Simulation des circuits de concentration gravimétrique pour les minerais de fer du Nord québécois

L’exploitation des mines de fer du Nord québécois implique l’extraction journalière d’environ 100 000 tonnes de roches. Les roches ainsi extraites doivent être traitées dans une usine qui va séparer les minéraux porteurs de fer des minéraux sans valeur ou de gangue pour produire journalièrement entre 35 000 et 40 000 tonnes de concentré de minéraux de fer vendues aux aciéries à raison d’environ 55$/tonne. Avec de tels tonnages de production, une amélioration d’un demi de 1% de la récupération des minéraux de fer représente un revenu annuel supplémentaire de 10 000 000$, mais aussi une meilleure utilisation des ressources naturelles puisque moins de fer serait perdu dans les rejets de l’usine. Ce gain économique et environnemental motive la recherche d’ajustements au procédé de traitement du minerai afin d’en améliorer les performances. Toutefois, des ajustements faits sur la base d’essais et d’erreurs dans une usine traitant 100 000 tonnes par jour de matières premières peuvent avoir des conséquences financières inacceptables pouvant ralentir les efforts pour améliorer le procédé ou forcer la mise en veilleuse de bonnes idées à cause de l’incertitude entourant les effets des ajustements à tester.

L’objectif du projet consiste à développer un outil mathématique pour simuler sur ordinateur une usine de traitement des minerais de fer et ainsi permettre aux opérateurs d’étudier virtuellement des ajustements à apporter sans risquer d’affecter la production de l’usine. Une fois testé virtuellement, l’opérateur peut anticiper l’impact d’un ajustement sur la production et décider ou pas d’aller de l’avant avec celui-ci en usine.

Le développement de l’outil mathématique a impliqué l’acquisition de données à l’usine de Mont Wright d’ArcelorMittal et à l’usine pilote de COREM. Le traitement des données de campagne d’échantillonnage a permis d’identifier des pistes prometteuses pour améliorer le procédé de traitement des minerais de fer. L’équipement de base utilisé pour la concentration de minéraux de fer est la spirale gravimétrique et les efforts ont porté sur l’analyse de cet appareil, dont le fonctionnement n’avait pratiquement pas été étudié scientifiquement depuis sa mise en service, il y a plus d’un siècle. Les travaux du projet ont ainsi permis de générer de la connaissance nouvelle autour du fonctionnement de la spirale. Nous avons ainsi pu confirmer que la récupération des fines particules de fer par les spirales est mauvaise, mais ce problème était déjà connu. Toutefois, le projet a aussi permis de démontrer de façon explicite que les particules de plus de 1mm contenant du fer n’étaient récupérées qu’à 90% alors qu’on s’attendait à un rendement de 100%. Le projet a de plus montré que le débit d’eau de lavage utilisée dans les spirales influençait la perte de particules grossières. Ces observations ont permis de suggérer deux ajustements pour améliorer le rendement du circuit de concentration des minerais de fer par une meilleure récupération des particules grossières des minéraux de fer. La première option, à coût nul, consiste à modifier la distribution de l’eau de lavage entre les spirales d’ébauchage et de nettoyage. Cet ajustement permettrait d’augmenter la récupération de fer de 0.7%. L’autre option consiste à remplacer certaines spirales par un classificateur hydraulique capable de récupérer efficacement les particules grossières de fer. Cette option dont le coût est plus élevé que celui de la première option permettrait aussi une augmentation du rendement du fer.