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Étude des propriétés rhéologiques de résidus miniers densifiés

Ouattara, Drissa (2011). Étude des propriétés rhéologiques de résidus miniers densifiés. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Génie minéral, 331 p.

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Résumé

L’industrie minière connaît ces dernières années un essor mondial exceptionnel consécutif à l’évolution des cours mondiaux des métaux. Le niveau élevé des prix des métaux a favorisé l’exploitation de gisements à faible teneur en métaux souvent restés inexploités à cause des conjonctures économiques défavorables. Toutefois, la mise en exploitation de gisements miniers à faible teneur de coupure est à l’origine de la production d’importante quantité de rejets solides, liquides et gazeux. Cela est attribuable au fait que pour obtenir une même quantité appréciable de substances utiles, les gisements à faible teneur nécessitent l’extraction et le traitement de quantités plus importantes de minerais que dans le cas de gisements à forte teneur. Ces grandes quantités de rejets issues de cette industrie doivent être gérées de manière responsable. En raison des exigences environnementales de plus en plus restrictives, l’industrie minière est obligée d’améliorer de manière constante ses pratiques de gestion de ses rejets. La recherche entreprise dans le domaine de l’environnement minier ces dernières décennies a conduit à la mise en place de techniques de gestion efficaces de réduction, voire d’élimination, de certains impacts néfastes. Dans le registre de la gestion efficace, on peut citer l’avènement des techniques de densification en réponse aux problèmes de grande taille des parcs à résidus et aux risques de rupture des digues de retenue. Cette technique consiste à accroître le pourcentage solide des résidus en procédant à un retrait d’eau grâce à des épaississeurs de grandes performances et de filtres. Par conséquent, cette technique permet d’améliorer les caractéristiques hydrogéotechniques des résidus tout en permettant un recyclage important de l’eau, ce qui constitue un avantage réel surtout dans les régions à climat aride ou glacial. En fonction des pourcentages de solides des résidus densifiés produits, on distingue les résidus épaissis ayant un pourcentage de solides supérieur à 50% et inférieur à 70%, les résidus en pâte dont le pourcentage de solides est compris entre 70% et 85% et les résidus filtrés présentant un pourcentage de solides très élevé, supérieur à 85%. Notons que les résidus à l’état de pâte peuvent être utilisés dans les remblais cimentés en pâte et servir au remblayage des excavations dans les exploitations souterraines. En revanche, cette technique de densification des résidus, en dépit des avantages ci-dessus cités, est à l’origine de problèmes associés à leur transport adéquat (résidus épaissis et en pâte) au lieu de déposition par pipelines (les résidus filtrés sont transportés par camions ou convoyeurs). En effet, les résidus à l’état dense sont des fluides non-newtoniens à l’opposé des résidus non densifiés dont le pourcentage de solides varie de 30 à 45%. Le design d’un système de transport de fluide non-newtonien implique la connaissance des paramètres rhéologiques (le seuil de cisaillement et la viscosité) qui vont contrôler l’écoulement à travers un réseau de distribution en pipelines. Pour une optimisation du transport des résidus densifiés (épaissis et en pâte), cette étude porte sur la détermination de leurs propriétés rhéologiques a été menée sur deux types de résidus provenant des mines Doyon et LaRonde. Ainsi, l’effet des propriétés des résidus et l’influence de l’ajout de certains types d’agents liant à différentes proportions ont été étudiés. Pour s’assurer d’effectuer des mesures fiables, une première phase du projet a consisté à la validation des procédures expérimentales utilisant le rhéomètre rotatif AR2000 de TA Instruments. Cette phase portait sur l’évaluation de plusieurs procédures telles que le « continuous ramp flow » (écoulement à rampe continue), le « steady state step flow » (écoulement avec palier d’état d’équilibre) et le « stepped flow step » (écoulement à palier renforcé) pour les essais en mode écoulement et les procédures de « frequency sweep » (balayage fréquentiel) et de « stress sweep » (variation de contrainte) pour les essais en mode dynamique. Ces procédures ont été appliquées pour le calibrage du rhéomètre par l’usage de fluides standards newtoniens et non-newtonien. Toutes ces procédures ont permis un calibrage exact et la procédure de continuous ramp flow a été sélectionnée pour la suite des essais en raison de sa relative rapidité. Dans l’optique de conforter les procédures de mesure sur le rhéomètre AR 2000, les mesures ont été validées par comparaison des résultats obtenus sur un autre appareil équipé d’une géométrie co-axiale, en l’occurrence le viscosimètre ConTec de l’Université de Sherbrooke, pour des recettes identiques des résidus et de remblais. Le bon accord entre les résultats des deux appareils a confirmé que la procédure adoptée de continuous ramp flow est appropriée. Dans la 2e phase du projet, les mesures ont été réalisées pour évaluer les effets des types d’agents liant ainsi que de leurs proportions sur les propriétés rhéologiques, de même que l’effet de l’âge des échantillons après le malaxage résidus-liant-eau. Les résultats montrent que les liants ont tendance à accroitre les paramètres rhéologiques à la fois par le simple fait de leur ajout aux rejets que par l’effet du temps de cure. En effet, le seuil de cisaillement et la viscosité sont nettement plus élevés avec les rejets cimentés (remblais) même à l’âge de 10 min comparativement aux résidus simplement épaissis sans liant. Aussi, un comportement thixotropique a été observé avec les résidus et remblais étudiés. Les données rhéologiques ont été corrélées avec les résultats obtenus à l’aide d’outils simples comme le mini-cône, le petit cône d’Abrahms et le V-funnel (entonnoir en V). Les régressions linéaires de ces corrélations ont données équations avec des coefficients de détermination acceptables. La procédure de calcul des paramètres d’écoulement des fluides non-newtoniens dans les pipelines, notamment la perte de charge et la vitesse d’écoulement, développée par Hallbom (2008) a été appliquée sur quelques recettes des résidus et des remblais de la mine Doyon à 70% de solides. Les résultats montrent que les pertes de charge unitaire augmentent avec le seuil de cisaillement. L’effet d’un superplastifiant le glenium 3030NS visant à améliorer les propriétés rhéologiques des résidus aux pourcentages de solides supérieur à 72,5 % a été évalué de façon préliminaire. Cela s’est traduit par une réduction plus marquée du seuil de cisaillement mais un effet moindre sur la viscosité.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Mbonimpa, Mamert
Co-directeurs de mémoire/thèse: Belem, Tikou
Mots-clés libres: remblais minier, résidus minier densifiés, rhéologie, transporteur pipeline.
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 14 sept. 2015 13:29
Dernière modification: 14 sept. 2015 13:29
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/649

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