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Effet de la libération minérale et des oxy-hydroxydes de fer sur le comportement géochimiques des rejets miniers sulfureux
Lâindustrie miniĂšre, lorsquâelle mĂšne des exploitations de gisements pour produire des minerais devant subir un traitement, est confrontĂ©e Ă diffĂ©rents dĂ©fis et enjeux liĂ©s Ă la gestion des rejets miniers. Le drainage minier acide et la mise en solution des contaminants constituent les principaux problĂšmes environnementaux dus Ă lâexposition des rejets miniers sulfureux Ă lâeau et Ă lâoxygĂšne atmosphĂ©rique. Les rĂ©glementations environnementales obligent les compagnies miniĂšres Ă rĂ©habiliter les sites et en particulier les aires dâentreposage des rejets avant la fermeture de la mine. La gestion des rejets miniers diffĂšre selon le type de lâexploitation et la gĂ©ologie du gisement exploitĂ©. En effet, lors dâune exploitation Ă ciel ouvert, les stĂ©riles miniers sont produits en quantitĂ© considĂ©rables et sont ensuite dĂ©posĂ©s dans des haldes Ă stĂ©riles non-saturĂ©s en eau et caractĂ©risĂ©s par une hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© de la distribution granulomĂ©trique. En revanche, lors des exploitations souterraines, moins de stĂ©riles sont gĂ©nĂ©rĂ©s et se sont les rĂ©sidus finement broyĂ©s qui reprĂ©sentent le plus gros des rejets, qui sont dĂ©posĂ©s dans des parcs Ă rĂ©sidus. Dans un climat humide comme celui du Canada, ces derniers sont le plus souvent saturĂ©s en eau avec juste une partie au-dessus de nappe phrĂ©atique en perpĂ©tuel changement de la saturation vers la dĂ©saturation. Dans les deux cas (stĂ©riles et rĂ©sidus), la prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique des rejets miniers est un paramĂštre important qui influence grandement la faisabilitĂ© dâun projet minier. Durant ce doctorat, les deux types de rejets miniers ont Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©s au vu de deux objectifs diffĂ©rents sachant la diffĂ©rence de leurs propriĂ©tĂ©s mais cependant pour la mĂȘme finalitĂ© qui est de mieux prĂ©dire et gĂ©rer le rejet minier en question. Pour ce qui est des stĂ©riles, une nouvelle mĂ©thode de gestion est proposĂ©e en amont lors de leur extraction et avant leur entreposage. Quant aux rĂ©sidus Ă©tudiĂ©s, des formulations dâamendements alcalins et cimentaires ont Ă©tĂ© testĂ©es en cellules de terrain comme technique de stabilisation/solidification des rĂ©sidus miniers oxydĂ©s gĂ©nĂ©rateurs dâacide aprĂšs avoir dĂ©montrĂ© lâeffet des oxy-hydroxydes de fer sur le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers.
Trois lithologies de stĂ©riles ont Ă©tĂ© Ă©chantillonnĂ©es Ă la mine Canadian Malartic juste aprĂšs dynamitage pour respecter la reprĂ©sentativitĂ© du paramĂštre âdistribution granulomĂ©triqueâ; souvent mal considĂ©rĂ© par les Ă©tudes de nos jours. Les trois lithologies CPO (lithologie A), AGR (lithologie B) et CGR (lithologie C) ont Ă©tĂ© sĂ©parĂ©es en sept fractions granulomĂ©triques (-53ÎŒm, +53ÎŒm/-300ÎŒm, +300ÎŒm/-850ÎŒm, +850ÎŒm/-2.4mm, +2.4mm/-5mm, +5mm/-1.5cm, +1.5cm/-5cm). La caractĂ©risation chimique et minĂ©ralogique a montrĂ© que les trois lithologies et leurs fractions
contiennent plus de carbonates (â„2.5%) par rapport aux sulfures (â€1.5%). Les carbonates sont majoritairement reprĂ©sentĂ©s par la calcite et les sulfures sont principalement constituĂ©s de pyrite. Le contenu en sulfures varie en fonction de la fraction granulomĂ©trique. En effet, les fractions fines sont plus enrichies en sulfures par rapport aux fractions grossiĂšres. En terme textural, lâanalyse minĂ©ralogique a montrĂ© que les sulfures sont libres au niveau des fractions fines (95%) et inclus au niveau des fractions grossiĂšres et idem pour les carbonates. Par ailleurs, le degrĂ© de libĂ©ration de sulfures devient presque nĂ©gligeable (5%) Ă partir de 2.4 mm comme diamĂštre des grains pour les trois lithologies par comparaison au degrĂ© de libĂ©ration des carbonates qui reste non-nĂ©gligeable (10%) Ă 2.4mm offrant une