Les installations de concassage les plus efficaces pour roches dures et mines : comparatif concasseur à mâchoires et à percussion

Dans une carrière ou sur un site minier, le « concasseur le plus efficace » n'existe pas en soi : il y a le bon concasseur et le mauvais. Le même concasseur à percussion qui produit un granulat cubique et économique dans le calcaire peut user ses battoirs en quelques postes dans le basalte. Cet article compare les concasseurs à mâchoires et à percussion pour les roches dures et abrasives (basalte, granit, quartzite, minerai de fer et de chrome) et pour les roches tendres à mi-dures (calcaire, dolomie) selon les pièces d'usure, l'ouverture d'alimentation, le débit et la forme du grain, à partir des tableaux de modèles de General Makina. Les critères généraux de choix du type sont traités dans notre article Concasseur à percussion ou à mâchoires ? Critères de choix ; ici, l'objectif est d'associer la bonne machine au bon matériau.

C'est le matériau qui définit le « plus efficace », pas le catalogue

L'efficacité se mesure au coût d'usure par tonne, au nombre d'étages de concassage nécessaires pour atteindre la fraction visée et à la conformité du produit au cahier des charges. Ces trois grandeurs dépendent de l'abrasivité de la roche. Le seuil utilisé sur les pages produits de General Makina donne une limite pratique : un matériau contenant plus de 10 % de silice ou présentant un indice d'abrasion de Bond (Ai) supérieur à 0,15 est considéré comme abrasif. Les valeurs indicatives citées sur ces pages montrent l'écart : calcaire autour de Ai 0,001–0,03, basalte vers 0,20, granit vers 0,55. Le granit est donc bien plus abrasif que le calcaire, et un même principe de concassage ne peut pas se comporter de la même façon dans les deux.

La première étape consiste donc à faire analyser un échantillon du site pour sa teneur en silice et, si possible, son indice d'abrasion. Si la qualité varie le long du front de taille, dimensionnez l'installation sur la zone la plus défavorable : elle devra aussi la concasser.

Pièces d'usure : mâchoires et battoirs ne s'usent pas de la même manière

Dans un concasseur à mâchoires, la roche est comprimée entre une mâchoire fixe et une mâchoire mobile animée par un arbre excentrique. Sur la série GNRK, les plaques de mâchoire sont en acier austénitique au manganèse (Mn13/Mn18). Cet acier s'écrouit en surface sous l'effet des chocs et de la pression : la face durcit au contact de la roche dure tandis que le cœur reste tenace. C'est pourquoi le concasseur à mâchoires préserve la durée de vie de ses pièces dans la roche dure.

Dans un concasseur à percussion, les battoirs d'un rotor tournant à grande vitesse frappent la roche et la projettent contre les écrans de choc avant et arrière. L'usure se concentre sur les arêtes et chaque impact arrache de la matière au battoir. D'après la page du GNR PDK, on utilise pour une alimentation propre et abrasive des battoirs en fonte blanche à haute teneur en chrome (environ 700–800 HB) ; en recyclage du béton, on préfère des battoirs plus tenaces au manganèse ou martensitiques à cause des ferrailles ; pour une silice très élevée, des battoirs composites à inserts céramiques sont une option. La même page indique clairement que le granit, le basalte, la quartzite et le gravier de rivière au-dessus du seuil peuvent consommer les battoirs en quelques heures et qu'une configuration mâchoires + cône est préférable pour ces roches.

Conséquence pratique : dans le calcaire, le bon alliage de battoirs détermine le coût par tonne du concasseur à percussion. Dans le basalte, le choix de l'alliage ne règle pas le problème : il faut changer de principe de concassage.

Côte à côte : tableaux des modèles GNRK, GPS, GNR PDK et GNR DMK

Le tableau ci-dessous reprend uniquement les plages publiées sur les pages produits des quatre séries. Les valeurs correspondent au plus petit et au plus grand modèle de chaque série ; pour les modèles intermédiaires, se reporter à la page produit.

Premier enseignement du tableau : le débit seul ne peut pas trancher. La plage de 500–900 t/h du GNR PDK03 dépasse les 500–600 t/h du GNRK 140, mais cet écart ne compte que si le matériau de la dernière colonne convient. Dans une carrière de granit, le débit supérieur du PDK03 se perd dans les heures d'arrêt pour changer les battoirs. Deuxième point : pour la série à mâchoires, la valeur d'alimentation est une ouverture (largeur × profondeur) ; pour les séries à percussion, c'est la taille maximale du bloc admis. Il faut convertir l'une en l'autre avant de les comparer.

