Etude de l’enrichissement du grès par classification gravimétrique et séparation magnétique

Recherche bibliographique sur les grès

Le grès est une roche sédimentaire composée de grains de quartz consolidés par un minéral agglomérant. Les grès dans lesquels l’argile, la calcite ou l’oxyde de fer constituent le minéral agglomérant sont généralement très friables et se désagrègent facilement en grains.
D’autres grès, comme ceux dont le ciment est siliceux, peuvent l’être moins et se désagrègent moins facilement. La plupart des grès sont blancs, gris ou bruns et renferment des quantités variables d’impuretés minérales attribuables, par exemple, au feldspath, à la hornblende, à la magnétite, à la pyrite, à des taches d’oxyde de fer et au mica.
Le quartzite est un grès métamorphisé dur et compact qui se compose de grains de quartz solidement consolidés par un ciment siliceux. Après leur fusion avec le ciment siliceux, les grains de quartz d’origine forment une masse homogène et uniforme et deviennent ainsi invisibles à l’œil nu.
La cimentation progressive des grains de quartz peut combler tout ou partie des espaces intergranulaires, ce qui explique que certains grès soient particulièrement peu poreux. Ces roches peuvent être soumises à d’importantes charges provenant des matériaux sus-jacents, ou être confrontées aux facteurs du métamorphisme. Il s’en suit une recristallisation de la silice, donnant de nouvelles roches parfaitement cohérentes, particulièrement dures et résistantes .

Classification du grès

Le constituant essentiel des grès est le quartz, forme de silice très dure, ses grains donnent aux roches gréseuses leur résistance et leur dureté. Plusieurs types de ciments peuvent réunir ces grains et assurer aux pierres leur cohérence. On distingue ainsi des grès siliceux, cimentés par de la silice (que ce soit de la calcédoine, de l’opale ou une autre forme), des grès argileux, des grès calcareux et des grès ferrugineux, où le ciment est l’oxyde ou l’hydroxyde de fer, qui colore la roche en brun ou en rouge. La cassure de ces roches est grenue on y distingue encore les grains de quartz. Il est difficile de préciser les limites entre des grès vrais et les roches vers lesquelles ils évoluent par diminution de la charge quartzeuse. Entre un grès calcareux et un calcaire gréseux, la différence peut être ténue pour la classification.
Lorsque les grains sont unis par du quartz cristallisé en continuité avec les éléments originaux, on nomme la roche “quartzite”. Une véritable interpénétration des grains de quartz rend la roche beaucoup plus dure et plus cohérente. C’est vers les quartzites que les grès évoluent lorsqu’ils sont soumis au métamorphisme.
Les grès peuvent se charger d’autres minéraux que le simple quartz mentionné jusqu’à présent. Ces minéraux proviennent de la désagrégation d’autres roches soumises à l’érosion. Parmi celles-ci figurent des granites vrais, pierres magmatiques constituées de quartz, de feldspath et de mica. Lorsque les grès contiennent d’abondants micas, ils sont nommés psammites, reconnaissables aux petites paillettes scintillantes accumulées sur les surfaces de stratification.
Les grès riches en débris de feldspath sont appelés arkoses, teintées souvent de coloris pastel. Lorsque les grès sont riches en matières argileuses, ils peuvent développer une schistosité plus ou moins prononcée, ici aussi, la transition vers de vrais schistes est très progressive et il est délicat de fixer des limites strictes et de nommer les variétés intermédiaires.

