Performance evaluation of equipment used for volumetric water content measurements

Various methods can be used to evaluate in situ volumetric water content; however, when continuous measurements are required, only dielectric methods can be used. For equipment based on these methods, in the mining environment and particularly in environments having high sulfide contents (or acid-generating minerals), the accuracy of measurements can be affected by the chemistry of the solid and liquid phases. To evaluate the real impact of water chemistry and mineralization on volumetric water content measurement, three instruments were tested on five materials with varying sulphur contents and two types of water mineralization. The results of these investigations show that: i) increasing sulfur content of mine tailings increases the response output of the tested probes; ii) the obtained volumetric water contents are systematically higher than the real volumetric water contents obtained gravimetrically; iii), time-domain reflectometry probes are able to provide measurements in materials with high sulphur contents; and iv) 5TM and GS3 probes are not suitable for use in reactive materials with higher sulphur contents

Environmental Impact of Mine Exploitation: An Early Predictive Methodology Based on Ore Mineralogy and Contaminant Speciation

Mining wastes containing sulfide minerals can generate contaminated waters as acid mine drainage (AMD) and contaminated neutral drainage (CND). This occurs when such minerals are exposed to oxygen and water. Nowadays, mineralogical work—when it is done—is independently and differentially done according to the needs of the exploration, geotechnics, metallurgy or environment department, at different stages in the mine development process. Moreover, environmental impact assessments (EIA) are realized late in the process and rarely contain pertinent mineralogical characterization on ores and wastes, depending on countries’ regulations. Contaminant-bearing minerals are often not detected at an early stage of the mine life cycle and environmental problems could occur during production or once the mine has come to the end of its productive life. This work puts forward a more reliable methodology, based on mineralogical characterization of the ore at the exploration stages, which, in turn, will be useful for each stage of the mining project and limit the unforeseen environmental or metallurgical issues. Three polymetallic sulfide ores and seven gold deposits from various origins around the world were studied. Crushed ore samples representing feed ore of advanced projects and of production mines were used to validate the methodology with realistic cases. The mineralogical methodology consisted in chemical assays and XRD, optical microscopy, SEM and EPMA were done. Five of the ores were also submitted to geochemical tests to compare mineralogical prediction results with their experimental leaching behavior. Major, minor, and trace minerals were identified, quantified, and the bearing minerals were examined for the polluting elements (and valuables). The main conclusion is that detailed mineralogical work can avert redundant work, save time and money, and allow detection of the problems at the beginning of the mine development phase, improving waste management and closure planning

Évaluation de la performance d'un système de recouvrement monocouche avec nappe surélevée pour la restauration d'un parc à résidus miniers abandonné

