Introduction

Un pipeline de remblayage peut faire échouer une opération minière sans jamais transporter une seule tonne de minerai nouvellement extrait. Dans les mines d'or souterraines, les résidus traités sont souvent renvoyés sous terre pour combler les vides exploités et fournir un soutènement au sol. Le procédé réduit la quantité de résidus qui doivent être stockés en surface tout en aidant la mine à gérer ses travaux souterrains.

Mais déplacer ce matériau n’est pas aussi simple que de pomper de l’eau à travers un tuyau. La boue contient des particules solides et son comportement change en fonction de la concentration, de la distribution des particules, de la vitesse d'écoulement et de la géométrie du pipeline. Lorsque ces variables sont mal contrôlées, le système de transport peut subir une usure excessive, un écoulement instable ou des interruptions du remblayage.

L'Afrique du Sud mène depuis longtemps des recherches sur ce problème. Un article publié dans leJournal de l'Institut sud-africain des mines et de la métallurgieen 1992, on a examiné l'usure des pipelines de remblayage à l'aide de résidus classifiés de la mine d'or Vaal Reefs East. Les chercheurs ont étudié la densité relative, la vitesse et le diamètre des conduites du lisier, démontrant que l’usure des conduites devait être comprise comme un problème de système plutôt que comme un simple problème de matériau.

Pour les mines qui envisagent de remplacer leurs canalisations, cette distinction est importante. L'UHMWPE (polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé) offre des propriétés qui peuvent être utiles dans les applications de transport d'abrasifs, mais le choisir avec succès nécessite une compréhension de ce qui se passe à l'intérieur de la ligne existante.

Le coût caché du déplacement des résidus des mines d’or

Le traitement de l'or sépare les minéraux précieux de la roche environnante. Après valorisation, le matériau restant peut être classé, épaissi ou mélangé à des liants avant d'être transporté sous terre comme remblai.

Les matériaux entrant dans une canalisation de remblayage ne sont donc pas nécessairement les mêmes que les déchets miniers non traités. Sa distribution granulométrique et sa concentration en matières solides dépendent des étapes de transformation et de préparation.

Dans les systèmes de résidus classifiés, une fraction relativement grossière peut être séparée des matériaux plus fins. Dans d'autres opérations, un mélange à haute densité ou une pâte cimentée peut être utilisé. Chaque formulation se comporte différemment pendant le transport.

Un pipeline conçu autour d’un lisier ne peut pas automatiquement être considéré comme adapté à un autre.

L'étude Vaal Reefs East de 1992 est particulièrement pertinente car elle a étudié la relation entre l'usure des pipelines et trois variables d'exploitation : la densité relative du lisier, la vitesse d'écoulement et le diamètre du tuyau. Le document aborde également le défi du transport de résidus classifiés à des concentrations volumiques comprises entre 36 % et 46 %.

Ces chiffres décrivent le contexte de test de l'étude, et non une plage d'exploitation universelle pour les mines d'or sud-africaines. Leur importance réside dans le fait que même un flux de résidus spécifique peut nécessiter une évaluation minutieuse de la manière dont sa concentration et ses conditions de transport interagissent avec le pipeline.

Lisez la recherche originale :La performance des pipelines de remblai, Journal de l'Institut d'Afrique australe des mines et de la métallurgie.

Pourquoi un pipeline s'use de manière inégale

Un tuyau peut paraître uniforme de l’extérieur, mais les conditions à l’intérieur ne sont pas nécessairement uniformes sur toute sa longueur.

Envisagez une ligne de remblayage qui fonctionne pendant de longues périodes. Les particules solides se déplacent avec le liquide, mais leur mouvement dépend de la taille des particules, de leur densité, de leur concentration et des conditions d'écoulement locales. Certaines particules restent en suspension ; d'autres peuvent se rapprocher de la paroi du tuyau ou interagir avec elle plus fréquemment.

Au fil du temps, ces interactions peuvent retirer de la matière de la surface interne. L'ampleur et l'emplacement de l'usure dépendent du lisier et de la conception du pipeline.

Trois questions pratiques méritent une attention particulière.

Premièrement, la boue peut être trop dense pour le dispositif d'exploitation existant.L'augmentation de la concentration en matières solides modifie la densité du mélange et peut modifier son comportement d'écoulement. Dans certains systèmes, il en résulte une plus grande résistance au transport et des exigences accrues en matière de système de pompage ou d'écoulement par gravité.

Deuxièmement, la vitesse d’écoulement implique un compromis.Une vitesse trop faible pour une boue particulière peut permettre aux solides de se déposer. L’augmentation de la vitesse peut aider à maintenir le transport, mais elle peut également augmenter les impacts de particules et l’usure. Il n’existe pas de vitesse universelle permettant de résoudre ces deux problèmes pour chaque système de remblai.

