Stratégies visant à améliorer l'efficacité énergétique des usines de traitement des minéraux

Les coûts énergétiques représentent une part importante des dépenses opérationnelles dans l'industrie minière et minière et la réduction de la consommation améliore directement la rentabilité tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.Les usines de transformation des minéraux modernes sont soumises à une pression croissante pour produire des concentrés de qualité supérieure provenant de gisements de minerai de qualité inférieure, tendance qui stimule l'intensité énergétique.

Comprendre la consommation d'énergie dans le traitement des minéraux

La combustion — broyage et broyage — peut représenter 50 à 70 % de l'énergie totale utilisée dans une usine de transformation. La ventilation typique de la consommation d'énergie entre les principales étapes du processus est la suivante:

Les analyses détaillées de l'énergie révèlent souvent que de nombreuses usines fonctionnent loin de leur optimalité théorique, avec des pertes dues à l'inefficacité des équipements, à des stratégies de contrôle médiocres et à des équipements sous-utilisés.

Stratégies visant à améliorer l'efficacité énergétique

1. Optimiser le fonctionnement de l'équipement

De nombreuses usines de traitement utilisent des équipements à vitesse fixe, quelle que soit la charge réelle, ce qui entraîne des gaspillages d'énergie importants. Les entraînements à fréquence variable (VFD) permettent aux moteurs de fonctionner à la vitesse requise par le processus, réduisant ainsi le tirage de 20 à 40 % dans de nombreuses applications.

Un équipement mal entretenu consomme plus d'énergie : les doublures usées dans les broyeurs augmentent la consommation de milieux de broyage et nécessitent une puissance accrue; les courroies et les entraînements mal alignés génèrent des pertes de frottement; les filtres sales dans les collecteurs de poussière augmentent la demande de puissance du ventilateur.

2. Mettre en œuvre le contrôle avancé des processus

Les systèmes avancés de contrôle des processus (APC) utilisent des données en temps réel pour ajuster en continu les paramètres de fonctionnement, en maintenant les processus à leur point d'exploitation le plus efficace. Dans les circuits de meulage, APC peut optimiser la vitesse, le débit d'alimentation et la classification en contrôlant la densité et la pression des aliments pour cyclones.

Un modèle prédictif peut par exemple détecter une surcharge imminente de la fabrique et réduire le débit d'alimentation avant que la fabrique ne décroît, évitant ainsi l'énergie de surtension nécessaire pour relancer une usine complète. Beaucoup de ces systèmes sont maintenant reliés au nuage, permettant une optimisation à distance sur plusieurs sites. Le U.S. Department of Energy , Advanced Manufacturing Office a documenté des études de cas où APC dans les opérations minières a économisé des millions de dollars par année.

3. Mise à niveau du matériel écoénergétique

En cominution, les rouleaux de broyage à haute pression (HPGR)[ consomment 20 à 50 % moins d'énergie que les moulins à billes classiques pour le même rapport de réduction. Les moulins à médias stirred, comme le Vertimill ou IsaMill, sont également nettement plus économes en énergie dans les applications de broyage fines et ultrafines que les moulins à trébuchement.

Dans les systèmes de pompage, l'utilisation de moteurs à haute efficacité (classes EI4 ou IE5) et de pompes fonctionnant près de leur point d'efficacité optimal (BEP) peut réduire la consommation d'énergie de 15 à 30%. Le remplacement des anciennes cellules de flottation par des cellules modernes à air forcé ou Jameson peut améliorer la dispersion de l'air et la taille des bulles, réduisant ainsi la puissance nécessaire pour l'agitation.

4. Récupération et réutilisation de la chaleur des déchets

Les systèmes de récupération de chaleur peuvent préchauffer les matières premières, l'air de combustion ou l'eau pour le nettoyage et l'utilisation domestique. ]Les échangeurs de chaleur peuvent capter la chaleur provenant des gaz d'échappement ou des séchoirs et la transférer dans un fluide de transfert de chaleur, qui peut ensuite être utilisé pour préchauffer le minerai ou produire de la vapeur de faible qualité pour d'autres procédés.