La production de drainage minier acide dans les parcs à résidus miniers abandonnés peut causer des dommages environnementaux sévères. Les résidus peuvent dans certains cas générer des contaminants pendant des centaines, voire des milliers d’années si aucune action n’est entreprise pour les contrôler. Des pH acides et des eaux très chargées en ions tels le fer, les sulfates et souvent d’autres métaux et métalloïdes sont retrouvés sur certains sites abandonnés ayant produit extensivement du drainage minier acide durant plusieurs décennies. Des mesures de restauration peuvent être appliquées pour contrôler la production de drainage minier acide, dont les principales sont l’implantation d’un recouvrement en eau, d’une nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche ou d’une couverture à effets de barrière capillaire. Le site minier abandonné Manitou (1942-1979) possède un parc à résidus qui produit du drainage minier acide riche en sulfates, en fer et en zinc. La restauration des zones basses du site (d’épanchement) consiste à mettre en place une nappe phréatique surélevée combinée à une couverture monocouche constituée de résidus fins et non générateurs de drainage contaminé provenant de la mine Goldex. La performance de cette technique se base sur le maintien de la nappe phréatique près de la surface des résidus réactifs afin de conserver les résidus saturés et de restreindre l’apport d’oxygène qui alimente les réactions d’oxydation des sulfures. Cependant, plusieurs incertitudes sont liées à la performance de la restauration du site à limiter la production de contaminants en raison de l’émergence de la technique utilisée et de la production extensive de drainage minier acide s’étant produite sur le site durant une longue période de temps. La présente étude consiste à évaluer la performance sur le terrain de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche. On a vérifié à l’aide d’un modèle numérique l’effet de la variation de différents paramètres sur le comportement hydrogéologique du site en lien avec la performance de la technique de restauration. De plus, le comportement hydrogéologique et la migration de l’oxygène ont été évalués sur le terrain La qualité de l’eau a aussi été suivie sur le terrain et déterminer les principaux phénomènes géochimiques influençant la qualité de l’eau après la restauration. Les trois chapitres du corps de la thèse portent respectivement sur ces trois aspects. Un modèle numérique représentatif du parc 2 du site Manitou a été développé. Ce modèle a été utilisé pour effectuer des simulations hydrogéologique du site. Le calage du modèle a été effectué avec les résultats de niveaux phréatiques mesurés sur trois ans à treize endroits sur le site. Les simulations ont permis d’évaluer l’effet de la variation de certaines propriétés des matériaux mesurées sur le terrain, telles la conductivité hydraulique saturée, la porosité et la distribution granulométrique. Des écarts entre les niveaux phréatiques simulés par rapport à ceux du scénario de base (qui représente les mesures terrain) ont été observés surtout dans les cas où les matériaux du recouvrement sont lâches ou grossiers. Des réponses à long terme des niveaux phréatiques ont aussi été simulées selon les données climatiques normales, en simulant des périodes de sécheresse récurrentes et selon les changements climatiques anticipés. Les mesures terrain et les résultats de simulation du climat normal montrent une zone à l’ouest du site avec des niveaux phréatiques pouvant être sous l’interface entre les résidus et le recouvrement en été. Cette zone est accrue lors de périodes de sécheresse et selon un scénario de changements climatiques simplifiés. Le comportement hydrogéologique et de migration de l’oxygène a aussi été suivi sur le terrain d’août 2012 à août 2015. Treize stations instrumentées ont été mises en place avec de l’équipement pour mesurer le niveau phréatique, les teneurs en eau volumiques et les succions dans le recouvrement, les concentrations d’oxygène interstitiel à différentes profondeurs dans le recouvrement et la consommation d’oxygène. Les mesures de teneurs en eau, de succions et de niveaux piézométriques ont montré que les niveaux phréatiques varient saisonnièrement et se retrouvent souvent dans les résidus réactifs dans une zone à l’ouest du site en été. Les cinquante centimètres inférieurs du recouvrement demeurent cependant toujours près de la saturation en eau. La migration de l’oxygène a été évaluée par les mesures de concentrations d’oxygène interstitiel gazeux dans le recouvrement et les essais de consommation d’oxygène. Les flux d’oxygène atteignant les résidus Manitou ont été déterminés par des méthodes numériques et analytiques. Leur moyenne annuelle au cours de la période à l’étude est selon l’endroit sur le site de 3 × 10-6 à 2 g/m2/an. Ces valeurs sont au moins un ordre de grandeur inférieur aux critères généralement appliqués sur les parcs à résidus pour contrôler la production de drainage minier acide. La qualité de l’eau interstitielle a aussi été suivie d’août 2012 à août 2015. Des pH près de la neutralité ont été mesurés, alors que des pH acides étaient observés avant les travaux de restauration. Les concentrations de cuivre sont aussi négligeables par rapport à des concentrations jusqu’à 235 mg/L mesurées avant les travaux de restauration. Cependant, les concentrations de fer demeurent élevées (majoritairement de 100 à 2000 mg/L) et stables, tandis que les concentrations de zinc sont aussi élevées (0,3 à 1650 mg/L) et présentent une lente décroissance. Cette diminution nulle ou faible des concentrations de fer et zinc peut être expliquée d’une part par la dissolution de minéraux secondaires, tels la jarosite et des oxyhydroxydes de fer, qui peuvent contenir du zinc en impureté et sont instables dans les conditions géochimiques au parc 2 après les travaux de restauration. L’oxydation