sĂ©curitĂ©. En consĂ©quence, 2.4mm a Ă©tĂ© dĂ©fini comme le diamĂštre limite dâencapsulation physique de sulfures (DPLS) pour ces trois Ă©chantillons. Le DPLS est dĂ©fini comme un seuil qui sĂ©pare un stĂ©rile minier en deux fractions granulomĂ©triques dĂ©pendamment de leurs rĂ©activitĂ©s : i) la fraction fine (-DPLS) qui constitue ĂȘtre la fraction rĂ©active et probablement problĂ©matique et ii) la fraction grossiĂšre (+DPLS) qui constitue ĂȘtre la fraction non rĂ©active et ne prĂ©senterait pas un risque liĂ© Ă lâoxydation des sulfures. La fraction -DPLS reprĂ©sente une proportion faible de lâĂ©chantillon total (moins de 23% considĂ©rant 1m comme Dmax pour la lithologie A) par rapport Ă la fraction +DPLS qui reprĂ©sente la majoritĂ© de lâĂ©chantillon total. En plus de la caractĂ©risation chimico-minĂ©ralogique et les tests statiques, des essais cinĂ©tiques en colonnes ont Ă©tĂ© monitorĂ©s sur une pĂ©riode 543 jours pour confirmer cette conclusion. Les trois lithologies ont Ă©tĂ© sĂ©parĂ©es en deux fractions granulomĂ©triques Ă savoir -2.4mm et +2.4mm tout en testant lâĂ©chantillon total aussi. Les rĂ©sultats du suivi gĂ©ochimique ont montrĂ© quâeffectivement la fraction -2.4mm est beaucoup plus rĂ©active que la fraction +2.4mm et lâĂ©chantillon total. La lithologie B Ă©tait la lithologie la plus rĂ©active; le taux dâoxydation de la pyrite au niveau de sa fraction -2.4mm Ă©tait de 12.5 ÎŒmol/kg/jour, au niveau de sa fraction +2.4mm Ă©tait de lâordre de 0.27 ÎŒmol/kg/jour et le taux dâoxydation au niveau de lâĂ©chantillon total Ă©tait de lâordre 2.45 ÎŒmol/kg/jour. La mĂȘme tendance a Ă©tĂ© remarquĂ©e pour les deux autres lithologies. LâintĂ©rĂȘt du calcul du DPLS se situe au niveau des Ă©ventuels gains Ă©conomiques qui peuvent avoir lieu sâil est intĂ©grĂ© en amont de la gestion des stĂ©riles miniers. En effet, au lieu de gĂ©rer les stĂ©riles comme une seule entitĂ©, il est maintenant suggĂ©rĂ© de les sĂ©parer en deux fractions; une fraction rĂ©active (-DPLS) et une fraction non rĂ©active (+DPLS) sachant que la fraction rĂ©active prĂ©sente une faible proportion de lâĂ©chantillon total et quâelle puisse ĂȘtre soit dĂ©posĂ© avec les rĂ©sidus minier soit encore traitĂ©s mĂ©tallurgiquement et Ă©conomiquement elle devenait intĂ©ressante.
Par ailleurs, la problĂ©matique de prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers est diffĂ©rente de celle liĂ©e aux stĂ©riles miniers. Les rĂ©sidus miniers, par comparaison aux stĂ©riles miniers, sont caractĂ©risĂ©s par une granulomĂ©trie fine; ce qui favorise et accĂ©lĂšre mĂȘme les taux de rĂ©actions dans des conditions non saturĂ©es (oxydation des sulfures, dissolution des carbonates). Le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers est gĂ©nĂ©ralement Ă©valuĂ© en utilisant des essais cinĂ©tiques au laboratoire. Ces essais sont conçus pour simuler lâoxydation naturelle des rĂ©sidus miniers et ont dĂ©montrĂ© leurs capacitĂ©s Ă prĂ©dire adĂ©quatement le comportement gĂ©ochimique des rejets miniers. Cependant, le cas des rĂ©sidus miniers de Joutel tĂ©moigne de lâimportance de considĂ©rer la composante du terrain pour bien comprendre le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers. Le parc Ă rĂ©sidus de Joutel qui sâĂ©tend sur une superficie de 120 ha est fermĂ© depuis environ 25 ans. Lâexposition des rĂ©sidus aux agents atmosphĂ©riques a causĂ© lâapparition dâun horizon oxydĂ© Ă la surface du parc Ă rĂ©sidus avec une formation localisĂ©e du hardpan tendant Ă se gĂ©nĂ©raliser sur tout le site. Ce dernier est dĂ©fini comme une couche cimentaire qui se forme Ă lâinterface entre lâhorizon oxydĂ© et lâhorizon des rĂ©sidus frais par prĂ©cipitation des oxy-hydroxydes de fer. La caractĂ©risation minĂ©ralogique et chimique a montrĂ© un Ă©puisement des sulfures et des carbonates en allant du rĂ©sidu frais vers le rĂ©sidu oxydĂ© avec un changement de texture assez remarquable au niveau du hardpan. Les essais cinĂ©tiques rĂ©alisĂ©s sur les rĂ©sidus frais ont montrĂ© quâil sâagit dâun comportement non-gĂ©nĂ©rateur dâacide