblage pour subir un classement dimensionnel selon la maille du crible (1,6 mm). Les grains d'une dimension inférieure à la maille du crible constituent le passant, tandis que ceux qui ont une dimension supérieure représentant le refus.

Pour être compatible avec le broyage, le criblage comporte deux lignes: A et B. chaque ligne est constituée de 24 cribles vibrants; type DERRICK et l'agencement de ces cribles est représenté par 12 sections, chacune formée de 2 cribles.

- Un chariot verseur : transitant sur un accumulateur pour le remplir de minerai à cribler, qui sera divisé entre les cribles. Dans le cas de remplissage de l'accumulateur, le vérin hydraulique s'avance pour ouvrir la goulotte du chariot pour qu'il puisse se déplacer vers les deux cribles de by pass (23 et 24) utilisés souvent dans le cas d'indisponibilité de l'accumulateur.

- L'accumulateur : c'est la caisse qui assure l'alimentation des cribles en stockant les produits à cribler,

- Registre denté : il permet le réglage de l'ouverture d'alimentation du crible qui joue un rôle déterminant dans l'efficacité de criblage ; cette ouverture est graduée de 0 a 100 %.

- Crible : chaque crible comprend : un moteur vibrant et trois toiles, chacune de 1,6 mm

A l'usine des Guelb, l'efficacité du criblage varie entre 75% et 90% et pour la fraction critique. Cette efficacité exprime la qualité de l'épuration du produit passant, autrement dit, le pourcentage des grains de dimension supérieure à la maille de crible contenus dans le passant, dans notre cas le pourcentage de refus dans le passant est de l'ordre de 10 à 15%.

- L'état des toiles du crible qui doivent être en bon état et ne présentent pas des défauts tels que : usure, tension et colmatage,

Le débit moyen d'un crible est de 105 tonnes par heure, les facteurs suivants affectent la capacité du crible dépend:

Après le criblage; le passant est envoyé directement vers la séparation magnétique; tandis que le refus prend l'itinéraire des presses a rouleaux pour être rebroyé.

II-5-Rebroyage par presses à rouleaux :

Le rebroyage a été introduit dans le flowsheet de l'usine pour augmenter la production de l'usine de 10 à 15%, en évitant le retour de la charge circulante (les refus de criblage et des mixtes TS de la séparation magnétique) vers le broyeur Aerofall, afin d'améliorer son débit. Le circuit de rebroyage est alimenté par un convoyeur à bande assurant une alimentation horaire de 1425 t/h pour chaque ligne.

Cette mesure permet au broyeur de ne recevoir que l'alimentation fraîche, son débit sera alors meilleur. Le rebroyage est assuré par les presses à rouleaux; qui sont des broyeurs à cylindres. Les presses à rouleaux sont des broyeurs à cylindres forcés en rotation inverse; ces broyeurs sont composés de 2 rouleaux (un mobile et l'autre statique). L'écartement entre deux rouleaux (gap) agit sur la pression de rebroyage en fonction de la granulométrie et la dureté du minerai.

Le débit d'un rouleau est déterminé par la formule suivante: Q (Débit): D x L x G x V.

Si les presses ne sont pas disponibles, on revient à la situation primaire (retour des mixtes de séparation magnétique et du refus de criblage vers le broyeur par le convoyeur à bande) ; et dans ce cas c'est le phénomène du by pass qui se reproduit, Le débit du broyeur est inversement proportionnel au by pass.

II-6- La Séparation magnétique à Sec :

II-6-1- Minerai magnétique :

Le minerai magnétique est appelé TS (traitement sec) comme se prête au traitement à sec .

- TS1: minerai grossier présentant les caractéristiques suivantes: maille de libération supérieure à 400u,

- TS2: minerai magnétique moyen; avec une maille de libération composé entre 400et 150u, - KM: maille de libération inférieure à 150u. Cette qualité est très fine et elle ne peut pas être traité par le procédé actuel de l'usine à cause de sa finesse.