des sulfures par le fer ferrique et des interactions galvaniques peuvent aussi continuer à les dissoudre sans oxygène. Ce projet a permis d’approfondir la compréhension de la technique de la nappe surélevée combinée à un recouvrement monocouche appliquée à grande échelle sur un parc à résidus abandonné. Il a été déterminé que la technique de restauration appliquée constitue une barrière à l’oxygène efficace. Les niveaux phréatiques mesurés étaient aussi toujours près ou supérieurs au niveau cible, qui est l’interface entre les résidus Manitou et le recouvrement. Une diminution des concentrations de fer et de zinc dans l’eau interstitielle est cependant requise afin d’atteindre les critères environnementaux à l’effluent. Les stratégies de restauration de sites contenant des résidus oxydés devraient prendre en compte le potentiel de solubilisation de minéraux secondaires et les réactions sans oxygène pouvant survenir avec les sulfures pour réduire la production de contaminants potentielle après les travaux de restauration

Valorisation des résidus miniers et des roches stériles concassées comme de matériaux de construction

L’exploitation minière génère une grande quantité de déchets solides nommé les stériles et les rejets de concentrateurs (résidus miniers). Le stockage de ces rejets s’effectue en surface dans des parcs à résidus. À leurs expositions aux intempéries, des réactions d’oxydations se manifestent qui donnent naissance au drainage minier acide (DMA). L’optique de la gestion des rejets miniers consiste à remplacer les matériaux conventionnels des formulations cimentaires. Cette méthode de valorisation permettait l’industrie minière de réduire à la fois les impacts environnementaux de stockage des rejets en surface et aussi bien les frais de taxation. Ce projet de recherche s'inscrit dans le cadre de la gestion écologique des rejets miniers solides qui représentent une source de contamination de l’environnement et qui n'ont pas aucune valeur économique. Il vise à développer des formulations de bétons et mortiers en remplaçant entièrement le sable et les granulats respectivement par des résidus miniers fins de cinq mines au Québec (LaRonde, Malartic, Casa Berardi, Westwood et Goldex) et des roches stériles concassés de la mine Malartic. Suite à une caractérisation minéralogique (DRX) et physique (granulométrique) des résidus ainsi qu’une caractérisation par l’application de l’essai de double poinçonnement et de Micro Deval des roches stériles concassées, plusieurs mélanges de bétons et mortiers ont été réalisés en variant la source des rejets miniers incorporés. Des essais de laboratoire tels que l’essai de compression uniaxiale, impulsion ultrasonore et résistivité électrique ont été appliqués sur des cylindres de béton à 28 et 56 jours de cure et seulement l’essai de compression uniaxiale a été réalisé sur des cubes de mortiers à 7, 14, et 28 jours de cure. Les résultats de cette étude montrent que le remplacement total du sable conventionnel par des résidus miniers et des granulats par des roches stériles concassées dans des formulations de bétons et mortiers a donné des bonnes résistances mécaniques. Les UCS mesurés des bétons à base de matériaux miniers sont de 15,4 MPa, 21,5 MPa, 25,7 MPa, 22,1 MPa et 26,3 MPa respectivement pour les mélanges Westwood, Casa Berardi, LaRonde, Malartic et Goldex à 56 jours de durcissement. Des observations microscopiques (MEB) des bétons Goldex, Westwood et le témoin a montré que la microstructure de la matrice cimentaire change en variant la source des résidus incorporés. Cette variation des résultats est affectée par la minéralogie et la granulométrie de chaque type de résidus utilisés.Abstract: Mining operations generate a large amount of solid waste called waste rock and mill tailings. These wastes are stored on the surface in tailings ponds. When exposed to the weather, oxidation reactions occur, resulting in acid mine drainage (AMD). The objective of mine waste management is to replace conventional materials in cement formulations. This method of recovery allows the mining industry to reduce both the environmental impacts of storing the waste on the surface as well as the taxation costs. This research project is part of the ecological management of solid mine waste which represents a source of environmental contamination and which has no economic value. It aims to develop concrete and mortar formulations by replacing sand and aggregates respectively with fine mine tailings from five mines in Quebec (LaRonde, Malartic, Casa Berardi, Westwood and Goldex) and crushed waste rock from the Malartic mine. Following a mineralogical (XRD) and physical (particle size) characterization of the tailings as well as a characterization by the application of the double punching test and Micro Deval test of the crushed waste rock, several concrete and mortar mixes were produced by varying the source of the incorporated mine waste. Laboratory tests such as uniaxial compression test, ultrasonic pulse and electrical resistivity were applied on concrete cylinders at 28 and 56 days of cure and only the uniaxial compression test was performed on mortar cubes at 7, 14, and 28 days of cure. The results of this study show that the total replacement of conventional sand by mine tailings and of aggregates by crushed waste rock in concrete and mortar formulations gave good mechanical strengths. The measured UCS of the mine material based concretes are 15.4 MPa, 21.5 MPa, 25.7 MPa, 22.1 MPa and 26.3 MPa respectively for Westwood, Casa Berardi, LaRonde, Malartic and Goldex mixes at 56 days of curing. Microscopic observations (SEM) of the Goldex, Westwood and control concretes showed that the microstructure of the cementitious matrix changes with variation in the source of the incorporated residues. This variation in results is affected by the mineralogy and particle size of each type of tailings used

