Le broyage de la poudre de feldspath commence par l'analyse de la composition du minerai. Un gisement contient du feldspath potassique, du feldspath sodique ou un mélange de plagioclase, et cette composition détermine la qualité acceptable pour l'acheteur. Un émail céramique exige une teneur en oxydes alcalins et en fer inférieure à 0,1 %. Un lot de verre requiert de l'alumine et un résidu de tamisage stable. Ces exigences sont présentées à l'usine sous forme d'une liste précise de valeurs, que celle-ci doit respecter sans ajouter de fer. La principale difficulté du traitement du feldspath réside dans cette dernière condition.
Ce que contient la famille
Trois composés sont commercialisés : le feldspath potassique, le feldspath sodique et le feldspath calcique. Les deux premiers se situent aux alentours de KAlSi₃O₈ et NaAlSi₃O₈, avec une teneur théorique en oxydes alcalins d'environ 16 %. Le concentré obtenu à la sortie de l'usine affiche une teneur de 10 à 12 %. Le feldspath calcique contient du CaO à la place des oxydes alcalins et présente un faible pouvoir fondant. Les feldspaths sodique et calcique forment une série continue de solutions solides. Un plagioclase naturel présente donc une teneur en alcalins intermédiaire entre ces deux composés extrêmes.
Sa dureté se situe entre 6 et 6,5 sur l'échelle de Mohs, et sa densité entre 2,5 et 2,6. Ces valeurs sont proches de celles du quartz, ce qui explique pourquoi ces deux minéraux sont souvent utilisés dans les mêmes procédés. L'oxyde alcalin détermine le point de fusion, et ce comportement conditionne les possibilités d'utilisation de la poudre. Le feldspath potassique fond à un point plus élevé et donne une masse fondue visqueuse qui conserve sa forme sur une surface verticale. Le feldspath sodique fond à un point plus bas et s'écoule librement, ce qui explique sa prédominance dans la fabrication de pâtes et de verres.
| Taper | Formule | Oxyde alcalin concentré | Comportement de fonte | Utilisation typique |
|---|---|---|---|---|
| Feldspath potassique | KAlSi3O8 | K2O environ 10 à 12 pour cent | Point de fusion plus élevé, fusion visqueuse | Émails, articles sanitaires, émaux |
| Feldspath sodique | NaAlSi3O8 | Na2O environ 10 à 12 pour cent | Point de fusion inférieur, fusion fluide | Corps en céramique, lots en verre |
| Feldspath calcique | CaAl2Si2O8 | Le CaO remplace les oxydes alcalins | Réfractaire, faible valeur de flux | Charges, céramiques spéciales |
| Série des plagioclases | Solution solide Na à Ca | La teneur en Na2O diminue tandis que celle en CaO augmente. | Changement continu le long de la série | lots en vrac de céramique et de verre |
Les valeurs indiquées pour les concentrés correspondent aux qualités commerciales de céramique et de verre. La composition d'un dépôt donné dépend de son analyse, et non des données du tableau.
Ce que chaque acheteur mesure
Pour la fabrication de la pâte céramique, on utilise du feldspath comme fondant. L'oxyde alcalin abaisse la température de cuisson, et le cahier des charges fixe une teneur minimale de 10 % de K₂O et Na₂O combinés. Le fer constitue l'autre contrainte, car une teneur en Fe₂O₃ supérieure à environ 0,3 % modifie la couleur de la pâte blanche après cuisson. La granulométrie de la pâte est limitée à 200 mesh, avec un résidu contrôlé, car les grains trop gros qui survivent à la cuisson laissent une trace sur le carreau.
Les exigences relatives aux glaçures sont plus strictes à ces deux égards. Une teneur en fer supérieure à 0,1 % environ colore une glaçure transparente, et les particules grossières laissent des piqûres et des aspérités. Les glaçures sont donc plus fines ; à 325 mesh, elles passent souvent la norme D97 avec une granulométrie comprise entre 20 et 30 µm. La finesse a également une limite supérieure, car une poudre trop fine génère de la poussière lors de la manipulation et s'agglomère dans le bain de glaçure. Les charges pour revêtements et plastiques obéissent à une troisième logique : la blancheur et l'absorption d'huile déterminent la commercialisation, tandis que la granulométrie fixe le brillant.
| Utiliser | Oxyde alcalin | Fe2O3 | Finesse | Qu'est-ce qui fixe la limite ? |
|---|---|---|---|---|
| Corps en céramique | K2O plus Na2O à partir de 10 pour cent | Environ 0,3 % et moins | 200 mesh avec résidus contrôlés | Le flux abaisse la température de cuisson, le fer modifie la couleur après cuisson |
| Lustre | À partir de 10 pour cent | Environ 0,1 % et moins | Passage au tamis de 325 mesh, D97 d'environ 20 à 30 µm | Les grains grossiers laissent des piqûres et des taches sur la surface cuite. |
| Lot de verre | Al2O3 à partir de 15 pour cent | Environ 0,1 % et moins | Grossier, environ 40 à 100 mesh | L'alumine augmente la durabilité chimique, réduit les poussières fines et favorise la ségrégation. |
| Remplissage | Pas la figure dirigeante | Environ 0,3 % et moins | D97 environ 10 à 20 µm | La blancheur et l'absorption du sébum fixent le prix |
Les limites correspondent aux spécifications commerciales courantes. Les valeurs réelles sont déterminées par les normes propres à l'acheteur et par l'analyse de la consigne.
