Évaluation en laboratoire de recouvrements spécifiquement adaptés au contrôle du drainage neutre contaminé

Pétel, Karine (2017). Évaluation en laboratoire de recouvrements spécifiquement adaptés au contrôle du drainage neutre contaminé. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/724

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Résumé

Évaluation en laboratoire de recouvrements spécifiquement adaptés au contrôle du drainage neutre contaminé

La restauration de sites générateurs de drainage neutre contaminé (DNC), est un nouveau défi auquel doit faire face l’industrie minière. Les effets du DNC peuvent se résumer en une décharge de métaux lourds toxiques (As, Co, Cd, Cr, Mo, Mn Ni, Sb, Sn, Se, Zn) dans l’environnement à des concentrations dépassants les limites permises par les normes gouvernementales à l’effluent final de la mine. La solubilité de ces métaux à des pH neutres ainsi que leur grande mobilité dans l’eau et l’environnement sont les particularités qui définissent ce type de drainage. Il existe différents modes de formation pour le DNC dont l’oxydation de sulfures dans des résidus miniers contenant un potentiel de neutralisation suffisant pour empêcher la formation du drainage acide et les résidus faisant l’objet du présent projet se classent dans cette catégorie.

Les sites potentiellement générateurs de DNC nécessitent le développement de stratégies de restaurations spécifiquement adaptées à leurs caractéristiques géochimiques qui diffèrent de celles rencontrées dans les conditions acides. Ce projet constitue les premiers pas pour le développement de méthodes adaptées (techniquement et économiquement) à des sites générateurs de DNC. Un des aspects principaux de ce projet consiste à déterminer le niveau de contrôle nécessaire pour limiter efficacement la génération de drainage neutre contaminé pour les résidus provenant des parcs de Joutel et de Canadian Malartic.

Le phénomène à la base de la mobilisation des métaux dans l’eau est l’oxydation des sulfures. Les difficultés à prédire le drainage neutre contaminé sont souvent reliées à la faible réactivité des rejets ou aux faibles teneurs en métaux potentiellement nuisibles. Tel est le cas pour les résidus potentiellement générateurs de DNC utilisés lors de ces essais, qui démontrent des teneurs initiales en zinc de 70 ppm pour les 2 résidus ainsi qu’une quantité de 450 ppm d’arsenic dans les résidus de Joutel. Les études précédentes ainsi que les résultats des caractérisations chimiques et minéralogiques des résidus de Canadian Malartic et de Joutel, ont démontré que leur potentiel de lixiviation de métaux était faible.

Pour simuler des processus réels d'oxydation et de neutralisation qui ont lieu sur le terrain à l'échelle du laboratoire, les essais cinétiques en colonnes sont considérés comme les plus représentatifs des conditions réelles. Le processus d'oxydation est accéléré par le mouillage et le séchage alternés des minéraux composant les résidus et ce type d’essai permet la précipitation des minéraux secondaires qui sont les produits de la neutralisation. De plus, ces modèles physiques (les colonnes) permettent de simuler plusieurs types de recouvrements et d’évaluer leur performance à limiter la lixiviation des métaux/métalloïdes. Pour ce projet, quatre types de recouvrements ont été testés pour chaque résidus, ces scénarios incluent deux techniques de recouvrements typiques utilisées sur des résidus générateurs de DMA, soit une CEBC et une couverture avec nappe d’eau surélevée, et deux autres scenarios conçus pour fournir une protection réduite. Tous les matériaux utilisés dans les essais en colonnes ont été caractérisés (avant et après les essais) pour leurs propriétés minéralogiques, chimiques, physiques et hydrogéologiques.