Étude de l'impact de la ségégation hydraulique des résidus miniers sur la performance de la technique de la nappe phréatique surelevée

La gestion des rejets de concentrateur ou résidus miniers constitue l’un des défis majeurs de l’industrie minière. Les millions de tonnes de rejets de concentrateur sont produits par la mine et déposés dans des parcs à résidus. Ces rejets de concentrateur peuvent contenir des sulfures métalliques qui deviennent sujets à l’oxydation en contact avec l’air et l’eau. Lorsque la quantité des minéraux neutralisant présents dans les résidus miniers est insuffisante, du drainage minier acide (DMA) peut être produit. Dans ce cas, des mesures préventives de la génération du DMA doivent être mis en place pour constituer une barrière à l’eau et/ou l’oxygène. L’efficacité d’une méthode de prévention du DMA dans les régions à climat humide comme le Québec se base sur sa capacité d’empêcher la migration de l’oxygène à travers le recouvrement afin qu’il n’atteigne pas les rejets de concentrateur sous-jacents. La technique de nappe phréatique surélevée (NPS) combinée à une couverture monocouche est une des méthodes de prévention utilisées à cette fin. Le dépôt des résidus miniers selon la méthode conventionnelle sous forme de pulpe est souvent accompagné par une ségrégation hydraulique. Ces résidus, après leur dépôt, se caractérisent par des propriétés physiques, hydrogéotechniques, chimiques et minéralogiques hétérogènes entre le point de dépôt et l’étang d’eau. Or, ces caractéristiques contrôlent les flux d’eau et d’oxygène entrant la surface des résidus. Dans le cadre de la réhabilitation des sites miniers où la ségrégation a eu lieu, la conception des mesures de contrôle du DMA devrait tenir compte de l’effet de cette ségrégation sur les flux d’oxygène atteignant la surface des résidus miniers potentiellement générateur d’acide (PGA). L’objectif de cette étude est d‘étudier l’effet de la ségrégation hydraulique sur l’efficacité de la technique de la nappe phréatique surélevée. Pour cela, l’étude a évalué la distribution spatiale de la réactivité des résidus miniers et ensuite les flux d’eau et d’oxygène entrant à la surface des résidus dans différentes positions le long de la direction de dépôt, de la zone de la plage jusqu’à la zone de décantation. Le parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood constitue le site principal de cette étude. La technique de NPS avec couverture monocouche construite avec des résidus non PGA est une des options de restauration envisagée pour ce site. Sachant que la ségrégation hydraulique peut survenir aussi pour les résidus d’une couverture monocouche utilisée en combinaison avec la technique de la nappe phréatique surélevée, les travaux ont été réalisés au niveau de la couverture monocouche constituée des résidus Goldex non potentiellement générateur d’acide du parc 3 du site Manitou/Goldex. Des essais de consommation d’oxygène (CO) in-situ, des mesures de teneurs en eau volumiques et des succions sur le terrain et des observations in-situ, ont été réalisés dans quatre et six stations, respectivement, dans le parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood et le parc 3 du site Manitou/Goldex, le long de la ligne de dépôt des résidus miniers. En outre, des échantillons ont été prélevés de chaque station (jusqu’à 1,25 m de profondeur) pour caractériser les résidus et effectuer des essais de CO en laboratoire. À l’issue des observations des échantillons et des caractérisations physiques et minéralogiques, une hétérogénéité latérale et verticale des matériaux a été observées dans toute les stations des deux parcs. Les essais CO en laboratoire et in-situ de longue durée (14 jours) ont été interprétés numériquement à l’aide du code POLLUTEv7 et du couplage des codes SEEP/W-CTRAN/W pour déterminer le coefficient taux de réaction des résidus miniers dans chaque station le long de la direction de dépôt. Les résultats des essais CO in-situ dans le parc 3 du site Manitou/Goldex ont montré que la concentration d’oxygène durant la période d’essai était presque invariable dans toutes les stations de mesure. Ce résultat est principalement attribué à la non-réactivité de ces résidus (taux de réaction Kr est nulle). Les résultats de l’interprétation des essais CO in-situ et en laboratoire, réalisés dans le parc 3 est du site Doyon/Westwood, ont permis d’obtenir des valeurs du taux de réaction Kr relativement similaires. Ces résultats ont aussi montré que le taux de réaction Kr varie d’une station à l’autre. En effet, Kr décroit en fonction de la distance à partir du point de dépôt. En se basant sur les résultats des essais de CO in situ, un modèle numérique validé et calibré a été construit par couplage des codes SEEP/W-CTRAN/W pour évaluer respectivement les flux d’eau et d’oxygène entrant à la surface des rejets de concentrateur le long de la direction de leur écoulement, lorsque les résidus miniers du parc 3 Est du site Doyon/Westwood sont exposés à l’atmosphère. Dans ce modèle, la variation verticale de la nature des matériaux observée sur 1,25 m a été prise en considération. Par la suite, un modèle simplifié (en considérant seulement les résidus non oxydés réactifs sur toute l’épaisseur) du parc 3 Est du site Doyon/Westwood a été construit où trois types de résidus miniers potentiellement générateurs d’acide (PGA) qui représentent la zone de la plage, intermédiaire et de décantation ont été définis sur toute l’épaisseur du modèle. Des modélisations numériques ont alors été réalisées avec ce modèle simplifié dans le cas où les résidus (PGA) sont sans recouvrement et avec un recouvrement monocouche. Dans ce dernier cas, il s’agit de modéliser la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à une couverture monocouche. Pour une couverture monocouche d’une épaisseur de 0,5 m, des profondeurs initiales de la nappe phréatique de 0, 0,5, 1 à 2 m au-dessous l’interface résidus-couverture dans chaque simulation numérique. Deux types de recouvrement en monocouche ont été testés: les résidus non générateurs d’acide ségrégués de Goldex et les résidus désulfurés de Westwood non générateurs d’acide considérés ici homogènes. L’effet de l’épaisseur de la couverture monocouche a aussi été analysée en testant quatre épaisseurs : 0,5, 1, 2 et 3 m. Toutes ces modélisations ont porté sur une période de 214 jours (du 1 avril au 30 Octobre 2019). Les résultats des simulations numériques sont présentés en termes d’évolution temporelle du degré de saturation (obtenus avec SEEP/W) et du flux d’oxygène (obtenus avec CTRAN/W) à la surface des résidus PGA (ou à l’interface résidus-couverture) dans les trois zones du parc à résidus 3 Est du site Doyon/Westwood. La variation du flux annuel (sur 214 jours) cumulé d’oxygène à travers le parc à résidus est aussi présentée. Dans les conditions testées, ces résultats ont montré que les flux d’eau et d’oxygène dépendent fortement des propriétés physico-chimiques des résidus, de la position de la nappe et des propriétés hydriques des résidus. Les résultats ont ainsi indiqué une large différence des flux entre les trois zones du parc à résidus (avec ou sans couverture monocouche). L’écart du flux d’oxygène entre les trois zones augmente également avec la profondeur de la nappe phréatique. Dans le cas où la nappe phréatique est profonde, la zone de la plage constitue la zone la plus risquée qui laisse passer le flux annuel d’oxygène le plus élevé à la surface des résidus miniers étudiés. Néanmoins, lorsque la nappe phréatique est proche de la surface, la zone de décantation montre le flux d’oxygène le plus élevé surtout sous les conditions de sécheresse prolongée pour le cas d’une couverture monocouche constituée de résidus désulfurés de Westwood en raison de sa forte sensibilité aux effets de l’évaporation. Lorsque la monocouche est constituée des résidus ségrégués de Goldex, ces derniers ont une forte capacité d’empêcher l’évaporation et à maintenir un degré de saturation élevée même sous les conditions de sécheresse prolongée pour une nappe phréatique proche de la surface des résidus. Par conséquent, la configuration la plus efficace pour limiter les flux d’oxygène dans les résidus du site Doyon/Westwood est de maintenir le niveau de la nappe phréatique proche de l’interface résidus-couverture avec la mise en place de couverture monocouche constituée des résidus de Goldex d’une épaisseur de 0,5 m. Cette étude a permis de montrer l’influence de plusieurs facteurs induits par la ségrégation hydraulique et le type de matériau déposé (le cas échéant, par ex. les boues) sur la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée combinée à une monocouche. En se basant sur les résultats obtenus, une procédure de conception de cette technique pour les parcs avec des résidus ségrégués a été proposée. De manière générale, pour éviter la complexité de la conception des méthodes de restauration avec recouvrements d’un parc à résidus existant, on recommande la mise en place de résidus miniers non ségrégant pour constituer la couverture en monocouche. Pour une nouvelle mine, le dépôt de résidus densifiés non ségrégant de manière à assurer une homogénéité horizontale des propriétés contribuerait à faciliter l’application des méthodes de restauration

Développement de l'analyse de l'or des minerais par spectroscopie d'émission de plasma induit par laser (LIBS)

