Le traitement du minerai d'asphalte

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Le traitement du minerai d'asphalte

PITTARD, Jean-Jacques

PITTARD, Jean-Jacques. Le traitement du minerai d'asphalte. Bulletin de l'Institut national genevois , 1932, vol. 49, p. 41-55

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Le traitement du Minerai d'asphalte

par

JEAN-J. PITTARD

Ingénieur-prospecteur

Asphalte - Bitumes - Goudron

Miailgiré le .ràle importa.nt qu'i1l jôue de:rus bien des traviaux, l'asphaJlte est un produit peu connu du public, qui 1be 1ocmfond ,souvent avec "1e bitume ou le goudron;

aussi, pour commencer, nous ·semble-t-iJ nécessai1re de défiruir nettement iles termes de goudron, brai, 1pétrole, bitume, asphalte, etc.

L'asphaJte est une roche calcaire, imprégnée ·de bitume. ·Ce qui crée ila: ·Confosion entre asphailte et bitume provient du fait que l'asphaJ.te tire sori origiine du bitume, qui, sur -le Lac .Asphaltite (ou Mer Morte), vient former à ila sudoce de 1l'eau des nappes assez considérables.

L e bitume est un péitrok plus ou moins fortement oxydé et dont iles hyd~ocarbures Jégers se sont en grande partie év;aporés. On peut donc avoi.r toute une gamme de -bitumes iSuivant deiur degré· ·d'oxydation : bitumes tiquides, pâlteux .et presque sdlides ·comme celui, impro- prement appelé 1asphiailte, prov·eniant de 1'He de Trinidad.

Bull. lnst. Nat. Gen .. t. XLIX. ₄

42 LE TRAITEMENT DU MINERAI D' ASPHALTE

Le pétrole es•t un mélange d'hydirocarbuJ"es de ùa série grasse .et de 1a série aromatique.

L e brai de pétrole est ..la substance résidueJl.le de la distiiLlation du pétrole, di·stillation qui s'effectue à des tempérialtures relativement basses.

Le goudron est Ja suhs>tance rés.idudle de Ja d istil- lation à haute température de Ja houi.1le.

Le brai de goudron est ile :résidu de fa disülJation des goudrons.

L'aspha:lte, Je bitume et ile pétrole ·sont donc des minéraux naturels, tandis que ile brai de pétrole, Je gou- drnn et lk br.ai de goudron son1t des produits artif.iciels.

Ce qui différencie iles brais ide goudron des brais de pétrole est notamment .Ja <lifférence de température ·de disti!Llation.

En effet, la température élevée (cas de Ja distiillation du goudron) modifie Ja composition des hydrocarbures.

Ii1 y aura donc .des analogies entre un bitume naturel et un birai de pétrole, notamment Je départ des hydro- carbures tlégers à température relativement basse.

* * *

L'a$iphalte est donc un 1cakaire :imprégné nature11e- ment de bitume.

Un aisphailte ·de bonne qualité présente l'aspect d'une roche tendre en été, duroe .en hiver, 1à .g.rain fin, d'une coutleur chocdiat foncé et d'un .poids ·spécifique moyen de 2,23 . avec une teneur en bitume de 5 à I3

%·

Il est iindispensaible que ile mi.nierai soit imprégné régwlièrement et intimement, sanis présenter de graiins , blancs de cailcai•re, ni de géode ·remplie de bitume libre.

LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE 43 Si la roche contient de l'argile, ·on a. un iasphailte de mauvaiise qualité, Jes éléments a.rgiJeux étant Tebe~les à l'imprégnation par le bitume.

Lorsqu'une roche asphailtique a été e:xiposée au contact de l'air pendant un certain temps,

ae

bitume d'imprégna- tion est desséché à ùa su'ffa.ce sur une épaisseur de '/• de mi1Himètre ^{env~ron .} Cette dessi·ooatioo, <lue à une évapo- ration du bitume, suffit pour décolorer l'aspha.J.te au point qu'i1l ne présente .pLus iauoune différenœ avec le calcaire blanc ordinaire. l;l faut le bri,ser pour reconnaître qu'i.l est noir à. l'intérieur.

