Évaluation du potentiel des polymères superabsorbants comme agent de rétention de métaux lourds et métalloïdes des eaux minières et amendement dans les recouvrements de type sol

Diallo, Fatoumata Binta Kanny (2022). Évaluation du potentiel des polymères superabsorbants comme agent de rétention de métaux lourds et métalloïdes des eaux minières et amendement dans les recouvrements de type sol. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1385

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Résumé

L’industrie minière est confrontée à de nombreux défis liés à la production d’importantes quantités
de rejets solides lors des activités d’exploitation (roches stériles) et de traitement des minerais
(résidus miniers fins ou rejet de concentrateur). Ces rejets qui sont parfois sulfureux, sont
entreposés dans des aires de stockage appelées respectivement haldes à stériles et parcs à résidus.
Cependant, une gestion inadéquate pourrait entraîner certaines instabilités d’ordres physique ou
chimique qui pourraient engendrer d’énormes dégâts à l’environnement. Un exemple d’instabilité
physique peut être les ruptures de digues provoquant la libération d’énormes quantités de résidus
miniers dans l’environnement, détruisant ainsi la faune et la flore sur leur passage. L’instabilité
d’ordre chimique ou géochimique se produit lorsque les résidus sulfureux s’oxydent à la suite de
leur exposition à l’oxygène de l’air et à l’eau des précipitations, et produisent le drainage minier
acide (DMA). Le DMA est l’un des problèmes environnementaux miniers le plus important. Afin
de limiter les risques liés aux instabilités physique (rupture de digues) et chimique (DMA) et leur
impact à long terme sur l’environnement, les rejets sulfureux doivent être gérés de façon adéquate.
De nombreuses techniques ont été développées pour la gestion des résidus miniers fins comme les
méthodes de stockage en surface des résidus miniers fins sous forme densifiée (densification par
déshumidification) et la gestion intégrée des résidus par différents types de recouvrement jouant le
rôle de barrière à l’oxygène de l’air ou à l’eau pour limiter leur oxydation. Habituellement, des
matériaux granulaires de nature géologique proches du site, des géocomposites ou des géomembranes sont utilisés à cette fin. En outre, l’utilisation des polymères superabsorbants (PSA) pour la déshumidification des résidus miniers fins en pulpe s’est avérée comme une alternative
prometteuse pour la réduction des risques d’instabilité physique des digues des parcs à résidus. La présente étude s’inscrit dans un projet de recherche visant à évaluer l’utilisation des polymères
superabsorbants (PSA) de type polyacrylate de sodium (PA-Na) dans la gestion des résidus miniers
fins. L’étude a donc pour but d’évaluer la faisabilité de création d’une couche de faible perméabilité
(CFP) faite d’un mélange de sable ou de résidus miniers fins avec des PSA et pouvant servir comme
matériau dans les systèmes de recouvrement des parcs à résidus miniers fins (phase 1). De plus, la performance des PSA dans l’enlèvement (total ou partiel) des métaux lourds dissous dans les effluents miniers a été évaluée dans le contexte de la CFP avec PSA (phase 2). Dans la première phase, quatre types de PSA (M06K, M06L, M85F et A03P), fournis par la
compagnie Drummondville, Recyc-PHP Inc., ont été caractérisés. Les analyses granulométriques
à sec ont permis de les classifier selon la taille moyenne des grains (du plus fin au plus grossier):
M0685F < M06K < A03P < M06L. Les essais d’absorption et de désorption permettant d’évaluer
la capacité d’absorption et de rétention de l’eau ou des effluents miniers des PSA ainsi que les
essais préliminaires réalisés ont permis de : i) choisir les PSA à grains grossiers (M06K, A03P et M06L) et leur dosage (1 g/500 ml d’eau) pour la déshumidification des résidus en pulpe, ii) choisir le PSA à grains fins M85F et les différentes proportions (de 0,3% à 1% de la masse sèche de sable ou de résidus) dans les mélanges destinés à la création de la couche de faible perméabilité (CFP) dite de rétention d’humidité (CRH). Les caractérisations hydrogéotechniques de la CFP en laboratoire (conductivité hydraulique
saturée ou ksat, courbes de rétention d’eau CRE) ont été réalisées avec des mélanges contenant uniquement les PSA à grains fins (M85F) à cause de leur capacité à former du gel (gel blocking).
Les résultats obtenus révèlent que plus la proportion de PSA est importante dans le matériau, plus la conductivité hydraulique saturée du mélange devient faible, et atteint 10-7 à 10-8 m/s, alors que ksat mesurée pour le sable (matériau témoin) était de 10-5 m/s, soit une réduction de 2 à 3 ordres de grandeur. Dans la deuxième phase, des essais en colonne ont été réalisés pour évaluer le comportement de la
CFP. Les résultats ont démontré que les mélanges de sable avec des PSA à grains fins (M85F)
avaient une très grande capacité de rétention de l’eau absorbée et de l’humidité environnante. En
effet, les CFP simulés en colonnes semblaient imperméables à l’eau après que le gel des PSA
contenu dans le mélange se soit formé à la suite du rinçage/mouillage par suite du gel formé, dépendamment de la proportion des PSA. Dans cette phase, les essais d’enlèvement de métaux lourds dissous dans des solutions synthétiques (simulant le drainage neutre contaminé ou DNC) par les PSA ont montré des résultats concluants et très encourageants pour la gestion des eaux minières. En effet, les taux d’enlèvement d’éléments As, Co, Cu et Ni sont respectivement de 89,2 à 90,4% (avec les PSA M06L), 54,9 à 65,4% (avec les PSA M85F), 50,8 à 58,1% (avec les PSA A03P) et 55,9 à 62,7% (avec les PSA M06K). Au terme de cette étude, les résultats obtenus montrent qu’il serait tout à fait faisable de créer une
couche de faible perméabilité (CFP) dite de rétention d’humidité (CRH) en mélangeant un matériau
de nature géologique (sable) avec de très faibles proportions ( 1% de la masse sèche de sable) de
de matériaux synthétiques (PSA de type PA-Na). Une telle couche CFP a démontré sa capacité à réduire drastiquement la perméabilité du sable qui devient un matériau quasi imperméable qui agira comme barrière à l’oxygène ou barrière à l’eau dans des systèmes de recouvrement pour la restauration des parcs à résidus. De plus, les PSA ont démontré un grand potentiel pour l’enlèvement significatif de certains métaux lourds ou métalloïdes dissous dans des eaux contaminées et auraient un potentiel d’utilisation dans la gestion du DNC, afin de réduire son impact sur l’environnement.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur de mémoire/thèse:	Belem, Tikou
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Mbonimpa, Mamert et Maqsoud, Abdelkabir
Mots-clés libres:	Couche de faible perméabilité, Conductivité hydraulique saturée, Polymère superabsorbant, Polyacrylate de sodium, Absorption, retention des métaux et métalloïdes
Divisions:	Génie > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	08 déc. 2022 13:48
Dernière modification:	08 déc. 2022 13:48
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1385

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