De nombreux échantillons sont prélevés quotidiennement dans les mines d'or et envoyés aux laboratoires d’analyses chimiques pour en déterminer la teneur en or. Habituellement, un délai de 48 heures est nécessaire à l’obtention des résultats obligeant les opérateurs miniers à prendre des décisions opérationnelles avant de connaître les résultats. Pour répondre à cette problématique, la technologie émergente de spectroscopie d’émission de plasma induit par laser (S.L.P.) (dont l’acronyme anglais est Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) fournit une analyse quantitative de la concentration en or in situ et en temps réel. Un premier travail de cette technique a été effectué amenant la limite de détection de l’or à environ 0,7 ppm sur tous les types d’échantillons rencontrés en domaine minier (poudres, roches à tout venant, carottes…). Cette valeur correspond à la limite de détection de l’appareil souhaitée par les compagnies minières. En effet, les concentrations trouvées dans les gisements aurifères sont généralement supérieures à 0,7 ppm. Toutefois, certaines mines ont une teneur de coupure à cette valeur, ou dans cet ordre de grandeur, d’où la nécessité d’avoir une limite de détection plus basse. Ce projet de maîtrise a été conçu pour aider à l’étalonnage et à la validation de cette technique. Pour cela, des études pétrographiques et minéralogiques permettant de déterminer des lithologies vont être combinées à une analyse quantitative par fluorescence des rayons X (XRF). L’ensemble de ces résultats permettra de mieux comprendre le signal LIBS. Par la suite, ces résultats LIBS vont être validés en étant comparés avec ceux fournis par les laboratoires externes au projet. Ce mémoire de maîtrise a permis de démontrer que le LIBS est une méthode très prometteuse, avec un écart type relatif (<100%) en adéquation avec celui des laboratoires d’analyse chimique (<100%) pour une méthode plus rapide et non destructive. En effet, en comparant les résultats de teneur en or obtenus par analyse chimique conventionnelle provenant de deux laboratoires différents, les écarts types relatifs sur les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en silice du LIBS, et cela quelle que soit la mine, sont inférieurs à 100%, mais deviennent supérieurs à 200% pour les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en fer et soufre (mines Casa Berardi, Westwood et LaRonde). Les teneurs en or obtenues avec le LIBS, comparées avec les laboratoires externes, montrent que la technique LIBS est très prometteuse avec un écart type relatif également inférieure à 100 %, indépendamment de la courbe d’étalonnage utilisée et cela, quelle que soit la forme du matériel analysé. L’écart type relatif entre les laboratoires et le LIBS est bien souvent inférieur à celui trouvé entre les deux laboratoires utilisant le même protocole expérimental démontrant le caractère prometteur de la technique LIBS. Il est possible de noter une sous-évaluation des teneurs en or par rapport aux résultats obtenus avec les laboratoires sur les échantillons rocheux et les carottes de forage. Cette dernière s’explique par le caractère hétérogène de la distribution de l’or sur ces surfaces. Cependant, les analyses LIBS d’échantillons en poudre, ayant une meilleure homogénéité, ont un écart type relatif plus faible (<50%) et donc une meilleure précision sur ce type de matériel. Afin de pallier au problème de sous-évaluation sur les roches et carottes, il serait intéressant d’utiliser la méthode des k plus proches voisins permettant de tenir compte et d’étudier statistiquement les données censurées, c’est-à-dire les teneurs en or situées en dessous de la limite de détection de l’appareil LIBS. Actuellement, une généralisation de ces résultats n’est pas encore possible en raison du nombre d’échantillons analysés, mais ils restent très prometteurs pour la suite de ce projet.Numerous rock samples are taken daily from gold mines and sent to laboratories to measure their gold content. A 48-hour delay in the delivery of results may force mining operators making operational decisions prior to knowing the results. To address this issue, the emerging Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) technology provides in-situ real-time quantitative gold analysis. First, this technique was performed by Rifai K. (NRCBoucherville postdoctoral fellow), bringing the gold detection limit to about 0.7 ppm on all types of samples encountered in mining operations (powders, rocks to all comers, cores ...). This value corresponds to the detection limit of the device desired by the mining companies. In fact, the concentrations found in the gold deposits are generally greater than 0.7 ppm. However, some mines have a cut-off grade at this value, or in this order of magnitude. This master’s project was set up to calibrate and validate this technique. For this, petrographic and mineralogical studies of representative lithologies will be combined with quantitative X-ray fluorescence (XRF) analysis. All of these results will provide a better understanding of the LIBS signal. Subsequently, these LIBS results will be validated by being compared with fire assay gold measurements provided by laboratories external to the project. This master’s thesis demonstrate that LIBS is a very promising method, with a percentage error (<100%) in line with that of laboratories for a faster and non-destructive method. In fact, by comparing the gold content results obtained by conventional chemical analysis from two different laboratories, the relative standard deviations on the samples that used the silica-rich calibration curve of LIBS, irrespective of the mine, are less than 100%, but becomes greater than 200% for samples using the calibration curve rich in iron and sulfur (Casa Berardi, Westwood and LaRonde mines). The gold contents obtained with LIBS, compared with the external laboratories show that the LIBS technique is very promising with relative standard deviation lower than 100%, regardless of the calibration curve used and the form of the material analyzed. The relative standard deviation between laboratories and LIBS is often lower than that found between the two laboratories. So, the LIBS technique is a very promising method. Similarly, it is possible to note an undervaluation of gold grades on rock samples and drill cores, due to the heterogeneous nature of the distribution of gold on these surfaces. However, the powder samples having a better homogeneity have a lower error percentage (<50%) and therefore a better accuracy on this type of material. In order to solve the problem of undervaluation on rocks and cores, it would be interesting to use the "k-nearest neighbors" method to take into account and statistically study censored data, i.e. those gold grades below the detection limit of the LIBS device. Currently, a generalization of these results is not yet possible due to the number of samples analyzed, but they remain very promising for the continuation of this project