Le problème du fer
Le feldspath présent dans le sol est pauvre en fer, généralement en dessous de 0,3 % de Fe₂O₃ et souvent proche de 0,1 %. La poudre qui sort du broyeur a fréquemment une teneur en fer supérieure à celle du minerai. Les éléments en acier (barrettes, revêtements, marteaux, parois de la goulotte et conduits) s'usent et cette usure se répercute sur le produit. Une augmentation de 0,05 point de pourcentage fait passer une céramique de qualité « glaçure » à une céramique de qualité « pâte », et le prix du lot entier s'en trouve ajusté.
L'absorption du fer est vérifiée en analysant l'aliment et le produit dans des conditions identiques. Une différence de 0,05 point de pourcentage se situe dans la marge d'erreur de certaines analyses de laboratoire ; par conséquent, les deux échantillons doivent être préparés de la même manière et analysés avec le même instrument.
La première protection réside dans la gestion de l'usure. Un broyeur à boulets revêtu de céramique d'alumine et chargé de billes de céramique n'incorpore quasiment pas de fer, et la consommation d'énergie reste modérée pour les broyages grossiers. Un broyeur à jet élimine le problème à la source, car aucun média n'entre en contact avec la poudre et le revêtement peut être en céramique. Un broyeur à anneaux se situe entre les deux. L'usure se produit sur les surfaces des rouleaux et des anneaux, et l'incorporation de fer reste inférieure à celle d'un broyeur à impact pour une finesse de broyage équivalente.
La séparation magnétique ne traite que le fer présent sous forme de particules libérées. Elle est optimale une fois que le broyage a séparé les minéraux ferreux du feldspath. Les fines particules de fer déposées à la surface des particules par une bille usée traversent le séparateur sans être traitées. Par conséquent, même avec un aimant puissant, le produit obtenu ne répond pas aux spécifications. Il est donc impératif d'empêcher le fer d'atteindre le séparateur.
Les minéraux associés requièrent la même attention. Le mica contient plus de fer que le feldspath et se broie plus facilement ; il se concentre donc dans la fraction fine et augmente la teneur en fer du produit souhaité par le client. Le quartz a une dureté similaire et se broie avec le feldspath sans séparation. Un gisement riche en mica nécessite un enrichissement préalable au broyage. Ce choix de procédé détermine les spécifications du broyeur.
Trois circuits et leurs limites
UN broyeur à billes En circuit fermé avec un classificateur, on couvre des tonnages élevés et une large gamme de finesses. Le broyeur réduit la granulométrie, et le classificateur extrait la poudre finie tout en restituant les particules grossières. Sur cette ligne, le broyeur D97 fonctionne d'environ 75 µm à environ 5 µm, une plage suffisamment large pour couvrir les qualités de pâte, de verre et d'émail dans une seule famille de réglages. L'absorption de fer dépend presque entièrement du revêtement et du média, ce qui permet d'intégrer une qualité céramique dès la conception. classificateur centrifuge La vitesse du rotor détermine la qualité de la coupe. Une seule ligne permet ensuite de traiter plusieurs types d'émail et de pâte sans nécessiter de reconstruction.
UN broyeur à rouleaux annulaires Ce procédé couvre une granulométrie de 325 à 2000 mesh, soit une dureté D97 d'environ 45 µm à environ 6,5 µm. L'énergie par tonne est nettement inférieure à celle d'un broyeur à jet d'air pour une granulométrie équivalente ; il constitue donc la solution privilégiée pour les volumes importants de poudres à glaçure et de charges. L'incorporation de fer reste modérée, l'usure se concentrant sur les surfaces des cylindres et des anneaux. Une poudre de pâte de 200 mesh se situe en dehors de cette plage et nécessite un broyage à boulets.
Un broyeur à jet sec accepte un diamètre de grain D97 de 2 à 45 µm et offre la plus faible incorporation de fer des trois broyeurs, pour une consommation d'énergie par tonne maximale. Ce coût est justifié lorsque le cahier des charges exige une faible teneur en fer ou une distribution granulométrique étroite. Les émaux et les charges de haute blancheur constituent ses applications naturelles. La vitesse du rotor ou la pression de broyage déplace la matière sans contact avec les pièces d'usure, ce qui convient également aux installations traitant plusieurs qualités de grains.
| Circuit | Finesse atteinte | Iron Pick | Énergie par tonne | Convient |
|---|---|---|---|---|
| Broyeur à boulets avec classificateur | D97 environ 5 à 75 µm | Ensemble par doublure et média | Plus haut | Tonnage élevé pour toutes les qualités de pâte, de verre et d'émail |
| Broyeur à rouleaux annulaires | 325 à 2000 mesh, D97 environ 6,5 à 45 µm | Modéré | Faible | qualités d'émail et de charge en volume |
| broyeur à jet sec | D97 2 à 45 µm | Le plus bas | Le plus haut | Nuances à teneur en fer élevée et à distribution étroite |
Les plages de fonctionnement indiquées correspondent à la plage de chaque machine. Un essai de rectification est nécessaire pour chaque matériau avant que les valeurs indiquées ne soient définitives.
