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Évaluation du comportement géochimique en conditions normale et froides de différents stériles présents sur le site de la mine Raglan.

Éthier, Marie-Pier (2011). Évaluation du comportement géochimique en conditions normale et froides de différents stériles présents sur le site de la mine Raglan. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Science appliquées, 238 p.

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Résumé

Les stériles miniers sont des rejets solides produits en grande quantité par l’industrie minière et sont habituellement entreposés en surface sur les sites miniers sur des haldes à stériles. Des minéraux présents dans ces rejets peuvent réagir avec l’eau et l’air et contaminer l’eau de drainage des haldes et, par le fait même, les milieux récepteurs. Ce type de contamination peut produire un drainage acide ou neutre; on parlera alors soit de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). À la mine Raglan, propriété d’Xstrata Nickel, les eaux de drainage des haldes à stériles ont parfois des pH et des concentrations en nickel ne respectant pas les normes gouvernementales et nécessitent un traitement avant d’être rejetées à l’environnement. La mine Raglan est située dans la région du Nunavik, Québec (62°N) et exploite un gisement de nickel-cuivre depuis 1998. Les stériles y sont entreposés dans des haldes durant les opérations avant d’être éventuellement enfouis en remblai rocheux dans les anciennes galeries des mines souterraines ou encore servir de matériaux de remblayage des fosses. Le concept de restauration est basé sur l’intégration des stériles au pergélisol, ce qui devrait permettre de limiter l’oxydation des sulfures et la génération de drainage contaminé. À la mine Raglan, la profondeur du pergélisol est de près de 600 mètres et sa température minimale est de -6,9°C. Présentement, à la mine, tous les types de stériles sont regroupés (aucune sélection sur le site) et entreposés nonobstant leur potentiel de contamination. Une étude antérieure nous indique cependant que les stériles éloignés du gisement (roche mère ne contenant pas de minerai, qui lui est réactif) pourraient ne pas avoir de potentiel de contamination (Bussière, Plante, Bouzahzah et Benzaazoua, 2008). Si ces types de roches étaient inertes, la gestion des stériles sur le site pourrait être optimisée pour réduire l’empreinte environnementale des stériles problématiques. Le but de ce projet est de caractériser le comportement géochimique de stériles dont la minéralogie n’est pas influencée par le gisement, en conditions normale (de laboratoire) et froides. On vise à mieux connaître les phénomènes impliqués dans la génération ou l’atténuation d’une éventuelle contamination et l’effet de la température sur ceux-ci. Pour ce faire, sept échantillons de géologies et de provenances différentes ont été sélectionnés sur le site. Des essais cinétiques et de consommation d’oxygène en colonnes ont été effectués sur les stériles échantillonnés (70 kg) à température normale afin de déterminer le potentiel de contamination des stériles. D’autres essais à plus petite échelle, soit en mini-cellules d’altération (67 g), ont aussi été réalisés à différentes conditions (22°C, 10°C, -6°C et en alternant des cycles de gel et dégel) pour déterminer l’effet de la température sur leur comportement géochimique. Cet essai est plus agressif que l’essai en colonne et permet ainsi de mieux percevoir les différences géochimiques. Les essais en colonnes ont montré que six des sept types de stériles ne sont pas potentiellement générateurs d’acidité (PGA). Le PGA de l’olivine-pyroxénite de la mine 3 est quant à lui incertain. L’acidité peut être produite dans les stériles par l’oxydation des sulfures, principalement pour les roches étudiées soient : la pyrrhotite, la pentlandite, la pyrite et la chalcopyrite. Le potentiel de neutralisation des stériles provient principalement des silicates et de la calcite présente en traces dans l’olivine-pyroxénite de la mine 3. Un seul type de stérile génère du nickel dans les eaux de drainage des colonnes: la péridotite de la mine Kikialik (en moyenne 0,280 mg/kg stérile/an et à des concentrations inférieures à la Directive 019). Celui-ci pourrait être causé par la dissolution de croûtes d’altération présentes sur les surfaces de ce type de roche (présentes en grande quantité pour ce type de stérile seulement), ainsi que par l’oxydation de sulfures de nickel (pentlandite) et de la pyrrhotite qui peut contenir du nickel en impureté. Les autres types de stériles ne libèrent pas de nickel en solution à court terme, bien que la péridotite de la mine 3 et l’olivine-pyroxénite des mines 2 et 3 contiennent des teneurs en soufre et en nickel équivalentes ou supérieures à celles de la péridotite de la mine Kikialik. L’absence de nickel dans l’eau de rinçage de ces matériaux peut s’expliquer soit par sa précipitation sous forme d’hydroxyde à des pH supérieurs à 8 ou sa sorption sur les surfaces des stériles. Ainsi, en raison de ces deux phénomènes qui pourraient être présents (et éventuellement s’atténuer), on ne peut pas statuer sur le potentiel de génération de DNC à long terme des stériles. Les chances que le gabbro de la mine 2, l’argilite de la mine 3 et la volcanique produisent du DNC sont toutefois très minces étant donné leurs très faibles teneurs en nickel. On a pu déterminer avec les mini-cellules d’altération que les taux d’oxydation des sulfures et la lixiviation des silicates diminuent avec la température et peuvent être prédits de façon adéquate avec la loi d’Arrhénius. Une faible lixiviation de sulfates est observée à -6°C pour 5 des 7 types de stériles, suggérant qu’il y ait encore une faible oxydation des sulfures à cette température. Le calcium est libéré en plus grande quantité à faible température (10°C et -6°C) qu’à température normale en raison d’une augmentation de la réactivité de la calcite (présente en traces) ; cette dissolution serait produite en réponse à la production d’acidité créée par la mise en solution du CO2 atmosphérique qui est plus grande à faible température. Le comportement du calcium fait en sorte que le rapport des taux de libération des éléments des minéraux neutralisants (surtout Ca et Mg) sur le taux d’oxydation des sulfures est plus élevé à des températures plus froides. L’alternance des cycles de gel et de dégel a, pour sa part, entraîné de façon générale une hausse de l’oxydation des sulfures et de la libération du fer dans le lixiviat. En comparant les différents taux de lixiviation obtenus dans cette étude, on constate qu’il y a des effets d’échelle entre les essais en colonne et les mini-cellules d’altération et qu’il y a un effet de température. Cependant, il est impossible d’utiliser une seule relation pour extrapoler les taux de lixiviation de tous les éléments ou de tous les minéraux à une autre température ou à une échelle différente. À la lumière des résultats de cette étude, on recommande donc à la mine de gérer les stériles ayant un potentiel de DNC à court terme avec les stériles potentiellement générateurs de DMA et de privilégier ceux-ci pour le remblai souterrain ou le remplissage des fosses afin de faciliter leur intégration au pergélisol et réduire leur réactivité. Les matériaux n’ayant pas de potentiel de génération d’acide et ayant un faible potentiel de génération de DNC (à long terme seulement) pourraient être stockés sur une plus longue période en surface et même être utilisés comme matériaux de base pour la restauration (comme matériaux de recouvrement pour les stériles dans les fosses ou pour le parc à résidus). Ainsi, la production de contamination sur le terrain et les coûts reliés au traitement des eaux et à la restauration pourront être réduits durant les opérations de la mine.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Bussière, Bruno
Co-directeurs de mémoire/thèse: Benzaazoua, Mostafa et Nicholson, Ronald V.
Mots-clés libres: drainage neutre contaminé, stériles miniers, climat nordique, prédiction cinétique, caractérisation.
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 18 août 2015 17:49
Dernière modification: 18 août 2015 17:49
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/647

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