Comme ce minerai présente une forte susceptibilité magnétique ; il s'est avéré que la séparation magnétique à basse intensité en voie sèche est la méthode la plus appropriée pour l'enrichir. Le procédé donne trois produits : un concentré magnétique à 66%Fe ; un mixte à 50% et un stérile définitif à 9%Fe.

II-6-2- Atelier de séparation magnétique a sec

C'est le coeur du procédé; il comporte deux lignes (A, B) de séparation magnétique; chaque ligne est alimentée par le passant de son criblage et sous-verse de cyclones.

Chaque ligne de séparation magnétique est composée de 14 groupes séparateurs à aimants permanents; et 2 groupes qui constituent une section. Chaque ligne comporte 7 sections; et qui sont munies de viroles (diamètre de 900 mm et une longueur de 2000 mm) créant des champs magnétiques suffisants pour extraire les particules fortement ferrifères de ce minerai ; ce qui a conduit à l'application d'une séparation magnétique à basse intensité.

- Un registre: qui sert à isoler le groupe de l'accumulation en charge, contenant le produit à traité (commande manuelle)

- Un dispositif d'alimentation: permet le réglage du débit en agissant sur le trappe à casque

- Un module de traitement: autonome, équipe d'un séparateur de premier passage;

- Un socle/châssis : comprenant une goulotte qui prolonge l'évacuation des produits concentrés magnétiques obtenus par le premier passage et deux goulottes assurant l'alimentation des deux séparateurs du deuxième passage;

- Un socle chariot: il supporte la totalité des éléments qui composent le groupe séparateur; ce socle/chariot conçu pour évacuer les produits séparés est équipé de deux volets de coupures équilibres et orientables manuellement.

Selon la qualité de minerai traité (TS1, TS2) les viroles de séparateurs sont orientées à des vitesses variables et les volets de coupure sont aussi orientables.

Le débit du minerai arrivant sur chaque groupe de séparateur dépend de deux facteurs:

La vitesse du séparateur du 1^er passage (2 à 10 m/s) et la position du volet de coupure dépend de la qualité traitée.

La virole du premier passage est en fibre de verre de 4,5 mm d'épaisseur et revêtue d'un revêtement en caoutchouc anti-abrasion de 3 mm d'épaisseur.

Ce passage permet d'avoir deux produits: un concentré définitif et un préconcentré (mixtes).

C'est le lieu ou s'effectue la séparation du préconcentré en mixtes et stérile définitif, la vitesse du séparateur du 2éme passage est de 1 à 5 m/s.

La virole du deuxième passage est en acier inoxydable magnétique de 2 mm d'épaisseur revêtu par un caoutchouc anti-abrasion. Les mixtes (50% Fe) retournent vers le rebroyage, par contre le stérile (9% Fe) est envoyé directement vers la digue à stérile.

Le concentré de l'usine de Guelb est dit GMAB, et a les caractéristiques suivantes:

II-7-Laboratoire d'essais physiques usine des Guelbs :

Ce laboratoire a pour principal objectif le suivi de la qualité du traitement de minerai à l'usine par l'intermédiaire d'une analyse physique des échantillons prélevés aux différents points de l'usine, et surtout du concentré qui est analysé toutes les heures pour savoir la teneur du concentré obtenu.

L'échantillonnage et la préparation mécanique des échantillons prélevés à l'usine se fait en plusieurs étapes:

A/ L'échantillonnage:

Le prélèvement des échantillons se fait à l'aide d'une pelle verseuse sur l'axe parallèle du convoyeur c'est-à-dire au centre et sur les deux droites toutes les heures ; ces échantillons sont mis dans des sachets. En ce qui concerne le chargement, on prélève sur le convoyeur du chargement toutes les 5 minutes et le cumul des prises sera le poids de wagons chargés divise par dix.

B/ La préparation mécanique:

Elle permet la réduction de l'échantillon prélevé en vue d'en prendre une partie représentative.

Il permet l'homogénéisation et la réduction en poids de l'échantillon; cette opération consiste à passer un échantillon à travers des diviseurs de dimensions décroissantes (DJ30, DJ15, DJ6) à l'issue du quartage, on prend un échantillon de 80 à 120 grammes pour le broyage.

