L’ingénierie des boues: quels sont les éléments à considérer?

22 juillet, 2019 | Blogue

Roman Dorfman

Roman Dorfman, ing.

Ingénieur mécanique / tuyauterie

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Le transport et le pompage des boues sont des procédés complexes qui nécessitent des connaissances spécialisées, la collaboration de tiers, dont des fournisseurs de pompes, et des installations de mise à l’essai. Voici un survol des éléments importants à considérer liés au dimensionnement des systèmes et aux choix des équipements.

Des systèmes de grande dimension

Lors de la conception d’installations de traitement du minerai, les experts de BBA doivent composer avec des systèmes de pompage des boues de grande dimension. En effet, les méthodes de valorisation du minerai ont souvent recours à l’eau, avec laquelle la matière fragmentée est mélangée pour qu’il y ait transformation.

Une fois que la taille des particules de la matière convient au pompage, habituellement après l’étape de broyage, la matière est acheminée sous forme de boues à travers l’usine à l’aide de pompes, ou traverse un système à écoulement gravitaire spécialement conçu, résistant à l’abrasion. En d’autres mots, on pourrait considérer le pompage des boues comme un mécanisme de transport ou de manutention des matériaux semblable aux convoyeurs pour les matières sèches.

Les types de boues

On peut classer les boues elles-mêmes dans les catégories suivantes, selon la taille et la concentration des particules :

  • boues hétérogènes;
  • boues homogènes;
  • boues mixtes (industrielles); cette catégorie présente les caractéristiques des boues hétérogènes et homogènes.

Une fois le type de boues connu, on peut adopter une approche précise pour déterminer les dimensions du système.

Les boues hétérogènes

Ces boues contiennent des particules grossières et assez denses pour se déposer avec le temps au fond des canalisations; elles peuvent bloquer les canalisations de transport. Les particules dans ces systèmes sont soutenues par le mélange par turbulence et la collision entre particules.

Les boues hétérogènes se caractérisent par un gradient de concentration accru à l’approche du fond d’une canalisation horizontale : c’est pourquoi on les qualifie d’« hétérogènes ». Pour établir correctement les dimensions de ces systèmes, il faut d’abord déterminer une vitesse de dépôt critique. Dans la plupart des cas, la taille de la canalisation doit, au minimum, permettre une vitesse d’écoulement de 10 % à 15 % supérieure à la vitesse critique.

Les boues homogènes

Ces boues présentent souvent des caractéristiques de liquide non newtonien. Il faut habituellement certains essais pour déterminer les paramètres des boues, dont le seuil d’écoulement et la viscosité. Une fois ces données rhéologiques dérivées, il faut choisir le type de pompe à utiliser. Si l’on choisit une pompe centrifuge comme conducteur, les boues doivent être transportées en régime turbulent, c.-à-d. que la vitesse des boues doit être supérieure à la fois à la vitesse de transition (laminaire à turbulente) et à la vitesse de dépôt estimée.

Les systèmes à régime mixte

Ces systèmes contiennent des particules de tailles et de densités très variées, où les particules fines se mélangent au liquide et forment le liquide transporteur (médium de transport) et les particules grossières sont soutenues à la fois par la vitesse et la turbulence du véhicule. Ce type de système peut être établi à l’aide d’un logiciel spécial et des essais minimaux sur un échantillon de boues, ou il peut faire l’objet d’un essai en boucle. Ce denier est réalisé par un laboratoire spécialisé à l’aide d’un échantillon de boues de dimensions inférieures aux dimensions réelles du système de canalisation. Les données générées sont ensuite mises à l’échelle pour fournir au concepteur suffisamment d’information, dont la plage de vitesse et le taux de perte de charge, afin de déterminer les bonnes dimensions du système.

Le choix de la pompe

La pompe est l’un des éléments cruciaux pour la conception d’un système de transport des boues. Bref, on peut choisir entre des pompes centrifuges et des pompes volumétriques. Le choix dépend de l’utilisation prévue et du type de boues. La plupart des systèmes en usine utilisent traditionnellement des pompes centrifuges. On recourt parfois à des pompes volumétriques, par exemple des pompes péristaltiques ou des pompes à rotor hélicoïdal excentré. Pour le pompage de pâte en vue du dépôt de résidus, dont le remblayage par pâte, on utilise une pompe volumétrique.

Dans le cas de systèmes de transport des boues sur des distances moyennes, comme les systèmes d’entreposage de résidus de boues traditionnels, des pompes centrifuges peuvent acheminer la matière au site de dépôt, installées en séries pour compenser la perte de charge de frottement le long de la canalisation, ainsi que la charge statique (différence de hauteur), le cas échéant.

Le pompage des boues peut être un moyen très économique de transporter le produit final de la mine ou l’usine de concentration jusqu’au port, lorsque les conditions sont réunies. On utilise des pompes volumétriques dans ces systèmes, car la pression globale y est importante et, contrairement aux pompes centrifuges, elles peuvent générer une telle pression avec un seul étage.

Les systèmes d’écoulement naturel

Les boues peuvent également être transportées par écoulement gravitaire, comme c’est le cas de certains systèmes en usine et rigoles d’écoulement extérieures (pour les résidus, par exemple). Pour établir les dimensions de ces systèmes, il faut choisir une taille et une inclinaison adéquates pour une section transversale de la rigole d’écoulement ou du rhéolaveur, afin de s’assurer que les boues sont transportées à un débit plutôt uniforme sans sédimentation ou usure excessive de la rigole d’écoulement ou du rhéolaveur.

Il va sans dire que lorsqu’utilisé, ce système de transport des boues a une incidence sur la hauteur de l’équipement de l’usine et doit être correctement évalué dès les premières étapes du projet.

Le choix des matériaux de la canalisation et des méthodes de raccordement dépend également de la conception et doit respecter les pratiques exemplaires de l’industrie pour la matière transportée.

Nos experts s’y connaissent

Les systèmes de transport des boues sont habituellement complexes, et des erreurs peuvent facilement être commises, occasionnant ainsi des coûts élevés. Un mélange d’expérience et de connaissances approfondies est la clé d’une conception réussie. Les experts de BBA suivent de près l’évolution du secteur de l’ingénierie des boues afin d’adopter des pratiques d’ingénierie optimales.

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