Troisièmement, le diamètre des tuyaux n’affecte pas seulement la capacité de débit.Au même débit volumétrique, la modification du diamètre interne modifie la vitesse moyenne. Le diamètre influence également les pertes de charge et le comportement des solides. La sélection d'un tuyau plus grand ou plus petit sans évaluer le système complet peut créer un problème différent plutôt que de résoudre le problème d'origine.

Ces relations expliquent pourquoi le remplacement des tuyaux usés par un matériau différent ne suffit pas toujours. Le remplacement peut améliorer la résistance à l’usure, mais il ne corrigera pas automatiquement une préparation de lisier inadaptée ou un régime de fonctionnement instable.

Où l'UHMWPE entre dans la discussion

L'UHMWPE est utilisé dans des applications qui nécessitent une résistance à l'usure et une surface à friction relativement faible. Pour les opérations minières, ces propriétés en font un candidat pour évaluer certaines fonctions de boues abrasives.

Sa valeur doit être jugée par rapport au mécanisme de défaillance réel.

Si le tube en acier existant subit des pertes de matériaux internes répétées, un polymère résistant à l'usure peut valoir la peine d'être étudié. Si la corrosion contribue à la détérioration, la différence entre les matériaux métalliques et polymères peut également être pertinente. L'UHMWPE ne subit pas la corrosion électrochimique de la même manière que l'acier au carbone, bien que la compatibilité avec le liquide de traitement réel doive encore être vérifiée.

Il existe des limites importantes à cette comparaison. Tous les flux de remblayage des mines d'or n'ont pas la même abrasivité, et tous les tuyaux UHMWPE n'ont pas la même capacité de pression. Une conduite adaptée à une partie d’une opération minière peut ne pas convenir à une autre.

Le remblayage est également différent du transport conventionnel des résidus en surface. Certains systèmes souterrains fonctionnent par gravité, tandis que d'autres utilisent des pompes ou une combinaison de sections de canalisations verticales et horizontales. Le remblai cimenté introduit des considérations supplémentaires car le mélange peut développer des propriétés rhéologiques différentes de celles des résidus classifiés non cimentés.

Le service prévu doit donc être clair avant qu'un produit ne soit spécifié.

Ce que disent les recherches existantes aux acheteurs du secteur minier

La littérature sud-africaine offre une leçon utile : le matériau du pipeline et les conditions d’exploitation du pipeline doivent être considérés ensemble.

Un document de suivi dans leJournal de l'Institut sud-africain des mines et de la métallurgieont discuté de l'influence de la vitesse moyenne du mélange, de la densité relative du lisier et du diamètre des tuyaux sur l'usure des systèmes de distribution de remblai. Il a également examiné d'autres matériaux de tuyauterie, notamment le polyuréthane et le polyéthylène haute densité, tout en soulignant l'importance du contrôle qualité dans la construction des canalisations revêtues.

Cette recherche constitue une preuve historique utile que les canalisations à base de polymères sont depuis longtemps prises en compte dans les applications de remblayage minier. Cependant, le HDPE et l'UHMWPE sont des matériaux différents. Les résultats concernant un polymère ne doivent pas être présentés comme une preuve directe des performances de l’autre.

De même, les résultats d’une mine particulière ne peuvent établir la durée de vie prévue d’une conduite sur un autre site. La composition des résidus, les caractéristiques des particules, la disposition du pipeline et les pratiques d'exploitation influencent tous le résultat.

Pour une mine évaluant l'UHMWPE, les preuves les plus utiles combinent les données d'essai des matériaux avec les informations de la chaîne existante. Les dossiers d'inspection, l'emplacement des sections usées, la pression de fonctionnement et les caractéristiques de la boue peuvent aider à déterminer si un changement important résout le problème réel.

Référence technique associée :L'effet de la corrosion sur le taux d'usure des canalisations en acier transportant des boues de remblai.

Tuyau minier Luoyang Zhengju UHMWPE : spécifications publiées

Pour les acheteurs évaluant les tuyaux UHMWPE pour des applications minières appropriées, les spécifications suivantes sont répertoriées sur la page des tuyaux miniers UHMWPE du fabricant.

Référence produit :https://www.cnzjpipe.com/uhmwpe-pipe/uhmwpe-mining-slurry-pipes.html

Il s'agit de spécifications de produit publiées et ne constituent pas une garantie d'adéquation à chaque application de remblai souterrain. La plage de pression indiquée doit être vérifiée par rapport à la configuration exacte des tuyaux et aux exigences de conception. Le résultat du test d'abrasion doit être interprété en utilisant la méthode de test et les conditions spécifiées par le fabricant.