Pour l'analyse physique on prend 30 grammes de l'échantillon broyé pour déterminer sa teneur en fer sur le PIF d'analyse.

C/ L'analyse physique:

Avant la détermination de la teneur, on entasse l'échantillon convenablement pour le rendre homogène. La teneur en fer de l'échantillon est déterminée en projetant la valeur enregistrée par l'appareil sur la courbe d'étalonnage.

Si la teneur obtenue est supérieure à 65,5% Fe, le concentré est dit conforme.

Il est recommandé d'effectuer l'analyse granulométrique et voir sa situation avec les valeurs contractuelles. On utilise généralement la colonne de tamis de 3,15mm jusqu'au 0,160mm.

Le laboratoire d'essais physiques (usine du Guelb) dispose d'appareils de séparation magnétique à basse intensité à aimants permanents pour permettre d'établir d'une façon continue la comparaison; en cas de problème sur l'une des lignes du procédé de séparation magnétique de l'usine.

Sur un séparateur test de 46 pôles de diamètre de 0,917m, le résultant de ce passage (à basse intensité) est un concentré du premier passage (c1) et des mixtes.

C'est une séparation magnétique à intensité plus élevée que celle du premier passage, cette séparation consiste à passer les mixtes du premier passage dans un séparateur test de 24 pôles pour obtenir un concentré de deuxième passage (c2) et un stérile définitif (s).

Ces deux appareils doivent être réglés en faisant la conversion de la vitesse virole de l'usine du m/s en tr/mn au moment du prélèvement de l'échantillon.

II-8-Stockage et reprise du concentré :

II-8-1- Mise à stock

Après l'obtention du concentré GMAB, résultant du procédé de concentration par séparation magnétique à basse intensité, les concentrés des deux lignes de séparation magnétique sont acheminés par le convoyeur à bande pour être stocké dans les parcs de concentrés (en attente du chargement).

La qualité du concentré: conforme ou non conforme; ceci nous pousse à définir la notion de la conformité.

Cette aire de stockage a une capacité de 120 kt, qui est subdivisée en deux partie; une réservée aux concentré du TS1: SiO2 = 6,5 à 7,5% et l'autre à ceux du TS2: SiO2 = 8 à 9%.

Le concentré est déversé sur le convoyeur à bande, permettant de stocker le concentré dans l'un de points du parc Nord: NA ou NB.

Cette aire de stockage a une capacité de 120 kt, le concentré est déversé sur le convoyeur à bande, d'un débit anormal de 2500 t/h; qui stocke le concentré dans l'un des points du parc Sud (SA ou SB).

Chaque stocker est muni d'une sonde, déterminant le niveau de concentré dans le cônes.

Les aires de stockage sont réparties selon la qualité du concentré de la manière suivante:

- 2/3 des aires sont destinées au stockage du concentré conforme; avec une capacité de 160 kt.

- 1/3 des aires de stockage pour le concentré non-conforme; capacité de 80 kt.

II-8-2- Chargement

La reprise du concentré GMAB est effectuée à l'aide d'une roue-pelle , placée au milieu des parcs pour faciliter la reprise sur les deux côtés. La roue pelle prend le concentré pour le déverser sur un convoyeur à bande, qui l'achemine vers les grandes trémies de chargement.

Ce chargement comprend une trémie tampon d'une capacité de 400 tonnes placée en dessous d'une trémie peseuse de 85 tonnes. Quand un wagon est en bonne position les portes s'ouvrent et l'une des trémies de 85 t est déchargée dans le wagon, pendant le mouvement du train, la trémie suivante est remplit afin de charger le wagon suivant dés qu'il sera en position.

Au cours de ces opérations, on mouille les concentrés chargés à raison de 1% d'eau, afin de limiter la perte de produit par le vent pendant son transport et pour faciliter la manutention au port minéralier de Nouadhibou.

Selon les spécifications commerciales, la teneur du concentré GMAB doit être de 66 #177; 0,8% Fe lors de l'expédition en train (wagons minéraliers) et de 66 #177; 0,5% Fe lors de l'expédition en navires à partir du port minéralier de Nouadhibou.

