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Réactivité des remblais miniers cimentés contenant de la pyrrhotite et étude de paramètres d'influence d'importance telles la passivation des surfaces et les propriétés hydrogéologiques

Godbout, Jovette (2012). Réactivité des remblais miniers cimentés contenant de la pyrrhotite et étude de paramètres d'influence d'importance telles la passivation des surfaces et les propriétés hydrogéologiques. Thèse. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Sciences appliquées, 348 p.

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Résumé

L'oxydation de la pyrrhotite dans les chantiers miniers souterrains remblayés est préoccupante pour les opérateurs miniers car elle peut mener à de graves conséquences: formation de drainage contaminé, diminution de l'intégrité physique de la masse de remblai et sous des circonstances extrêmes, menace à la santé et à la sécurité des travailleurs miniers (par épuisement de l'oxygène de l'air ou dégagement de SO2). Cette recherche s'intéresse à la réactivité de la pyrrhotite lorsque cette dernière est incluse aux remblais miniers cimentés (hydrauliques et en pâte). Elle vise plus particulièrement à vérifier l'effet du liant sur la réactivité de la pyrrhotite et à rendre compte du rôle des principaux facteurs d'influence, telles la passivation des surfaces et les propriétés hydrogéologiques (perméabilité et courbe de rétention d'eau). Le cœur de la thèse est structurée de manière à répondre aux objectifs visés. Le chapitre III traite de la réactivité des remblais miniers cimentés contenant de la pyrrhotite et étudie l'effet de la passivation des surfaces tandis que les chapitre IV et V traitent de l'évolution, durant le durcissement, de la perméabilité et de la courbe de rétention d'eau(autres facteurs d'influence jugés d'importance) des remblais hydrauliques et en pâte cimentés, respectivement. Les essais de consommation d'oxygène (CO), couplés à certaines techniques d'analyses (chimie des solides, diffraction des rayons X, thermogravimétrie et électrochimie) au chapitre III, montrent que les rejets de concentrateur qui contiennent de la pyrrhotite (sans liant) peuvent être très réactifs (avec des flux d'oxygène consommés parfois supérieurs à 35 moles O2/m2/jour), donc susceptibles d'entrainer d'éventuels problèmes environnementaux lorsqu'ils sont exposés aux conditions atmosphèriques. Ils montrent également l'effet bénéfique d'ajouter un liant au mélange; effet davantage marqué pour les remblais en pâte que les remblais hydrauliques. L'analyse montre qu'une passivation naturelle (sans liant) de la surface des grains de la pyrrhotite permet de réduire à un certain niveau la réactivité de la pyrrhotite mais que l'ajout de liant permet de la réduire davantage. L'approche utilisée dans le chapitre IV comprend des essais de perméabilité au gaz (azote) et des essais de perméabilité à l'eau, couplés à d'autres techniques d'analyses (porosimétrie au mercure, analyse des surfaces spécifiques et thermogravimétrie). L'approche confirme d'abord la fiabilité de l'essai de perméabilité à l'eau pour évaluer la perméabilité des remblais miniers cimentés (pas d'interaction significative entre le fluide d'infiltration (eau) et la matrice cimentaire durant la mesure). Les résultats d'essais indiquent que la perméabilité du remblai hydraulique cimenté demeure relativement constante dans le temps alors que celle de son homologue en pâte diminue de plus d'un ordre de grandeur en 28 jours. Les différences observées seraient associées à un plus fort degré de cimentation dans le remblai en pâte cimenté que dans le remblai hydraulique cimenté. L'entrainement d'une partie du liant dans les eaux de drainage lors de la mise en place du remblai hydraulique (cimentation plus faible) expliquerait ces tendances (le drainage des remblais en pâte étant négligeable). Enfin, cette partie de l'étude met en évidence le phénomène de ségrégation des grains dans les remblais hydrauliques, avec une perméabilité probablement contrôlée en grande partie par les couches de particules fines. L'approche utilisée dans le chapitre V comprend différentes méthodes d'évaluation de la CRE (essais en colonne, essais de succion par translation d'axe couplés (ou non) à la méthode des solutions salines, essais de succion modifié par Godbout et al., 2004). Les essais de rétention d'eau montrent, à l'image de la perméabilité, que la capacité de rétention d'eau du remblai hydraulique cimenté (plus faible au départ que celle du remblai en pâte) demeure relativement constante dans le temps alors que celle du remblai en pâte cimenté évolue avec le durcissement du matériau (avec des pressions pour amorcer le drainage passant de 50 kPa à 400 kPa et des succions résiduelles, de 700 kPa à 20 000 kPa pour le remblai en pâte cimenté). Les différences observées seraient attribuables au fait que le remblai en pâte possède et développe pendant son durcissement, une porosité beaucoup plus fme que son homologue hydraulique ainsi que des liens de plus en plus forts entre l'eau et la matrice cimentaire. En croisant l'ensemble de l'information issue de cette recherche, le remblai en pâte cimenté apparait clairement comme une option plus appropriée que le remblai hydraulique cimenté pour la gestion de rejets de concentrateur contenant de la pyrrhotite. Il est plus homogène et est caractérisé par une plus faible perméabilité et une plus forte capacité de rétention d'eau. Cela permet de maintenir sur l'ensemble de la masse des conditions saturées en eau qui agissent comme une barriére à l'oxygène, principal agent oxydant de la pyrrhotite dans les conditions étudiées.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Aubertin, Michel et Benzaazoua, Mostafa
Informations complémentaires: Comprend un résumé en français
Mots-clés libres: reactivite, pyrrohotite, remblai minier cimente, remblai hydraulique cimente, remblai en pate cimente, permeabilite, courbe de retention d'eau
Divisions: Sciences appliquées > Doctorat en sciences de l'environnement
Date de dépôt: 14 déc. 2012 14:16
Dernière modification: 25 févr. 2013 21:20
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/448

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