Pour une installation souterraine proposée, l'équipe d'ingénierie de la mine doit également examiner le débit requis, les caractéristiques de la boue, la disposition des connexions, les supports et la procédure d'installation. La résistance à l’usure d’un produit n’établit pas, à elle seule, son adéquation structurelle à un système particulier.

Avant de remplacer le tuyau, enquêtez sur la panne

Une évaluation de remplacement utile commence par quelques questions auxquelles on peut répondre à partir des registres miniers.

Où se produit l'usure ? Les pertes matérielles sont-elles concentrées sur des tronçons particuliers ou les pertes matérielles sont-elles réparties le long de la ligne ? La détérioration est-elle corrélée à des changements dans la concentration du lisier ou dans les conditions d'exploitation ? Le pipeline a-t-il subi des blocages, des fluctuations de pression ou des interruptions de maintenance répétées ?

Les réponses aident à distinguer les problèmes liés aux matériaux de ceux liés aux processus.

Si le lisier n'est pas transporté de manière cohérente, il peut être tout aussi important de revoir sa préparation et ses conditions d'écoulement que de changer le matériau des canalisations. Si l’inspection confirme une usure interne persistante dans des conditions de fonctionnement par ailleurs acceptables, un matériau de tuyau différent peut offrir une solution plus pertinente.

Pour les équipes d'approvisionnement, c'est également la raison pour laquelle un devis doit être basé sur la demande réelle plutôt que sur l'expression « tuyau de mine d'or ». Le diamètre requis, la pression, le type de boue et la disposition de l'installation déterminent quelles configurations de produits méritent une évaluation plus approfondie.

Conclusion

Les systèmes de remblayage des mines d’or sud-africaines fournissent un exemple clair de la façon dont le traitement des minéraux et l’ingénierie des pipelines sont liés. Les recherches sur Vaal Reefs East ont montré que la densité relative du lisier, la vitesse d'écoulement et le diamètre des tuyaux étaient des variables importantes dans l'étude de l'usure des pipelines de remblai.

L'UHMWPE mérite d'être évalué lorsque la résistance à l'abrasion et la compatibilité des matériaux sont pertinentes pour le problème de fonctionnement. Il ne doit pas être considéré comme un substitut universel à l’acier, et les résultats du PEHD ou d’autres systèmes polymères ne doivent pas non plus être transférés à l’UHMWPE sans preuves à l’appui.

L’argument le plus solide en faveur du changement du matériau des tuyaux vient de la compréhension du système existant : ce que contient le coulis, comment il se déplace, où le tuyau s’use et à quoi le remplacement doit résister.

Pour une mine confrontée à des détériorations répétées de ses canalisations, cette information constitue un point de départ plus utile qu’une affirmation générique sur la performance des matériaux.

FAQ

Les tuyaux UHMWPE conviennent-ils au remblayage des mines d’or ?

Il peut convenir à certaines applications, mais son adéquation dépend de la composition de la boue, de la concentration en solides, de la pression de fonctionnement, de la température et des capacités documentées du produit. Les conditions d’installation souterraine doivent également être évaluées.

L’augmentation de la vitesse du lisier augmente-t-elle toujours l’usure ?

Pas dans toutes les circonstances. La vitesse influence le mouvement et l'usure des particules, mais une vitesse très faible peut permettre aux solides de se déposer. La plage de fonctionnement appropriée dépend du lisier et du pipeline spécifiques.

L’UHMWPE peut-il résoudre les blocages récurrents ?

Le changement du matériau des conduites à lui seul ne peut pas résoudre les blocages causés par la décantation, une préparation de boue inadaptée ou des interruptions de fonctionnement. La cause sous-jacente doit être identifiée avant qu'un remplacement ne soit sélectionné.

Quelles informations sont nécessaires pour évaluer les conduites minières UHMWPE ?

Les informations utiles comprennent le diamètre requis, la pression de service, le type de boue, la concentration en solides, les informations sur la taille des particules si disponibles, la température de fonctionnement et la disposition de l'installation.

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À propos de Luoyang Zhengju New Materials Technology Co., Ltd.

Luoyang Zhengju New Materials Technology Co., Ltd. fabrique des tuyaux et raccords en UHMWPE, HDPE, PVC et autres tuyaux et raccords en plastique pour des applications industrielles.

Pour les boues minières et autres projets de transport de minéraux appropriés, nous acceptons les demandes concernant les dimensions de tuyaux requises et les informations d'exploitation disponibles. Notre équipe peut examiner les exigences et discuter des options de produits appropriées.

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