Analyzing variation of the water table level with three-dimensional numerical simulations to assess reclamation techniques for an acidic tailings impoundment

RÉSUMÉ: Tailings with sulphide minerals exposed to oxygen and water can oxidize and produce acid mine drainage (AMD). This study evaluated the impact of natural conditions and of a thin cover deposition on the water table level, with respect to selecting the reclamation technique to control AMD on the elevated portion of an abandoned tailings impoundment. The reactive tailings were partly covered with alkaline tailings transported as a pulp from a nearby mine. A three-dimensional numerical variably saturated groundwater flow model of the tailings impoundment and its surrounding area was built. The simulation results reproduced well the field observations before, during, and after the deposition of a thin layer of tailings. The calibrated model was then used to forecast the evolution of the water table position for the next 100 years under various site conditions, including a period of 5 years with dry summers. The results show that the water table levels are on average several metres below the interface between the reactive tailings and the cover, thus failing to meet the target criterion to control the production of AMD determined from previous column tests. The results are analyzed and discussed in terms of the site configuration and atmospheric recharge. ABSTRACT: Les résidus miniers sulfureux exposés à l'oxygène et à l'eau peuvent engendrer la production de drainage minier acide (DMA). Cette étude évalue l'impact de la déposition d'une couverture sur l'établissement d'une nappe phréatique surélevée (NPS) comme méthode de contrôle du DMA sur un parc à résidus miniers abandonné. Les résidus réactifs ont été recouverts partiellement par des résidus alcalins sous forme de pulpe provenant d'une mine voisine. Un modèle numérique tridimensionnel d'écoulement souterrain à saturation variable du parc à résidus et ses environs a été construit. Les résultats de ces simulations reproduisent bien les niveaux phréatiques observés avant, durant et après la déposition des résidus. Le modèle calibré a ensuite été utilisé pour prédire l'évolution du niveau phréatique pour les 100 prochaines années et dans le cas de périodes estivales plus sèches. Les résultats ont montré que la nappe phréatique serait en moyenne plusieurs mètres sous l'interface entre les résidus réactifs et le recouvrement, soit nettement sous la cible permettant de contrôler la production de DMA selon des essais antérieurs. Les résultats sont analysés et discutés selon la configuration du site et la recharge atmosphérique

Caractérisation de la pyrite dans les conditions de désulfuration environnementale à l'aide du xanthate et de collecteurs alternatifs

L’industrie minière génère d’importantes quantités de rejets miniers, qui peuvent impacter l’environnement quand ils contiennent des sulfures de métaux capables de s’oxyder. Parmi ces rejets, les résidus de concentrateur sont composés de phases minérales sans valeur économique avérée, soit les sulfures et la gangue silicatée, finement broyées pour faciliter la libération des minéraux de valeurs. Les sulfures, dont la pyrite est le minéral prédominant, peuvent entraîner un drainage minier acide ou neutre sous l’action de l’oxygène en milieux aqueux. Une technique de gestion intégrée de ces résidus, appelée désulfuration environnementale, consiste à séparer les sulfures par flottation, produisant un rejet décontaminé et un concentré de sulfures plus apte à être géré de par son faible volume. La concentration des sulfures est possible grâce aux collecteurs de flottation, qui sont des composés organiques s’adsorbant sélectivement aux surfaces minérales pour les rendre hydrophobes. Le xanthate est le collecteur le plus utilisé pour la flottation des sulfures. Cependant, son utilisation devient restreinte pour des raisons toxicologique, écologique et de santé et sécurité. Des alternatives au xanthate, dont les composés de dithiophosphate, dithiocarbamate et benzothiazole, sont notamment étudiés comme collecteurs non sélectifs des sulfures lors de la désulfuration environnementale. Durant la phase fondamentale du travail, l’interaction entre la pyrite, deux collecteurs alternatifs de sulfures fournis par le groupe SOLVAY-CYTEC et le xanthate comme référence, a été caractérisée. Ces deux collecteurs, l’AERO 404 de la famille des dithiophosphates (DTP) et l’AERO 3739 de la famille des dithiocarbamates (DTC), sont des mélanges contenant du mercaptobenzothiazole (MBT). L’affinité des collecteurs pour le minéral a dans un premier temps été étudiée par UV-Visible, après conditionnement de la pyrite à pH naturel (pH 4-4,5) et pH alcalin (pH 10,5) avec ajout de NaOH ou de CaO, pour déterminer la quantité de collecteur adsorbée sur la surface minérale en fonction de la concentration initiale en collecteur. La quantité maximum de collecteur pouvant être adsorbée sur la surface de la pyrite est au moins deux fois supérieures à pH naturel qu’à pH alcalin. De plus, le xanthate montre une meilleure affinité avec la surface de la pyrite comparativement aux deux collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT. La surface de la pyrite ainsi conditionnée a ensuite été analysée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en mode réflexion diffuse (DRIFT). Cette caractérisation de surface avait pour but de comprendre les mécanismes d’adsorption de ces collecteurs sur la pyrite, en mettant en évidence les espèces superficielles présentes sur la surface du minéral. La nature et la quantité de ces espèces superficielles dépendent grandement du pH de conditionnement et sont responsables de l’hydrophobicité nécessaire à la flottation. Cette caractérisation de surface a montré que le conditionnement de la pyrite entraine une solubilisation et une modification des espèces d’oxydation présentes sur la surface de la pyrite après le broyage. Leur nature dépend du pH de conditionnement ainsi que du type de modificateur de pH utilisé. Pour le xanthate, des complexes de xanthate ferreux et ferriques se forment en premier suivis par le dixanthogène. Ces espèces sont observées à des concentrations plus basses à pH naturel (4-4,5) qu’à pH alcalin. Les collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT ont montré qu’à pH naturel, les groupements C—N—H et N—C=S appartenant au mercaptobenzothiazole sont principalement retrouvés sur la surface de la pyrite. Cette adsorption se ferait par des complexes Fe - MBT. À pH alcalin, les espèces caractérisant l’adsorption de ces collecteurs sont difficilement observables, montrant également que l’affinité de ces collecteurs sur la surface de la pyrite est moindre à pH 10,5. La seule signature qui apparait sur la surface de la pyrite est le groupe C—N—H de la molécule MBT, montrant également la probable présence d’un complexe Fe - MBT. Enfin, la phase appliquée de l’étude a consisté à flotter de manière non-sélective les sulfures du minerai de la mine Goldex, Val-d’Or, Québec. Ces tests ont été effectués avec les différents collecteurs utilisés lors de l’étude fondamentale, à pH 6 (avec acide sulfurique) et à pH 9,5 (avec NaOH ou CaO), afin de comparer les récupérations en soufre et en sulfures dans les résidus finaux. Les rendements de désulfuration du DTP-MBT à pH 9,5 étaient de 74,0% et 73,1% en utilisant NaOH et CaO, respectivement. Cette récupération était similaire à celle du xanthate (~ 75%), mais les collecteurs à base de DTP-MBT et DTC-MBT montraient une cinétique de flottation plus lente. En revanche, la performance du DTC-MBT était inférieure à celle du xanthate; soit 69,9% de rendement avec NaOH et 66,6% avec CaO. Pour les trois collecteurs, la flottation des sulfures à pH 6 était moins efficace qu'à pH 9,5 (le rendement n'excédait pas 67%, quel que soit le collecteur). Selon les potentiels de génération et de neutralisation de l’acide calculés, aucun rejet désulfuré ne serait générateur d’acidité