Ă long terme. Cependant, sur le parc Ă rĂ©sidus de Joutel, une aciditĂ© a Ă©tĂ© gĂ©nĂ©rĂ©e Ă travers de la couche oxydĂ©e. Ce constat a Ă©tĂ© confirmĂ© moyennant des essais cinĂ©tiques sur des rĂ©sidus oxydĂ©s. Ătant donnĂ© que le rĂ©sidu oxydĂ© est le rĂ©sultat de lâoxydation du rĂ©sidu frais sur environ 25 ans et que la prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique du rĂ©sidu frais Ă©tait non-gĂ©nĂ©rateur dâacide mais le rĂ©sidu oxydĂ© a montrĂ© un comportement acidogĂšne, ceci prouve lâincapacitĂ© des essais cinĂ©tiques Ă prĂ©dire correctement le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers de Joutel. AprĂšs une investigation sur le terrain et au laboratoire, le rĂŽle essentiel du hardpan sur le comportement gĂ©ochimique global des rĂ©sidus miniers de Joutel est dĂ©montrĂ©. En effet, lâoccurrence du hardpan constitue un Ă©cran aux les Ă©coulements verticaux des eaux. La formation du hardpan, caractĂ©risĂ© par sa faible permĂ©abilitĂ© estimĂ©e par analyse tomographique, favorise les Ă©coulements latĂ©raux (ruissellement de surface) au dĂ©pend des Ă©coulements verticaux des eaux de surface. Câest pour cette raison que la gĂ©ochimie globale du parc Ă rĂ©sidus de Joutel est influencĂ©e grandement par la rĂ©activitĂ© des rĂ©sidus oxydĂ©s en surface. Ces derniers sont caractĂ©risĂ©s par un Ă©puisement plus ou moins important des sulfures, constat confirmĂ© par les essais de consommation dâoxygĂšne. Dans les zones oxydĂ©es, les flux dâoxygĂšne ne dĂ©passent pas 30 mole/m2/annĂ©e. En plus de leurs rĂ©activitĂ©s faibles, les rĂ©sidus oxydĂ©s sont caractĂ©risĂ©s par lâabondance des minĂ©raux secondaires Ă lâexemple du gypse et des oxy-hydroxydes de fer. Ces oxy-hydroxydes de fer, qui Ă©taient responsables de lâattĂ©nuation des rĂ©ponses gĂ©ochimiques de lâoxydation des rĂ©sidus frais, peuvent rĂ©agir diffĂ©remment en gĂ©nĂ©rant de lâaciditĂ©. La rĂ©partition spatiale de lâaciditĂ© au niveau du parc Ă rĂ©sidus de Joutel nâĂ©tait pas systĂ©matique. En effet, lâĂ©chantillonnage systĂ©matique rĂ©alisĂ© Ă Joutel a permis de cartographier la variabilitĂ© spatiale des propriĂ©tĂ©s gĂ©ochimiques des rĂ©sidus oxydĂ©s. Lâutilisation des SIG a permis de dĂ©limiter les zones les plus problĂ©matiques et qui Ă©taient localisĂ©es Ă lâouest du parc Sud et au nord du parc Nord, ce qui a permis de proposer un schĂ©ma conceptuel illustrant le comportement des rĂ©sidus Ă Joutel. Par la suite, les amendements alcalins et cimentaires ont Ă©tĂ© proposĂ©s et testĂ©s comme technique de stabilisation/solidification sur le site Joutel. Lâutilisation du calcaire Ă 5 et 10 wt.% a permis une neutralisation immĂ©diate du pH des lixiviats et la plupart des Ă©lĂ©ments chimiques ont Ă©tĂ© immobilisĂ©s grĂące Ă la prĂ©cipitation des phases secondaires dans des conditions proches de la neutralitĂ©. Cependant, les concentrations en Zn et en As Ă©taient parfois plus grandes dans les lixiviats provenant des rĂ©sidus amendĂ©s par rapport Ă la cellule tĂ©moin. Les amendements cimentaires ont Ă©tĂ© testĂ©s en utilisant le ciment portland et les cendres volantes de la combustion de la biomasse produites en rĂ©gion Ă un dosage total de 5%. La premiĂšre formulation qui contenait 50% ciment et 50% cendres volantes a montrĂ© des rĂ©sultats prometteurs concernant la stabilisation des contaminants. LâefficacitĂ© de ces amendements Ă court terme a Ă©tĂ© dĂ©montrĂ©, mais il reste Ă Ă©tudier leurs efficacitĂ©s Ă long terme ainsi que les coĂ»ts Ă©conomiques liĂ©s Ă cette alternative
Effet de la libération minérale et des oxy-hydroxydes de fer sur le comportement géochimique des rejets miniers sulfureux