Les dix colonnes ont été soumises à des lixiviations périodiques (1 fois/mois), avec un suivi du comportement hydrogéologique pour une durée totale de 400 jours. Le suivi de la qualité de l'eau en parallèle avec les mesures du flux d’oxygène ont été réalisés afin d’évaluer la performance des recouvrements à limiter la lixiviation d’éléments problématiques. La chimie des eaux de drainage dépend à la fois des réactions avec les minéraux primaires et de la précipitation et dissolution des minéraux secondaires ce qui génère un degré variable de contamination contrôlé par des processus d'atténuation naturelle. Pour les 2 résidus, tout au long des essais le pH du lixiviat est demeuré neutre à cause du potentiel de neutralisation significatif des carbonates. L’évolution des sulfates a suivi celle des espèces neutralisantes (Ca+Mg+Mn) dans les lixiviats.

Les résultats de la qualité de l’eau de lixiviation ont démontré que les éléments qui se sont retrouvés dans ces eaux à des concentrations près ou légèrement supérieures à la limite permise par la directive 019, sont tous des éléments qui n’étaient présents qu’à l’état de trace au départ dans les résidus (Zn, As). Les analyses élémentaires par cartographie au MEB ont permis de détecter la présence de ces deux éléments à l’état de traces dans la pyrite. Pour la durée des essais, tous les éléments sont demeurés sous les limites de la directive 019 sauf pour la concentration en zinc dans la colonne témoin des résidus Joutel, qui a dépassée le critère de la norme depuis le jour 340. Toujours pour cette colonne, l’arsenic s’est approché de la limite de la directive, qui est de 0,2 mg/L sans toutefois la dépasser. La colonne témoin des résidus Canadian Malartic s’est approché de la limite du zinc sans toutefois l’atteindre.

Sous les conditions géochimiques des essais en colonnes, les résultats des calculs d’équilibre géochimiques indiquent que les éléments Mg, Al, Fe, Mn sont hydrolysés et forment divers minéraux secondaires d’oxydes et d’hydroxydes, les sulfates dont le gypse et la barite présentent également un indice de saturation positif, ce qui indique une précipitation possible de ces minéraux. Les observations au microscope optique et au microscope électronique à balayage, ainsi que la cartographie et les microanalyses ont permis d’observer et d’identifier l’existence de phases secondaires principalement sous forme d’(oxy)hydroxydes de Fe ayant précipitées dans les résidus des colonnes témoin de Canadian Malartic et Joutel.

Les objectifs de conception des recouvrements pour la restauration des sites générateurs de DMA sont de limiter les flux d’oxygène à des valeurs comprises entre 1 et 2 mol/m2/an pour des résidus frais. Lors de ce projet, les nappes phréatiques ont été simulées à une profondeur supérieure à l’AEV des résidus, ce qui a induit un drainage partiel dans les résidus et/ou dans la couche de rétention des recouvrements de type CEBC. Sous ces conditions d’expérimentation, les flux d’oxygène mesurés sont relativement élevés et ils se sont situés entre 25 et 550 mol/m2/an, selon le type de recouvrement et de résidus.

En somme, ces résultats ont démontrés qu’il y a une bonne corrélation entre les flux d’oxygène et les concentrations ponctuelles et cumulées des métaux retrouvées dans les lixiviats, (zinc) pour les résidus Canadian Malartic et (zinc et arsenic) pour les résidus de Joutel. En comparant les concentrations ponctuelles de métaux dans les lixiviats avec les flux d’oxygène, il a été possible d’estimer un flux d’oxygène acceptable pour chaque résidus. Les résultats indiquent que le flux maximal d’oxygène acceptable pour les résidus Joutel se situe autour de 35 mol/m2/an et pour les résidus Canadian Malartic, il se situe autour de 40 mol/m2/an. Clairement, la production de Zn dans les eaux de lixiviation est plus élevée pour les colonnes témoins que pour les colonnes recouvertes et elle diminue lorsque l’efficacité des recouvrements augmente. Il en va de même pour la lixiviation de l’As dans les résidus Joutel.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur de mémoire/thèse:	Demers, Isabelle
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Bussière, Bruno et Plante, Benoît
Mots-clés libres:	Drainnage, neutre, contaminé, restauration, résidu, miniers, colonnes, essaie, flux, oxygène.
Divisions:	Génie > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	14 sept. 2017 19:16
Dernière modification:	14 sept. 2017 19:16
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/724

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