Ouverture et débit : choisir à rebours à partir du plus gros bloc

Selon la page GNRK, le plus gros bloc admis par un concasseur à mâchoires représente environ 0,8 à 0,9 fois la largeur de l'ouverture. Les blocs hors gabarit forment des voûtes, l'alimentateur s'arrête et le débit nominal reste sur le papier.

Exemple hypothétique : supposons que, dans une carrière de granit, les plus gros blocs déversés par la pelle dans la trémie mesurent 750 mm. Le GNRK 90 a une ouverture de 900 mm de large ; avec le coefficient de 0,8–0,9, le bloc admissible est de 720–810 mm. Un bloc de 750 mm entre dans cette plage, mais près de la limite basse : les jours de tir médiocre, il faut s'attendre à des voûtes. L'ouverture de 1100 mm du GNRK 110 donne, par le même calcul, 880–990 mm et laisse de la marge. La décision dépend donc non seulement du tonnage visé, mais aussi de la régularité des tirs.

Sur les grands sites de roche dure et de minerai, le GNRK 130 (1300×1000 mm, 160 kW, 400–500 t/h) et le GNRK 140 (1400×1100 mm, 200 kW, 500–600 t/h) reprennent le tout-venant grossier en un seul étage. Dans le calcaire, le problème des gros blocs se règle côté percussion : le GNR PDK03 accepte une alimentation jusqu'à 1300 mm et, selon sa page produit, atteint dans le calcaire un rapport de réduction pouvant aller jusqu'à 20:1 en un seul étage. Le rapport de réduction typique d'un concasseur à mâchoires est de 4:1 à 9:1. C'est de là que vient la capacité du percuteur primaire à supprimer des étages dans le calcaire.

Forme du grain : à quel étage gagne-t-on la cubicité ?

Les spécifications pour béton et enrobés limitent les grains plats et allongés. Le concasseur à percussion fend la roche selon ses plans de rupture naturels et donne donc un produit cubique ; la page GNR DMK met en avant la qualité de forme du percuteur secondaire, tout en précisant qu'il peut produire un grain un peu plus plat qu'un concasseur à axe vertical et qu'un étage VSI supplémentaire améliore la cubicité.

Dans la roche dure, la cubicité s'obtient avec un concasseur à cône, pas avec un percuteur. Dans le concasseur à cône General, le matériau est écrasé plusieurs fois entre la tête animée d'un mouvement excentrique et le bol, jusqu'à passer le réglage. Cette compression multidirectionnelle donne un produit cubique avec un faible coût de pièces d'usure en roche abrasive ; le réglage hydraulique du CSS pilote la granulométrie et la protection par vérins hydrauliques gère les bourrages soudains. La page produit indique pour l'étage secondaire un ordre de grandeur de 50–250 mm en alimentation et 0–60 mm en produit ; débit et puissance par modèle sont fournis par projet.

Configuration de référence pour roche dure : mâchoires en primaire + cône en secondaire

La traduction de cette approche sur le terrain est l'installation de concassage-criblage mobile General 944 : un concasseur à mâchoires GPJ 90 en primaire et un cône GM430 en secondaire travaillent sur la même installation sur roues. Elle accepte une alimentation de 800 mm et produit 120-180 t/h ; un crible horizontal à trois étages de 1600×5000 mm sépare le produit en fractions 0-5, 5-12 et 12-19 mm, l'énergie étant fournie par un groupe électrogène de 550 kVA. La page produit la positionne pour le basalte, le granit, le minerai de fer, le chrome et le quartz et souligne que le cône secondaire est la principale différence avec la General 950, qui associe le même primaire à un percuteur secondaire (DMK01). Pour une roche mi-dure dont la silice est proche du seuil, une configuration à percuteur secondaire comme la 950 peut se discuter ; nettement au-dessus du seuil, le cône secondaire maîtrise la consommation de métal.