Lâindustrie miniĂšre, lorsquâelle mĂšne des exploitations de gisements pour produire des minerais devant subir un traitement, est confrontĂ©e Ă diffĂ©rents dĂ©fis et enjeux liĂ©s Ă la gestion des rejets miniers. Le drainage minier acide et la mise en solution des contaminants constituent les principaux problĂšmes environnementaux dus Ă lâexposition des rejets miniers sulfureux Ă lâeau et Ă lâoxygĂšne atmosphĂ©rique. Les rĂ©glementations environnementales obligent les compagnies miniĂšres Ă rĂ©habiliter les sites et en particulier les aires dâentreposage des rejets avant la fermeture de la mine. La gestion des rejets miniers diffĂšre selon le type de lâexploitation et la gĂ©ologie du gisement exploitĂ©. En effet, lors dâune exploitation Ă ciel ouvert, les stĂ©riles miniers sont produits en quantitĂ© considĂ©rables et sont ensuite dĂ©posĂ©s dans des haldes Ă stĂ©riles non-saturĂ©s en eau et caractĂ©risĂ©s par une hĂ©tĂ©rogĂ©nĂ©itĂ© de la distribution granulomĂ©trique. En revanche, lors des exploitations souterraines, moins de stĂ©riles sont gĂ©nĂ©rĂ©s et se sont les rĂ©sidus finement broyĂ©s qui reprĂ©sentent le plus gros des rejets, qui sont dĂ©posĂ©s dans des parcs Ă rĂ©sidus. Dans un climat humide comme celui du Canada, ces derniers sont le plus souvent saturĂ©s en eau avec juste une partie au-dessus de nappe phrĂ©atique en perpĂ©tuel changement de la saturation vers la dĂ©saturation. Dans les deux cas (stĂ©riles et rĂ©sidus), la prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique des rejets miniers est un paramĂštre important qui influence grandement la faisabilitĂ© dâun projet minier. Durant ce doctorat, les deux types de rejets miniers ont Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©s au vu de deux objectifs diffĂ©rents sachant la diffĂ©rence de leurs propriĂ©tĂ©s mais cependant pour la mĂȘme finalitĂ© qui est de mieux prĂ©dire et gĂ©rer le rejet minier en question. Pour ce qui est des stĂ©riles, une nouvelle mĂ©thode de gestion est proposĂ©e en amont lors de leur extraction et avant leur entreposage. Quant aux rĂ©sidus Ă©tudiĂ©s, des formulations dâamendements alcalins et cimentaires ont Ă©tĂ© testĂ©es en cellules de terrain comme technique de stabilisation/solidification des rĂ©sidus miniers oxydĂ©s gĂ©nĂ©rateurs dâacide aprĂšs avoir dĂ©montrĂ© lâeffet des oxy-hydroxydes de fer sur le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers. Trois lithologies de stĂ©riles ont Ă©tĂ© Ă©chantillonnĂ©es Ă la mine Canadian Malartic juste aprĂšs dynamitage pour respecter la reprĂ©sentativitĂ© du paramĂštre âdistribution granulomĂ©triqueâ; souvent mal considĂ©rĂ© par les Ă©tudes de nos jours. Les trois lithologies CPO (lithologie A), AGR (lithologie B et CGR (lithologie C) ont Ă©tĂ© sĂ©parĂ©es en sept fractions granulomĂ©triques (-53”m, +53”m/-300”m, +300”m/-850”m, +850”m/-2.4mm, +2.4mm/-5mm, +5mm/-1.5cm, +1.5cm/-5cm). La caractĂ©risation chimique et minĂ©ralogique a montrĂ© que les trois lithologies et leurs fractions contiennent plus de carbonates (â„2.5%) par rapport aux sulfures (â€1.5%). Les carbonates sont majoritairement reprĂ©sentĂ©s par la calcite et les sulfures sont principalement constituĂ©s de pyrite. Le contenu en sulfures varie en fonction de la fraction granulomĂ©trique. En effet, les fractions fines sont plus enrichies en sulfures par rapport aux fractions grossiĂšres. En terme textural, lâanalyse minĂ©ralogique a montrĂ© que les sulfures sont libres au niveau des fractions fines (95%) et inclus au niveau des fractions grossiĂšres et idem pour les carbonates. Par ailleurs, le degrĂ© de libĂ©ration de sulfures devient presque nĂ©gligeable (5%) Ă partir de 2.4 mm comme diamĂštre des grains pour les trois lithologies par comparaison au degrĂ© de libĂ©ration des carbonates qui reste non-nĂ©gligeable (10%) Ă 2.4mm offrant une sĂ©curitĂ©. En consĂ©quence, 2.4mm a Ă©tĂ© dĂ©fini comme le diamĂštre limite dâencapsulation physique de sulfures (DPLS) pour ces trois Ă©chantillons. Le DPLS est dĂ©fini comme un seuil qui sĂ©pare un stĂ©rile minier en deux fractions granulomĂ©triques dĂ©pendamment de leurs rĂ©activitĂ©s : i) la fraction fine (-DPLS) qui constitue ĂȘtre la fraction rĂ©active et probablement problĂ©matique et ii) la fraction grossiĂšre (+DPLS) qui constitue ĂȘtre la fraction non rĂ©active et ne prĂ©senterait pas un risque liĂ© Ă lâoxydation des sulfures. La fraction -DPLS reprĂ©sente une proportion faible de lâĂ©chantillon total (moins de 