II-9-Qualité et production à l'usine des Guelbs

Comme l'usine des Guelbs traite des minerais de qualités différentes (TS, TH) ; les concentrés qui en résultent sont différents par leur magnétisme.

Le minerai magnétique produit un concentré magnétique dit GMAB tandis que le minerai oxydé donne deux concentrés : le premier passage de la séparation magnétique fournit un GMAB et le concentré oxydé des spirales est dit GFM.

Au vu de la rareté d'eau dans la région de Tiris , le procédé sec a été adopté pour enrichir le minerai oxydé pour en fabriquer un concentré GMAB à 65,0%Fe mais comme le rendement poids de ce concentré est très faible ; l'usine a abandonné le traitement de TH et pour faciliter les travaux de découverture, le minerai TH a été mis en verse en attendant de trouver un procédé adéquat pour l'enrichir ; ce qui a été finalisé ultérieurement par le démarrage du projet Spirale.

Comme le comportement de TH diffère de celui de TS au niveau de la séparation magnétique à basse intensité qui est prévue pour l'enrichissement de minerai magnétique (fortement magnétique : TS) ; nous avons voulu présenter la comparaison du traitement de TH par rapport au TS dans le cas du procédé à sec en essayant de montrer les grandes lignes de différence du comportement TS et TH à l'usine du broyage jusqu'à l'obtention du concentré GMAB :

	Traitement TS par SMBI, Usine Guelbs	Traitement TH par SMBI Usine des Guelbs
Débit Broyeur (T/H )	900	1300
% poids GMAB	42,0	15,0
% Fe concentré	66,0	65,0
%Fe ++	21,4	15,0
Réglage volets de coupure premier passage ( C1 )	35°AR	0°
Réglage volets de coupure deuxième passage	0°	25°AV
Vitesse C1	8 m/s	7m/s
Vitesse	5 m/s	1,75 m/s
%Fe stérile	9	17

§ Le débit du broyeur en cas de TH est supérieur au celui du TS à cause de la friabilité du minerai oxydé ce qui incite un temps de séjour de particules oxydées dans le broyeur très réduit ; par contre le minerai magnétique est dur d'où la nécessité d'un séjour plus important pour garantir le broyage ;

§ Comme la séparation magnétique est une basse intensité et les deux minerais ont différence d'équivalence magnétique ; il est très logique qu'on récupère plus dans le cas du minerai magnétique et le pourcentage de particules fortement magnétiques est très faible dans le cas du minerai résultant de l'oxydation (TH ) ;

§ La différence du réglage SM en cas de TS et TH , est du à la nature de deux qualités minières et l'objectif visé du traitement de TH ( production de maximum possible de mixtes pour alimenter spirale) ;

§ Le fer bivalent de concentré GMAB du TS et celui du TH montre clairement la différence du degré de magnétisme de ces qualités.

Comme le TH est un stade intermédiaire entre la magnétite et l'hématite (stade martite) ; le pourcentage de Fe ++ reste entre celui de la magnétite et l'hématite.

Le minerai oxydé est dit TH (traitement humide), car il nécessite l'eau pour être enrichi à cause de l'oxydation et la finesse de particules à séparer. Il se distingue du celui magnétique par le degré d'oxydation (Fe²⁺/Fe) ; tout le minerai ayant Fe²⁺/Fe < 84% est déclaré TH.

TH1: minerai grossier présentant les caractéristiques suivantes: Degré d'oxydation inférieur et maille de libération supérieure à 600u,

TH2: minerai moyen; avec une maille de libération comprise entre 600et 400u.

KX: maille de libération inférieure à 400u, celui-ci n'est pas enrichissable à cause de sa finesse.

III-1-1-Bilan de Traitement de TH à l'usine des Guelbs :

L'enrichissement de minerai oxydé par la séparation magnétique permet de produire trois produits : concentré, mixtes et stérile.

Le traitement de TH durant cette période a été essentiellement limité aux jours de manque de TS ce qui oblige l'usine à tourner avec le TH.