II

Histoire et exploitation de l'asphalte

La découverte et ;l'emploi de ,J'asphailte remontent à la plus haute antiquité.

Les constructions de ,)'ancienne Egypte et .les ·mines assyriennes en portent de inombreuses traces.

Les Anciens utiil1·saient sur•tout J'asphalte comme ciment dans les ouvrages placés à 1l'abri de la ⁰chaileur, par exemple iles fondations au-dessous odu .niveau du s011.

A l'époque romaine, !'asphailte est ·Complètement abandonné pour le ciment ; i.J ine reparaîtra pilus qu'au XVI IIe sièole.

En effet, en I 7Io, u•n .professeur girec, Je Dooteur Eyrini d'E yrinis, découvre, au cours d'une excursion géologique, le gisement . d'a.sphalte du Val-de-Travers, dans le canton de Neuchâtel, en Suisse.

44 LE TRAITEMENT DÜ MINERAI D'ASPHALTE

L'admiration du Docteur d'Eyrinis pour sa .décou- verte n'a rpas de bornes : ·indépendamment ide 'son emploi dans .la construction, ii1 fit de ~'asphaùte un remède uni- versel, bon contre Jes rhumes, Ja chute des cheveux, les maladies d'estomac, .les rhumaüsmes et iles malaidies des chevaux.

Actu.eLlement, .l'asphalte est utiJisé dans .J'industrie du ^~âtiment, dans Ja construction des trottoirs et des chaussées, ·dans J'établi%ement .de quelques ·travaux sous- marins et dans .la ·Confection de bâüs de machines.

* * *

Les mines d'asphalte .ne produisant pas de gaz explosif, 1l'extraction se fait au moyen de la poudre de mine. On a essayé de substituer à ila poudre la dynamite, mais sans succès : l'asphalte étant une .roche -reilativement éla·stique, iles poudres brisantes, comme la dynamite, perdent chez •lui i1a plus g;rande par.üe <le Jeurs avantages.

On utLlisera donc la dynamite ou d'autres expJosif.s brisants dans iles travaux de recheriches ou dans l'avan- cement .des traver-s-bancs ·en terrain ^stér~le, et la poudre noire <lans l'extraction du minerai 1lui-même.

De même Je mode de perforation des trous de mine varï.era suivant ùa nature du terrain : la banre à mine, ou iles marteaux .pneumatiques percutant.s seront uülisés dans ile calcaire .stérile, tandis que dans l'asphailte on emploiera les tarières mécaniques ou à. main.

L'élasücité de Ja roche asphaltique, qui présente un léger obstadle à son .extraction, augmente avec ila tempé- rature ; :l'exploi:tation sera donc plus ai•sée en hiver qu'en

LE TRA~TEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE 45 été, du moins darn.s Jes mines peu profondes où J'inHuence du degré géothermique ne se fait pas sentir.

Le m inerai extrait est conduit au jour par voies ferrées (chemin de fer syst. Decauvi1lle), ordinairement avec faci.lité, iles couches d'asphalte étant généralement ou horizontales ou peu inolinées.

III

Traitement du minerai et fabrication du mastic d'asphalte

On procède sur le car.reau de .la mine à un concassage sommair·e au marteau en morceaux de 5 à ^IO kg.

Puis on passe à !l'opération du vorischeidage, qui est un triage ayant ·pour but de séparer ile stérile de 1l'uti1le.

L'utiile est ensuite ,soumis au S·cheidage d'épuration, nouveau triage, qui sépare Jes morceaux très homogènes, c'est-à-dire très ·régulièrement .imprégnés, des mor.ceaux peu homogènes. Les premier.s seront uülisés poqr fa cons- truction des chaussées sous le nom d'a·sphalte comprimé, les seconds pour les trottoirs ou autres constructions sous .Je nom de masti.c ou coulé. Ge mastic est un minerni pauvre, additionné de bitume étranger, de façon à titrer de I S à I 7

%

de bitume totail enviiron.