Configuration de référence pour roche tendre à mi-dure : chaîne tout percussion

Dans le calcaire et la dolomie, le percuteur apporte à la fois réduction et forme. Si l'objectif de débit est élevé, un concasseur à percussion primaire GNR PDK est associé à un GNR DMK en secondaire ; le DMK01 fournit 120–180 t/h avec 160 kW, le DMK05 250–500 t/h avec 500 kW, et le rapport de réduction typique du percuteur secondaire est d'environ 10:1. Sur des lignes de taille moyenne où l'on veut moins d'étages, la série GPS assure primaire et secondaire dans un seul corps ; le GPS-1415, par exemple, donne 150–400 t/h avec une alimentation de 1000 mm. Un seul corps signifie un seul jeu de pièces d'usure et un seul moteur ; l'approche n'est rentable qu'en roche non abrasive.

Liste de contrôle pour associer machine et matériau

1. Analyse d'échantillon : la silice dépasse-t-elle 10 % ou l'Ai 0,15 ? Si oui, partir d'un primaire à mâchoires et d'un secondaire à cône.
2. Plus gros bloc : le bloc mesuré tient-il dans 0,8 à 0,9 fois la largeur de l'ouverture des mâchoires, et reste-t-il sous l'alimentation maximale indiquée sur la page du percuteur ?
3. Argile et humidité : une alimentation humide, collante et argileuse colmate la chambre des mâchoires ; prévoir un scalpage ou un lavage.
4. Risque de ferrailles : sur les sites de recyclage ou de minerai avec métaux étrangers, faire confirmer l'alliage des battoirs (manganèse tenace ou martensitique) et la protection contre les surcharges du cône.
5. Cahier des charges : si le béton ou l'enrobé exige de la cubicité, le dernier étage doit être un cône (roche dure) ou un percuteur/VSI (roche tendre).
6. Chaîne de débit : primaire, secondaire et crible doivent être dimensionnés pour le même tonnage ; l'étage le plus étroit fixe le débit de toute la ligne.
7. Budget d'usure : comparer le coût des pièces d'usure par tonne produite, pas par machine.

Notre article sur le choix de l'installation pour le concassage et criblage du basalte montre l'application de cette liste sur le terrain.

Questions fréquentes

Peut-on utiliser un concasseur à percussion primaire sur du basalte ou du granit ?

Mécaniquement, il les concasse, mais nos pages produits ne recommandent pas cet usage. Le basalte a un Ai d'environ 0,20 et le granit d'environ 0,55, tous deux au-dessus du seuil de 0,15, et la consommation de battoirs porte le coût par tonne au-delà de celui d'une configuration mâchoires + cône.

Un primaire à mâchoires est-il un mauvais choix dans le calcaire ?

Non. Le concasseur à mâchoires de la série GNRK concasse aussi le calcaire sans difficulté et, avec un scalpage, constitue un départ sûr pour une alimentation argileuse et sale. La contrepartie : pour un produit cubique, il faut ajouter un percuteur secondaire ; dans un calcaire propre, un percuteur primaire fait le même travail avec moins d'étages.

Quelle configuration recommander pour le concassage de minerai ?

Pour les minerais abrasifs comme le fer, le chrome et le quartz, un primaire à mâchoires et un concasseur à cône en secondaire sont le point de départ habituel. Le modèle de cône est choisi par projet selon la dimension d'alimentation, le produit visé et le tonnage ; la demande de devis doit donc être accompagnée des données d'échantillon et des fractions visées.

Quels facteurs déterminent le prix d'un devis ?

Le modèle de concasseur et le nombre d'étages, le nombre d'étages de crible, la conception mobile ou fixe, le groupe électrogène ou le raccordement au réseau et l'alliage des pièces d'usure sont les principaux facteurs. Un prix donné avant l'analyse du matériau est le prix de la mauvaise configuration.

Conclusion : la bonne association fait l'installation la plus efficace

Dans la roche dure, abrasive, et dans le minerai, un primaire à mâchoires suivi d'un cône maîtrise la consommation de métal tout en livrant un produit cubique. Dans le calcaire et la dolomie, un percuteur primaire ou une solution à corps unique comme le GPS offre une forte réduction et une bonne forme de grain avec moins d'étages. General Makina construit des installations de concassage depuis 1976 ; nous établissons la configuration adaptée à partir de votre analyse d'échantillon, de la taille de votre plus gros bloc et de vos fractions visées, et toutes nos machines sont garanties 1 an. Envoyez-nous les données de votre matériau et demandez un devis.