Comment la finesse est-elle définie ?
La norme de 200 mesh est une convention ancienne en céramique. Elle perdure car un tamis de 75 µm est peu coûteux et présent dans tous les laboratoires. La présence de résidus sur ce tamis garantit à l'acheteur qu'aucune particule grossière ne se retrouvera dans la pièce cuite. Pour les émaux, on utilise une norme de 325 mesh à 45 µm. Le principe est le même pour des seuils de granulométrie plus stricts.
Le numéro de tamisage seul ne permet pas de définir la granulométrie maximale, or c'est cette granulométrie qui est à l'origine des défauts de surface. Deux poudres passant toutes deux au tamis de 325 mesh peuvent présenter une différence de D97 d'un facteur deux. La plus grossière contient une fraction de particules de 30 à 45 µm. Ces particules fondent tardivement et laissent les micro-trous dont se plaignent les clients. Indiquer à la fois la granulométrie résiduelle et la valeur D97 permet au broyeur de disposer de données précises.
Le résidu de tamisage provient d'un tamis d'essai, tandis que le D97 provient d'un instrument laser appliqué à un échantillon dispersé. Ces deux valeurs sont basées sur des méthodes différentes et ne sont pas convertibles l'une en l'autre ; par conséquent, une spécification mentionnant l'une ne peut être vérifiée par rapport à l'autre.
La finesse des particules a aussi un coût. Les particules inférieures à 2 µm environ augmentent la surface spécifique, ce qui accroît la demande en agent de suspension pour l'émail et la quantité de poussière dans l'usine. Un calibre plus fin que nécessaire pour l'application engendre des pertes supplémentaires en produits chimiques et en manutention. La question pertinente est celle de la granulométrie la plus grossière permettant une cuisson propre. Cette valeur est déterminée par le four du client et un essai de cuisson.
Cinq articles à envoyer
Le dimensionnement d'un circuit de feldspath dépend à la fois du matériau et du cahier des charges, et cinq éléments couvrent ces deux aspects. Chacun d'eux modifie une dimension de la machine ou un matériau de construction. Un devis établi sans ces éléments sera erroné lors de la mise en service.
| Article | Ce que cela décide |
|---|---|
| Utilisation ciblée et figure d'oxyde alcalin | La question de savoir si le dépôt correspond à la note et à la fourchette de prix reste entière. |
| Fe2O3 dans l'alimentation et le plafond du produit | Matériau de revêtement et média, et nécessité ou non d'un broyeur à jet |
| Finesse cible : résidu de tamisage plus D97 | Type de circuit, vitesse du classificateur et nombre d'étages |
| Taille des aliments, humidité et teneur en mica | Étape de valorisation, exigences du séchoir et stabilité du moulin |
| Tonnage et nombre de qualités par semaine | La taille de la machine et le temps de changement de format que la ligne peut absorber |
Envoyez ces cinq éléments et la proposition vous sera retournée avec un schéma de circuit et une courbe de réponse prévue pour votre matériau. Elle indique également la résistance à l'arrachement du fer que le circuit est censé supporter. Cette valeur détermine si la poudre répond toujours aux normes d'émaillage après broyage.
À propos d'EPIC Powder Machinery. Nous concevons les circuits de traitement du feldspath et d'autres minéraux non métalliques. Notre gamme comprend des broyeurs à boulets à revêtement céramique ou acier, des broyeurs à rouleaux annulaires pour les granulométries de 325 à 2000 mesh et des broyeurs à jet sec pour les fractions les plus fines. Un classificateur centrifuge détermine la granulométrie maximale sur chaque circuit.
Chaque projet commence par un test de meulage. Le rapport fournit la courbe avant et après, ainsi que la résistance du circuit ajouté. gamme de machines liste les modèles et leurs plages de fonctionnement, et le modification de surface Cette gamme couvre les grades enrobés utilisés dans les charges. Écrivez à miné[email protected] avec les cinq éléments ci-dessus.
Poudre épique
Epic Powder conçoit des systèmes de broyage et de classification pour les minéraux, les produits chimiques, l'agroalimentaire et la pharmacie. Forts de plus de 20 ans d'expérience dans le traitement des poudres, nous vous proposons le broyeur adapté à la granulométrie et à la capacité souhaitées.
Merci de votre lecture. J'espère que cet article vous sera utile. N'hésitez pas à laisser un commentaire ci-dessous. Vous pouvez également contacter le service client en ligne d'EPIC Powder. Molly pour toute autre question.
— Emily Chen, Ingénieur