Les morceaux homogènes provenant du scheidage

·d'épuration sont expédiés directement à la gare et sont vendu·s sou.s ;[e norn de « uüne.rai noir ^{» .}

Le minerai destiné à Ja fabrication du mastic d'as- phailte ·est renvoyé à l'usine de traitement, qui lui fera

46 LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE

subir les opérations de concassage, broyage, cui⁰sson et coulée.

Afin d'étudier en détail ces d.ivers·es opérations, nous décrirons .l'usine de la Compagnie des mines d 'asphalte de Seyssel. Cette Compagnï.e possède une concession qui s'étend de Belilegarde à Seyss.el, concession ·large ide 6 km.

et qui a 1\e Rhône comme axe (Fig. I). Eh1e exploite les giisements de F·randens et V ol1lant-Chaililonges su·r la rive gauohe et le gisement de Chaillav·rey-PyrirnDnt .sur la r⁰ive droite du f.leuve. Son usi•ne de traitement •est située au bord du Rhône, à une petite distance de la gare de Pyrimont (Fi.g. 3). Ehle est disposée en escailier-s ou en « cascade >>, ce qui permet une manutention plus facile et plus économique des produits, ceux-ci ét~nt transfor- més d'étage en étage au fur et à mesure qu'iJs descendent.

Dans .Je prolongement de cette usine, construit éga- lement en escaliers, se trouve l'atelier d'épuration et de préparation des bitumes.

Nous allons décrii;e ces bâtiments en partant de la gare, à l'altitude de ³⁰⁰ mètres et en descendant jusqu'au Rhône, à l'altitude de 264 mètres.

Une voie de dérivation, parallèle à celles du chemin de for P. L. M., va de ,\a gaore de Pyirimont .au quai d'embarquement de 1a Compagnie des asphaltes. C'est sur ce quai que sont ·stationnés le minerai d'asphalte et les pains de mastic prêts à être eXipédiés, ainsi que les fûts de bitume· provenant de Trinidad ou d'ailleurs, destinés à l'usine. De 1là, deux plans inolinés se di·rigent vers .les atelier-s : l'un pour la descente des fûts de bitume, J'autre pour -la montée du minerai et du mastic.

Les fûts arrivent à une •platefonne de réception (Fig. 4) où se trouvent trois grands bacs en ciment

LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE 47 recouv·erits de poutr.es .en bois. Ces bacs, profonids d'envi- ron 1 m. 50, mesur.ent IO mèt'l"es de côté. ·

Les fûts, a.près avoir été défoncés et vidés, sont posés sur ces •poutres, et ile bitume qui adh&e à l.eurs parois s'écoule peu à peu dans Jes bacs.

Le bitume provenant des fûts et celui récupéré dans les bacs est dirigé vers l'usine d'épuration (Fig. 5). Il se rend d'abord dans 4 chaudières semi-cyindriqiues en fonte, chauffées par 4 foyers. Dans ces chaudières, ^i~ entre en fu.sion et perd son eau par évaporntion. C'est là · qu'on le mélange avec du goudron ou avec des brais de diver- ses provenances, afin de prr-éparer ce qu'on appeUe le bitume d'addition de J'asphaJte, ou «.bitume terrasse».

Ce_ mélange se fait en diveirses proportions, suivant Ja qualité du produit que l'on désire obteni-r. La proportion généra1le est de 80

%

de bitume de Trinid.aid et

20

%

de goudron.