Séparation gravimétrique

Il a plusieurs mécanismes de séparation gravimétrique tel que la séparation par milieu dense, par table à secousse, par jigs …etc. le choix de tel méthode est dépend des propriétés physico chimique et minéralurgique du minerai a séparé. Dans notre cas la séparation est se fait par table à secousse. Les tables à secousses sont composées d’une table légèrement inclinée (réglable de 0° à 6°) dans le sens de la largeur et équipée d’un mécanisme qui lui communique longitudinalement un mouvement de va-et-vient asymétrique. L’amplitude et la vitesse de ce mouvement sont aussi réglables, la surface de la table est couverte de rainures longitudinales et parallèles dont la profondeur diminue progressivement à partir du point d’alimentation de la pulpe jusqu’à la sortie qui est diamétralement opposée .
L’eau de lavage qui s’écoule sur la table entraîne les particules légères dans la direction transversale (vers le bas). La stratification des particules entre les rainures se produit sous l’action des secousses et du courant d’eau de lavage. Les secousses contribuent à dilater le lit de particules afin de permettre aux grosses particules denses de le traverser jusqu’à la surface de la table. L’effet des secousses entraîne la formation de deux couches de particules distinctes dont l’une est composée des particules de masse volumique élevée (couche inférieure) et l’autre des particules de masse volumique faible (couche supérieure). Les particules lourdes sont acheminées longitudinalement à l’autre extrémité de la table grâce à la direction et à la nature asymétrique des secousses, à accompagnée de la répartition des différents produits récupérés en fonction de leur masse volumique, et à l’aide de collecteurs réglables la bordure longitudinale permet de récupérer deux produits différents dont l’un consiste de grosses particules de masse volumique faible et l’autre en un mélange de particules mixtes et de petites particules légères. De la même façon, il est possible de récupérer le long de la bordure transversale deux produits différents, l’un d’eux comporte un concentré de fines particules denses alors que l’autre est constitué de grosses particules denses mélangées à des particules mixtes. Les tables à secousses sont employées pour le traitement des particules dont le diamètre varie entre 75 µm et 4,75 mm .

Elaboration du verre

Par définition le verre est un corps solide, transparent, obtenu par la fusion du sable mêlé de chaux et de potasse ou de soude. Il existe de nombreuses catégories de verre définies par des verriers ou par des scientifiques. Pour les verriers, c’est un solide altérable par les agents atmosphériques et renfermant plus de 60% de silice. Pour les scientifiques, c’est une substance amorphe, présentant l’état solide ou de liquide surfondu, transparent, translucide ou opaque, sonore, doué d’une cassure brillante et pouvant passer par toutes les phases de l’état pâteux par élévation de température. Fabrication du verre : Les procédés de fabrication du verre (ou méthodes de façonnage) varient selon le type de produit verrier (verre creux ou verre plat) et selon la quantité que l’on souhaite produire.
Autrefois, les verreries étaient construites près des forêts et des rivières pour le bois et le sable. Jusqu’à la fin du XIXème siècle, la fabrication se faisait dans des fours à pots chauffés au bois. Cette technique est encore utilisée aujourd’hui pour les verres de luxe (cristal) ou pour les verres spéciaux (vitrail, optique) bien que le bois ne soit plus utilisé comme combustible. Au siècle dernier, une véritable révolution apparaît : l’invention du four à bassin ; utilisé pour les procédés de fabrication mécanique où la production est continue et standardisée .
Composition du verre : Certains éléments comme le silicium et le bore peuvent former un verre par leur seule combinaison avec l’oxygène (SiO2) et par élévation à une très haute température. Ces oxydes sont appelés oxydes formateurs car ils forment le squelette du verre. On les combine avec d’autres éléments dits « modificateurs » qui sont :
Les fondants, qui abaissent la température de fusion des oxydes formateurs (silice =1730° C). Les stabilisants, qui modifient les propriétés physiques du verre atténuées par l’adjonction du fondant.

