Impact des particules

1 août 2023 | Par Eric Maynard et McKinnon Ray, Jenike & Johanson

Le concassage et le criblage des solides sont essentiels à de nombreux processus de manipulation des solides, mais les ingénieurs doivent être attentifs à la manière dont ces actions affecteront le comportement d'écoulement du matériau en vrac.

Lorsqu'il s'agit de traiter des solides en vrac, la taille (des particules) est importante. Presque toutes les industries s'appuient sur une sorte de contrôle de la taille des particules dans leurs processus, qu'il s'agisse de broyage (réduction de la taille des particules par concassage, broyage ou broyage) ou de criblage (séparation des matériaux en fonction de la taille des particules). Par exemple, sans broyer les matériaux extraits, il serait impossible d’extraire des minéraux et des minerais précieux des roches environnantes. Et un dépistage efficace est couramment utilisé dans l’industrie alimentaire pour séparer les matières étrangères et les contaminants pendant la transformation des aliments. Cependant, le concassage et le criblage peuvent avoir des conséquences inattendues, notamment provoquer des perturbations du processus dans les équipements en aval et créer des problèmes de sécurité potentiels. La bonne nouvelle est qu’il existe des approches scientifiques pour évaluer ces risques, ainsi que des approches pour prévenir un mauvais déroulement du processus résultant d’un contrôle de la taille des particules en amont. Cet article aborde le contexte du broyage et du criblage, la manière dont les deux peuvent avoir un impact sur les processus et la manière d'évaluer les risques de fluidité.

D'une manière générale, le broyage est défini comme l'acte de réduire la taille moyenne des particules d'un matériau par des moyens mécaniques. Il constitue une étape critique du processus dans de nombreuses industries, notamment les industries minière, pharmaceutique et alimentaire. En général, la fragmentation peut être divisée en cinq méthodes : le dynamitage, le concassage, le déchiquetage, le broyage et le broyage. Le dynamitage est généralement effectué pour réduire la taille des gros rochers et, parmi toutes les méthodes de fragmentation, il est généralement utilisé uniquement pour les plus grosses particules. Le dynamitage est également différent des quatre autres méthodes, dans le sens où il se produit généralement à l'air libre plutôt qu'à l'intérieur des équipements de traitement. Le déchiquetage implique généralement de prendre des matériaux volumineux et filandreux (tels que la biomasse, les déchets recyclés et autres) et de les couper en lambeaux plus petits. Le broyage implique le déchiquetage ou le « broyage » d’un seul matériau pour créer des particules plus petites.

L'écrasement peut se faire via trois mécanismes : compression, cisaillement et impact [1, 2]. La compression est généralement utilisée pour les particules dures et cassantes et n'entraîne généralement pas de génération significative de fines. Le concassage par cisaillement est similaire au déchiquetage, sauf qu'il est conçu pour traiter des matériaux en vrac et des poudres collants et cohésifs. Cette méthode peut conduire à des formes anisotropes. La réduction de taille par impact est efficace pour les particules dures et résistantes et peut conduire à une réduction de taille 100 fois plus petite. Cependant, un écrasement par impact pourrait entraîner l'éclatement du matériau. Le fraisage gère généralement la réduction de taille via un quatrième mécanisme : l’attrition. Les broyeurs à attrition sont couramment utilisés comme étape tertiaire de réduction de taille et prennent généralement plus de temps que les trois mécanismes décrits précédemment. Des exemples de chacun de ces mécanismes sont illustrés à la figure 1.

FIGURE 1 : Plusieurs technologies différentes de réduction de la taille des particules sont disponibles pour les matériaux solides en vrac

Le criblage est une autre étape clé du traitement que l’on retrouve dans presque toutes les industries. Le criblage est un processus mécanique utilisé dans la manutention des matériaux pour séparer ou classer les particules en différentes tailles. Un tamisage approprié est essentiel pour répondre aux spécifications du matériau, éliminer les corps étrangers et, dans certaines applications, peut même améliorer la fluidité du matériau. Semblable au concassage, il existe plusieurs types de méthodes de criblage, et chacune a ses propres avantages et inconvénients. Par exemple, les tamis vibrants (Figure 2) sont parfaits pour séparer les matériaux surdimensionnés et sous-dimensionnés (parfois appelés « scalping ») et ont généralement une capacité plus élevée que les autres tamis. Un seul tamis vibrant peut avoir plusieurs étages pour permettre une séparation supplémentaire des matériaux. Les tamis giratoires (Figure 3) ressemblent aux tamis vibrants, sauf qu'ils utilisent un mouvement de rotation pour séparer les matériaux et peuvent être utilisés pour la classification des matériaux. Le criblage centrifuge est une méthode de criblage plus agressive qui utilise des palettes rotatives pour permettre une efficacité de criblage élevée dans un faible encombrement. Le criblage par culbutage est une forme de criblage plus douce qui combine des mouvements verticaux et giratoires dans une grande empreinte et est courante dans les industries de la biomasse (Figure 4).