Impact de la colonisation racinaire sur les propriétés hydrogéologiques d’une couverture monocouche avec nappe phréatique surélevée

La production du drainage minier acide (DMA) par les rejets miniers réactifs peut avoir des effets sur l’environnement. Depuis la fin des années 1980, l’industrie minière canadienne et les gouvernements ont investi considérablement pour trouver des solutions à ce défi environnemental. En restauration minière, la technique de la couverture monocouche avec nappe phréatique surélevée (CM_NPS) est l’une des techniques de recouvrement de type barrière à l’oxygène récemment mises au point pour contrôler la production du DMA. Le concept consiste à limiter le flux d’oxygène vers les résidus sulfureux réactifs en maintenant ces derniers à un haut degré de saturation, sous la nappe phréatique ou dans la zone vadose presque saturée. Les CM-NPS installées sur les sites miniers restaurés sont soumises à l’occupation naturelle ou artificielle par la végétation comme c’est le cas pour le site Manitou. Les racines de cette végétation peuvent modifier les propriétés hydro géotechniques des matériaux de recouvrement et leur bilan hydrique, ce qui peut affecter leur performance et potentiellement leur capacité à contrôler l’oxydation des résidus réactifs sous-jacents. Par conséquent, dans cette étude, l’objectif principal est d’évaluer l’effet de la colonisation racinaire sur la conductivité hydraulique saturée d’une CM-NPS constituée de résidus recyclés non réactifs, sous deux types de végétation : herbacées (H) et Saule (Salix sp.) avec herbacées (SH). Les objectifs spécifiques consistent à (i) Caractériser le profil des matériaux de recouvrement (résidus Goldex) en termes de colonisation racinaire et de propriétés géotechniques (granulométrie, porosité, densité relative des grains solides); (ii) Comparer les caractéristiques morphologiques des racines et les propriétés hydrogéologiques sous deux types de végétation et (iii) Relier les caractéristiques morphologiques des racines à la conductivité hydraulique saturée du matériau de recouvrement. L’approche méthodologique est basée sur une approche de terrain et de laboratoire. Les travaux de terrain ont eu lieu en été 2021 sur le parc 2 (restauré par la technique CM-NPS) du site minier de Manitou, Canada, Québec. La caractérisation de la couverture monocouche en termes de recouvrement par la végétation (méthode des points de contact) et de colonisation racinaire (profil d’occurrence et de densité, profondeur maximale) a été réalisée respectivement sur un quadrat d’1 m2 et dans des tranchées in situ (1 m x 1 m x 1 m). Des tests d’infiltration in situ sur dix (10) stations de trois types (H, SH et stations témoins sans végétation TSV) et des tests de perméabilité en laboratoire sur dix-neuf (19) carottes non perturbées prélevées à la pelle mécanique in situ, ont été réalisés en vue d’obtenir la ksat. Le profil des propriétés géotechniques a été réalisé par échantillonnage à 5 niveaux de profondeur sur toutes les stations (25). Les analyses granulométriques par diffraction laser portant sur les échantillons ont permis de caractériser chaque profil en termes de strate granulométrique. Enfin, l’analyse des paramètres racinaires par imagerie (densité de longueur des racines RLD, densité de volume racinaire RVD, densité de masse des racines RMD et diamètre moyen des racines) avec WinRhizo sur 19 carottes non remaniées a été effectuée après lavage au tamis, tri et numérisation des racines. Le taux de couverture par la végétation herbacée trouvé est de 100% avec une prédominance des Poaceae (plus de 80%) dans les stations H et SH. Dans les deux cas la colonisation racinaire de la monocouche a diminué avec la profondeur et 90% de la présence des racines se concentre sur les premiers 30 cm de la surface. La profondeur maximale moyenne d’enracinement a été de 28 cm, avec un maximum de 40 cm pour la végétation étudiée. La moyenne de RLD reste légèrement inférieure dans les stations herbacées avec saule (SH) par rapport à celles herbacées (H). Cependant, les valeurs des paramètres RMD, RVD et le diamètre moyen des racines étaient supérieures dans les stations SH. Dans les trois cas, les valeurs moyennes de ksat mesurées sont du même ordre de grandeur 10-5 cm/s. Cette étude de caractérisation de la colonisation racinaire sur une CM-NPS est la première de ce type portant sur cette méthode de remise en état. Douze ans après la construction, la colonisation racinaire n’a pas eu d’effet significatif sur la conductivité hydraulique saturée de la monocouche sous les deux types de végétation. L’augmentation des valeurs des paramètres racinaires comme le diamètre sous les stations SH est liée à la présence de saules et peut augmenter avec le temps et la succession forestière. Par conséquent, il est recommandé de poursuivre la surveillance de l’effet de la végétation sur la conductivité hydraulique sur le long terme

