Broyer le laitier de fonderie de cuivre

Un verre ferrosilex encore chargé de métal

Le laitier de fonderie est un mélange d’excès de silice, de fer et d’alumine qui n’est pas entré dans le mat. Refroidi, il se fige en une matrice vitreuse dans laquelle flottent des cristaux de magnétite, de fayalite et les gouttelettes de mat non récupérées. Les analyses commerciales donnent couramment 30 à 40 % de silice et 20 à 30 % d’oxydes de fer, avec une densité réelle de 3,2 à 4,0 et une densité en vrac de 1 400 à 1 900 kg/m³.

Deux propriétés en découlent, et elles vont dans des sens opposés. La fracture du verre est nette : la matière se réduit facilement, sans écrouissage ni déformation plastique, ce qui garde la consommation d’énergie dans une gamme raisonnable. Mais chaque grain cassé présente des arêtes vives sur une dureté supérieure à 6, là où un calcaire s’arrête à 3. Le bilan penche donc du côté de l’usure.

Deux textures, deux circuits de préparation

Refroidi à l’air dans des fosses, le laitier forme un bloc massif, souvent cristallisé, qu’il faut d’abord concasser. Un primaire à mâchoires ou à cône ramène ce bloc à 20 ou 30 mm, et le broyeur fin reçoit un aliment sec. Trempé dans l’eau en sortie de four, le même laitier éclate en un sable vitreux de quelques millimètres, déjà proche de la granulométrie recherchée, mais humide : 10 à 20 % d’eau de surface après dégrillage.

Cette différence d’humidité décide du type de machine. Un broyeur à boulets travaillant à sec se colmate dès que la teneur en eau dépasse 1 %, alors qu’un broyeur vertical conduit ses gaz chauds dans la chambre et supporte une alimentation à 15 ou 20 %, à condition que le débit d’air soit calculé pour évacuer la vapeur. Sur un laitier de trempe, l’égouttage sur crible avant stockage reste presque toujours moins cher qu’un séchage mécanique.

L’usure est le poste principal du coût de revient

Les ordres de grandeur énergétiques sont connus : de 40 à 50 kWh/t dans un broyeur à boulets amenant le laitier à une surface spécifique de 400 à 500 m²/kg, de 25 à 35 kWh/t dans un broyeur vertical à la même cible. L’écart est réel et favorable au vertical. Mais la dépense qui domine n’est pas l’électricité : c’est l’usure des organes. Sur une matière à arêtes vives et chargée de magnétite, la consommation de pièces se compte en centaines de grammes par tonne dans un tambour à boulets, alors qu’un vertical bien réglé reste dans la gamme de 5 à 15 g/t.

Ce qui allonge réellement la tenue des pièces

La nuance d’acier compte moins que la conduite. Deux installations broyant le même laitier peuvent écarter leur consommation de pièces d’un facteur trois sans que la métallurgie y soit pour rien : l’écart vient du lit de matière, de la taille de l’aliment et du réglage du classement.

• La taille de l’aliment. Un refus de criblage repassé dans le broyeur fin accélère l’usure plus que la matière elle-même.
• La stabilité du lit. Un régulateur d’alimentation bien réglé évite les contacts métal contre métal lors des coups de vide.
• Le classement. Sur une cible de 45 µm, le sur-broyage ne rapporte rien et ne coûte que de l’usure.
• Le calendrier de rechargement. Un rechargement dur programmé sur relevé d’épaisseur tient plus longtemps qu’une pièce remplie sur casse.

Récupérer le métal avant de faire de la poudre

Le cuivre restant dans le laitier n’est pas une trace : il se mesure en kilogrammes par tonne, de l’ordre de 8 000 mg/kg sur un laitier brut, et les chaînes de récupération le ramènent à quelques centaines de mg/kg. L’étape décisive est la libération : il faut broyer assez pour que les gouttelettes de mat et les spinelles ferreuses se détachent de la matrice vitreuse, puis séparer par magnétisme la fraction ferreuse et par flottation la fraction cuivreuse.

Le point important pour un broyeur de poudre est que ces deux objectifs tirent dans des directions contraires. Une libération se travaille autour de 100 à 150 µm, et le broyage autogène y suffit, le laitier servant lui-même de corps broyant. Une poudre cimentaire vise 45 µm et moins, après déferisation. Quand les deux marchés existent sur le même site, le circuit se conduit en deux temps : libération et récupération d’abord, broyage fin du résidu déferisé ensuite. Le laitier ainsi appauvri voit sa silice monter nettement, parfois au-dessus de 35 %, et sa teneur en fer chuter d’un facteur cinquante : il devient une charge de silice vitreuse, plus abrasive encore que le laitier de départ. Le dimensionnement du second étage doit intégrer cette dérive, pas raisonner sur l’analyse de la matière d’origine.

Le débouché fixe la granulométrie, donc la machine

Quatre destinations se partagent les tonnages disponibles, et elles ne demandent pas du tout la même finesse. La plus exigeante en énergie n’est pas la plus rentable.

Une remarque de conduite vaut pour les quatre destinations : les fines récupérées au dépoussiérage sont les plus enrichies en métaux volatils. Elles ne partent pas au silo produit, elles retournent au traitement de l’usine. C’est un flux à compter dans le bilan matière dès la conception, avec la consommation de pièces et l’énergie, les trois postes qui décident du prix de revient d’une tonne de poudre. Les mêmes questions se posent sur les laitiers de haut fourneau, traités à la page laitier.