On commence par int'!"oduire le goudiron, puis, ·lors- qu'iil est fondu, on ajoute peu à peu ·le « Trinidad », et l'on chauffe pendant 10 à 12 heu,res ·à 100-120°. On brasse énergiquement, et de fortes mouis:ses, dues à -l'évapora- tion de l'eau, apparaissent. L'ébwllition dure jusqu'à ce que les mousses tombent. Le liquide traverse ensuite un tamis (iJ y a un tamcis par chaudière), qui retient Jes corps étrangePs : bois, fer, caiilloux, qui pourraient se trouver dan.s Je b.rai, dans Je « T.rinidaid » ou d.an.s .Je goudron. A la sortie des tamis, le bitume est di'l"igé da:ns deux giiiandes chaudières, appelées bâches, chauffées, comme les précédentes, par des foyers . . Dain.s ces bâches, le bitume laisse déposer ses impuretés fines, telles que sable et argiile.

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50 LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE

Le « Tr:inidad » contient jusqu'à ⁴⁰

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d'argik qu'iJ est indi1spensa:blle d'éliminer.

Des bâches où i1l ·est décanté, le bitUJme, encore bouil- il:ant, est .envoyé par voie fer.rée aux fours de cuisson du mastic.

Examinons maintenant ce que devient le minerai envoyé à J'u<Sine (F.ig. 5). lil arrive par voie Decauville sur un plancher de distribution <Situé à un niveau un peu plus haut que la plateforme de réception de•s fûts dont nous avons panlé précédemment.

De ce plancher, i1! est versé sur un vaste emplacement par tas de r iche, mixte, pauvire, où ,!'on dosera sa teneur en hydrocarbures, afin de calculer 1la quantité de bitume qu'on devra lui ajouter.

Le minerai .est a.lois envoyé au concasseur, qui est chargé à i1a pêLle.

L'aisphailte étant élastique et se mrnoJlissant à la chaleur, on ne peut guère utiiliser des concasseurs à mâchoires ou giratoi.res, qui présenteraient une trop grande tendance à <S'engorger. On utiili.se ailors des oonoass·eurs à hérissons (Fig. 6 et 7). Un concasseur à hérisson·s est composé de deux cyil.1indres armés de dents et tournant en sens contraire, mai1s chacun à une vitesse difféœnte, de façon à ce que [e roncaJSsage ait Eeu par déchirement et non par laminage. Les cyilindires sont creux ert Jes dents sont davetées et rivées dans leurs parois. Le minerai, jeté dans ,[e concasseur par bloos de 5 à IO kg., en sort à fétart de menus fmgments de

300 à 400 grammes environ. Un concasseur uti1i1sant une for.ce de 12 HP peut concasser, à tl'heure, de 8 à 12

tonnes de roche, soit envi'l"on ¹⁰⁰ tonnes ·p.a·r jour. Sa vitesse de rotation est de 165 tours par minute.

LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE SI Le minerai concassé est conduit dilfectement au broyeur. Celui-ci est du type_ Carr, à fonce centrifuge et à marteaux. Grâ:ce à ùeur grande vitesse, ies ma,rteaux kappent avec force les 11norcea:ux de minerai pour ainsi di•re au val, et iles .projettent contre des garnitures en aôer d'où .Jeurs fragments retombent de \llOUveau ·sur la trajectoire de oes marteaux, et ainsi de 1suite jusqu'à leur chute au bas de la caisse, qui Jes enveloppe.

Un broyeur, type Car·r, de 1 m. 30 de diamètre, exigeant de 22 à 25 chevaux de force, et marchant à 500 tours par minute, peut pulvériser de 5 à 8 tonnes de roche d'asphalte à ,J'heure. Si :la roche est mouiHée, ce rendement diminue sensiblement ; iù peut arriver même que Ja poudre projetée sur ries par<;>is intérieures de l'enveloppe s'y accumwle au point de finir par ar<rêter complètement ,J'apparei.1. Il y a · donc toujours grand intérêt à pu,Jvériser de '1a roche sèche.

* * *

Le matériel broyé est envoyé rpar une chaîne à godets au trammeù, ou tamis tournant, dont les maiJ1les de aa toi1le métaililique ont 3 miMimètres d'ouv.erture.

Le trorrnmel toorine à rai1son de 20 tou:r.s pair minute.

