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Performance d'une barrière à l'oxygène constituée de résidus miniers faiblement sulfureux pour contrôler la production de drainage minier acide

Demers, Isabelle (2008). Performance d'une barrière à l'oxygène constituée de résidus miniers faiblement sulfureux pour contrôler la production de drainage minier acide. Thèse. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Sciences appliquées, 242 p.

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Résumé

Les sites miniers générateurs d'acide (DMA) doivent être restaurés afin de limiter leur impact à long terme sur l'environnement. Pour ce faire, les parcs à rejets miniers sont souvent recouverts d'eau ou de sols disponibles à proximité du site. L'objectif de ces recouvrements est de limiter l'infiltration d'oxygène et/ou d'eau, deux éléments essentiels à la formation de DMA. Pour minimiser les coûts associés au transport, à l'achat et à la mise en place de ces matériaux, des études ont démontré la possibilité d'utiliser des rejets de concentrateur nongénérateurs d'acide comme matériau dans la construction de couvertures sur les rejets générateurs. Dans le cas d'une mine en opération, il serait possible d'intégrer un procédé de désulfuration afin de produire un concentré riche en minéraux sulfureux et un rejet à basse teneur en sulfures. Ce dernier pourrait servir dans la restauration des sites générateurs d'acide. En plus de produire un matériau de construction à faible coût, la désulfuration permet de réduire les volumes de rejets générateurs d'acide à entreposer. La mine Doyon est un producteur d'or situé à environ 40 km à l'est de Rouyn-Noranda. Ses résidus générateurs d'acide sont entreposés dans des parcs à résidus miniers qui devaient être éventuellement couverts par 1 mètre d'eau pour prévenir la production de DMA. Comme les parcs approchent leur capacité maximale, une alternative au recouvrement en eau est recherchée par l'opérateur afin d'augmenter la capacité d'entreposage des résidus. Une option proposée est l'utilisation de résidus préalablement désulfurés au concentrateur comme recouvrement monocouche sur les résidus générateurs d'acide. De cette façon, le volume d'entreposage est augmenté sans avoir à rehausser les digues. Le but principal du projet consiste donc à évaluer la performance technique et environnementale de recouvrements monocouches constitués de résidus désulfurés. De façon spécifique, les objectifs sont: 1) évaluer l'efficacité à réduire la production de drainage minier acide de ce type de recouvrement, en évaluant l'impact de trois paramètres de conception : l'épaisseur du recouvrement, la teneur en sulfures des résidus désulfurés utilisés comme recouvrement, et la position de la nappe phréatique; 2) évaluer la diffusion de l'oxygène à travers les recouvrements de résidus désulfurés afin de vérifier l'importance de la teneur en sulfures résiduels dans le recouvrement; 3) valider un modèle numérique à partir des résultats obtenus en laboratoire pour ensuite faire des prédictions de différents scénarios de restauration; et 4) proposer une méthodologie générale pour la conception de recouvrements faits de résidus désulfurés. Les chapitres de développement de la thèse traitent de différents aspects du projet. Ainsi, le premier chapitre discute de la diffusion et de la consommation de l'oxygène dans les recouvrements de résidus désulfuré, le deuxième chapitre analyse le comportement géochimique des différentes configurations de recouvrements, et le troisième chapitre touche à l'optimisation de la conception du recouvrement pour la mine Doyon à l'aide de la modélisation numérique. Les résidus désulfurés utilisés dans les recouvrements servent de barrière à la diffusion de l'oxygène et peuvent également consommer le flux d'oxygène qui tente de pénétrer à travers le recouvrement. Une étude en laboratoire a été initiée afin de vérifier la performance à limiter la migration de l'oxygène d'un recouvrement monocouche fait de résidus peu sulfureux placés sur des résidus générateurs d'acide. Des colonnes instrumentées ont été montées pour évaluer l'impact de trois paramètres: le niveau de la nappe phréatique, la teneur en sulfures résiduels dans le recouvrement et l'épaisseur du recouvrement. Les flux mesurés à la base du recouvrement sont de 0,1 à 1 mol/m2/an lorsque le niveau phréatique est bas, de 0,01 à 0,1 mol/m2/an lorsque la nappe phréatique est surélevée et de 0,01 à 0,05 mol/m2/an pour le recouvrement avec une