Étude du comportement géochimique des rejets désulfurés dans des conditions oxiques et anoxiques

Ndzengue, Séraphine Winnie (2025). Étude du comportement géochimique des rejets désulfurés dans des conditions oxiques et anoxiques. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abiti-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1707

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Résumé

RÉSUMÉ

Les rejets miniers, lorsqu’ils sont désulfurés ou que leur concentration en soufre total est faible (%S total < 0,3), tendent à générer moins d’acidité en raison de la faible disponibilité des sulfures pour l’oxydation. Grâce à cet avantage, la désulfuration environnementale est une méthode de gestion des résidus de plus en plus envisagée par les industriels. Cependant, peu d’informations sont disponibles sur le comportement géochimique des rejets désulfurés entreposés en conditions anaérobiques. C'est dans ce contexte que s'inscrit l’objectif principal de ce projet de recherche : comprendre l’évolution géochimique des rejets désulfurés en conditions oxiques et anoxiques.

Pour atteindre cet objectif, des essais en minicellules d’altération ont été réalisés et la géochimie des lixiviats en conditions oxiques et anoxiques a été analysée. Des analyses physiques, chimiques (ICP-MS, S/C) et minéralogiques (MO, MEB, DRX) ont été effectuées sur les matériaux, avant et après les essais. Les lixiviats ont ensuite été soumis à une modélisation thermodynamique via Visual MINTEQ, tandis que les matériaux solides post-rinçage ont fait l’objet d’une extraction en parallèle. Les matériaux utilisés proviennent de la mine Doyon-Westwood, exploitée par l’entreprise Iamgold située à 40 km de Rouyn-Noranda (Québec, Canada), ainsi que de la mine Éléonore, exploitée par Dhilmar au nord du Québec. Les rejets de Westwood ont été désulfurés avant les essais cinétiques.

Sur le plan géochimique, les résultats des essais en minicellules d’altération ont montré que les matériaux sulfureux Doyon frais (DF) et Doyon oxydé (DO) sont générateurs d’acide, avec des pH acides (< 4) et des concentrations marquées de Fe, de Cu et de Zn. Leur comportement est similaire dans les deux types de conditions. Une diminution de la libération des métaux a cependant été observée dans le matériau DO. En ce qui concerne les matériaux désulfurés Éléonore frais (EF), Éléonore oxydé (EO) et Westwood désulfuré (WD), leurs lixiviats présentent des pH neutres et des faibles concentrations d’éléments métalliques (Fe, Cu, Zn, Ni, Pb) excepté dans EF et EO où les concentrations en As sont marquées. L’alcalinité des rejets désulfurés est plus élevée en conditions anoxiques qu’en conditions oxiques, et il en va de même pour la concentration en As dans EF.

La modélisation thermodynamique de ces lixiviats a simulé une sursaturation de la jarosite dans DF et une sursaturation de l’hématite et de la goethite dans tous les matériaux. L’extraction en parallèle a révélé que, parmi tous les matériaux étudiés, WD est celui qui présente le plus faible potentiel de relargage des éléments. À l’inverse, DF montre le potentiel de relargage le plus élevé pour le cuivre (jusqu’à 79 mg/kg) et le zinc (jusqu’à 162 mg/kg), tandis que DO présente le potentiel de relargage du Fe le plus élevé (jusqu’à 46302 mg/kg). EO, quant à lui, a le plus fort potentiel de relargage d’As (jusqu’à 84 mg/kg). Les résultats de l’extraction en parallèle ont montré que la libération des contaminants est plus importante pour les matériaux rincés en conditions anoxiques que pour ceux rincés en conditions oxiques.