23% considĂ©rant 1m comme Dmax pour la lithologie A) par rapport Ă la fraction +DPLS qui reprĂ©sente la majoritĂ© de lâĂ©chantillon total. En plus de la caractĂ©risation chimico-minĂ©ralogique et les tests statiques, des essais cinĂ©tiques en colonnes ont Ă©tĂ© monitorĂ©s sur une pĂ©riode 543 jours pour confirmer cette conclusion. Les trois lithologies ont Ă©tĂ© sĂ©parĂ©es en deux fractions granulomĂ©triques Ă savoir -2.4mm et +2.4mm tout en testant lâĂ©chantillon total aussi. Les rĂ©sultats du suivi gĂ©ochimique ont montrĂ© quâeffectivement la fraction -2.4mm est beaucoup plus rĂ©active que la fraction +2.4mm et lâĂ©chantillon total. La lithologie B Ă©tait la lithologie la plus rĂ©active; le taux dâoxydation de la pyrite au niveau de sa fraction -2.4mm Ă©tait de 12.5 ”mol/kg/jour, au niveau de sa fraction +2.4mm Ă©tait de lâordre de 0.27 ”mol/kg/jour et le taux dâoxydation au niveau de lâĂ©chantillon total Ă©tait de lâordre 2.45 ”mol/kg/jour. La mĂȘme tendance a Ă©tĂ© remarquĂ©e pour les deux autres lithologies. LâintĂ©rĂȘt du calcul du DPLS se situe au niveau des Ă©ventuels gains Ă©conomiques qui peuvent avoir lieu sâil est intĂ©grĂ© en amont de la gestion des stĂ©riles miniers. En effet, au lieu de gĂ©rer les stĂ©riles comme une seule entitĂ©, il est maintenant suggĂ©rĂ© de les sĂ©parer en deux fractions; une fraction rĂ©active (-DPLS) et une fraction non rĂ©active (+DPLS) sachant que la fraction rĂ©active prĂ©sente une faible proportion de lâĂ©chantillon total et quâelle puisse ĂȘtre soit dĂ©posĂ© avec les rĂ©sidus minier soit encore traitĂ©s mĂ©tallurgiquement et Ă©conomiquement elle devenait intĂ©ressante. Par ailleurs, la problĂ©matique de prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers est diffĂ©rente de celle liĂ©e aux stĂ©riles miniers. Les rĂ©sidus miniers, par comparaison aux stĂ©riles miniers, sont caractĂ©risĂ©s par une granulomĂ©trie fine; ce qui favorise et accĂ©lĂšre mĂȘme les taux de rĂ©actions dans des conditions non saturĂ©es (oxydation des sulfures, dissolution des carbonates). Le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers est gĂ©nĂ©ralement Ă©valuĂ© en utilisant des essais cinĂ©tiques au laboratoire. Ces essais sont conçus pour simuler lâoxydation naturelle des rĂ©sidus miniers et ont dĂ©montrĂ© leurs capacitĂ©s Ă prĂ©dire adĂ©quatement le comportement gĂ©ochimique des rejets miniers. Cependant, le cas des rĂ©sidus miniers de Joutel tĂ©moigne de lâimportance de considĂ©rer la composante du terrain pour bien comprendre le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers. Le parc Ă rĂ©sidus de Joutel qui sâĂ©tend sur une superficie de 120 ha est fermĂ© depuis environ 25 ans. Lâexposition des rĂ©sidus aux agents atmosphĂ©riques a causĂ© lâapparition dâun horizon oxydĂ© Ă la surface du parc Ă rĂ©sidus avec une formation localisĂ©e du hardpan tendant Ă se gĂ©nĂ©raliser sur tout le site. Ce dernier est dĂ©fini comme une couche cimentaire qui se forme Ă lâinterface entre lâhorizon oxydĂ© et lâhorizon des rĂ©sidus frais par prĂ©cipitation des oxy-hydroxydes de fer. La caractĂ©risation minĂ©ralogique et chimique a montrĂ© un Ă©puisement des sulfures et des carbonates en allant du rĂ©sidu frais vers le rĂ©sidu oxydĂ© avec un changement de texture assez remarquable au niveau du hardpan. Les essais cinĂ©tiques rĂ©alisĂ©s sur les rĂ©sidus frais ont montrĂ© quâil sâagit dâun comportement non-gĂ©nĂ©rateur dâacide Ă long terme. Cependant, sur le parc Ă rĂ©sidus de Joutel, une aciditĂ© a Ă©tĂ© gĂ©nĂ©rĂ©e Ă travers de la couche oxydĂ©e. Ce constat a Ă©tĂ© confirmĂ© moyennant des essais cinĂ©tiques sur des rĂ©sidus oxydĂ©s. Ătant donnĂ© que le rĂ©sidu oxydĂ© est le rĂ©sultat de lâoxydation du rĂ©sidu frais sur environ 25 ans et que la prĂ©diction du comportement gĂ©ochimique du rĂ©sidu frais Ă©tait non-gĂ©nĂ©rateur dâacide mais le rĂ©sidu oxydĂ© a montrĂ© un comportement acidogĂšne, ceci prouve lâincapacitĂ© des essais cinĂ©tiques Ă prĂ©dire correctement le comportement gĂ©ochimique des rĂ©sidus miniers de Joutel. AprĂšs une investigation