BIWABIK, MN — La Minnesota Explosives Company fabrique des explosifs en vrac utilisés pour réduire la roche de taconite en petits morceaux, première étape de l’extraction du minerai de fer. Pour produire ces composés explosifs, du nitrate de sodium, un matériau solide sous forme de granulés, est ajouté à une solution corrosive de nitrate d’ammonium à haute température.
Auparavant, le nitrate d’ammonium était pompé dans un grand bac ouvert appelé « bac à boue », où la solution circulait. Un opérateur utilisait un chariot élévateur pour positionner un sac en vrac contenant des granulés de nitrate de sodium au-dessus du bac à boue et le vider dans la solution.
Cette opération entraînait fréquemment le colmatage de la pompe et des tuyaux dans la boucle de recyclage de la cuve, provoquant un débordement de la solution de nitrate d’ammonium hors du « slush box » et un déversement sur le sol. De plus, elle nécessitait deux opérateurs : l’un pour conduire le chariot élévateur, l’autre pour surveiller le « slush box » et interrompre le processus de remplissage afin d’éviter les débordements.
« Nous voulions un système qui élimine tout déversement de solution », explique Jon King, directeur général des opérations chez Minnesota Explosives. L’entreprise a donc remplacé le bac à boue ouvert par un système de manutention fermé comprenant un déchargeur de sacs en vrac, un convoyeur à vis flexible pour le transport du nitrate de sodium, et deux réservoirs d’une capacité de 230 000 lb (104 000 kg) destinés à mélanger le matériau avec la solution de nitrate d’ammonium. « À l’exception de quelques granulés qu’il faut parfois balayer et verser dans la trémie », remarque M. King, « c’est désormais une opération parfaitement propre. »
Dans le nouveau procédé, le nitrate d’ammonium liquide est introduit dans deux cuves de mélange isolées, agitées et chauffées par des serpentins à vapeur. Lorsque la température descend en dessous d’un point de consigne, les agitateurs sont activés et de la vapeur est acheminée vers les serpentins, ce qui permet de maintenir la température souhaitée de la solution.
Un convoyeur à vis flexible transporte le nitrate de sodium granulé depuis le déchargeur de sacs en vrac vers les cuves chauffées, où il se dissout dans le nitrate d’ammonium. La solution obtenue est transférée vers une table de mélange, où elle est combinée à un mélange de quatre combustibles, dont l’un sert d’émulsifiant. Le mélange émulsionné est pompé vers un réservoir de stockage, puis acheminé vers une autre zone de l’usine, où des granulés solides de nitrate d’ammonium sont ajoutés à l’aide d’une vis sans fin. Le produit final est ensuite déchargé dans un camion en vue de sa livraison.
Déchargement de nitrate de sodium à partir de sacs en vrac
Chaque lot nécessite 10 000 lb (4 535 kg) de nitrate de sodium, livré dans cinq sacs en vrac de 2 000 lb (907 kg) chacun, qui sont vidés à l'aide d'un déchargeur de sacs en vrac fabriqué par Flexicon Corporation, à Bethlehem, en Pennsylvanie. Le déchargeur est équipé d’un châssis de levage amovible qui s’accroche aux sangles du sac grand volume et est hissé par un chariot élévateur dans un berceau situé au sommet du châssis du déchargeur. À mesure que le sac se vide et s’allonge, des dispositifs d’extension de sac POP-TOP™, montés sur le dessus du châssis, étirent le sac pour lui donner une forme conique, favorisant ainsi le déversement complet du produit du sac dans la trémie.
L’interface entre le bec verseur du sac et la trémie de 3 cu ft (0,085 cu m) est constituée d’un anneau de serrageSPOUT-LOCK® positionné au sommet d’un tube télescopiqueTELE-TUBE®. L’anneau de serrage crée un raccordement hautement étanche à la poussière entre le côté propre du bec verseur du sac et le côté propre de l’équipement. Le tube télescopique est relevé pneumatiquement, ce qui permet à la bague de serrage de se raccorder au bec verseur du sac, puis abaissé, exerçant ainsi une tension vers le bas continue pour étirer le sac et maintenir le bec verseur tendu, empêchant ainsi le matériau présent dans le bec verseur de bomber vers l’extérieur (créant des poches mortes) ou de s’affaisser vers l’intérieur (créant des restrictions d’écoulement).
Une vanne de régulation de débitPOWER-CINCHER® à commande pneumatique régule le débit de matière provenant du sac. Le dispositif comprend une série de tiges courbées et articulées en acier inoxydable qui serrent le bec verseur du sac de manière concentrique pour éliminer les fuites, et s’ouvrent à un diamètre supérieur à celui du bec verseur pour permettre une décharge sans restriction.
Transport des matières vers les mélangeurs
Le nitrate de sodium granulé est acheminé de la trémie vers les cuves de mélange par trois convoyeurs à vis flexibles également fabriqués par Flexicon. Chaque convoyeur de 20 pieds (6 m) est constitué d’une vis sans fin en acier inoxydable spécialement conçue pour un usage intensif, qui tourne à l’intérieur d’un tube extérieur flexible en polymère de 4,5 pouces (11 cm) de diamètre extérieur, entraînée par un moteur électrique de 7,5 hp (5,6 kW) équipé d’un réducteur situé à l’extrémité de décharge de chaque unité.
L’extrémité d’admission de chaque convoyeur est équipée d’une auge en forme de U qui sert d’adaptateur de chargement. Une section de la vis rotative traverse l’auge, et la vis propulse le matériau à travers le tube. Le tube extérieur du premier convoyeur est fixé à la trémie à l’aide d’un raccord à compression, et l’extrémité d’admission de la vis s’étend à l’intérieur de la trémie.
Le premier convoyeur transporte le produit depuis la trémie sur une pente à 45 degrés et le décharge dans l’adaptateur de chargement d’un deuxième convoyeur identique, raccordé en série ; ensemble, ils acheminent le produit sur une distance horizontale d’environ 28 pieds (8,5 m). Le deuxième convoyeur décharge son contenu dans une vanne de dérivation (actionnée manuellement à l’aide d’un sélecteur à deux positions situé sur le panneau de commande), qui achemine le produit soit directement vers un mélangeur, soit vers l’adaptateur d’alimentation d’un troisième convoyeur afin de le transporter vers un autre mélangeur situé à 16 pieds (5 m) de là.
Des capteurs de proximité capacitifs surveillent les niveaux de matière dans la trémie et tout au long du système, signalant à un contrôleur de démarrer et d’arrêter les convoyeurs. Des capteurs de niveau situés dans les zones de transition (là où le premier convoyeur décharge dans le second et là où le second décharge dans la vanne de dérivation) déclenchent l’arrêt d’un convoyeur si la zone de transition suivante est pleine ; lorsque le niveau élevé a disparu, le contrôleur redémarre le convoyeur.
Ce nouveau procédé a permis d’éliminer les déversements liés au bac à coulée, améliorant ainsi l’hygiène de l’usine tout en réduisant le gaspillage de matière.
« Il est beaucoup plus facile de balayer une petite quantité de matière granulaire que de nettoyer des déversements liquides, qui devaient être évacués vers un puisard puis traités avec les eaux usées », souligne M. King, « et nous versons tous les granulés que nous récupérons dans le mélangeur, ce qui évite tout gaspillage de matière. »
Les coûts ont été réduits grâce à la suppression du poste dédié à la surveillance du niveau du bac à boue. Un seul opérateur effectue désormais toutes les tâches de déchargement des sacs.