Les refus diu trnrrnrrneù (c'est-à-d:iœ toutes les pair·ti- rnles de minerai excédaint 3 miùlimètres ··de diamètre) sont ramenés au broyeurr ipa1." une autre chaîne à godets, tandis que le menu-sortant est acheminé par une ·chaîne sans fin à une trémie d'où i1l se rend à un distributeur.

Ce dennier est une g.rande rigoile insta·l<!ée sur la surface supérieure des ^foo~·s. A d'intérieur se •trouve une vis d'Archimède qui fait avancer· ùe minerai jusqu'à des

§2 LE TRAITEMENT DU MINERAI .D'ASPHALTE

canaux qu.i Je mènent au four. S'i1l y a un excédent de minerai dans la rigole, il est enlevé automatiquement par.

des chaînes à .godets qui Je conduisent au « grenier de réserve >>, d'où on 1[.e reprend.ra au fur et à mesure des besoins. Le minerai, amené ·par .Je di.stributeur au sommet des fours, y o;era introduit à 1la pe11le par des ouvriers.

On 1se sert, pou·r ,Ja cuisson, de chaudières en fonte demi-cy.lincLriques montées sur des fourneaux ordinaires en hriques.

Un agitateur hélitoïdaJl, comipoo;é d'un arbre fixé dans l'axe du cytindir·e, et porteur de 1lames ·di·rigées dans Je sens .du rayon, agite 1la 1pâte et met •Successivement toutes les parties en contact avec la o;urface .de chauffe.

Chaque appareil est surmonté d'un couvercle en tôle demi-cyùindrique, percé à sa partie ·supérieure de deux ouvertures cof<fe&pondant à deux canailisations servant, l'une à ,l'introduction de 1la poudre de minerai .provenant du distributeur, J'autre, iplus petite, à ^~'arrivée du bitume .d'addition. Le couverole est égaJlement muni de regards permettant de surveiller l'opération.

Des tuyaux de dégagement sont adaptés au-dessus du dôme, pour écouler la vapeur d'equ, qui ·s'échappe surtout :lorsque la poudre est humide.

Voici comment on procède à la ·cuisson :

On }ette cl'abor·cl clans chaque chaJUdièr1.: 140 à. r 50 kg.

de bitume libr·e, provenant de l'ateJlier d'épuration. Ce bitume entre en fusion et, ilonsqu'iil est bi·en liquide, on met l'agitateur en mouv.ement et on jette dans ce

LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE 53 bain, peiLletée 'par peiLletée, fa poudre d'01srphaJlte, d'·éllbord de quairt d'heure en quart d'heure, pui1s de demi-iheure en ,deo:ni-heure. La poudre, en tombant dans le bitume chaud, décrépite et se mélange intimement avec lu.i.

Chaque dose est projetée au fur et à mesure que '1a dose précédente s'est confondue avec de bitume.

On continue ainsi fintroduction jusqu'au moment où le méù:ange devient pâteux et ·menaœ de s'attacher aux laimes de !l'agitateur.

On constate que la ouite est terminée ,lorsque ·le produit n'aidhère plus à une spatuJe en boi1s.

On arrête ailoris ila trituration et l'on procède à la coulée, qui a [ieu de 6. heures en 6 heurns.

La for-oè motriœ nécesisaire au foUJctionneiment de l'agita<teur est de 3,5 HP.

L 'hisine possède 6 fours, des1servi1s chaoun par deux ouv.rier-s.

La dépense en houi1~J.e, servant à chauffer des fourn, est de 90 à ¹⁰⁰ kg. pair foyer, c'.est-à-dire ⁵⁵⁰ kg. pom les six fours et par cuite.

L orisque ila cuiiS·son du mastic est teriminée, on procède à ila coulée.

On r eouei:J.le •le mastic dans des s-eiUes en tôle, con- tenant env:iron 25 kg.

Pui's on 1[.e jette dans des ^mou~es composés de paaques de f.er ·r.eoouirbées de 0,010 mm. à 0,012 mm. d'épai1sseur, de façon à ce que deux plaques juxtaiposées forment un moule cyù.inclrique de ·0,14 m. de hauteur et de 0 ,32 m.

de diamètre.