En conclusion, ce travail a montré que les conditions anoxiques n’inhibent ni l’oxydation des sulfures dans les rejets sulfureux, ni celle des sulfures résiduels présents dans les rejets désulfurés. Elles n’empêchent pas non plus la précipitation des minéraux secondaires ni la coprécipitation des métaux/métalloïdes. Au contraire, elles semblent favoriser ces précipitations, comme le suggèrent les résultats des extractions en parallèles et les proportions de goethite détectées par DRX, plus importantes en conditions anoxiques qu’en conditions oxiques dans 3/4 matériaux étudiés (DF, DO, EF). Cette étude a permis d’évaluer et de documenter les limites de l’anoxie sur les rejets désulfurés, ainsi que l’importance d’approfondir l’étude de l’oxydation indirecte des sulfures en conditions anoxiques.

ABSTRACT

Mining tailings, when desulfurized or when their total sulfur concentration is considered low (%S total < 0.3), tend to generate less acidity due to the low availability of sulfides for oxidation. Thanks to this advantage, environmental desulfurization is increasingly being considered by industry as a tailings management method. However, little information is available regarding the geochemical behavior of desulfurized tailings under oxygen deficient conditions. The main objective of this research project is therefore to understand the geochemical evolution of desulfurized tailings under both oxic and anoxic conditions.

To achieve this objective, kinetic tests were performed in weathering cells, and the geochemistry of leachates under oxic and anoxic conditions was analyzed. Physical, chemical (ICP-MS, S/C), and mineralogical (OM, SEM, XRD) analyses were carried out on the materials before and after testing. The leachates were then subjected to thermodynamic modeling using Visual MINTEQ, while the post-testing materials underwent a parallel extraction procedure. The materials were sourced from the Doyon-Westwood mine, operated by Iamgold, located 40 km from Rouyn-Noranda (Quebec, Canada), as well as from the Éléonore mine, operated by Dhilmar in northern Quebec. The Westwood tailings were desulfurized before kinetic testing.

From a geochemical perspective, the results of the weathering cell tests showed that the fresh Doyon (DF) and oxidized Doyon (DO) sulfide materials are acid-generating, with acidic pH levels (< 4) and significant concentrations of iron, copper, and zinc. Their behavior is similar under both oxic and anoxic conditions. However, a decrease in metal release with time was observed in the DO material. Leachates from fresh Éléonore (EF), oxidized Éléonore (EO), and desulfurized Westwood (WD), exhibited neutral pH levels and low concentrations of metals, except for EF and EO, which have significant As concentrations. The alkalinity of desulfurized tailings is higher under anoxic conditions than under oxic conditions, as is the case for As concentrations in EF.

Thermodynamic modeling of these leachates predicted supersaturation of jarosite in DF and supersaturation of hematite and goethite in all materials. Parallel extraction revealed that among all the studied materials, WD has the lowest potential for releasing elements. In contrast, DF exhibits the highest potential for copper (up to 79 mg/kg) and zinc release (up to 162 mg/kg), while DO shows the highest iron release potential (up to 46302 mg/kg). EO, on the other hand, has the highest potential for As release (up to 84 mg/kg). The parallel extraction results showed that contaminant release is more significant for materials rinsed under anoxic conditions compared to those rinsed under oxic conditions.

This study also demonstrated that anoxic conditions do not inhibit the oxidation of sulfides in either sulfidic tailings or residual sulfides in desulfurized tailings. They also do not prevent the precipitation of secondary minerals or the co-precipitation of metals and metalloids. On the contrary, these processes appear to be enhanced under anoxic conditions, as suggested by parallel extraction results and the higher proportions of goethite detected by XRD under anoxic conditions compared to oxic conditions in three out of the four materials studied (DF, DO, EF). This study also evaluated and documented the limitations of anoxic conditions on desulfurized tailings, as well as the importance of further studying the indirect oxidation of sulfides under anoxic conditions.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Demers, Isabelle
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Neculita, Carmen Mihaela
Informations complémentaires:	Institution en extension : École Polytechnique de Montréal.
Mots-clés libres:	rejets désulfurés, conditions anoxiques, drainage minier acide, mini-cellules d’altération, desulfurized tailings, anoxic conditions, acid mine drainage, weathering cells
Divisions:	Génie > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	19 août 2025 15:33
Dernière modification:	19 août 2025 15:33
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1707

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