Propriétés du verre

Le verre est la seule matière minérale solide que l’on puisse produire à des dimensions et sous des formes quelconques tout en conservant sa transparence.
Propriétés physiques : Transparence : mais il peut être opaque ou opalescent. Dureté : Seuls les diamants et le carbure de tungstène le rayent. Le verre le plus dur est le verre de Bohème et le cristal est le plus tendre.
Densité : Elle dépend des composants ; elle est d’environ 2,5. Cela signifie qu’un mètre cube pèse environ deux tonnes et demie ou qu’une feuille d’un mètre carré et d’un millimètre d’épaisseur pèse 2,5 kg.
Résistance et l’élasticité : La cassure du verre est liée à sa flexion et à sa résistance au choc. Il casse là où le métal se tord. Contrairement, sa résistance à la compression est importante : il faut une pression de 10 tonnes pour briser un centimètre cube de verre.
Imperméabilité : Elle est extrêmement grande mais le verre reste poreux pour certains liquides comme le kérosène ; on dit « qu’il sue ».
Propriétés thermiques : Dilatation : C’est un très mauvais conducteur de chaleur. Il se brise s’il subit un brusque changement de température car les différentes parties du verre ne se réchauffent pas en même temps. Son coefficient de dilatation est faible, ce qui lui confère de nombreuses applications : il sert d’isolant thermique (laine de verre). On retrouve presque les mêmes coefficients que certains métaux d’où l’exécution de soudures verre métal. Ce coefficient varie selon la composition.
Conductivité : Il est mauvais conducteur (environ 500 fois moins que le cuivre); on l’utilise comme isolant électrique. C’est aussi un bon isolant acoustique suivant l’épaisseur de la feuille, Ceci n’est pas le cas à chaud car il devient conducteur à partir de 250°C. Il est ininflammable et incombustible.
Propriétés chimiques : L’action de l’eau : L’eau agit sur les silicates qui, en se décomposant, forment un dépôt en surface qui devient peu à peu opaque ; le verre perd de sa transparence. L’action de l’air : Les silicates alcalins se combinent avec l’acide carbonique contenu dans l’air ce que donne un dépôt blanchâtre à la surface du verre.
L’action de la lumière : Exposés aux ultraviolets, certains verres se colorent ou se décolorent. L’action des acides : Ils décomposent la silice, le plus rapide est l’acide fluorhydrique qui permet de graver en profondeur le verre plaqué, le verre peut donc être dissout.
Description de la molécule de silice : Chaque atome de silicium est placé au centre d’un tétraèdre et lié à quatre atomes d’oxygène. Ces tétraèdres sont liés ensemble par le sommet de telle sorte que chaque atome d’oxygène est lié à deux atomes de silicium. Le verre, à l’état pur, est du bioxyde de silicium.

