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Évaluation de la stabilité chimique des polymères superabsorbants et leur potentiel de séquestration en métaux dans les eaux des pulpes de résidus

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Addi, Nor el hoda (2020). Évaluation de la stabilité chimique des polymères superabsorbants et leur potentiel de séquestration en métaux dans les eaux des pulpes de résidus. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1240

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Résumé

Au cours des dernières années, de nombreuses recherches ont été entreprises dans le but de développer de nouvelles techniques permettant de maîtriser la gestion des rejets miniers. La plupart de ces méthodes visent à entreposer les rejets miniers de façon sécuritaire et économique. Cependant, la gestion des rejets miniers constitue un des plus grands défis environnementaux. Ceci est lié aux quantités considérables de rejets miniers dont les plus importants sont les roches stériles et les rejets de concentrateur.
La méthode la plus conventionnelle de gestion des rejets de concentrateur consiste à les stocker en surface dans des parcs à résidus. Ces derniers nécessitent la construction d'importantes digues de confinement souvent très coûteuses et générant certaines vulnérabilités liées aux risques d'instabilité. Le problème de l’entreposage en surface des résidus miniers est principalement lié à deux facteurs: les grandes quantités d’eau à gérer et la minéralogie des rejets de concentrateur, surtout leur teneur en sulfures. Par ailleurs, le drainage minier acide (DMA) est l'un des problèmes environnementaux les plus importants auquel doit faire face l'industrie minière. Il se produit lorsque les minéraux sulfureux contenus dans les rejets de concentrateur s'oxydent en présence de l'eau et de l'oxygène; ce qui conduit à la génération d'acidité rendant les métaux solubles. Les parcs à résidus deviennent donc difficiles à entretenir et à gérer sur le long terme. Une nouvelle technique alternative dans le processus de gestion des pulpes des résidus miniers a été proposée. Cette technique consiste à utiliser les polymères superabsorbants (PSAs) dans le processus de densification des résidus en pulpe. Le but est de réduire les risques d’instabilités physiques et chimiques des résidus miniers et d’assurer une bonne gestion de l’eau dans les parcs à résidus. L’utilisation des PSAs permettrait de réduire les teneurs en eau des pulpes, en raison de leur forte capacité d’absorption en eau et de la possibilité de leur séquestration des métaux.
L'objectif de ce projet consiste à évaluer expérimentalement la stabilité physico-chimique à long terme des (PSAs), en vue de leur utilisation dans la densification des pulpes de résidus miniers, destinés à la déposition en surface dans des parcs à résidus. Pour ce faire, une étude expérimentale a été réalisée sur des PSAs pour évaluer leur comportement dans les eaux surnageantes. Trois eaux surnageantes (mine A, mine B et mine C) ayant des compositions chimiques différentes ont été utilisées dans cette étude. Ces eaux sont chargées essentiellement en cations métalliques et en sulfates avec un pH légèrement basique. Les résultats obtenus ont montré l’efficacité des PSAs dans la rétention d'eau et la séquestration des ions de métaux lourds. Les taux de gonflement sont respectivement de 46,8 g/g pour la mine A, 33,3 g/g pour la mine B et 215,4 g/g pour la mine C. Les potentiels de séquestration varient d’une eau à l’autre selon leur composition chimique; ainsi, le potentiel de séquestration de Cu est de 31,3% pour l’eau de la mine A (CM), de 28,6% pour l’eau de la mine B (WW) et de 51.2% pour l’eau de la mine C (LR). Cette variabilité de séquestration est liée essentiellement à la géochimie des eaux. Ainsi, la présence de certains cations comme le calcium et le potassium entrainent une concurrence entre les cations métalliques et diminuent l’absorption des PSAs. D’autre part, le comportement des PSAs a été évalué dans des solutions salines synthétiques afin de statuer sur leur potentiel de séquestration par rapport à chaque ion métallique, et pour optimiser les facteurs influençant la capacité de séquestration des PSAs. Les résultats obtenus ont montré que le processus de séquestration des PSAs soutient le modèle d'adsorption de Freundlich. Les facteurs principaux affectant la séquestration sont : la concentration de l’élément, le pH du milieu et les sites disponibles dans le polymère. Ainsi, la sélectivité de séquestration dépend de la valence atomique, du rayon ionique et du type de PSA.
L’influence des conditions climatiques sur les PSAs recyclés de type PA-Na a été également évaluée dans le but de statuer sur leur utilisation potentielle dans le processus de densification des résidus miniers, ainsi que sur leur stabilité à long terme lors de leur exposition aux conditions climatiques dans un parc à résidus. Les résultats obtenus montrent l’efficacité des PSAs en termes de rétention des eaux surnageantes sans relargage des éléments dissous sous l’effet de l’eau de pluie et dans le cas de leur exposition (directe et indirecte) aux cycles de gel-dégel. Toutefois, le rayonnement UV a causé une détérioration de la réticulation des PSAs, engendrant ainsi leur dissociation totale dans l’eau. Le rayonnement UV agressif est en mesure de détruire complètement les polymères superabsorbants.

Type de document: Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur de mémoire/thèse: Maqsoud, Abdelkabir
Codirecteurs de mémoire/thèse: Belem, Tikou et Mbonimpa, Mamert
Mots-clés libres: polymère superabsorbant ; potentiel de séquestration, résidus miniers, métaux lourds, gel degel, radiation ultraviolet, stabilité chimique, taux d'absorption
Divisions: Mines et eaux souterraines > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 21 oct. 2020 13:16
Dernière modification: 23 oct. 2020 17:51
URI: https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1240

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