Influence des facteurs climatiques sur la performance de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche

Sur un site minier, l’une des infrastructures les plus imposantes et pouvant présenter une problématique environnementale importante est le parc à résidus miniers. Ces résidus, issus du processus de traitement du minerai, peuvent encore contenir une quantité parfois importante de sulfures. La réaction chimique de ces sulfures avec l’eau et l’oxygène est responsable du drainage minier acide (DMA). Il se caractérise par un faible pH et des concentrations en métaux et en sulfates élevés, paramètres nocifs pour l’environnement si celui-ci n’est pas contrôler. Afin de limiter la génération de DMA, il est important, dès le début de vie de l’exploitation minière, d’élaborer un plan de restauration pour le parc à résidus. Les méthodes de restauration ont pour but d’éliminer l’une des trois composantes de l’oxydation des sulfures, soit l’eau, l’oxygène ou les sulfures eux-mêmes. En climat humide, les méthodes de restauration utilisées privilégient l’exclusion de l’oxygène comme la méthode de la nappe phréatique surélevée. Associé à un recouvrement monocouche, cette technique permet de maintenir la nappe phréatique à un niveau optimal permettant aux résidus de demeurer saturés ou proche de la saturation, limitant ainsi l’oxydation des sulfures et la génération de DMA. Cette technique est intrinsèquement dépendante des précipitations qui vont en grande partie être responsable de la fluctuation du niveau de la nappe phréatique au sein du parc à résidus. Les changements climatiques attendus d’ici 2100 vont avoir pour conséquence un changement dans le régime de précipitations. Au Québec, des variations importantes des températures et des précipitations moyennes annuelles ainsi qu’une augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements extrêmes sont attendus. L’augmentation des précipitations aurait un impact positif sur le scénario de restauration, alors que les périodes de sécheresse pourraient la rendre inefficace à stopper la génération de DMA.L’objectif de ces travaux est d’étudier la performance à long terme de la méthode de la nappe phréatique surélevée combinée à un recouvrement monocouche dans le contexte des changements climatiques. Cette méthode de restauration doit être mise en place sur les parcs à résidus du site minier Doyon-Westwood (Cadillac, Québec). Afin de tester cette méthode, des cellules de terrain ont été construites sur le site. Un suivi hydrologique et géochimique a été réalisé de 2015 à 2018. Les matériaux utilisés pour la construction des cellules ont été caractérisés au laboratoire en 2015 lors de la construction des cellules afin de déterminer en particulier la conductivité hydraulique saturée et la courbe de rétention d’eau. De nouveaux essais ont été réalisés dans le cadre de cette étude afin de confirmer les résultats obtenus en 2015. Un modèle numérique 1D a été bâti à l’aide du logiciel SEEP/W afin de représenter les cellules de terrain. Le modèle a été calibré en utilisant les données météorologiques de la station de Rouyn-Noranda et en modifiant les propriétés des matériaux afin de reproduire les données de teneurs en eau volumiques obtenus lors du suivi des cellules sur le terrain. Le parc à résidus #2 a par la suite été également simulé numériquement en utilisant l’épaisseur moyenne de résidus Doyon et un recouvrement monocouche d’un mètre de résidus désulfurés Westwood. Afin d’intégrer les changements climatiques, plusieurs modèles climatiques ont été utilisés selon deux scénarios radiatifs (RCP4.5 et RCP8.5). Un total de 18 simulations climatiques a ainsi été obtenu. Dans le cadre de ces travaux, trois scénarios issus de ces simulations ont été utilisés dont un représentant le pire scénario possible pour la méthode de restauration soit une faible augmentation des précipitations combiné à une augmentation importante des températures. Les variables climatiques des trois scénarios climatiques sélectionnés ont été intégrées aux modèles numériques (cellules et parc #2) afin de simuler l’évolution du comportement hydrogéologique de la méthode de restauration de 2020 à 2100. Les différentes simulations réalisées ont démontré l’impact principal des paramètres tel que le niveau de la nappe phréatique et les propriétés des matériaux. L’épaisseur du recouvrement monocouche peut également être optimisé afin d’améliorer le comportement de la méthode de restauration. Lorsque les paramètres de design de la méthode de restauration mentionnés précédemment sont optimisés, la saturation des résidus Doyon qui traduit la bonne performance de la méthode est assurée même dans le cas du pire scénario climatique utilisée. Cette observation a également été faite dans le cas des deux autres scénarios climatiques dont les résultats n’ont pas démontré de différences significatives