Table des matières

INTODUCTION
CHAPITRE I: ANALYSE GEOLOGIQUE DU GISEMENT DE GRES D’EL AOUANA
1. Analyse de La géologie du gisement 
1.1. Situation géographique
1.2. Géomorphologie, orohydrographie, climat
1.3. Reconnaissance géologique régionale
1.4. Litho-stratigraphie régionale 
1.5. Formations de la nappe numidienne
1.5.1. Argiles et grès
1.5.2. Argiles de base
1.6. Géologie du gisement d’El-Aouana 
1.6.1. Travaux de recherche sur le gisement d’El Aouana
1.6.1.1. Travaux de sondages
1.6.1.2. Travaux de laboratoire
1.6.2. Propriétés physiques du grès d’El Aouana
1.6.3. Composition chimique du grès d’El Aouana
1.7. Recherche bibliographique sur les grès
1.7.1. Classification du grès
Bibliographie et Web-graphie du premier chapitre
1.8. Conclusion
CHAPITRE II : EXPOITATION ET TRAITEMENT DES GRES ET ELABORATION DES VERRES
2.1. Exploitation du grès d’El Aouana 
2.2. Préparation de la matière première
2.2.1. Concassage
2.2.2. Broyage
2.2.3. Classification
2.2.3.1. Criblage
2.2.3.2. Classification par classificateur à vis
2.2.4. Attrition
2.2.5. Criblage humide est Coupure de 630 à100 µm
2.2.6. Cyclonage
2.2.7. Séparation gravimétrique
2.2.8. Séchage
2.2.9. Stockage et homogénéisation
2.3. Élaboration du verre
2.3.1. Fabrication du verre
2.3.2. Composition du verre
2.3.2.1. Oxydes formateurs (Vitrifiant)
2.3.2.2. Oxydes modificateurs ou fondants (oxydes alcalins)
2.3.2.3. Stabilisants (oxydes alcalino-terreux)
2.3.2.4. Colorants
2.3.3. Différents types de verre
2.3.3.1. Verres silico-sodo calcique
2.3.3.2. Verres borosilicates
2.3.3.3. Verres au plomb
2.3.3.4. Verre de silice
2.3.3.5. Vitrocéramiques (Vitro cristallins)
2.3.4. Propriétés du verre
2.3.4.1. Propriétés physiques
2.3.4.2. Propriétés thermiques
2.3.4.3. Propriétés chimiques
2.3.5. État physique du verre
2.3.5.1. État vitreux
2.3.5.2. Passage de l’état vitreux à l’état cristallisé
2.3.5.3. Viscosité
2.3.7. Opérations de l’élaboration du verre
2.3.7.1. Formation des silicates
2.3.7.2. Formation du verre fondu (Formation de la fonte)
2.3.7.3. Affinage et homogénéisation du verre
2.3.7.4. Conditionnement du verre pour obtenir la viscosité nécessaire au façonnage
Bibliographie et web-graphie du deuxième chapitre 
CHAPITRE III: RECHERCHE SUR LES SCHEMAS DE TRAITEMENT DU GRES
3.1. Introduction
3.2. Flow-Scheet de traitement des grés
3.2.1. Traitement
3.2.2. Quelque exemple de l’enrichissement du grès (silice)
3.2.2.1. Exemple de traitement du grès (sable siliceux). Jeddah, Arabie saoudite
Bibliographie et web-graphie de troisième chapitre
3.3. Conclusion 
CHAPITRE IV: CARACTERISATION MINERALOGIQUE ET CHIMIQUE
4.1. Introduction
4.2. Echantillonnage
4.3. preparation de l’echantillon pour l’analyse granulometrique
4.4. Analyse granulométrique
4.4.1. Analyse granulométrique par voie sèche du grès.
4.4.2. But de l’essai
4.4.4. Dimension de tamis utilisés
4.4.5. Description de l’essai
4.4.6. Expression des résultats de la courbe granulométrique
4.5. Analyse chimique 
4.6. Caractérisation minéralogique du grès 
Bibliographie et web-graphie de quatrième chapitre
4.7. Conclusion
CHAPITRE V: ESSAIS DE SEPARATION PAR GRAVIMETRIE ET PAR SEPARATION MAGNETIQUE
5.1. Introduction
5.2. Concentration gravimétrique
5.2.1. Objectifs de la concentration gravimétrique.
5.2.2. Mécanismes de séparation
5.2.2.1. Mécanisme par milieu dense
5.2.2.2. Mécanisme par pulsation et stratification
5.2.2.3. Mécanisme par nappe pelliculaire fluente
5.2.2.4. Mécanisme combiné (mixte)
5.3. Séparation magnétique
5.3.1. Aspect théorique de la séparation magnétique
5.3.1.1. Notion du champ magnétique
5.3.1.2. Classification des substances minérales
5.3.1.3. Action des forces magnétiques et mécaniques
5.3.2. Aspect pratique de la séparation magnétique
5.3.2.1. Matrice d’extraction
5.3.2.2. Aimants permanents
5.3.2.3. Circuits conventionnels (électroaimants)
5.3.3. Classification des séparateurs
5.4. Essais de laboratoire 
5.4.1. Essai de séparation gravimétrique
5.4.1.1. Interprétation des résultats de la séparation gravimétrique
5.4.2. Essai de séparation magnétique
5.4.2.1. Interprétation des résultats de la séparation magnétique
5.4.2.2. Essai supplémentaire
5.5. Elaboration d’un schéma de traitement des grés cas : du gisement d’El Aouana
5.6. Impact sur la sante et l’environnement
5.6.1. Lute contre la poussière
5.6.2. Contamination de l’eau
5.6.3. Présence des métaux dans les eaux
Bibliographie et web-graphie de cinquième chapitre
CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
ANNEXE

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