Comment les pièces de concasseurs réduisent les temps d'arrêt dans le traitement du minerai d'or

Un concasseur à cône traitant un minerai d’or en gisement de quartz, avec un taux de libération de 60 % à moins de 200 mesh, peut user un manteau en manganèse standard en à peine cinq semaines dès que la teneur en silice dépasse 70 %. Ce simple chiffre explique pourquoi les responsables de la maintenance des exploitations aurifères surveillent la durée de vie des pièces d’usure presque aussi attentivement qu’ils surveillent la teneur du minerai. L'étape de concassage se situant en amont du broyage, de la flottation et de la lixiviation, chaque heure pendant laquelle un concasseur reste à l'arrêt en attendant une chemise ou une douille de rechange retarde l'ensemble du circuit de récupération, et pas seulement le département de concassage.

Pourquoi le minerai d'or met-il autant à rude épreuve les équipements de concassage ?

Le minerai aurifère est rarement tendre. La plupart des gisements aurifères exploitables se trouvent dans des filons de quartz, des brèches silicifiées ou des formations ferrifères rubanées, et le quartz présente une dureté d’environ 7 sur l’échelle de Mohs, ce qui est proche de la dureté de nombreux aciers à outils utilisés dans les revêtements anti-usure. Ajoutez à cette abrasivité les charges d’impact compressives à l’intérieur d’un concasseur à cône ou à mâchoires, ainsi que le manteau, la cuvette, plaque de mâchoire, et la douille excentrique subissent toutes deux des contraintes simultanées provenant de deux directions : une érosion abrasive en surface et une fatigue due à des chocs répétés en profondeur. Les valeurs de l’indice d’abrasion Bond pour le minerai d’or de roche dure se situent généralement entre 0,3 et 0,6, ce que les équipementiers de concasseurs classent comme modérément à fortement abrasif, bien au-dessus de la fourchette typique du calcaire ou des minerais agrégés plus tendres.

Le coût réel des temps d'arrêt imprévus

Les temps d’arrêt imprévus d’un concasseur dans une usine de traitement de l’or se mesurent rarement en heures, mais en onces. Un arrêt de huit heures du concasseur primaire sur une ligne de 5 000 tonnes par jour peut entraîner une immobilisation d’une quantité de matière première suffisante pour coûter plusieurs centaines d’onces de production en aval, une fois pris en compte les temps de broyage et de lixiviation. Si l’on ajoute à cela les heures supplémentaires du personnel, la location de grues pour le remplacement des revêtements et les frais de transport express des pièces de rechange, une seule panne peut dépasser le budget alloué à plusieurs mois de maintenance programmée. C’est la raison pratique pour laquelle les exploitants miniers planifient désormais le remplacement des pièces d’usure en fonction de l’épaisseur mesurée des revêtements, plutôt que d’attendre qu’une pièce tombe en panne en plein milieu d’un poste.

 

L'ingénierie à l'origine de la longue durée de vie des pièces d'usure d'un concasseur

C'est lors du choix des matériaux que se joue réellement la durée de vie en service, bien avant même qu'une pièce n'arrive sur le site minier. Les manteaux et les concaves destinés au traitement du minerai d’or sont presque systématiquement moulés en acier austénitique au manganèse, communément appelé Mn13Cr2 ou acier Hadfield, contenant environ 11 à 14 % de manganèse et 1,0 à 1,4 % de carbone. À l’état brut de coulée, cet alliage n’affiche qu’une dureté de 200 à 230 HB, ce qui est suffisamment tendre pour permettre son usinage ; cependant, la surface se durcit sous l’effet des chocs subis en service et peut atteindre 500 à 550 HB au niveau de la face d’usure, tandis que le cœur reste tenace et résistant à la fissuration. Cette combinaison, à savoir une couche superficielle dure recouvrant un cœur ductile, est précisément ce qui permet de résister à la fois à l’usure abrasive et à la rupture par choc dans une application liée au minerai d’or.

Les bagues excentriques et les bagues à épaulement requièrent un ensemble de propriétés totalement différent. La priorité est ici donnée au faible frottement et à la stabilité dimensionnelle plutôt qu’à la résistance aux chocs ; les bagues sont donc généralement fabriquées à partir d’alliages de bronze à l’étain ou de bronze d’aluminium présentant une résistance à la traction comprise entre 600 et 700 MPa et une dureté Brinell d’environ 150 à 180 HB. Les tolérances d’alésage d’une douille finie sont généralement respectées selon un ajustement H7, avec une rugosité de surface d’environ Ra 1,6 micromètre, suffisamment serrée pour maintenir le film d’huile qui empêche l’ensemble excentrique de se gripper sous charge.