sur le terrain et au laboratoire, le rĂŽle essentiel du hardpan sur le comportement gĂ©ochimique global des rĂ©sidus miniers de Joutel est dĂ©montrĂ©. En effet, lâoccurrence du hardpan constitue un Ă©cran aux les Ă©coulements verticaux des eaux. La formation du hardpan, caractĂ©risĂ© par sa faible permĂ©abilitĂ© estimĂ©e par analyse tomographique, favorise les Ă©coulements latĂ©raux (ruissellement de surface) au dĂ©pend des Ă©coulements verticaux des eaux de surface. Câest pour cette raison que la gĂ©ochimie globale du parc Ă rĂ©sidus de Joutel est influencĂ©e grandement par la rĂ©activitĂ© des rĂ©sidus oxydĂ©s en surface. Ces derniers sont caractĂ©risĂ©s par un Ă©puisement plus ou moins important des sulfures,constat confirmĂ© par les essais de consommation dâoxygĂšne. Dans les zones oxydĂ©es, les flux dâoxygĂšne ne dĂ©passent pas 30 mole/m2/annĂ©e. En plus de leurs rĂ©activitĂ©s faibles, les rĂ©sidus oxydĂ©s sont caractĂ©risĂ©s par lâabondance des minĂ©raux secondaires Ă lâexemple du gypse et des oxy-hydroxydes de fer. Ces oxy-hydroxydes de fer, qui Ă©taient responsables de lâattĂ©nuation des rĂ©ponses gĂ©ochimiques de lâoxydation des rĂ©sidus frais, peuvent rĂ©agir diffĂ©remment en gĂ©nĂ©rant de lâaciditĂ©. La rĂ©partition spatiale de lâaciditĂ© au niveau du parc Ă rĂ©sidus de Joutel nâĂ©tait pas systĂ©matique. En effet, lâĂ©chantillonnage systĂ©matique rĂ©alisĂ© Ă Joutel a permis de cartographier la variabilitĂ© spatiale des propriĂ©tĂ©s gĂ©ochimiques des rĂ©sidus oxydĂ©s. Lâutilisation des SIG a permis de dĂ©limiter les zones les plus problĂ©matiques et qui Ă©taient localisĂ©es Ă lâouest du parc Sud et au nord du parc Nord, ce qui a permis de proposer un schĂ©ma conceptuel illustrant le comportement des rĂ©sidus Ă Joutel. Par la suite, les amendements alcalins et cimentaires ont Ă©tĂ© proposĂ©s et testĂ©s comme technique de stabilisation/solidification sur le site Joutel. Lâutilisation du calcaire Ă 5 et 10 wt.% a permis une neutralisation immĂ©diate du pH des lixiviats et la plupart des Ă©lĂ©ments chimiques ont Ă©tĂ© immobilisĂ©s grĂące Ă la prĂ©cipitation des phases secondaires dans des conditions proches de la neutralitĂ©. Cependant, les concentrations en Zn et en As Ă©taient parfois plus grandes dans les lixiviats provenant des rĂ©sidus amendĂ©s par rapport Ă la cellule tĂ©moin. Les amendements cimentaires ont Ă©tĂ© testĂ©s en utilisant le ciment portland et les cendres volantes de la combustion de la biomasse produites en rĂ©gion Ă un dosage total de 5%. La premiĂšre formulation qui contenait 50% ciment et 50% cendres volantes a montrĂ© des rĂ©sultats prometteurs concernant la stabilisation des contaminants. LâefficacitĂ© de ces amendements Ă court terme a Ă©tĂ© dĂ©montrĂ©, mais il reste Ă Ă©tudier leurs efficacitĂ©s Ă long terme ainsi que les coĂ»ts Ă©conomiques liĂ©s Ă cette alternative. Mots clĂ©s : rejets miniers, le degrĂ© de libĂ©ration minĂ©rale, sĂ©paration des stĂ©riles, hardpan, minĂ©raux secondaires, amendements miniers.
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Abstract
During ore extraction and processing, mining industries generate high quantities of solid mine wastes. Their management during all mine life cycle is a serious challenge facing these industries. Acid mine drainage and contaminants mobilization constitute the most known problems related to exposition of sulphidic mine wastes to atmospheric oxygen and water. Conformity to current environmental regulations and standards requires mine sites reclamation and especially waste storage facilities before the final closure of mine sites. Mine waste management depends on the extraction method and the geological properties of the deposit. Hereafter, mine waste will refer to waste produced mostly during open pits extraction (compared to underground exploitation) and which didnât go through ore processing steps, mine tailings refer to finely grinded tailings and produced during ore processing. Waste rocks are mostly deposited in large surface unsaturated waste rock piles, and mine