Extraction du Minerai de Fer : Processus, Types et Techniques

Extraction Minière des Minerais de Fer

Le minerai de fer est un type de minéral et roche dont le fer métallique est extrait économiquement. Normalement riche en oxydes de fer, sa couleur varie du gris foncé, jaune vif, pourpre profond au rouge rouille. Le fer se trouve généralement sous forme de magnétite (Fe₃O₄), hématite (Fe₂O₃), goethite (FeO(OH)), limonite (FeO(OH)·nH₂O) ou sidérite (FeCO₃).

Processus Minier

Le processus minier comprend : découverte d'un gisement par prospection/exploration pour trouver et définir l'étendue, la localisation et la valeur du corps minéral. Cela mène à une estimation mathématique des ressources (taille et teneur). Exploration et évaluation : identification et quantification des corps minéraux par techniques géologiques, géophysiques, métallurgiques. Exploration simple : forages en zones reculées pour échantillonnage. Données consignées, cartographiées, analysées, interprétées souvent par modèles.

Après évaluation du corps minéral, un plan minier détaillé est élaboré. Il identifie quels corps miner et en quelle séquence pour livrer le produit requis à coût approprié. La planification minière est une étape importante avant le développement de la mine et continue quotidiennement une fois la mine opérationnelle.

Pour accéder au gisement, il faut souvent miner ou enlever le matériel stérile (découverte/stériles) qui n'intéresse pas. Le mouvement total minerai + stériles constitue le processus minier. Souvent plus de stériles que de minerai extraits sur la vie de la mine, selon nature et localisation du gisement. Enlèvement et remise en place des stériles = coût majeur de l'exploitation.

Techniques Minières

Deux types selon méthodes d'excavation : exploitation à ciel ouvert (surface mining) et exploitation souterraine (underground/sub-surface mining). Le minerai de fer est presque exclusivement exploité à ciel ouvert. Méthodes prédominantes : mine à ciel ouvert (open pit) et mine à ciel ouvert par tranchées (open cut). Quelques mines souterraines existent toutefois. Le choix dépend de la proximité du corps minéral à la surface. Ciel ouvert et open cut = techniques les moins coûteuses. Ratios stériles/minerai (stripping ratios) importants pour décider si gisement exploitable. Stripping ratio = unités de stériles à enlever par unité de minerai brut. Figure 1 : mine à ciel ouvert typique.

Selon méthodes, deux catégories : minage manuel et minage mécanisé. Grandes mines = mécanisées. Petites mines = méthodes manuelles.

Minage manuel : limité aux minerais de surface (float ores). Minage de minerai de reef aussi manuel à petite échelle. Zone float ore creusée manuellement (pics, barres à mine, pelles), matériau criblé manuellement pour séparer +10 mm float ore empilé. Stériles remis dans fosses. Pour minerais reef : trous 0,6 m profondeur, 30–40 mm diamètre, forés à la perforatrice manuelle avec compresseurs portatifs. Espacement ~0,6 m, chaque trou chargé 150–200 g poudre noire ou cartouches gélatine. Minerai brisé par explosif criblé manuellement, empilé pour chargement en tombereaux.

Minage mécanisé : grandes mines. Extraction de gisements de surface. Toutes opérations mécanisées, minage invariablement par formation systématique de bancs (benches) par forage et abattage.

Processus Minier (Détail)

Récupération matériau depuis fosse à ciel ouvert. Découverte (végétation, sol, roche) enlevée (décapée) pour atteindre gisements enfouis. Découverte enlevée continuellement pendant la vie de la mine au fur et à mesure que le haut mur recule pour approfondir la fosse. Bancs développés pour forage, abattage, transport minerai vers usine concassage. Hauteur bancs dépend : rendement requis, forme/taille/profondeur corps minéral, perturbations géologiques, dureté/compacité, type/taille équipements. Longueur front : contours gisement, rendement, variation teneur, besoins mélange, capacité chargeuse. Largeur banc : largement régie par taille plus grande machine déployée.

Forage dans bancs pour production minerai avec foreuses mécanisées spécifiques à chaque méthode. Objectif : créer trou diamètre, profondeur, direction adaptés dans roche pour placement explosifs. Forage normalement selon motif selon hauteur banc, diamètre trou, foreuse, nature roche, type explosifs. Trous d'abattage généralement verticaux mais peuvent être inclinés pour meilleurs résultats.

Objectif abattage : exposer corps minéral pour extraction et casser le minerai. Exigence principale explosif : combustion complète sans apport oxygène externe. Explosifs anciens : nitroglycérine, matière carbonée, agent oxydant. Parfois émulsion ou cartouches gel explosif. Aujourd'hui : mélange nitrate d'ammonium + fuel oil (ANFO) le plus courant. Détonation par amorce haute explosives et/ou amorce. Aujourd'hui : nonel (shock tube detonator) utilisé comme détonateur. Nonel : tube plastique creux délivre impulsion de tir au détonateur, immunisé contre risques courants courants électriques parasites. Diamètre petit, tube trois couches, paroi interne revêtue composé explosif réactif qui, une fois allumé, propage signal basse énergie (similaire explosion poussières). Réaction ~2 000 m/s le long du tube, perturbation minimale hors tube. Design nonel intègre technologie brevetée : disque amortisseur (CD) et tampon retard ignition (DIB) pour fiabilité et précision.

Zones minières sélectionnées selon plan minier. Zones identifiées puis marquées. Minerai extrait de grandes fosses par extraction progressive le long de marches/bancs. Bancs donnent accès à minerai progressivement plus profond quand niveau supérieur enlevé. Après déblaiement sol/roche couverture, minerai foré et abattu. Portion à enlever forée par foreuses selon motif approprié. Trous chargés mélanges explosifs, armés, abattus. Abattage casse matériau à taille requise pour excavation.

Après abattage, minerai brisé chargé par pelles, excavatrices ou chargeuses frontales sur gros tombereaux pour transport vers usine concassage/lavage. Transport facilité par entretien pistes de transport. Convoyeurs à bande sur terre utilisés pour longues distances entre fosses/usines concassage et entre usines/points chargement. Grands trous créés par forage, abattage, extraction = « fosses à ciel ouvert » (open pits).

Concassage et Lavage des Minerais

Dans les usines concassage/lavage, le traitement du minerai est effectué. Traitement : simple concassage/criblage séparant fractions de tailles diverses, jusqu'aux procédés valorisant/améliorant la qualité des produits minerai fer. Par procédés physiques éliminant impuretés par différence densité particulaire, gravité ou taille. Traitement humide ou sec. Manutention, lavage, criblage mécanisés dans usines.

Minerai traité stocké et mélangé pour respecter exigences qualité produit avant reprise et chargement wagons ferroviaires ou tombereaux pour expédition clients.

Questions Environnementales

Matériaux déchets générés par mine à ciel ouvert : stériles (overburden), roches stériles, eaux de mine contenant solides en suspension et matières dissoutes. Autres déchets : petites quantités hydrocarbures/graisses déversées pendant extraction. Eau de mine contient constituants dissous/suspendus similaires à ceux du corps minéral : traces Al, Sb, As, Be, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Se, Ag, S, Ti, Zn, etc.