	% poids	%Fe	Récupération métallique
Concentré	17 ,4	64,3	32,2
Mixtes	26,7	51,5	39,6
Stérile	55,9	17,5	28,2
Reconstitué	100,0	34,7	100,0

D'après le tableau ci-dessus, on voit clairement que le rendement poids du GMAB issu de minerai oxydé (TH ) est très faible comparativement au celui de TS (42% ).

Ce bilan de traitement a permis à l'usine de prendre la décision de ne pas tourner avec le TH en attendant de trouver une solution pour l'enrichissement de cette qualité minière connue par l'ampleur de son empoussièrement.

III-1-2-Essais d'enrichissement de mixtes oxydés par Spirale

Les années 90 ont été marquées par le début de travaux de recherche de procédé adéquat pour enrichir le TH : mixtes TH à valoriser ?

Comme le minerai oxydé présente un écart de densité entre le concentré et le stérile ; le procédé de séparation gravimétrique par spirale s'est avéré comme le procédé le plus adéquat.

Plusieurs essais à l'échelle laboratoire ont été menés et après l'étude à l'usine pilote, le bilan métallurgique suivant a été retenu :

	% poids	%Fe	Récupération métallique
Concentré(GMAB)	12,0	65,0	21,2
Mixtes	45,0	50,0	61,3
Stérile	43,0	15,0	17,5
Reconstitué	100,0	36,7	100,0

	% poids	%Fe	Récupération métallique
Concentré (GFM)	61,2	65,0	79,6
Stérile	38,8	27,0	20,4
Reconstitué	100,0	50	100,0

	% poids	%Fe	Récupération métallique
Concentrés (GMAB+GFM)	39,0	65,0	66,4
Stérile	61,0	21,0	33,6
Reconstitué	100,0	38,2	100,0

III -2- Enrichissement de TH par Spirale :

Le traitement du minerai oxydé à l'usine des Guelbs passe par les mêmes étapes que celles du TS (magnétique) sauf que pour le TH les mixtes sont envoyées vers l'unité spirale, à une teneur de 50% Fe, pour subir une séparation gravimétrique et produire un GFM à 65%Fe.

L'enrichissement du minerai oxydé comprend deux procédés : séparation magnétique à sec suivie par spirales ce qui permet d'avoir un bilan global de TH (Selon prévisions projet spirale) :

	% poids	%Fe	Récupération métallique
Concentrés (GMAB+GFM)	39,0	65,0	66,4
Stérile	61,0	21,0	33,6
Reconstitué	100,0	38,2	100,0

III -2-1-Description du Fonctionnement Spirale :

Le fonctionnement de spirale est basé sur une séparation gravimétrique qui tient compte de la différence de densité entre les eux produits à séparer.

Les particules sont soumises à une force centrifuge et dans ce cas ; les grains les plus lourds et fins se trouvent dans l'axe central pour être récupérer dans les opercules tandis que les grains légers et les plus gros débordent sur la paroi externe de spirale.

Pour garantir les performances du procédé spirale, il est recommandé de tourner dans les conditions suivantes :

§ le réglage des opercules de manière à maximiser la récupération de toutes les particules riches ;

La Spirale est connue par une grande consommation d'eau (séparation gravimétrique, milieu humide). Elle est conçu pour produire un concentré GFM ayant une teneur en fer d'au moins 64% à partir des mixtes TH de la séparation magnétique à sec. L'enrichissement par voie humide se fait grâce à une seule ligne ayant une capacité de 400t /h. les mixtes oxydés sont véhiculés vers un crible vibrant de contrôle à maille 5mm (pour éviter toute pièce grossière dans le circuit de traitement )

L'eau nécessaire pour la mise en pulpe des mixtes oxydés TH est apportée en tête du crible et sur sa toile grâce au système d'arrosage.

Le passant du crible est dirigé gravitairement vers la bâche à pulpe qui alimente l'atelier de spirales.

La pulpe est pompée vers le premier étage de la séparation gravimétrique constituée de 7 bancs de 12 spirales doubles de dégrossissage de type WW6E ( MD Mineral Technologie) (Photo3) .