Les contrôles de moulage et de traitement thermique qui déterminent la durée de vie en service

Deux contrôles de processus permettent de distinguer une pièce d'usure capable de durer toute une campagne d'une autre qui tombe en panne prématurément. Premièrement, les pièces moulées en acier au manganèse doivent être trempées à l'eau directement à partir d'une température d'environ 1 050 degrés Celsius afin de fixer la structure dans sa phase austénitique ; si le refroidissement est trop lent, des carbures se précipitent aux joints de grains et la pièce devient cassante au lieu d'être résistante. Ensuite, les bagues en bronze destinées au traitement du minerai d’or tirent profit du moulage centrifuge plutôt que du moulage statique au sable, car le moule en rotation propulse les gaz et les inclusions vers l’alésage, d’où ils sont éliminés lors de l’usinage, laissant ainsi une paroi plus dense et plus uniforme au niveau de la surface d’appui. Une pièce correctement moulée et ayant subi un traitement thermique adéquat pièce d'usure pour concasseur devrait présenter des mesures de dureté cohérentes sur plusieurs points d'échantillonnage, plutôt qu'un simple contrôle ponctuel donnant un résultat favorable.

Choix des composants en fonction de la dureté du minerai et de la conception du circuit

Le choix d'un profil de manteau et de concave adapté est tout aussi important que celui de l'alliage lui-même. Une étape de concassage grossier réglée sur un écartement important entre les mâchoires, souvent de 20 à 30 mm sur un concasseur giratoire primaire, nécessite un profil d’usure différent de celui d’une étape secondaire ou tertiaire fonctionnant avec un écartement plus serré, de 10 à 15 mm, afin d’atteindre la granulométrie d’alimentation cible pour le broyeur. L'utilisation d'un profil inadapté sur un minerai d'or dur et abrasif accélère l'usure inégale, modifie la distribution granulométrique du produit du concasseur et oblige à remplacer les pièces plus tôt que ne le laisserait prévoir la seule spécification de l'alliage.

Composant	Alliage type	Gamme de dureté	Résistance à la traction
Manteau et concave	Mn13Cr2 Acier au manganèse	200 à 230 HB à l'état brut, jusqu'à 550 HB après écrouissage	650 à 800 MPa
Douille excentrique	Bronze à l'étain ou à l'aluminium	150 à 180 HB	600 à 700 MPa
Plaque de mâchoire	Acier à haute teneur en manganèse	200 à 250 HB à l'état brut de coulée	650 à 750 MPa

Maintenance préventive et stratégie de gestion des stocks

La plupart des arrêts imprévus des concasseurs sont dus à des ruptures de stock plutôt qu’à une défaillance soudaine d’une pièce. Les sites qui surveillent l’épaisseur des revêtements selon un calendrier de mesure fixe, enregistrent le jeu des bagues à chaque arrêt programmé et disposent d’une liste des pièces de rechange essentielles sur place sont rarement pris au dépourvu par une pièce usée tombant en panne en pleine production. Un programme de maintenance bien géré considère chaque remplacement de pièce d'usure d'un concasseur comme un événement planifié lié à des données d'usure mesurées, et non comme une réaction à une alarme de vibration inattendue ou à un changement soudain de la granulométrie du produit.

• Vérifier l'épaisseur du manteau et de la paroi concave par rapport aux spécifications minimales du constructeur à chaque changement d'équipe
• Enregistrer le jeu de la douille excentrique lors de chaque arrêt programmé, plutôt que d'attendre que le jeu devienne audible.
• Veillez à disposer en stock sur site d'au moins un jeu complet de pièces d'usure et de bagues pour le concasseur primaire.
• Enregistrer le nombre réel de tonnes broyées par revêtement afin d'établir une courbe d'usure spécifique au site, plutôt que de se fier aux estimations génériques des équipementiers

Choisir un fournisseur de pièces détachées pour concasseurs destinés au traitement du minerai d'or

La nuance de matériau indiquée sur une fiche technique ne reflète qu’une partie de la réalité. Un fournisseur de pièces de concasseurs destinées aux applications de traitement du minerai d’or doit disposer de registres documentés des traitements thermiques, des résultats d’essais de dureté effectués en plusieurs points sur chaque pièce moulée, ainsi que d’une vérification dimensionnelle par rapport au plan d’origine de l’équipementier, et non pas se contenter d’une simple correspondance visuelle. Étant donné que la coulée centrifuge et la trempe à l'eau contrôlée exigent toutes deux une discipline de processus rigoureuse, la différence entre un fournisseur qui respecte systématiquement ces étapes et un autre qui ne le fait pas se traduit directement par la durée de vie, en semaines, d'un manteau ou d'une douille avant qu'il ne faille le remplacer. Pour une exploitation aurifère où chaque heure d’arrêt du concasseur entraîne un coût réel en onces récupérées, cette différence de rigueur entre les fournisseurs est le véritable facteur déterminant qui permet aux pièces de concasseur d’atteindre leur durée de vie nominale au lieu de s’en écarter.

Le concassage du minerai d'or restera toujours une application abrasive et à fort impact, et aucun alliage ne permet d'éliminer totalement l'usure. Ce qui distingue une exploitation bien gérée d'une autre confrontée à des pannes constantes, c'est de savoir si les pièces d'usure sont conçues, moulées et traitées thermiquement selon des spécifications documentées, et si le site assure un suivi suffisamment rigoureux des données d'usure pour planifier les remplacements avant qu'une pièce usée n'entraîne un arrêt imprévu.