L e moüQe a été préai\.ablement endui1t intérieurement d'argi1le .délayée dains fe3!u, afin d'éviter 1l'adhérenœ du mastic au fer.

54 LE TRAITEMENT DU MINERAI D'ASPHALTE

Les mouI.es sont rangés ssur unie rplateformie paa-fai- tement horizontale, en ciment ou daihlée de plaques de fonte (Fig. 8).

Au bout de cinq minutes, ùes pains se 1soli.di.fient.

On rpeut aocélérer ile refroiid.i·sserrt/ent au moyen d'une éllspersion d' ea:u froide.

La coulée duire une heure. Chaque fouŒ" peut produire 4,5 T . par cuite.

Le démou1lage 1Se fait en firaippant un ùéger coup de mélJsse sur .chacune des 1plaques .de tÔILe, qui se ~éparent

immédi1atement, Qaissant ile pain Ebre.

Chaque pain doit peser environ 25 kg.

Une mélJrque .de fabrique inscrite sur Ù·es moules im- prime son empreinte su1r Jes 1pain1s.

La forme cyJindirique est ,la plus favora:blle pour ila manutention, et ·eHe donne moins de déchets dans <l'empi- lage ·et dans 11e transport que iles formes :rectangullaires.

Les pains sont emmenés pair ile plan incliné, mû à la vapeur, jusqu'à ila gar.e, où ~as sont char.gés su:r les wagons (Fig. 9).

* * *

La foir.ce totaile nécessai:r·e à ·l'usine est de 120 HP.

Blle est fournie par une machine à vapeur qui actionne également un moteu1r él<ectrique destiné ~ produiŒ"e de la force pour les élJtelfü:~rs de réparation et de forige et. pour l'édlairage de il'usine.

La Compagnie emploie 250 ouvŒ"ier.s, dorut 60 pouT l'usine et ;le rn.ste dans les mines, 1es ateliers, et, à la gare, pour le chargement des wagonis.

LE TRAITEMENT DU MINERAI D ' ASPHALTE 55 Les produits fabriqués par Œ'u,sine s_ont :

r. Le mastiie-type, appelé éga:1enient mastic-terrasse, composé d'asphalte titrant 17

%

de bitume totaJ..

Le bitume d'addition est .composé de 80

%

^{de bitume}

Trin~daid et 20

%

de goudron. Ce méŒainge est aippeJé

« bitume-tePraisse » .

2. Le mastic ordinaire, titrant comme ile précédent 17

%

ide bitume, est •composé d'asiphaJlte, de « Trinidaid » ,

de goudron et de bmi de pétrole.

3. Le mastic Paris, de qualité inférieure, est un asphalte aidditionné simplement de brai et de .goudron.

4. Le mastic spéciail. Celui-ci est inattaquabne aux acides ; ¹l'asphaŒte n'entre .pais dans sa composition.

n

^est

préparé cœm:ne suit :

On fond danis -le four 4 0 0 kg. de bitume--ter.raisse, on y ajoute 750 kg. de Tirinidaid :plllr et pllllvérisé, puis

2.000 kg. de poudre :airgiJeuse ne renfermant pa:s de carbonate de chaux et inattaquable aux acides.

* * *

Par année, d'usine v•end 12.000 tonnes de ma•stiie et

1.0 .000 tonnes d'asphalte brut. On vo~t par 1là ,J'impor- taTIJOe de .cette exploitJa.tion.

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Bull. lnst. Nat. Gen .. t. XLIX. 5

Fig. 4. - Plateforme de réception des fûts, atelier.

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Fig. 5. - Disposition schématique de l'Usi11e de traitement.

Fig. 6. - Epuration du bitume.

Fig. 7. - Concasseur à hérissons.

(Vu en plan.)

Fig. 8. - Concasseur à hérissons.

(Elévation.)

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