tailings are deposited in slurry state in tailings storage facilities. In Canada, the environmental behavior of waste rocks and tailings is one of the parameter which is considered during mine project feasibility studies. This is why, prediction of environmental behavior of waste rocks and mine tailings becomes a serious concern of mining industries all around the world. During this study, waste rocks and tailings were studied in order to improve understanding of geochemical reactions within waste rocks and mine tailings which will be used for a better prediction of their environmental behavior. Concerning waste rocks, a novel methodology was suggested to consider mineral textures (mineral liberation and mineralogical associations) during characterization steps. As demonstrated in this study, a new method of waste management is suggested, and it consisted on waste rock sorting considering the diameter of physical locking of sulphides. Concerning mine tailings, it is demonstrated in this study that iron-oxyhydroxides is very common phenomenon occurring during sulfides oxidation and carbonates dissolution and it could influence the prediction of the geochemical behavior of mine tailings which may require in some cases to consider the field conditions. Finally, four amendment formulations (cementitious and alkaline) were tested in the field conditions and showed promising results to stabilize/solidify oxidized acid generating tailings. Three waste rock (WR) lithologies was collected from Canadian Malartic mine immediately after in-situ WR blasting to consider the actual particle distribution which is rarely considered during nowadays studies. The three lithologies CPO (lithology A), AGR (lithology B) and CGR (lithology C were divided into seven fractions (-53”m, +53”m/-300”m, +300”m/-850”m, +850”m/-2.4mm,+2.4mm/-5mm, +5mm/-1.5cm, +1.5cm/-5cm). the chemical and mineralogical characterization showed that the three total samples and their fractions contained more carbonates mainly as calcite (â„2.5%) than sulphides mostly as pyrite (â€1.5%). Sulphides content depended on the particle size, fine particle sizes were more enriched in sulphides compared to coarse fractions. Moreover, automated mineralogy characterization performed on the concerned fractions showed that sulphides are mostly liberated (95%) within fine fractions compared to coarser fractions where sulphides are mostly encapsulated within non-sulphide gangue (NSG) and their liberation is almost negligible (5%). Based on mineral textures analysis within the studied lithologies, 2.4mm was defined as the diameter of physical locking of sulphides (DPLS). The DPLS defines a critical particle size that could be used to divide a waste rock into two fractions with extremely different reactivities: the fraction -DPLS is the most reactive one and it consists on only a low proportion of total samples (â€23 %) and the fraction +DPLS which is characterized by a low sulphide oxidation. This diameter was also confirmed using kinetic tests monitored for 543 days. The three lithologies were divided into two fractions which are the sample -2.4mm and +2.4mm and the total sample was tested separately. Results of geochemical monitoring showed that the fraction -2.4mm of the three lithologies was the most reactive fraction compared to total sample and the fraction +2.4mm. The lithology B was the most reactive one, pyrite oxidation rates of fraction -2.4mm, total sample and fraction +2.4mm were about 12.5 ”mol/kg/day, 2.45 ”mol/kg/day and 0.27 ”mol/kg/day respectively. Tendency of pyrite oxidation rates between the different fractions of the lithology B was the same for the two other lithologies A and C. Calculation and determination of DPLS will allow to challenge waste management. Indeed, the use of this parameter will allow depositing waste rocks into two waste rock piles instead of one. A pile which will contain only particles -DPLS and another one containing particles +DPLS. Consequently, the volume of the reactive part of the waste rocks