nappe phréatique surélevée et une teneur en sulfures résiduels plus grande. Ces résultats ont été validés par la modélisation numérique. Pour cette étude paramétrique expérimentale, l'augmentation de l'épaisseur de la couche de résidus désulfurés de 0,5 à 1 m n'a pas eu d'impact significatif sur les flux d'oxygène traversant le recouvrement. Ces résultats confirment qu'un recouvrement monocouche constitué des résidus miniers désulfurés avec contrôle de la nappe phréatique à un niveau permettant de conserver les résidus à un haut degré de saturation peut réduire la migration de l'oxygène et limiter la génération de drainage minier acide. La consommation de l'oxygène par les sulfures résiduels du recouvrement a été observée et quantifiée par cette étude. Les essais en colonnes instrumentées ont permis aussi d'évaluer l'impact de la concentration de sulfures résiduels de la couverture, du niveau de la nappe phréatique, et de l'épaisseur du recouvrement sur la qualité de l'effluent suite à plusieurs lixiviations. Les configurations avec couverture de résidus désulfurés combinées avec l'élévation de la nappe phréatique pour couvrir les résidus générateurs d'acide ont permis de contrôler la production de DMA et de réduire la lixiviation du zinc et du cuivre par plus de 87% et 98%, respectivement, par rapport au cas témoin du résidu de la mine Doyon sans recouvrement. En effet, toutes les configurations évaluées ont eu des effluents répondant aux normes actuelles de qualité de l'eau, en termes de pH et de concentrations de métaux. L'influence du niveau de la nappe phréatique était aussi apparente dans la qualité du lixiviat, même si à peu près tous les lixiviats des colonnes avec recouvrement répondaient aux normes. Le flux d'oxygène en régime permanent disponible pour l'oxydation des résidus générateurs d'acide a été réduit jusqu'à 96% par le recouvrement comparativement au résidu sans recouvrement. L'étape suivante consistait à optimiser la configuration du recouvrement fait de résidus désulfurés pour le cas du site de la mine Doyon. Des modélisations numériques à l'aide du logiciel Vadose/W ont été entreprises pour optimiser la conception du recouvrement selon trois paramètres: l'épaisseur du recouvrement, la position de la nappe phréatique et la teneur en sulfures résiduels des résidus désulfurés. Le critère pour la sélection d'un scénario a été défini comme un flux maximal acceptable de 10 mol/m2/année, puisque les études en laboratoire ont démontré qu'un tel flux (avec un facteur de sécurité) permettait d'obtenir un lixiviat répondant amplement aux normes environnementales en vigueur. La configuration optimale selon l'analyse numérique est un recouvrement de 1 m d'épaisseur ayant une teneur en sulfures de 0,8%, avec la nappe phréatique positionnée à l'interface entre la couverture et les résidus générateurs de DMA. Afin d'assurer une performance adéquate lors de périodes de sécheresse prolongées, une couche de protection faite de sable est suggérée pour protéger le recouvrement d'une évaporation excessive. Il est ainsi possible d'atteindre l'objectif environnemental fixé pour la mine Doyon (un flux d'oxygène maximal de 10 mol/m2/année), même en conditions de sécheresse extrême. Ce projet a permis d'approfondir la compréhension des phénomènes fondamentaux associés à la migration de l'oxygène dans les milieux poreux faiblement réactifs. Les mesures en laboratoire sur des matériaux réels ont permis de bien évaluer la diffusion et la consommation de l'oxygène à travers le recouvrement non saturé. De plus, l'étude en laboratoire, combinée avec l'optimisation avec outils numériques, font de cette étude un pas important dans l'application future de cette méthode de restauration. Finalement, ce projet a permis de développer une méthodologie générale pour la conception de méthodes de restauration constituées de résidus désulfurés.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Benzaazoua, Mostafa et Mbonimpa, Mamert
Informations complémentaires: Comprend un résumé. Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en sciences de l'environnement. Comprend des réf. bibliogr.
Mots-clés libres: oxygene barriere residu minier drainage acide sulfureux recouvrement restauration desulfuration
Divisions: Sciences appliquées > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt: 08 févr. 2012 19:34
Dernière modification: 17 oct. 2012 18:51
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/116

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