Dans les climats plus froids, la chaleur résiduelle peut être utilisée pour chauffer les bâtiments, les enceintes de convoyeur et l'eau pour la flottation de mousse, réduisant ainsi le besoin de chauffages alimentés au combustible fossile.CSIRO a démontré des systèmes intégrés de récupération de chaleur dans les usines australiennes de traitement des minéraux qui réduisent la demande énergétique globale sans compromettre la qualité du produit.

5. Optimiser les circuits de broyage

Comme le broyage consomme la plus grande part d'énergie, même les améliorations mineures permettent d'économiser de façon significative.

Les tests de broyage par lots et les logiciels de simulation (p. ex., JKSimMet, Bond Work Index) aident les ingénieurs à concevoir la configuration de circuit la plus écoénergétique pour un minerai donné. La mise en œuvre d'un système de gestion de l'énergie [cimentaire et de broyage peut fournir des retours en temps réel sur la consommation d'énergie spécifique par tonne de produit, permettant aux opérateurs d'ajuster les paramètres pour obtenir des gains immédiats.

6. Améliorer l ' efficacité de la classification et de la séparation

En flottation, l'amélioration de la stabilité de la mousse et de la distribution de la taille des bulles peut augmenter la récupération tout en réduisant la puissance de traction sur les moteurs des cellules de flottation. Les séparateurs de hydrofloat et les cyclones intelligents qui règlent les points de coupe en temps réel réduisent les matériaux déplacés et réduisent les charges de recirculation.

Dans le cas de la séparation gravitationnelle, les séparateurs multigravité et les concentrateurs de gravité améliorés offrent une meilleure efficacité avec une consommation d'énergie moindre par tonne traitée. La séparation magnétique à l'aide d'aimants à terre rare de haute intensité consomme très peu de puissance et peut remplacer les stades de flottation énergivore dans certaines applications.

7. Intégrer les sources d ' énergie renouvelables

De nombreuses usines de traitement des minéraux, en particulier celles situées dans des endroits éloignés, dépendent de générateurs diesel ou d'électricité de réseau à forte intensité de carbone. L'intégration de systèmes photovoltaïques solaires, d'éoliennes ou hybrides peut compenser une partie importante de la charge électrique de l'usine.

Les systèmes de stockage d'énergie (stockage de batteries, hydro pompe) peuvent faciliter l'intermittence des énergies renouvelables tout en permettant un transfert de charge pour tirer parti de la tarification du temps d'utilisation de l'électricité.Dans certaines régions, les incitations gouvernementales et la réduction des coûts d'équipement ont fait la période de récupération des énergies renouvelables sur place moins de cinq ans.

Considérations supplémentaires

La technologie ne peut à elle seule atteindre une efficacité énergétique totale. Il est essentiel de créer une culture de sensibilisation énergétique chez les employés. Des programmes de formation qui enseignent aux opérateurs comment identifier les déchets énergétiques, utiliser des tableaux de bord et ajuster les processus pour obtenir une efficacité peuvent apporter des améliorations immédiates.

Les audits énergétiques réguliers effectués par des professionnels certifiés (p. ex., des vérificateurs certifiés ISO 50001) aident à découvrir les pertes cachées. Les audits devraient être effectués au moins tous les deux ans et comprennent l'analyse des systèmes d'air comprimé (souvent une source importante de fuite), des systèmes à vapeur et du facteur d'alimentation électrique.

La mise en œuvre d'un système de gestion énergétique basé sur la norme ISO 50001 fournit un cadre structuré pour la fixation d'indicateurs de performance énergétique (IEE), le suivi des progrès et l'amélioration continue.

Conclusion

L'amélioration de l'efficacité énergétique des usines de traitement des minéraux est une entreprise multiforme qui combine optimisation des équipements, automatisation des processus, récupération de chaleur des déchets, remaniement des circuits et culture organisationnelle de soutien.

En adoptant une approche systématique – en commençant par un audit énergétique, en mettant en oeuvre des changements opérationnels à faible coût, puis en progressant vers des améliorations à forte intensité de capital et l'intégration des énergies renouvelables – les exploitants peuvent réaliser des améliorations substantielles et durables. Le chemin vers l'efficacité énergétique n'est pas un projet ponctuel mais un processus continu de mesure, d'analyse et d'innovation.