La distribution de la pulpe à l'entrée de chaque tour de spirales est assurée successivement par un distributeur primaire, 8 voies (dont une obturée) distributeurs secondaires, 24 voies 7 alimentées par le haut depuis le distributeur primaire.

La pulpe ainsi diluée est pompée vers le deuxième étage de la séparation gravimétrique constituée de 6 bancs de 12 spirales de lavage de types WW6E.

La distribution homogène de la pulpe à l'entrée est assurée successivement par :

A l'aide de couloirs sous spirales, la pulpe du concentré est conduite par gravité sur un filtre à bande, le concentré est alors retenu par la bande.

Le concentré déshydraté, à une ayant humidité maximale de 8%, tombe du filtre sur la bande

Les stériles issus des spirales de dégrossissage et de lavage sont collectés dans une même bâche qui alimente la batterie d'hydrocyclones. de cette batterie , la pulpe épaisse est conduite par gravité sur le filtre à bande et la sur-verse contenant quelque particules fines est évacuée vers le décanteur .

Le stérile à filtrer est collecté dans une boîte de répartition qui permet par gravité l'alimentation du filtre de façon régulière. La suspension épaissie est déversée sur la toile filtrante. Le vide est réalisé à l'aide d'une pompe à vide à anneau .

Le coeur de cet atelier est constitué par un décanteur de 40m de diamètre qui reçoit principalement la surverse de la batterie d'hydrocyclones , du stérile et les filtrats de filtration du stérile .

Le décanteur comprend essentiellement une cuve recevant la suspension à traiter, un dispositif pour extraire sous forme de boue les matières solides décantées dans le fond et un autre dispositif pour recueillir l'eau clarifiée débordant à la périphérie de la cuve.

Le soutirage de la sous-verse est effectué à l'aide des pompes centrifuges alimentent la filtration du stériles.

Deux stations, de préparation du floculant et de coagulant, apportent les polymères dilués au décanteur , afin d'accélérer et faciliter la sédimentation des particules en suspension et améliorer la clarification de l'eau de sur-verse. Ces stations sont gérées automatiquement par des pompes.

III-2-2- Enrichissement de TH par SM comparé à (SM+Spirale)

Voici d'une façon succinte ; la comparaison de flowsheet d'enrichissement de TH à l'usine des Guelbs :

	Enrichissement TH par SM seulement	Enrichissement TH par (SM+Spirale)
% poids Concentré	17,4	*35,0*
% Fe	64,3	*64,4*
Récupération métallique	44,2	*64,2*

La comparaison ci-dessus montre l'apport important de spirale pour l'enrichissement de TH ; qui assure la rentabilité du traitement de ce type de minerai.

III-2-3-Evolution Traitement TH après démarrage Spirale :

La mise en marche de l'unité spirale est une étape cruciale pour l'enrichissement du minerai oxydé comme elle permet :

L'amélioration de rendement de poids de concentrés issus du TH et la valorisation de ressources existantes de ce minerai (32 millions de tonnes en verse ).

Et voici l'évolution de la production Usine des Guelbs en concentrés (GMAB et GFM) :

Mois	GMAB TH	GFM
janv-06	10000	5000
févr-06	26000	22000
mars-06	19000	25000
avr-06	12000	25000
mai-06	24000	22000
juin-06	12000	29000
août-06	29000	26000
sept-06	12000	24000
oct-06	37000	37000
nov-06	21000	23000
déc-06	21000	23000
TOTAL	223000	261000
moyenne mensuelle	20273	23727

Le tableau ci-dessus montre que la production du GFM (concentré spirale) est supérieure à celle du GMAB (concentré SM) ce qui confirme l'apport important de spirale dans la production de l'usine.

Courbe montrant l'évolution de la production du TH après concentrés issus

Le démarrage de l'unité spirale a permis d'améliorer la qualité et quantité de concentrés obtenus lors du traitement de minerai oxydé (TH).