will be minimized considerably and so economic cost related to waste rocks management.Otherwise, the challenge related to prediction of the geochemical behavior of mine tailings is different to that related to waste rocks. Mine tailings, compared to waste rocks, are characterized by fine and homogeneous particle size distribution; which accelerates reactions rates in unsaturated conditions (sulphides oxidation and carbonates dissolution). The geochemical behavior of mine tailings is usually studied using laboratory kinetic testing. This kinetic testing is deigned to simulate the natural oxidation of tailings. However, Joutelâs tailings are an example of the importance of considering the field conditions to understand correctly the actual geochemical behavior of mine tailings. Joutel is a closed tailing storage facility (TSF) of about 120 ha for 25 years. Tailings exposition to water and oxygen lead to apparition of an oxidized horizon and local formation of hardpans which may be a generalized phenomenon in the TSF. The hardpan is defined as cementitious layers that occur at the interface between the oxidized horizon and the unweathered tailings due to iron oxy-hydroxides precipitation. The chemical and mineralogical characterization showed that carbonates and sulphides depletion increases from the unweathered tailings to the oxidized horizon with a spectacular change regarding the minerals texture. Knowing that the oxidized horizon is the result of oxidation of the unweathered tailings for 25 years and the geochemical behavior of the unweathered tailings was predicted as non-acid generating, however the oxidized tailings were acidic in some location in the TSF; this shows the incapacity of kinetic testing in this case to predict correctly the geochemical behavior of Joutelâs unweathered tailings. Laboratory and field investigations showed the effect of hardpans on the geochemical behavior of Joutelâs TSF. Indeed, hardpan constitutes a screen against vertical water flows due its low porosity as analyzed using computed tomography. Consequently, hardpans occurrence deflects water vertical infiltration and enhances surface and sub-surface runoff. This why the reactivity of the TSF is almost controlled by the reactivity of upper oxidized tailings. These oxidized tailings are characterized by high sulphides depletion as demonstrated using oxygen consumption tests. Oxygen consumption within oxidized tailings didnât exceed 30 mole/m2/year. Furthermore, oxidized tailings are mainly formed by secondary minerals such as gypsum and iron oxy-hydroxides. These iron oxy-hydroxides which were responsible for metals/metalloids attenuation may react again and release the sorbed elements and generate acidity. The spatial mapping of the acidity and the geochemical properties of Joutelâs TSF showed that they were spatially dependent. The use of GIS allowed delimiting the zones of acidity which were spatially located at the west of the south zone and at the north of the north zone. Consequently, a conceptual model was proposed to explain the geochemistry of Joutelâs tailings. Then, alkaline and cementitious amendments were tested as mitigation scenario to stabilize oxidized tailings. Thus, the use of 5% and 10% limestone allowed an immediate pH buffering and immobilization of the most chemical species. The chemical species were stabilized within limestone dissolution by iron-oxyhydroxides precipitation at neutral conditions. However, zinc and arsenic were sometimes more released within the amended tailings. The cementitious amendments were tested using ordinary cement and fly ash with 5% dosage. The first formulation consisted on 50:50 cement and fly ash showed promising results concerning the chemical species stabilization. The efficiency and the cost of these amendments must be studied at the long-term scale. Key words: Tailings, waste rocks, mineral liberation degree, waste rock sorting, hardpan, secondary minerals, mining amendments
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