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Amélioration de la résistance mécanique des remblais miniers en pâte cimentés : étude des effets de l’ajout d’adjuvants et de liants alternatifs

Mangane, Mouhamed Bini Coulibaly (2016). Amélioration de la résistance mécanique des remblais miniers en pâte cimentés : étude des effets de l’ajout d’adjuvants et de liants alternatifs. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Science appliquées, 164 p.

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Résumé

Le remblai minier en pâte cimenté (RMPC) est une des méthodes de gestion intégrée des résidus miniers issus du traitement de minerais. C’est un mélange de résidus miniers, d’eau et de liant. Il présente plusieurs avantages d’ordre technique (support de terrain), économique et environnemental. En effet, il permet une exploitation minière plus complète (car laissant moins de pilier) et de retourner sous terre jusqu’à 50% des résidus (problématiques s’ils étaient déposés en surface). Cependant, cette pratique engendre d’importants coûts reliés à l’achat des liants qui représentent près de 80% des coûts globaux d’une opération de remblayage par RMPC. Dans cette perspective, le but de la présente étude était d’améliorer les résistances mécaniques des RMPC, tout en réduisant les coûts engendrés par la fabrication de ces derniers. Deux approches ont été investiguées. D’une part la substitution des liants traditionnels par des liants alternatifs sans ou avec faible valeur économique, et d’autre part par l’ajout d’adjuvant tels que les superplastifiants qui permettent de mieux optimiser l’ajout d’eau prouvée comme néfaste sur les propriétés mécaniques des RMPC. Par conséquent, il s’agit, en premier lieu, d’investiguer l’effet des divers additifs utilisés lors de la fabrication des RMPC comme les agents floculant. En second lieu, afin d’étudier la substitution optimale des liants traditionnels, le plan expérimental Taguchi a été utilisé pour déterminer les recettes optimales de liant suivi de leur géopolymérisation pour améliorer leur performances mécaniques tout en s’attardant sur l’effet pouzzolanique de ces sous-produits. En dernier lieu, l’évaluation de l’effet de diverses familles de superplastifiants sur les performances du remblai a été réalisée à l’aide d’essais de mesure du slump (affaissement), de compression uniaxiale, microcalorimétrie et la mesure du potentiel Zêta. Pour ce faire, quatre types de résidus (4 points d’échantillonnage dans l’usine de remblai) provenant de la mine polymétallique de LaRonde, quatre différentes familles de superplastifiants (lignosulfonate, polynaphtalène sulfonate, polymélamine sulfonate et polycarboxylate), différents liants alternatifs (sous-produits industriels ayant des propriétés pouzzolaniques) et du silicate de sodium ont été utilisés. Les résultats de l’étude ont montré d’une part que les différents procédés chimiques et les divers additifs (floculat, chaux, etc.) utilisés au cours de la fabrication du remblai n’ont aucune influence significative sur les propriétés mécaniques (UCS) des remblais. En outre, les sous-produits industriels ont une propriété pouzzolanique, participent aux réactions d’hydratation et ce sont les cendres de Kruger qui présentaient les meilleures propriétés pouzzolaniques. Environ 30% des liants traditionnels sont substitués par les liants alternatifs mais les résistances mécaniques des liants traditionnels demeurent les meilleures. Cependant, l’ajout du silicate de sodium permet d’améliorer les performances mécaniques des remblais. En effet, la résistance mécanique de la recette optimale à base des cendres de Kruger a atteint 97% de la résistance de la recette référence (GU-Laitier 20-80 à 5%) à 7 et à 28 jours. En outre, la substitution des liants traditionnels par les liants alternatifs présente certains avantages environnementaux et économiques. En effet, l’utilisation des sous-produits industriels permet de réduire les aires de stockage en surface de ces deniers limitant ainsi leur empreinte écologique tout en réduisant les coûts reliés à l’achat des liants. Les formulations proposées respectent les critères généraux de design (1000 kPa à 28 jours) avec une économie, en moyenne, de 1.9 $ par tonne de remblai. Avec l’ajout du silicate de sodium, les nouvelles formulations permettent aussi d’atteindre des résistances mécaniques similaires à la référence (GU-Laitier 20-80 à 5%) avec 0.4$ par tonne de remblai comme économie. D’autre part, l’ajout de superplastifiant dans la formulation des RMPC conduit à l’amélioration de leurs performances mécaniques ainsi que l’ouvrabilité tout en réduisant la demande en eau. L’effet des superplastifiants dépend de leurs modes d’action et de leurs dosages. En effet, le polycarboxylate s’est avéré celui qui performe le plus en permettant de réduire la teneur en liant de 5 à 3% tout en offrant les même résistances mécaniques que la référence (GU-Laitier 20-80 à 5%). Cependant, l’ajout de superplastifiants a un effet retardateur sur l’hydratation des ciments et cet effet est beaucoup plus accentué quand le dosage en superplastifiant est supérieur à un optimum. Ces dosages optimaux par rapport à la masse sèche de liant sont de 3% (lignosulfonates), 5% (naphtalène et mélamine) et 7% (polycarboxylate). En outre, l’utilisation des superplastifiants présente certains avantages environnementaux et économiques. En effet, les superplastifiants entrainent une diminution de la demande en eau, ce qui augmente le pourcentage solide entrainant ainsi une augmentation de la quantité de résidus à retourner sous terre. Aussi, l’utilisation des superplastifiants améliore les résistances mécaniques après curage des RMPC. En conséquence, cela permettrait de réduire la quantité de liants, entrainant ainsi une baisse des coûts relatifs à l’achat des liants.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Benzaazoua, Mostafa
Co-directeurs de mémoire/thèse: Tranghessec, Romain et Tagnit-Hamou, Arezki
Mots-clés libres: résistance, mécanique, remblais, miniers, pâte, cimentés, adjuvants, liants, alternatifs
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 07 août 2017 15:03
Dernière modification: 07 août 2017 15:03
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/720

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