Malgré que l'apport de l'unité spirale dans la production d'Usine des Guelbs n'est pas négligeable ; mais la réalisation de performances process de cette unité reste en dessous de l'objectif du projet spirale et voici le tableau récapitulatif de ce constat :

	*Prévision Projet Spirale*	*Réalisation Projet Spirale*
*% poids Concentré*	*39,0*	*35,0*
*% Fe*	*65,0*	*64,4*
*Récupération métallique*	*66,4*	*64,2*

L'usine des Guelbs n'a pas pu réaliser les objectifs du projet Spirale à cause de paramètres suivants :

§ le minerai utilisé pour l'essai spirale provient directement du front (minerai propre) contrairement au minerai traité actuellement qui provenait d'une ancienne verse TH connue par son hétérogénéité ;

§ le rendement poids de mixtes TH de 45% poids à 50%Fe ; l'usine n'a pas pu l'obtenir quelque soit le réglage de la séparation magnétique (question de minerai) ;

§ comme les jours de traitement de TH sont limités ; et pour produire un tonnage important de mixtes oxydés, l'usine visait une teneur de 45%Fe ce qui incitera la diminution du rendement poids de spirale.

Nous pouvons établir une simulation permettent de préciser l'apport de spirale dans le traitement de minerai oxydé : programme de production Usine des Guelbs en 2008 prévoit le traitement de 2 millions de tonnes de TH qui doivent donner :

*Alimentation Usine*	2000000 Tonnes
*GMAB*	300000 T
*GFM*	400000 T
*Concentrés (GMAB+GFM)*	700000T
*% poids Concentrés*	35%
*%Fe Concentrés*	65,0
*Récupération métallique*	65,0

A partir de la prévision production usine des Guelbs ; nous pouvons dire que l'unité spirale assure 57% de concentrés issus du traitement TH.

Conclusion et Recommandations

Ce stage de fin d'études nous a permis de voir tous les aspects du procédé de l'usine des Guelbs et de concrétiser nos connaissances dans le domaine d'enrichissement ; le sujet de notre stage a été très intéressant comme il aborde le procédé de la séparation gravimétrique par spirale ; à l'issue de ce stage nous avons pu sortir avec la conclusion suivante :

v en dépit de la valorisation de ressources en minerai oxydé, l'unité spirale permet d'améliorer l'enrichissement TH par l'augmentation du tonnage de concentré issu de minerai oxydé de 50% ;

v l'enrichissement de TH par spirale permet d'améliorer le rendement poids de concentrés issus de TH en passant de 15% seulement (cas SM) à 39% ;

v le traitement de TH à l'usine des Guelbs a des impacts environnementaux liés à l'empoussièrement dégagé de cette qualité minière et la consommation d'eau qui est de 0,3 m3/ Tonne de GFM ; et pour résoudre ces problèmes, l'usine doit améliorer le système d'arrosage et la filtration au niveau de spirale afin de limiter les pertes d'eau malgré que l'eau recyclé au niveau de spirale est à un taux acceptable (85%) ;

v la forte hétérogénéité de la verse TH ne permet pas de réaliser les objectifs du projet spirale d'où la nécessité d'une caractérisation de cette verse (échantillonnage verse TH pour déterminer les caractéristiques minéralurgiques).

v Pour la réussite du traitement de TH à l'usine ; il est impératif d'avoir une usine spirale indépendante (concasseur, SM...) de l'usine de Traitement à sec pour pouvoir faire le programme du TH directement à partir des réserves dormantes dans la verse TH à proximité du concasseur Rhein sans perturber le traitement du minerai magnétique(TS).

Bibliographie :

1- G. Bronner et J.J.Chauvel « méthode Rb/Sr », Les datations sur les roches totales de la série de Tiris, (1991), CHAPITRE I ;

2- Lebas Ph. « Géologie des Guelbs El Rhein »; Miferma-Zouerate, Mauritanie 1979, CHAPITRE I ;

3- Med-El Mokhtar OULD CHEIKH « Rapport de fin de stage » Usine des Guelbs; Zouerate, Mauritanie (juin 2003) CHAPITRE II ;

4- Note Annuel de la direction générale SNIM (année : 2008), CHAPITRE III ;

5- Rapport annuel du service process de l'usine des Guelbs de 1984 à 2007 CHAPITRE III ;